帶 Arduino 的健身車監(jiān)視器

市場上的所有健身車都有一個小型車載計算機，通過它可以檢測有關性能的一些重要信息，例如當前速度、行駛公里數(shù)和許多其他類型的數(shù)據(jù)。借助這個簡單的附加設備，可以為我們的健身車添加更多統(tǒng)計數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將在 Arduino 的幫助下顯示在小型 LCD 顯示屏 (20 × 4) 上。顯然可以盡可能地自定義設備的操作，以獲得培訓所需的信息。這正是系統(tǒng)的強大之處。根據(jù)運動需求，程序員可以實現(xiàn)基于訓練的任何信息。

我們將要構(gòu)建的簡單系統(tǒng)不會修改我們的健身車。電子和機械部件均不涉及任何物理變化，因此保持完好。電氣連接只需將踏板傳感器（已經(jīng)是工具的一部分）直接連接到 Arduino 端口即可。該電路非常簡單，可以在幾分鐘內(nèi)完成。固件稍微復雜一些，設計時需要小心。通過構(gòu)建此應用程序，您可以增加健身車的小型車載計算機通常提供的信息。固件會在您騎行時計算并顯示各種信息。在自制設備上觀察運動表現(xiàn)數(shù)據(jù)會帶來很大的滿足感。

健身車上的踩踏檢測器
因為自行車已經(jīng)配備了有用且精確的傳感器，設計師的工作時間被減少到最低限度。已經(jīng)實現(xiàn)的踩踏傳感器提供可變的時基，具體取決于踩踏速度本身。在健身車內(nèi)部，有一個簧片觸點，每轉(zhuǎn)動一次踏板就會激活片刻（見圖 1）。兩個端子連接到單聲道插頭。使用處于歐姆位置的測試儀，可以驗證其“數(shù)字”操作，充當開/關開關并在其端子上顯示以下兩個值：

踏板轉(zhuǎn)動約 20°（打開）時電阻 <2 Ω

踏板轉(zhuǎn)動約 340° 時有無限阻力（關閉）

圖 1：簧片觸點檢測踏板的位置。

系統(tǒng)
該系統(tǒng)的操作非常簡單。來自健身車的插頭會在踏板每轉(zhuǎn)一圈時產(chǎn)生一個開/關脈沖。在大部分踏板行程中，兩個電觸點是打開的，但在一小部分踏板轉(zhuǎn)動中，它們是短路的。這個脈沖對于 MCU 做出適當?shù)臎Q定很有用，用于數(shù)據(jù)處理。該觸點（有時打開，有時關閉）可以與任何 MCU 或 CPU 系統(tǒng)一起使用，從而為可能的應用打開了一個非常廣闊的全景。一個 Arduino 端口被配置為數(shù)字輸入，通過檢測踩踏的脈沖，它可以執(zhí)行所有必要的計算。幸運的是，這種應用程序僅在開/關模式下使用自行車傳感器，而不通過通信協(xié)議發(fā)送任何串行數(shù)據(jù)。

接線圖
原理圖很簡單（見圖2）。系統(tǒng)的核心顯然由 Arduino UNO 代表，但任何其他平臺也可以。Hitachi 兼容的 LCD 顯示器連接到端口 12、11、5、4、3 和 2。它必須有 20 列和 4 行。盡管未顯示，但必須將顯示器連接到可變電阻分壓器（電位計）才能改變屏幕的對比度。Arduino 的端口 8 是數(shù)字輸入，在靜止狀態(tài)下，通過 3.3-kΩ 下拉電阻接地。如果踩踏板未激活觸點，則此門處于低邏輯電平。它被編程為用作數(shù)字輸入。關閉健身車的觸點允許接收高 5V 邏輯脈沖，固件將對其進行適當處理。

