Как работает одометр на велосипеде

Разновидности спидометров для велосипеда и их особенности

Частенько каждый из катающихся на велосипеде интересуется ─ до какой скорости он может разогнать свою машину. Для обычного водителя велосипеда нужно знать скорость движения ради любопытства. А спортсмену необходимо замечать пройденное расстояние, среднюю скорость, количество потраченных калорий, чтобы узнать об изменениях, происходящих в своем организме. По записанным с велосипедного спидометра результатам наблюдения можно судить об улучшении своих физических возможностей. Далее, можно более планомерно увеличивать нагрузку на мышцы. Таким образом, человек запомнив свои предыдущие показатели, стремиться их улучшить в дальнейшем. Велосипедный спидометр в профессиональных руках, так сказать, стимулирует велогонщика стать ещё сильнее и быстрее.

Но большинство любителей помотаться, поставив спидометр на велосипед, через какое-то время просто забывают о нём. Такая игрушка становиться не интересной для людей, которые не стремятся устанавливать для себя новые рекорды скорости или расстояния. Обычно, люди ради любопытства покупают самый дешёвый велоспидометр. И часто бывает так, что установив простенький прибор кое-как, да и забыв настроить его, нерадивый велосипедист при эксплуатации замечает, что показания скорости на дисплее запаздывают или вовсе не соответствуют действительности. Любой велоспидометр в неумелых руках зачастую через год использования выходит из строя и зависает на руле мертвым грузом.

Спидометров для велосипеда производится много, поэтому в продаже имеется большой выбор по внешнему виду, размерам и функциональным возможностям. Естественно, цена на непохожие друг на друга устройства значительно различается.

Механический спидометр

Объективности ради следует отметить, что существуют механические спидометры для велосипеда. Конструктивно этот прибор состоит из приводного колёсика, троса и показывающего устройства.

Колёсико должно иметь чистый контакт с покрышкой колеса для правильности снятия данных о скорости. Но и сильно придавливать его к резине не стоит, так как при этом велосипед будет подтормаживаться в движении.

Чтобы трос не порвался от перетирания, он должен быть натянут, а не закручен в петли.
Принцип работы показывающего устройства состоит в том, что оно преобразовывает передаваемое от привода вращение колеса в отклонение стрелки. Внутри устройства имеется магнитный диск, который при вращении намагничивающим притяжением бесконтактно толкает цилиндр вместе со стрелкой.

Механический спидометр для велосипеда Veglia Classic французского производства

• Не нужны батарейки;
• Не страшны электромагнитные помехи;
• Плавная работа.

• Необходимо периодически смазывать;
• Грязь на покрышке мешает их правильной работе;
• Немного подтормаживают вращение колеса;
• Нет возможности сохранения данных;
• Не работают, если колеса изогнуты восьмеркой.

Механический спидометр можно поставить на шоссейник, поскольку на велосипедах этого типа чаще всего ездят по асфальтированным дорогам, где нет грязи.

Электронный велокомпьютер

Спидометр на велосипеде, прежде всего, нужен для измерения скорости движения. Однако современные электронные модели имеют такой большой набор функций, что их принято называть велокомпьютерами. Даже самые дешевые из них имеют множество функций ─ текущая скорость, средняя скорость, дистанция, общий пробег, время в пути, часы. Более дорогие велокомпьютеры имеют ещё большее количество информационных функций, а также настроек. Наиболее известные производители качественных спидометров для велосипеда ─ BBB, Cateye, Sigma, VDO.

Качественный электронный спидометр от голландского производителя ВВВ

Принцип работы электронного спидометра заключается в подсчитывании количества сигналов от датчика за фиксированный промежуток времени.

В качестве датчика чаще всего применяется герметичный контакт в корпусе. Этот геркон фиксируют на одном из перьев передней вилки, ну а если позволяет длина проводов, то и возле заднего колеса. Срабатывать датчик заставляет постоянный магнит, закрепляемый на одной из спиц колеса.

Микроконтроллер устройства запоминает время между двумя включениями датчика, поскольку для вычисления скорости движения необходимо выполнить расчёт по формуле S=C*(F*0.036)/T, в которой: S ─ искомая скорость; С ─ длина окружности колеса; F ─ тактовая частота работы процессора; T ─ время между срабатываниями датчика.

Для индикации значений применяются семисегментные жидкокристаллические индикаторы, так как у них малый ток потребления. А для подсветки используется отдельно установленный светодиод.

Длину окружности колеса (C) задаёт сам хозяин велосипеда, так как она нестандартна. Чтобы правильно настроить велокомпьютер, необходимо как можно точнее указать её значение. Поэтому рекомендуется лично замерять периметр покрышки, обмотав колесо гибкой линейкой по кругу. Также можно нанести краской поперечную риску на покрышку колеса и прокатить велосипед вперёд по прямой, а затем измерить расстояние между двумя следами, оставленными на чистой ровной поверхности.

Зная ранее приведённый принцип работы велокомпьютера, многие электромастера собирают своими руками устройства, которые к тому же успешно работают. В самоделках используются различные микроконтроллеры, например, такие как PIC16F830, ATTiny2313A, ATMEGA8, но для каждого из них нужно собрать ещё дополнительно программатор.

