РАЗРАБОТКА ПРОТОТИПА СИСТЕМЫ ВЕЛОКОМПЬЮТЕРА, СОПРЯЖЕННОГО СО СМАРТФОНОМ. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Согласно поставленной задаче [1] был реализован прототип системы велокомпьютера, состоящей из датчиков, блока обработки и передачи данных, а также мобильного приложения для просмотра и анализа статистики поездок. В данной статье приводится описание принципа работы частей системы.

АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

На основании требований к устройству [1], велокомпьютер должен позволять определить следующие показатели:

• текущая скорость (км/ч);
• максимальная скорость (км/ч);
• средняя скорость (км/ч);
• каденс (частота вращения педалей, об/мин);
• максимальный каденс (об/мин);
• средний каденс (об/мин);
• пройденное расстояние (км).

Расчет показателей выполняется микроконтроллером в цикле с интервалом между итерациями равным одной секунде. Результаты передаются на смартфон по Bluetooth для записи в базу данных и отображения показателей в приложении.

Определение частоты вращения педалей

Для определения каденса используются данные с датчика магнитного поля, который располагается на раме. В момент вращения педалей, прикрепленный к ним магнит проходит рядом с датчиком и приводит к замыканию геркона.

При срабатывании датчика запоминается время начала оборота. При каждом дальнейшем срабатывании, из текущего времени вычитается время предыдущего замера. Таким образом определяется время одного оборота педалей в микросекундах. Обратная величина – есть число оборотов в микросекунду. Чтобы узнать сколько вращений педалей в минуту делает велосипедист, полученное значение умножается на 60 000 000.

Фрагмент кода программы, для определения частоты вращения педалей.

if (k_handle_start > 1) {

    k = 60000000 / (micros() - k_handle_start);

} else {

    k = 0;

}

В качестве показателя максимального каденса выбирается наибольшее значение из всех замеров, сделанных за время поездки.

Показатель среднего каденса вычисляется как среднее по всем значениям каденса, полученным за время поездки.

Вычисление скорости движения велосипеда

Текущая скорость движения велосипеда определяется по формуле:

 — скорость;

— радиус колеса;

— время одного оборота колеса.

Радиус колеса в сантиметрах имеет значение по умолчанию, но может быть изменен пользователем через мобильное приложение в разделе «настройки».

Время оборота колеса определяется по аналогии с временем оборота педалей, которое описано в предыдущем пункте. Для подсчета оборотов колес используется отдельные геркон и магнит. Датчик располагается на задней части рамы, магнит крепится на спице заднего колеса.

Далее представлен фрагмент программы, отвечающий за подсчет скорости велосипеда. Переменная v_handle_start хранит время, прошедшее с последнего срабатывания датчика, в микросекундах. Для выражения скорости в километрах в час показатель умножается на 36 000.

if (v_handle_start > 1) {

         s = 2 * 3.14159 * r * 36000;

            t = micros() - v_handle_start;

    v = s / t;

} else {

    v = 0;

}

Вычисление пройденного расстояния

Расстояние, которое велосипедист проехал за время поездки, рассчитывается как произведение количества оборотов колеса в течение всей поездки (N) на длину окружности колеса.

СТРУКТУРА БАЗЫ ДАННЫХ

Список поездок, замеры показателей и итоговые отчеты хранятся на смартфоне в базе данных, состоящей из трех таблиц (см. рис. 1).

Рисунок 1. Схема структуры базы данных

ИНТЕРФЕЙС ПРИЛОЖЕНИЯ

Ниже представлен внешний вид главного экрана приложения, списка поездок и отчета об одной из них.

Рисунок 2. Интерфейс приложения. Разделы (слева направо): главный экран, поездки, отчет о поездке

Главный экран

Главный экран разделен на три области:

• основные показатели текущей поездки;
• карта с маршрутом поездки;
• кнопки: начать/завершить поездку и меню.

Маршрут поездки строится по координатам, полученным с помощью встроенного в велокомпьютер GPS-модуля. Для отображения карты и гео-меток маршрута используется API картографического сервиса Google Maps [2].

Поездки

При выборе пункта «Поездки» в меню приложения, пользователь попадает на экран со списком всех завершенных поездок. По нажатию на элемент списка открывается страница с отчетом о соответствующей поездке, где перечислены значения показателей. На странице поездки можно добавить комментарий, удалить запись о поездке, а также перейти в режим просмотра маршрута поездки.

Настройки

В приложении имеется раздел с настройками, где пользователь может менять параметры геолокации: частоту определения местоположения; допустимую погрешность геолокации; алгоритм определения координат; расстояние между метками на карте. В настройках есть возможность активировать работу приложения в фоновом режиме, чтобы сбор статистики о поездке продолжался даже с выключенным экраном. Также доступна опция для изменения частоты обмена данными с велокомпьютером по Bluetooth.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На данном этапе работы были реализованы алгоритмы велокомпьютера для определения основных метрик поездки (скорости, каденса, расстояния), спроектирована структура базы данных и разработано мобильное приложение.

Текущий вариант системы может использоваться для мониторинга велопоездок вместо обычного велокомпьтера из магазина. Однако требует дополнительного тестирования и доработки.

Список литературы:

1. Евграшин О.И. РАЗРАБОТКА ПРОТОТИПА СИСТЕМЫ ВЕЛОКОМПЬЮТЕРА, СОПРЯЖЕННОГО СО СМАРТФОНОМ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. LXXXIV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 12(83). URL: https://sibac.info/archive/technic/12(83).pdf (дата обращения: 30.03.2020).
2. Adding a Google Map with a Marker to Your Website // Google Maps Platform [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://developers.google.com/maps/documentation/javascript/adding-a-google-map (дата обращения: 15.03.2020 г).