摘要
本作品目的在於提出一個自行車自動變速以及最佳換檔時機決策的智慧型控制系統。以盛群微控制器HT66F50感測裝設於自行車中軸的腳踏扭力及轉速感測器所得到的扭力與轉速值，經由機率密度函數的比對決定最佳騎乘的檔位。此外，本作品所設計之手機APP程式可讀取自行車上的所回傳的數據，讓騎乘者可以清晰美觀的介面了解目前的時速、檔位、扭力等騎乘相關資訊，達到「鐵馬輕鬆騎」的目的。
1.前言
在現代的自行車裡，還是脫離不了用手動變速的功能，而我們這套系統是為了讓愛好騎自行車的人們能夠帶來更大的方便，運用踩自行車的力道來判斷是否該行使檔位的切換，而不再讓騎乘者用手撥換檔位還得不到最適合的檔位，如果能讓自行車去智慧化的變速或是感測騎乘者的狀況等等貼心設計，就能讓騎乘者在騎乘自行車時得到更多的快樂與方便。
這套系統最初來是為了能夠讓騎乘者得到更大的方便，以自動去取代傳統手動撥檔或者是電子按鍵切換檔位，當然這套系統也會保留傳統的手動變速系統，當騎乘者不想用自動系統來變速也可以切換到傳統的手動變速系統，現代人在科技化的時代因缺乏運動，而健康越來越去忽視，那我們就把現代的科技去應用在運動設備上，讓騎乘者可以享受智慧化的運動設備也可以享受騎乘自行車所帶來的快樂。
在市面上看到的自行車，有多樣性的選擇，如車體輕量化或者多段變速等等，但是目前沒有看到完全自動變速加裝在自行車上的系統，而這套系統當然不只單純的自動變速系統而已，智慧型手機結和APP還有微控制器，這些系統能完全智慧化的變速，感測騎乘者目前的狀況來行使變速功能，不需再讓騎乘的人還要用手撥或按鍵去變速，使用這套系統去取代傳統的變速系統，而用智慧化的變速系統去計算現況應該要轉到最適合的檔位，不用再讓騎乘者手動切換檔位也減少危險。
2.工作原理
本作品使用盛群晶片HT66F50控制各元件，將架設在後輪軸的霍爾元件轉速感測器所讀取到的值，和埋設在大齒盤中的扭力感測器之曲柄扭力值，以及裝設在BB曲柄軸的紅外線轉速感測器，偵測到的曲柄軸轉速，將以上讀取到的值經由概率密度函數演算後，再將演算後之值由PWM模組控制伺服馬達脈波寬度來完成換檔之動作。
3.作品結構
3.1.作品實體
本作品使用盛群晶片HT66F50為主控制器，系統架構圖如下圖1所示。
3.2.盛群晶片HT66F50
本系統使用盛群晶片HT66F50，將霍爾元件轉速感測所讀取到的類比值，以及扭力感測器所感測到之曲柄扭力值，經過概率密度函數演算後由PWM控制伺服馬達的脈波寬度來進行換檔，並將以上所讀取到的值經由藍芽模組傳送至手機APP，以供使用者觀看轉速、扭力和檔位。
3.3.電子變速機構
本作品改裝市售自行車後輪之變速裝置，加裝伺服馬達，以PWM模組調變脈波寬度調整鍊條位置，藉以控制檔位切換。透過位於龍頭上的按鈕控制，可以更輕鬆和方便的方式完成換檔。
3.4.霍爾元件轉速感測器
霍爾元件轉速感測器裝置於後車輪之輪軸側面，並於車輪軸上設置強力磁鐵，當車輪轉動時，轉速感測器開始監控車輪之轉速，並即時傳送轉動中的類比訊號變化。
3.5.自行車大盤扭力轉速感測機構
3.6.手機APP
本系統結合手機APP，以視覺化的方式將自行車各部位感測值顯示於手機螢幕。騎乘者可於手機螢幕上觀看目前的時速、雙腳用力情形及檔位化。
3.7.系統電路圖
系統控制電路依HT66F50提供之功能進行電路板規劃如圖7所示，並以電路板繪製軟體繪製電路板(圖8)。
3.8.系統程式流程圖
本系統程式皆以Holtek C進行撰寫，由HT66 F50判斷霍爾元件轉速讀取值、扭力訊號以及紅外線轉速之值，再經機率密度函數演算決定是否進行自動變速功能。
4.測試方法
4.1.大齒盤扭力值數值測試
本系統將壓力感測器架設在自行車大齒盤中，以感測使用者的施力強度，當使用者未施力時，量測到的電阻時約為194M，數值會隨使用者施力加重而變小。
4.2.霍爾元件車輪轉速感測
後輪軸霍爾元件轉速感測器與強力磁鐵的擺設，電源導通時，電源的紅燈會亮起，偵測到強力磁鐵時，霍爾元件轉速感測器上的綠燈會亮起，若未偵測到強力磁鐵則熄滅，並在車輪軸上加裝三顆強力磁鐵，當偵測到脈波數為三即為旋轉一圈。
4.3.曲柄軸紅外線轉速感測
埋設於自行車BB曲柄軸內的紅外線轉速裝置，當曲柄軸旋轉一圈時，曲柄軸的訊號線總共會接收到十個脈波。
4.4.手動控制按鈕調變檔位測試
控制按鈕有以下三種功能分別為手自動切換、降檔以及升檔，當啟動手動模式時，騎乘者可以按下升降檔之按鈕來切換檔位，當按鈕按下時會控制伺服馬達之PWM脈波寬度，用以調變檔位。
4.5.自動模式與手機APP
切換至自動模式時，會依照騎乘者的扭力和轉速改變至最適當的檔位，並將所有資訊於手機螢幕顯示。
本文作者為樹德科技大學 電腦與通訊系 陳智勇教授、王立杰 余開用 李鑒鵬 戴翊鈞
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