Конечно же, сделать самостоятельно что-то сложное всегда приятно и похвально, но позволительно только действительно разбирающимся людям. В интернете выложено слишком много или простых схем с ошибками, либо сложных — на базе дорогостоящих дисплеев и микроконтроллеров с кучей бесполезных функций.
А если подсчитать во сколько обойдётся создание самоделки, да ещё с учетом сборки программатора, постройки корпуса, плюс потраченное время, то оказывается, что в любом случае дешевле было бы купить готовый велокомпьютер стоимостью всего лишь в 9 долларов.

Недорогой велокомпьютер в полной комплектации

В основном у большинства велокомпьютеров максимально отображаемая скорость ограничена до 99,9 км/ч, но есть модели, которые покажут скорость свыше 100 км/ч. Возможно, подобный экземпляр с тремя числами на дисплее пригодится рискованным велогонщикам, которые отважатся разогнаться до столь высокой скорости, пристроившись сзади за фурой, в так называемый воздушный мешок.

Велокомпьютер Sigma 506, отображающий скорость свыше 100 км/ч

Уже давно собираются электронные спидометры размером с наручные часы. А некоторые из них одеваются прямо на руку и имеют встроенный датчик измерения пульса, то есть работают как тонометр. Но размер велокомпьютера ничего не говорит о его надёжности и функционале.

Первое на что следует обращать внимание при покупке, это корпус электронного прибора, ведь спидометр на велосипеде находится под открытым небом. Вода, дорожная пыль и прямой солнечный свет негативно сказываются на работе плохо защищенной электроники. Зачастую от дождя защищены даже самые дешевые велокомпьютеры, но в остальном они уступают более дорогим аналогам.

Типы велокомпьютеров по месту установки:

1. Наручные.
2. На руль.
3. На вынос руля.
4. С универсальным креплением.

Закрепляемый на выносе руля спидометр, позволяет сохранить место на руле для других аксессуаров.

Основные требования к велосипедным спидометрам:

1. Большой дисплей, желательно с подсветкой.
2. Устойчивость к погодным условиям (прямой солнечный свет, дождь, снег, низкие температуры).
3. Устойчивость к вибрации, и ударам.
4. Надежность всех устанавливаемых компонентов (крепежная площадка велокомпьютера, геркон, магнит, подкладки, стяжки).

Беспроводной велокомпьютер

Беспроводные устройства имеют такие же функции, как и спидометры с проводами, но сигнал от их датчика передается через радиоканал. Для беспроводного датчика необходима отдельная батарейка, ведь он должен работать как радиопередатчик. Обычно двух элементов питания в датчике и в самом устройстве хватает до полугода. На велокомпьютерах с проводами одна батарейка в любом случае прослужит дольше одного года.

Беспроводной велокомпьютер Sunding SD-548C

Чаще всего беспроводной велокомпьютер устанавливают на свой велосипед путешественники или экстремалы. Это можно объяснить тем, что в условиях, в которых они катаются, провод может быть случайно поврежден. Беспроводное устройство стоит в два раза выше, чем спидометр с проводами.

Плюсы всех электронных спидометров:

• Отображают значения с точностью до десятых долей;
• Сохраняют данные в памяти;
• Не нуждаются в смазке.

• Необходимо время от времени менять батарейки;
• Подвержены электромагнитным помехам, таким как от работы катушки зажигания, сотового телефона, линии электропередач;
• Показания на экране обновляются с небольшим запаздыванием.

Закрепление велокомпьютера

1. Закрепить датчик на пере вилки или на раме с помощью электромонтажной стяжки.
2. Плотно намотать провод вокруг пера вилки и тормозного троса.
3. Установить крепёжную площадку на руль или вынос.
4. Зафиксировать магнит на спице, но не стоит затягивать сильно винт, поскольку можно легко сломать корпус магнитика. Зазор между магнитом и датчиком в зоне срабатывания не должен превышать 2–3 мм.
5. Вставить велокомпьютер в контактную площадку и проверить его работу.

Более подробно ознакомиться с установкой велоспидометра можно, просмотрев следующее видео, где в качестве примера приведено устройство марки Sigma.

Велосипедные одометры

В мире ежеминутных изменений и вечного движения приходится постоянно следить за скоростями и пройденными расстояниями. Как говорил Мартовский Заяц в сказке Льюиса Кэролла, «нужно бежать со всех ног, чтобы только оставаться на месте, а чтобы куда-то попасть, надо бежать как минимум вдвое быстрее». В ногу со временем хотят быть и велосипедисты. Вот почему такой прибор, как одометр для велосипеда, спешат приобрести не только спортсмены-профессионалы, но и любители.

Что такое одометр

Велосипедный одометр – прибор, необходимый для измерения числа оборотов колёс в процессе езды. Современные одометры с точностью определяют общий пробег велосипеда, помогая владельцу правильно представить возможности своего транспортного средства. На дисплее устройства отображается как суточный, так и общий пробег байка.