圖 2：Arduino UNO 的接線圖

電氣連接
電氣連接也減少到最低限度，系統(tǒng)的接線非常簡單。有必要截取來自健身車的插頭并將其連接到 Arduino UNO。電路圖開關，實際上是不存在的；它只是虛擬的，不能添加。它代表連接到運動器材插頭的觸點。需要存在下拉電阻。一個端子連接到地面，另一個端子連接到 Arduino 的端口 8。電線的方向并不重要，因為健身車的電線僅打開和關閉電觸點，沒有任何極性。如果一切正常，初次踩踏時，顯示屏應顯示鍛煉的第一個數(shù)據(jù)。因為健身車的接觸傳感器是被動使用的，它甚至不必由電力驅(qū)動。唯一需要供電的設備是 Arduino。

固件
使用 Arduino IDE，您需要編寫和編譯附加的程序。它是管理與健身車的連接以及顯示屏上數(shù)據(jù)的計算和顯示的軟件。該程序與任何類型的健身車兼容，每次踏板行程的行駛距離必須正確初始化，以米為單位。事實上，這些數(shù)據(jù)根據(jù)所使用的健身車類型變化很大。要測量踏板行程所覆蓋的距離，只需使用帶有本機計算機的健身車，重置所有數(shù)據(jù)，執(zhí)行 100 次騎行，然后將行駛距離除以 100。結(jié)果對應于單次踏板行程所覆蓋的距離，單位為米。清單非常簡單。源代碼的第一部分專用于變量的聲明，包括 LCD 顯示器的庫、其初始化和 I/O 端口的配置。另一方面，loop() 函數(shù)是可操作的。它執(zhí)行檢測自行車傳感器邏輯狀態(tài)的所有動作。軟件類型的防彈跳程序起到了關鍵作用，它確保了干凈的開/關脈沖：

而（數(shù)字讀取（8）==低）

延遲（10）；

而（數(shù)字讀?。?）==高）

延遲（10）；

各種簡單的數(shù)學計算涉及騎行次數(shù)、行駛的虛擬空間、自鍛煉開始以來經(jīng)過的時間、平均速度和消耗的卡路里的計數(shù)和計算。然后該數(shù)據(jù)顯示在四行 20 列的 LCD 顯示屏上。雖然這是一個比傳統(tǒng)圖形屏幕更小的顯示器，但所有信息都可以輕松包含在其中。通過適當?shù)匦薷某绦蚬δ?，可以使用其他類型的顯示器。只需要更改程序的一行以使這些措施適應您的健身車。事實上，程序員必須將變量“nMetriUnaPedalata”設置為實際測量的值。只有這樣，結(jié)果才能正確顯示并適應您的工具。隨著第一個踏板行程，圖 3。

圖 3：液晶顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)

當您想結(jié)束培訓課程時，您只需關閉 Arduino。當然，數(shù)據(jù)將被重置。該軟件將顯示以下信息：

乘車次數(shù)

行駛的（虛擬）公里數(shù)

自鍛煉開始以來經(jīng)過的時間，以秒為單位

平均速度

訓練消耗的卡路里

顯然，可以預測和添加其他類型的附加信息，例如，以米/秒為單位的速度、訓練中減輕的重量、達到的最大速度以及行駛 100 公里所需的時間。對于進行此類培訓的人來說，這都是非常有用的信息。

結(jié)論

由于本文中介紹的系統(tǒng)是一個開放項目，因此可以實現(xiàn)并提供顯示器上顯示的任何類型的新功能或信息。屏幕的大小決定了顯示的數(shù)據(jù)量。Arduino是一個價格合理的開發(fā)系統(tǒng)，可以用于許多不同的項目。該項目還可以應用于磁性跑步機，該跑步機使用相同的沖擊方法。相反，卡路里的計算是近似的，并基于一般公式。它們不應被視為絕對數(shù)據(jù)，但可以提供一個很好的參考點。更有經(jīng)驗的設計師可以嘗試通過構(gòu)建更復雜的原型來擴展系統(tǒng)，并連接到更大的彩色監(jiān)視器。

審核編輯 黃昊宇