用于自行车车轮的发光环、同步发光系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于自行车车轮的发光技术领域，具体地说是涉及一种用于自行车车轮的发光环，特别是一种用于自行车前后车轮的发光环及其组成的同步发光系统及同步控制方法。
【背景技术】
[0002]现今使用在自行车上的发光装置，已经大量使用LED作为发光源，做为骑行时的照明或者警示作用，现有的技术中:
如申请公开号CN103733233A的发明专利公开的“自行车照明系统和方法”，强调照明功能，并将其照明环安装于前后车轮轮框的两侧，一部自行车必须使用4个照明环，并限制照明环的亮灯角度为20° -180°，以避免直接照射人眼造成眼睛眩光，亮灯角度固定，只需要在该角度范围做简单的亮灯及灭灯控制即可。
[0003]如授权公告号CN204244505U的实用新型专利公开的“LED彩色灯带”，结合遥控器信号控制选择，从而实现LED彩色灯带的调色和跑马效果。这是LED彩色灯带的基本控制模式，比较典型的是安装于建筑外墙的静态LED彩色跑马灯，使用大量的LED灯及驱动控制器并且安装于固定的客体上。
[0004]然而，现有技术中使用在自行车上的发光装置局限性太强，结构复杂，且整体效果欠佳，尤其是在发光多样性、自行车前后轮发光的同步性及低速旋转时光环发光的整体性上表现不足。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于结合上面二者的技术特征，解决二者技术特征中存在的问题，使用2个发光环安装于前后车轮轮辋内侧，显示360°完整光环，不对人眼造成眩光作用，使用时间细分技术提高光环的分辨率，使用较少零件，较少耗电达到节能并延长移动电源使用时间，加上动态的滚动光环降速控制以及前后光环动态同步。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种用于自行车车轮的发光环，包括无线控制系统、多个LED灯和移动电源，其特征在于，所述无线控制系统包括MCU控制器、无线收发模块、多个LED串行驱动器和定位传感器，所述定位传感器的输出端与所述MCU控制器的信号输入端连接，所述MCU控制器的串行输出端与所述第一级LED串行驱动器的串行输入端连接，第一级LED串行驱动器的串行输出端与下一级LED串行驱动器的串行输入端连接，以此逐级串行连接，所有LED串行驱动器的输出控制端与所有LED灯一一对应连接，所述MCU控制器的无线数据收发端与所述无线收发模块连接；其中，以此逐级串行连接的意思是第一级LED串行驱动器与下一级的LED串行驱动器连接，下一级的LED串行驱动器又与其下一级的LED串行驱动器连接，以此类推，实现所有LED串行驱动器的串行连接。
[0007]优选的，所述无线控制系统和所有LED灯安装于由至少一个PCB电路板组成且外径小于车轮轮辋内径的固定环上并与该固定环组合构成发光环，且所有LED灯等距离安装，所述发光环安装于车轮轮辋的内侧，固定于车轮辐条的一侧，发光环与车轮构成同心圆，LED灯的光投射于所述车轮轮辋的内侧和两侧；
优选的，所述移动电源安装在车轮轴上并连接所述无线控制系统及所有LED灯。
[0008]优选的，所述定位传感器包括霍尔传感器和配套使用的磁铁，所述霍尔传感器的输出端为所述定位传感器的输出端，所述磁铁安装于车轮架的内侧、在霍尔传感器旋转构成的圆周经过的上方。
[0009]优选的，所述MCU控制器的型号为STM8S103F3。
[0010]优选的，所述LED串行驱动器的型号为WS2811。
[0011]优选的，所述无线收发模块采用2.4G的nRF24L01+或Bluetooth无线通讯协议完成数据连接。
[0012]一种用于自行车车轮的同步发光系统，包括两个上述的用于自行车车轮的发光环，所述发光环分别安装于自行车的前轮和后轮轮辋的内侧，固定于车轮辐条的一侧；其中一个发光环为主发光环，另一个发光环为从发光环，主发光环与从发光环之间通过无线收发模块进行通信以实现主发光环和从发光环的旋转周期、光环颜色、光环角度、光环转速和光环变化周期同步。
[0013]进一步的，还包括用于设置发光环控制模式的光控模式遥控器，所述光控模式遥控器至少与一个所述无线收发模块无线连接，以实现单环遥控或者双环遥控。