Как устроен

Одометры разных типов имеют различное устройство, но лежащий в основе принцип работы одинаков. Функциональными можно считать следующие детали прибора:

• счётчик (отвечает за подсчёт числа оборотов колёс);
• контроллер, фиксирующий обороты (он напрямую связан со счётчиком);
• индикатор, отражающий числовые показатели пройденного километража на дисплее спидометра.

В механических одометрах усилие к тросику передаётся от приводного колёсика, находящегося в тесном контакте с велосипедной покрышкой.

В одометрах с электромеханической передачей импульс переносится по тросику с помощью сенсора на электронную панель. Электронные модели функционируют за счёт получения электрических импульсов.

Как работает

Вне зависимости от того, с какой скоростью движется ваше транспортное средство, его колёса совершают определённое количество оборотов, проходя километр пути. Этот показатель остаётся неизменным. Зная число оборотов колеса, легко рассчитать количество пройденных километров и вывести его на счётчик. В одометрах разного типа подсчёт и передача происходят по-разному.

Существует три вида одометров:

• механические;
• электромеханические;
• электронные.

Более старые и мало-помалу уходящие в прошлое механические модели функционируют с помощью специального гибкого тросика, который вращается с той же скоростью, что и колесо. Вращение передаёт выходной вал, дальше усилие идёт по тросику на магнитную стрелку. Магнитная стрелка отображает числовой показатель на намагниченном диске.

Довольно простой по комплектации, механический одометр относительно дёшев. Его просто разбирать и ремонтировать, меняя старые детали на новые. Его работа не зависит от батареек и магнитных бурь. Между тем, при правильной установке и настройке со своей основной функцией элементарного подсчёта километров такой прибор справляется достойно.

Недостатком можно считать автоматическое обнуление показаний по достижении определённой пороговой цифры. К тому же механическое устройство несколько затрудняет вращение колеса, а в случае, если колёса изогнуты восьмёркой, не работает совсем. Может повлиять на показания счётчика и попадающая на прибор грязь. Так что такой одометр необходимо часто и тщательно протирать и смазывать. Зато для прогулок по чистому и гладкому шоссе прибор с механической передачей вполне подойдёт.

Электромеханические одометры работают за счёт вращения шестерёнки, которая приводит усилие к электромеханическому датчику.

Сенсорное устройство производит импульсы электричества, попадающие по проводам в блок спидометра, где вращается маленький электродвигатель, выполняющий роль привода пробегового счётчика. Одометры такого типа установлены на большинстве современных автомобилей.

Датчики электронных одометров полностью электронные. Кроме того, они имеют жидкокристаллические индикаторы. Такой прибор труднее «обмануть», для этого потребуется применить специальное устройство.

Современные велосипедные одометры, по сути, становятся частью «бортовых» велокомпьютеров, подсчитывающих не только общий пробег байка, но и многие другие параметры движения, необходимые велосипедистам, серьёзно занимающихся велотренировками. Это могут быть, к примеру, такие показатели, как:

• текущая скорость;
• средняя скорость;
• длина дистанции;
• время в пути;
• каденс;
• пробег;
• часы.

Датчиком электронного одометра выступает контакт, герметично расположенный в корпусе, — геркон. Его закрепляют на перьях передней вилки либо (когда длина проводов для этого достаточна) около заднего колеса. На спице колеса крепится постоянный магнит, который заставляет датчик срабатывать. Время между двумя ближайшими включениями датчика отслеживает микроконтроллер. Жидкокристаллические индикаторы с семью сегментами отражают полученный результат, функцию подсветки выполняют светодиоды.

Бывают ли погрешности в работе велосипедных одометров

Как и любой прибор, одометр может иметь допустимый процент погрешностей. Механические устройства, установленные на горных велосипедах или байках, движущихся на пересечённой местности, могут давать до 15% погрешностей. Считается, что чем тяжелее условия эксплуатации транспортного средства, тем выше погрешность. К примеру, отрицательно повлиять на работу одометра может пробуксовка, ослабление гибкого тросика (он должен быть натянут, нельзя допускать, чтобы он провисал в петлях), разбалтывание деталей. Правда, такой высокий показатель искажения всё же не характерен для велосипедных одометров нового поколения. Электромеханические устройства могут дать до 5% искажений. А вот цифровые гаджеты, в которых отсутствуют механические связи между деталями и минимизируется риск внутренних повреждений, выдают не более 1% погрешностей.

Как правильно выбрать прибор

Если вы чётко решили, что велосипедный одометр вам необходим и не станет очередной игрушкой, праздно болтающейся на руле, перед установкой, в первую очередь, необходимо выбрать качественный прибор, который не придётся выбрасывать после первого же велосезона.

При выборе одометра необходимо учесть такие параметры, как:

• надёжность прибора;
• предел показаний;
• качество корпуса;
• функционал;
• тип крепления.

Наиболее надёжные велосипедные счётчики производят такие компании, как VDO, BBB, Cateye, Sigma. Выбрать модель можно индивидуально, исходя из тех целей, которые вы перед собой ставите.

Одометры делятся на модели с максимальным показателем скорости 99,9 км/ч и устройства, отображающие трёхзначные показатели. К примеру, спидометр Sigma 506 показывает скорости выше 100 км/ч. Это устройство рассчитано на велогонщиков. Любителям оно вряд ли пригодится.

