РАЗРАБОТКА ПРОТОТИПА СИСТЕМЫ ВЕЛОКОМПЬЮТЕРА, СОПРЯЖЕННОГО СО СМАРТФОНОМ

АННОТАЦИЯ

В работе объясняется общий принцип определения велокомпьютером основных показателей о поездке, наличием каких функций отличаются устройства из разных ценовых категорий. Приводится описание разрабатываемого прототипа системы велокомпьютера, состоящей из датчиков, блока обработки данных и мобильного приложения для просмотра и анализа полученной статистики. Приводится оценка стоимости компонентов.

Ключевые слова: велокомпьютер; Arduino; Bluetooth; мобильное приложение.

ВВЕДЕНИЕ

Велокомпьютер представляет собой электронное устройство для измерения скорости и пробега велосипеда, а также дополнительных параметров, таких как средняя скорость, максимальная скорость, время в пути, каденс (частота вращения педалей), пульс велосипедиста, потраченные калории, текущее время, температура, давление, местонахождение и другие показатели в зависимости от наличия соответствующих датчиков. [1]

Устройствами мониторинга показателей пользуются профессиональные спортсмены, велотуристы, а также люди, которые являются любителями езды на велосипеде. Использование велокомпьютера помогает отслеживать свой прогресс и корректировать программу тренировок для достижения лучших результатов.

Гаджеты для велосипедистов разного уровня отличаются функциональностью и ценой. На рынке велокомпьютеров представлено множество разнообразных моделей данных устройств [2]. Однако все они либо имеют высокую стоимость, либо не предоставляют удобного интерфейса для анализа собранной статистики и ее наглядного представления.

Цель данной работы — создание прототипа системы велокомпьютера, сопряженного со смартфоном, которая предоставит пользователю набор функций, имеющихся у аналогов в ценовом диапазоне 8 000 — 10 000 руб., за меньшую стоимость.

ПРИНЦИП ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

К основным показателям, которые позволяет узнать практически любой велокомпьютер относятся:

• скорость (текущая и максимальная);
• пройденный путь (за текущую поездку и суммарно);
• длительность поездки (за текущую поездку и за все время).

Самая простая система включает в себя:

• основной блок со встроенным дисплеем и механическими элементами управления, который работает от обычной или солнечной батареи;
• провод, который соединяет датчик с основным блоком; магнит, который крепится к спице переднего колеса;
• геркон или датчик Холла, крепится к передней вилке и активируется под действием магнитного поля. [1]

Когда колесо начинает вращаться, геркон получает импульсы от магнита, на которые реагирует: один оборот колеса – один сигнал. На основании частоты этих импульсов и длины окружности колеса компьютер по введенным в память формулам и рассчитывает производные показатели такие как скорость и пройденный путь.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Гаджеты стоимостью выше 3000 руб. позволяют следить за показателем скорости педалирования или каденса [3]. Для измерения данного показателя в комплекте идет дополнительный датчик, который крепится на раме, а на шатуне системы крепится магнит. Принцип измерения частоты вращения педалей аналогичен тому, как изменяется частота вращения колес. [2]

В моделях дороже 4500 руб. в комплекте имеется альтиметр — прибор для измерения высоты. Благодаря его наличию велосипедист может узнать, например, какую высоту он преодолел за поездку. А также получить информацию о том, какой наклон имеет дорога.

В некоторых моделях велокомпьютеров имеются встроенные в основной блок датчики, измеряющие температуру воздуха и атмосферное давление. Термометр и барометр будут полезными инструментами для велотуриста при длительной поездке. В разрабатываемой системе роль данных датчиков будет выполнять смартфон.

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ДАННЫХ С ДАТЧИКОВ

По способу передачи данных с датчиков на основной блок велокомпьютеры делятся на проводные и беспроводные. В беспроводных вариантах сигнал передаётся с помощью радиосигналов или Bluetooth, что позволяет использовать велокомпьютер без обязательной установки на велосипед. [2]

Преимущества беспроводного соединения:

• отсутствие проводов, которые легко повредить, зацепившись за ветки или при падении во время экстремальной езды;
• возможность снять устройство с руля, например, при дожде, положить в карман или рюкзак, и продолжить поездку не прерывая измерений;
• простота установки и более эстетический вид.

Недостатки:

• более высокое энергопотребление (активно используемый проводной велокомпьютер требует замены аккумулятора раз в год, в то время как беспроводная версия — раз в 3-4 месяца) [1];
• более высокая стоимость (разница у моделей, отличающихся только типом соединения, составляет около 1000 рублей [3]).

Большинство современных велокомпьютеров имеют резервное питание, позволяющее не сбивать счетчики километража и настройки времени при смене аккумулятора. Однако даже в простейших моделях после сбрасывания настроек времени и километража при включении можно ввести эти значения вручную. [1] 

ОПИСАНИЕ РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ СИСТЕМЫ

В разрабатываемой системе будут использоваться все вышеперечисленные датчики. Герконы для определения скорости велосипеда, ускорения, пройденного расстояния и каденса. Альтиметр для определения наклона дороги и преодоленной высоты.

Основной блок системы, выполняющий обработку сигналов с датчиков, будет реализован на базе Arduino. Данные о поездке с помощью Bluetooth-модуля будут передаваться по на смартфон велосипедиста. Для записи маршрутов поездок потребуется GPS-модуль.

Собранная статистика и маршруты будут хранятся в базе данных SQLite с возможностью резервного копирования в облачное хранилище Google Drive. Пользователь сможет просматривать информацию о поездках в приложении на смартфоне. Для создания приложения решено использовать среду разработки кроссплатформенных мобильных приложений Apache Cordova.

Рисунок 1. Структурная схема системы

Таблица 1.

Приблизительная оценка стоимости компонентов системы

Преимуществами данной системы является ее невысокая стоимость при широком наборе функций, которые можно усовершенствовать, внося изменения в исходный код проекта. Оценив стоимость компонентов (таблица 1), можно сделать вывод, что разработка прототипа системы целесообразна, так как не имеет аналогов среди предложенных на рынке велокомпьютеров за ту же цену.

Список литературы:

1. Велокомпьютер // Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Велокомпьютер (дата обращения 13.04.2019 г).
2. Как выбрать и подключить велокомпьютер // VeloFans.ru [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://velofans.ru/vibor/kak-vybrat-podklyuchit-velokompyuter (дата обращения 14.04.2019 г).
3. Велокомпьютеры и спидометры // E-Katalog [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.e-katalog.ru/k946.htm (дата обращения 15.04.2019 г).