[0014]用于自行车车轮的同步发光系统的同步控制方法，包括以下步骤:
(a)从发光环根据两个磁铁相对于车轮轴安装位置的夹角设定静态光点位移量，也就是从索引原点和静态原点的夹角；
(b)从发光环接收来自主发光环上主霍尔传感器与主磁铁重叠感应信号的时间点发出旋转周期的同步命令，计算出两个霍尔传感器相对于车轮轴的夹角设定动态光点位移量，也就是从索引原点和动态原点的夹角；
(C)主发光环根据同步频率发出实时同步命令及状态参数给从发光环，其中状态参数包括旋转周期、光环颜色、光环角度、光环转速和光环变化周期；
(d)从发光环收到主发光环的实时同步命令及状态参数，读取此时从发光环的从霍尔传感器旋转位置的从标定光点的实时旋转量，减去动态光点位移量再减去静态光点位移量得出同步光点的实时修正旋转量，以动态原点和静态原点为两项修正基准点，并以此搭配状态参数控制LED灯发光的圆形光环；
(e)从发光环在每一次旋转周期的同步命令时取得两个霍尔传感器的夹角位移量和同步频率时的实时同步命令取得的状态参数，实时修正控制LED灯的圆形光环，完成与主发光环的圆形光环在旋转周期、光环颜色、光环角度、光环转速和光环变化周期等方面的同步功能。
[0015]本发明的实现原理如下:
(I)用于自行车车轮的发光环组成的同步发光系统包括自行车前车轮、后车轮、设置在两个车轮轮辋内侧用于车轮发光的发光环，发光环上均匀设置N个LED灯，N个LED灯的光投射于车轮轮辋的内侧和两侧，相邻的LED灯之间标定M个点做时间细分控制，MCU控制器能在LED灯经过的360°圆周上产生G个标定光点控制，N、M、G之间满足以下关系:G = N*M ；
骑行时:发光环上霍尔传感器2次经过磁铁的感应输出变化信号，经由MCU控制器侦测，计算出2次信号之间360°的转速周期T，下一个转速周期中以T/G的时间细分控制每一个标定光点，MCU控制器可以对每一个标定光点做发光颜色设定，只要LED灯旋转至与该标定光点重合即能投射出该标定光点设定颜色的光，N个LED灯可以同时发出N个标定光点的光，MCU控制器在T/ N的期间完成将所有的标定光点的光投射一遍，形成一个完整的圆形光环。
[0016](2)骑行中车轮与发光环顺向转速D，光控模式下MCU控制器对标定光点做逆向移位速度C亮灯控制，MCU控制器点亮LED发光投射形成的圆形光环顺向滚动转速R，不同的逆向移位减速控制，自行车骑行中可以达到圆形光环静止及不同减速比例的圆形光环滚动效果，其关系是:
圆形光环顺向滚动转速R =发光环顺向转速D -逆向移位速度C ;
当C = D，圆形光环顺向滚动转速R = 0，此时圆形光环是静止不动；
当D > C > O时，圆形光环依照R = D- C做不同程度的顺向减速滚动。
[0017](3)光控模式:LED灯可以包括多种不同颜色，如LED灯是红绿蓝三色LED可以产生包括红色、绿色、蓝色、黄色、紫色、青色、白色、不亮的黑色等8种色彩变化，那么就能够在发光环圆周G个标定光点上做8种色彩的控制；LED灯也可根据需要选择其他双色LED或者单色LED ;LED灯也可亮成一段一段不同颜色的光环，根据需要将360°的标定光点均分，如为两段颜色光环时就是两个180°标定光点颜色形成的光环，为三段颜色光环则是三个120°标定光点颜色形成的光环，依此类推的多种光控模式。
[0018](4)主发光环和从发光环可以根据实际的需求进行确定，如:车前轮的发光环为主发光环，车后轮的发光环为从发光环，或者车前轮的发光环为从发光环，车后轮的发光环为主发光环；在此以第一种情况为基础进行说明:设置于前车轮的是主发光环，设置于后车轮的是从发光环，对应的位于前叉的即定义为主磁铁，与主发光环匹配的霍尔传感器即为主霍尔传感器，位于后上车架的即为从磁铁，与从发光环匹配的霍尔传感器即为从霍尔传感器，前叉定位主磁铁的位置为主索引原点，后上车架定位从磁铁的位置为从索引原点，索引原点是发光环旋转的参照点，霍尔传感器经过定位磁铁之后不同的旋转量处于不同的标定光点位置；主霍尔传感器经过主索引原点的旋转量处于主标定光点，从霍尔传感器经过从索引原点的旋转量处于从标定光点；将从发光环朝主发光环水平方向靠近并重叠，主索引原点投射至从发光环产生静态原点，从索引原点至静态原点的旋转量即是静态光点，这是根据前后车轮定位