По размерам и компактности приборы могут быть разными, но функционал от этого не зависит. Можно приобрести даже устройство в виде ручных часов, измеряющее пульс спортсмена.

Крепить велокомпьютер можно также на выносе руля или самом руле. Бывают приборы с универсальным креплением.

Идеальная модель одометра должна располагать крупным дисплеем с чётко читающимися цифрами.

Необходимо, чтобы прибор выдерживал вибрацию и жёсткие погодные условия, а его компоненты отличались качеством сборки.

Как настроить электронный одометр

Начать установку велосипедного компьютера – это, прежде всего, правильно указать параметры своего транспортного средства. Сделать это лучше всего сразу после приобретения велосипеда. Показатели лучше всего записать и сохранить.

1. Для начала необходимо установить показатель C — длину колеса. Её необходимо уточнить, так как это число нестандартно. Для этого измеряем периметр покрышки с помощью сантиметровой ленты, намотанной на колесо по кругу. Другой способ: поставить краской на колесе яркую отметку и, прокатив велосипед на один оборот колеса, измерить расстояние от одного отпечатка до другого.
2. Затем нужно с помощью электромонтажа закрепить датчик на одном из перьев вилки или на велораме.
3. Далее крепко обматываем провод вокруг пера и тормозного троса.
4. Устанавливаем на вынос руля или руль крепёжную площадку.
5. Фиксируем магнит на спице, но не перетягиваем винт, чтобы не сломать магнитик. Между магнитом и датчиком не должно быть более 3 мм.
6. Закрепляем велосипедный компьютер в контактной площадке и проверяем качество работы.

Велосипедный одометр – необходимое устройство в жизни каждого современного велосипедиста. При умелом использовании прибора можно своевременно прогнозировать сроки технического обслуживания, грамотно распределять спортивные нагрузки, комфортно перемещаться на большие расстояния в условиях велопохода. Грамотно выбранный и укреплённый одометр упрощает жизнь на двух колёсах и повышает ваши шансы не стоять на месте.

Все про велокомпьютеры

Велокомпьютер — электронное устройство, которое используется для измерения скорости и пробега велосипеда, а также дополнительных параметров, таких как средняя скорость, время в пути, максимальная скорость, пульс, передача (на многоскоростных велосипедах), текущее время, температура, давление, каденс и многих других функций.

Как работает велокомпьютер

Принцип работы прост — на ногу вилки прикрепляется датчик — геркон, а на спицу магнит. Каждый раз, когда при движении колеса магнит проходит мимо датчика, компьютер фиксирует один оборот.

Таким образом, если длина окружности колеса известна, то вычислить скорость и расстояние не составит проблем. Более продвинутые модели могут измерять скорость при помощи встроенного GPS датчика, но об этом дальше.

Как устроен велокомпьютер:

• Основной блок. Выглядит как электронные часы, крепящиеся на руль, работает от батарейки;
• Датчик колеса. Датчиком служит геркон или датчик Холла, закреплённый на вилке и возбуждаемый магнитом, установленным на спице колеса;
• Датчик каденса. Дополнительное устройство, которое крепится к раме, а магнит ставится на шатун.
• Провод для передачи данных (в проводных моделях).

Виды велосипедных компьютеров

Классификаций существует много. Рассмотрим те, которые могут помочь в выборе:

1. По типу передачи сигнала.
2. По наборам функций.

Велокомпьютеры делятся на следующие типы:

• Проводные
• Беспроводные
• Оснащенные GPS датчиком

Проводные велокомпьютеры — хороши ли?

Датчик у такого компьютера крепится на ногу вилки, от этого датчика идет проводок к дисплею, установленному на руле, так и передаются все данные.

Проводной велокомпьютер с датчиком каденса

• Дешевле, чем беспроводные;
• Медленнее разряжаются батарейки;
• В датчик на вилке батарейка не нужна;
• Максимально точные данные (радиопомехи не страшны).

• Провод, который немного портит внешний вид велосипеда и его можно случайно порвать;
• Нельзя снять и положить в карман во время езды.

Беспроводные велокомпьютеры

Беспроводной комплект практически идентичен проводному, за исключением наличия провода и формы датчика. Датчик немного больше по размеру, а данные передаются с помощью радиоволн.

• Отсутствует провод;
• Можно снять и положить в карман при плохой погоде, данные будут передаваться;
• Внешне выглядит очень стильно (сказывается отсутствие провода).

• Стоит дороже проводных;
• Чаще нужно менять батарейки;
• Батарейка нужна как в дисплей, так и в датчик на вилке.

Велокомпьютеры с GPS датчиком

Такой компьютер немного больше по размеру. Крепится на руль, никаких сторонних датчиков или магнитов не требуется. Все данные записываются за счет отслеживания вашего движения по GPS.

Велокомпьютер с GPS датчиком

• Всего 1 устройство, никаких датчиков;
• Можно скачать маршрут передвижения на компьютер;
• Синхронизируется с приложениями для мониторинга тренировок;
• Не нуждается в настройке под размер колеса;
• Можно быстро переставить с одного велосипеда на другой.

• Цена. Такие модели намного дороже обычных;
• Батарейки хватает не надолго, но зачастую можно зарядить по USB.

Какие функции есть у велокомпьютера

Количество функций будет зависеть напрямую от того, за какую цену продается велокомпьютер. Условно можно выделить 3 группы.

К первой группе относятся спидометры, которые показывают только базовую информацию, а именно:

• скорость, текущая и максимальная, за все время;
• время поездки;
• протяженность пути;
• одометр (общий путь, пройденный с момента установки девайса);
• часы.

Такой информации достаточно для большинства велосипедистов. Благодаря настройке диаметра колеса подходит на любой велосипед.

Ко второй группе добавим следующие преимущества:

• Расчет средней скорости на заданном участке пути;
• Счетчик оставшихся километров;
• Память, не зависящая от смены (не сбрасывает километры, которые вы накатали);
• Можно настроить под несколько разных велосипедов одновременно;
• Подсветка дисплея;
• Процент заряда батареи отображен на экране;
• Поддерживает синхронизацию с пульсометром и датчиком каденса;
• Встроенный термометр.

Самое важное из списка выше — это синхронизация с датчиком каденса и пульсометром. Это особенно актуально, если вы нацелены на эффективные тренировки.

К третьей группе относятся самые умные спидометры на велосипед. Сюда можно добавить:

• Расчет потраченных калорий;
• GPS датчик;
• Возможность задать карту маршрута и выводить её на дисплей;
• Загрузка преодоленного маршрута на компьютер с дальнейшим импортом в Strava или подобный сервис;
• Выводит высоту над уровнем моря;
• Выводит показатель % уклона или спуска.

Сокращения на велокомпьютере

• Все показатели на экране обычно пишутся в сокращенном виде, вот самые популярные из них:
  SPD – скорость в данный момент времени (текущая);
• DST – расстояние, пройденное байком после того, как произведен сброс счетчика;
• RT – время, затраченное в поездке после сброса;
• AVS – (average speed) средняя скорость;
• MAX – максимальная достигнутая скорость за всю историю измерений;
• TRT – полное время движения велосипеда за всю историю измерений;
• ODO – полная длина пройденного пути (пробег) с момента установки счетчика.

Сокращений может быть намного больше, полный перечень пишется в инструкции к вашему велокомпьютеру.

Как выбрать велокомпьютер

Если информации выше недостаточно для принятия решения о покупке, то вот еще несколько советов:

1. Выбирайте с хорошим дисплеем. Информация должна читаться легко как под солнцем, так и в тени.
2. Непромокаемый корпус. Не придется снимать с руля во время дождя.
3. Ударопрочность.
4. Надежные крепления датчика и магнита. Вы же не хотите растерять детальки?
5. Не поскупитесь на выбор более ли менее известного бренда.

На первое время можно взять бюджетный вариант неизвестного китайского бренда, а позже выбрать что-то более известное и надежное.

Таблица настройки велокомпьютера

Вот таблица, по которой можно настроить велокомпьютер по диаметру колеса, в том числе найнера 29 дюймов. Но учтите, что данные вашей модели могут быть другими, поэтому пользуйтесь инструкцией, которая поставляется в комплекте к велокомпьютеру.

Таблица настройки велокомпьютера под колесо

Как работает одометр на велосипеде

4. Формула расчёта скорости. Видеоуроки физики. (http://www.radostmoya.ru/project/akademiya_zanimatelnyh_nauk_fizika/video/?watch=skorost)

В наше время люди используют большое количество электронных устройств, которые помогают нам и облегчают нашу жизнь. И очень часто, каким бы устройством мы не пользовались в семье я очень часто слышу слово «программа». Когда включаю микроволновку — я выбираю программу разогрева пищи. Когда мама использует посудомоечную или стиральную машину она тоже выбирает «программы», согласно которых домашние устройства выполняют свою полезную работу.

Мне захотелось самому понять что-же такое программа и разобраться, смогу ли я сам сделать полезные устройства, которые бы работали с помощью программ.

Пока я разбирался с тем как писать программы, какими они бывают, я сделал много интересных вещей, и в конце концов мне захотелось поставить программу. на мой велосипед!

Точнее я решил сделать управляемый программой стрелочный спидометр, который мог бы показывать скорость моего движения на велосипеде.

Темой моего исследования стал вопрос: Как сделать прибор, которым управляет программа?

Я поставил себе цель: Понять, что такое программа, научиться писать программы и разобраться как программы могут управлять полезными устройствами.

Для достижения цели необходимо ответить на следующие вопросы (задачи исследования):

• Где может работать программа?
• Что такое программа, как написать программу для небольшого устройства?
• Как программы могут управлять устройствами и механизмами?
• Как программа может получать информацию из внешнего мира?
• Как написать программу и заставить ее выполнять полезную работу?

В ходе рассуждений на тему исследования мной были выдвинуты предположения:

Для работы программы необходим компьютер, а для небольшого устройства нужен специальный микрокомпьютер или микроконтроллер.

Для получения программой информации из внешнего мира необходимо использовать специальные устройства для ввода данных или сенсоры, подключенные к компьютеру.

Для отображения информации или воздействия на внешнюю среду необходимы устройства вывода или исполнительные механизмы.

Для самостоятельного создания полезного прибора, управляемого программой необходим компьютер, устройства ввода и устройства вывода.

Где может работать программа?

Всем известно, что программы выполняются в компьютерах. Но компьютеры и даже ноутбуки вещи достаточно большие, а наша конечная цель – сделать спидометр для велосипеда. Поэтому использование обычных компьютеров создаст для нас следующие проблемы:

Закрепить компьютер на велосипеде – задача трудоемкая и выглядеть такой спидометр будет очень смешно и возить его с собой будет тяжело и неудобно.

Как подключить электропитание? Ведь обычный компьютер потребляет очень много электроэнергии, не вести же за собой многокилометровый электро-удлинитель?

Поэтому для создания небольших приборов существуют специальные маленькие компьютеры, которые могут быть даже без экрана, клавиатуры и мыши и которые сделаны специально для того чтобы выполнять строго определенные и относительно простые задачи. Такие компьютеры называются микроконтроллерами или просто контроллерами.

На сегодняшний день самый популярный и недорогой микроконтроллер для самостоятельного создания полезных вещей является контроллер под названием Arduino UNO (рис. 1.)

Микроконтроллер Arduino UNO может хранить программу внутри главной микросхемы, и выполнять ее автономно.

Записать программу в микроконтроллер можно при помощи специальной программы для обычного компьютера, подключив микроконтроллер к компьютеру при помощи интерфейса USB.

Рис. 1. Микроконтроллер Arduino UNO

Вывод: Изучив возможные устройства, которые могут выполнять программы, я пришел к выводу, что для создания небольшого прибора, управляемого программой необходимо использовать микроконтроллер. Чтобы создать спидометр для моего велосипеда, я решил воспользоваться микроконтроллером Arduino UNO.

Что такое программа, как написать программу для небольшого устройства?

Углубляясь в изучение вопроса о том, как написать программу для выбранного мной контроллера Arduino UNO, оказалось, что для этого необходимо установить на обычный стационарный компьютер специальную среду для разработки, которую можно скачать с сайта http://arduino.cc/ (рис.2)

Рис. 2 Среда программирования для Arduino

В этой среде, используя специальный язык программирования, можно писать последовательность действий который должен совершать контроллер. Эта последовательность действий и называется программой. Программу для контроллера Arduino еще называют скетчем (sketch).

Контроллер будет в точности следовать написанному скетчу, если загрузить его при помощи USB-кабеля.

Для того чтобы начать писать cскетчи для микроконтроллера Arduino я разобрался со следующими основными элементами программ: функции; переменные; математические операторы; операторы ветвления; циклы.

Вывод: Программа — это последовательность действий, описанных на специальном языке программирования, которые в точности будет выполнять компьютер или контроллер. Для создания простой программы для контроллера Arduino необходимо знать, что такое функции, переменные, операторы, команды ветвления и циклы.

Как программа может управлять устройствами и механизмами?

На рисунке 3 изображен контроллер Arduino, на котором можно увидеть 13 цифровых входов-выходов.

Рис. 3. Цифровые входы и выходы и аналоговые входы Arduino

Цифровые входы-выходы — это контакты которые можно использовать и как входы, и как выходы. Как будет работать каждый контакт можно задать в скетче, разместив специальную команду в функции setup().

Когда, цифровые контакты используются в качестве выходов, они действуют подобно маломощным источникам электропитания, которые при помощи специальных команд можно включать или выключать. Таким образом, подавая и отключая электропитания на контакты мы можем управлять разными устройствами.

Я, изучая Arduino подключал к нему и мог управлять следующими устройствами: светодиоды; Электромотор; сервопривод;

Автомат для запуска мыльных пузырей:

Воспользовавшись полученными знаниями по управлению электродвигателем и сервоприводом, я создал автомат для запуска мыльных пузырей и написал программу, которая заставляет его работать (Рис.4, приложение 1). Сделанный мной автомат очень весело работал, самостоятельно пуская мыльные пузыри, что очень нравилось моему маленькому двоюродному братику Платону.

Рис. 4 Автомат для мыльных пузырей.

Вывод: Контроллер Arduino может управлять различными устройствами при помощи цифровых выходов, такими как светодиодами, моторами и сервоприводами. Указанные механизмы можно использовать для создания различных полезных вещей и роботов.

Как программа может получать информацию из внешнего мира?

На рисунке 3 можно увидеть, что у контроллера Arduino кроме 13 цифровых входов-выходов есть еще 6 аналоговых входов, которые отмечены как входы А0, А1, А2, А3, А4, А5, А6.

Цифровые и аналоговые входы, могут быть использованы для получения разнообразной информации из внешнего мира при помощи специальных устройств, которые называются сенсоры.

Цифровые входы могут сообщить нам о наступлении какого-либо события, измеренного подключенным сенсором (например, нажата кнопка или нет, сработал датчик присутствия или нет). Аналоговые входы могут дать более расширенную числовую информацию от разных сенсоров (например, температуру, положение вала потенциометра или расстояние до препятствия от дальномера)

Изучая цифровые и аналоговые входы Arduino, я подключал к нему и мог получать информацию со следующих сенсоров: кнопка или геркон; датчик присутствия; потенциометр; датчик температуры и датчик освещения; ультразвуковой дальномер.

Вывод: Контроллер Arduino может получать информацию о внешней среде и команды управления при помощи цифровых и аналоговых входов и подключенных к ним сенсоров. При помощи сенсоров поведения программы может изменяться, подстраиваться под пользователя прибора или внешнюю среду. Использование различных сенсоров позволяет создавать «разумные» автоматические устройства, которые становятся очень похожими на роботов.

Создание стрелочного спидометра для велосипеда

После того, как я разобрался с тем, как можно использовать входы и выходы контроллера Arduino, мне захотелось сделать действительно полезную вещь, которая управлялась бы написанной мной программой. Такой идеей стал спидометр для моего велосипеда.

Для изготовления такого прибора мне понадобилось минимальное количество материалов, это: контроллер Arduino; магнит; геркон; светодиод; сервопривод; два резистора. Устройство было собрано как изображено на рисунке 5.

Рис. 5. Электрическая схема стрелочного спидометра

Мы подключили светодиод к цифровому выходу 10, и будем подавать на него напряжение командой digitaWrite, чтобы светодиод включался, когда геркон окажется около магнита и выключался когда магнит «отъедет» от геркона. В результате при вращении колеса мы будем видеть, как мигает светодиод.

Геркон мы подключим одним контактом к выводу питания 5Вольт, а другим контактом к аналоговому входу А1. В результате, когда геркон будет замкнут на вход А1 потечет электрический ток от вывода питания и мы сможем замерить появление тока командой analogRead.

Чтобы при размыкании геркона, команда analogRead выдавала нам нулевое напряжение соединим контакт геркона, соединенный с выходом A1 еще из контактом GND (земля) на контроллере при помощи резистора.

Таким образом, при размыкании геркона выход A1 будет соединен через резистор с землей и analogRead должно на выдать значение равное 0.

Но, проверяя работу Геркона с магнитом я выяснил, что с имеющимся у меня резистором при замкнутом герконе при помощи функции analogRead мы получаем значение около 1000 (однозначно больше, чем 100). А при разомкнутом герконе, полученное значение лежит в промежутке от 0 до 6 (однозначно меньше чем 100).

Поэтому, при написании программы мы будем считать геркон разомкнутым, если полученное при помощи analogRead значение меньше чем 100, и замкнутым если это значение больше, чем 100.

На рисунках 6-8 видно, как я закрепил на колесе велосипеда магнит и геркон, чтобы обеспечить замыкание геркона при каждом повороте колеса.

Рис. 6-8. Подключение геркона

Сервопривод я подключил к контактам питания и GND, а также к цифровому выходу 9, при помощи которого мы будем задавать положение сервопривода.

На рисунке 9 видно какое табло спидометра мы сделали, чтобы показывать скорость передвижения велосипеда. На вал сервопривода я прикрепил красную стрелку, которая будет указывать на скорость передвижения велосипеда.

Рис. 9. Спидометр

Проверив работу сервопривода оказалось, что при скорости равной 0, угол отклонения вала сервопривода должен быть равен 1800.

Таким образом при изменении скорости от 0 до 20 км/час мне будет необходимо изменять положение угла стрелки от 180 до 0 градусов.

Для того чтобы вычислить скорость передвижения велосипеда, мне нужно разделить пройденное велосипедом расстояние в километрах на время, за которое это расстояние было пройдено.

Т.е. чтобы узнать какая скорость была у велосипеда во время одного поворота колеса нам нужно узнать расстояние, которое прошел велосипед за один оборот колеса и узнать время за которое этот оборот был совершен.

Расстояние величина, постоянная и просто равна длине колеса, которое я измерил, как показано на рисунках 10-11.

Расстояние оказалось равным 1,43 метрам. Но так как мы считаем скорость в километрах в час, то переведем это расстояние в километры:

Рис. 10-11. Измерение длины окружности колеса

Время, за которое, выполняется один оборот колеса я вычислил внутри моей программы по формуле:

t_ms = millis() – ms,

где millis() – функция, которое выдает нам текущее время (т.е. когда было замыкание контакта геркона), а ms – это время когда было предыдущее срабатывание геркона. Значение ms мы каждый раз запоминаем при срабатывании геркона и используем его, при следующем замыкании.

Но, t_ms – это время поворота колеса в миллисекундах, а нам нужно в часах, поэтому переведем это время сначала в секунды tсек, затем в минуты tмин и потом в часы tчас, итак:

,

Ну и скорость в километрах в час будет равна:

Поэтому в программе, для вычисления скорости, я буду использовать следующее выражение:

Вычисление угла поворота вала сервопривода.

Так как я решил измерять скорость от 0 до 40 километров в час (быстрее велосипед не разгонится), то если бы 0км час соответствовал угол отклонения стрелки 0 градусов, а скорости 40 км/час угол 180 градусов, то скорости 1 км/час соответствовал бы угол равный градусов.

Поэтому, произвольной скорости V км/час, соответствовал бы угол, равный градусов. Значит в программе угол отклонения стрелки мы вычисляем как:

angle = speedometer * 180 /40.

Но, так как у нашего сервопривода крайнее левое положение вала соответствует 180 градусам, а крайнее правое 0 градусам, то мне пришлось вычислить правильное значение для вала по следующей формуле:

В результате моих размышлений я написал программу (приложение 2), которая показывает правильную скорость движения велосипеда на основании измеренных данных (длины колеса и времени одного его поворота).

Проверка точности показаний изготовленного спидометра.

Для проверки точности показаний созданного мной спидометра был приобретен велокомпьютер Cyclotech i6 промышленного производства и также установлен на велосипед.

Рис. 12 Сравнение работы спидометра с эталоном

Во время движения колеса показания двух спидометров, работающих одновременно совпадали, что подтверждает правильность работы программы и моего устройства (рис. 12).

Вывод: используя полученные во время исследования знания у меня получилось создать полезное устройство, которое управляется программой. Я понял, что такое программа и создал много программ-скетчей, которые обеспечивали работу автоматических устройств.

Автомат для мыльных пузырей

Рис. 1 Автомат для мыльных пузырей

s.attach(10); // Подключаем сервопривод

s.write(0); // Поворачиваем серво на 0 градусов

pinMode(3,OUTPUT); // Подключаем мотор

analogWrite(3,0); // Выключаем мотор

to_mylo(); // Запускаем функцию для «макания» в раствор

delay(2000); // Ждем 2 секунды пока «намылится»

to_vent(); // Перемещаем к вентилятору

analogWrite(3,200); // Включсаем вентилятор

delay(5000); // Ждем 5 секунд

int i = 180; // Начальное значение угла 180гр (около вент)

i = i — 2; // уменьшаем угол на 2 градуса

s.write(i); // и отклонять на этот угол сервопривод

delay(20); // каждый раз ждем 20 мс, чтобы поплавней

int i = 0; // Начальное значение угла 0 гр (около мыла)

i = i + 2; // увеличиваем угол на 2 градуса

s.write(i); // и отклонять на этот угол сервопривод

delay(20); // каждый раз ждем 20 мс, чтобы поплавней

if (i==44) // Когда отклонимся на 45 гр, ждем чтобы излишки

// мыльного раствора стекли

Программа управления спидометром

#include // Подключаем библиотеку для работы с серво

Servo s; // создаем переменную s для управления серво

int led = 10; // светодиод подключаем к цифровому выходу 10

int gerkon = A1; // геркон подключаем к аналоговому входу A1

int servo_pin = 9; // серво будет управляться через цифровой выход 9

float wheel_m = 1.43; // измеренная длина колеса 1,43 метра

int gerkonstate; // переменная для запоминания состояния геркона

int check; // переменная для исключения повторного опроса уже замкнутого геркона

long ms; // переменная для запоминания времени срабатывания геркона

long t_ms; // переменная для вычисления времени одного оборота колеса

float speedometr; // переменная для вычисления скорости

int angle = 0; // переменная для вычисления угла поворота спидометра

pinMode(led, OUTPUT); // настраиваем выход для светодиода

pinMode(gerkon, INPUT); // настраиваем вход для геркона

s.attach(servo_pin); // подключаем серво

s.write(180); // отклоняем серво на 180гр, что

// соответствует нулю на табло

gerkonstate = analogRead(gerkon); // считываем состояние геркона

digitalWrite(led, HIGH); // тогда включаем светодиод

t_ms = millis()-ms; // вычисляем время от предыдущего

speedometr = wheel_m*3600/t_ms; // вычисляем скорость в км/час

ms = millis(); // запоминаем время срабатывания

check = 1; // запоминаем что геркон замкнут

digitalWrite(led, LOW); // выключаем светодиод

check = 0; // запоминаем что геркон разомкнут

if ((millis()-ms)>1000) // если геркон не срабатывал больше

angle = speedometr * (180/40); // вычисляем угол сервопривода

s.write(180-angle); // поворачиваем сервопривод

Для создания небольшого прибора, управляемого программой необходимо использовать микроконтроллер, например, Arduino UNO.

Программа – это последовательность действий, описанных на специальном языке программирования, которые в точности будет выполнять компьютер или контроллер. Для создания простой программы необходимо знать, что такое функции, переменные, операторы, команды ветвления и циклы.

Контроллеры могут управлять различными устройствами при помощи цифровых выходов, такими как светодиодами, моторами и сервоприводами и т.д. Указанные механизмы можно использовать для создания различных полезных вещей и роботов.

Контроллеры могут получать информацию о внешней среде и команды управления при помощи цифровых и аналоговых входов и подключенных к ним сенсоров. При помощи сенсоров поведение программы может изменяться, подстраиваться под пользователя прибора или внешнюю среду. Использование различных сенсоров позволяет создавать «разумные» автоматические устройства, которые становятся очень похожими на роботов.

Используя полученные во время исследования знания у меня получилось создать полезное устройство, которое управляется программой. Я понял, что такое программа и создал много программ-скетчей, которые обеспечивали работу автоматических устройств.