Как сделать спидометр для велика
Цифровой спидометр на Ардуино для автомобиля или мотоцикла и электронный одометр своими руками
В инструкции будет рассказано, как сделать цифровой спидометр для своего велосипеда. Да, это то же самое, что мы используем в автомобилях и мотоциклах, но он будет очень дешевым.
У собранного своими руками электронного спидометра будет три режима:
Спидометр собран на Ардуино, так что нет предела вашему воображению.
Шаг 1: Как всё работает
Принцип работы проекта прост, но для сборки его нужно понимать. В самом простом понимании, он состоит из Геркона или магнитного выключателя, установленного на раму велосипеда и еще одного магнита, установленного на спицу колеса.
Так как колесо вращается, то магнит активизирует выключатель при каждом обороте. Сигнал поступает на Ардуино, который считает количество оборотов и по ним определяет покрытую дистанцию (нужно будет сначала указать диаметр вашего колеса). Также Ардуино следит за временем и вычисляет скорость. Данные выводятся на дисплей, где они отображаются в милях в час (или в километрах, если доработать формулу).
Шаг 2: Необходимые материалы
Проект недорогой и может обойтись вам в 300-700 рублей. Сборка потребует от вас некоторые умения в пайке.
Материалы для сборки:
Список необходимого инструмента:
Шаг 3: Код
Перед тем, как мы перейдём к электронике, будет неплохо загрузить код, чтобы вы не испытывали конфуз, метаясь между неправильно подключенными проводами. Загрузите код на Ардуино, перед этим не забыв указать диаметр колеса вашего велосипеда.
Шаг 4: Электроника
Схема соединения компонентов приложена выше, но я также напишу её отдельно.
После соединения всех компонентов можно запитать девайс и проверить, что всё работает.
Шаг 5: Корпус
Корпус можно сделать из пластика или дерева, он должен быть прочным и в нём должно быть достаточно пространства.
После установки переключателей, экрана, кнопки и хедеров проверьте девайс на работоспособность. Постарайтесь сделать устройство водонепроницаемым, ведь оно окажется в самых худших для работы условиях.
Шаг 6: Тестирование и устранение неполадок
Запитайте устройство от батарейки 9V и проверьте все три режима. Поднесите магнит близко к Геркону и скорость с дистанцией должны начать увеличиваться.
Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.
Цифровой спидометр для велосипеда
Для велосипедиста в процессе движения важно знать скорость велосипеда и пройденный путь. Определение длины велопробега довольно просто решается с помощью механического прибора, серийно выпускаемого промышленностью и устанавливаемого на одну из вилок колеса. Механический указатель скорости велосипеда не получил широкого применения.
Общий принцип работы
цифрового велоспидометра заключается в следующем. Светодиод типа АЛ107Б в инфракрасной области непрерывно генерирует световые импульсы, которые принимаются фотодиодом ФД-9 и далее усиливаются операционным усилителем К140УД1А. Светодиод и фотодиод устанавливаются на вилке одного из колес велосипедиста друг против друга между спицами на расстоянии 1…2 см. Когда спица закрывает световое излучение, то на фотодиоде и выходе операционного усилителя на время пролета спицы устанавливается уровень логического 0. Специальная триггерная схема непрерывно анализирует состояние между входом и выходом оптопары и при исчезновении импульсов с фотодиода формирует сигнал, соответствующий времени пролета спицы между светодиодом и фотодиодом. Далее генерируется определенный интервал времени, в течение которого суммируются все спицы, зафиксированные оптопарой. Полученная сумма и даст скорость велосипеда, так как количество промелькнувших спиц линейно возрастает со скоростью велосипеда. Изменением длины интервала суммирования (счета) добиваются необходимой калибровки прибора.
Принципиальная схема и временные диаграммы работы цифрового велоспидометра приведены соответственно на рис. 1 и 2.
На микросхемах DD1.1 и DD1.2 собран генератор импульсов с периодом следования около 20 мкс. Последовательность этих сигналов усиливает и одновременно инвертирует транзистор VT1, в коллекторной нагрузке которого включен светодиод VD1 типа АЛ107Б. Импульсы светового излучения на длине волны около 1 мкм принимает фотодиод V D2 типа ФД-9, включенный между входами операционного усилителя DA1. Соотношением резисторов R4 и R5 устанавливают необходимую чувствительность фотоприемной схемы. Tранзистор VT2 согласует выход усилителя DA1 с требуемым входным потенциалом КМОП микросхем. Конденсатор C2 не пропускает постоянную составляющую на базу транзистора VT2. Tриггеры DD3.1 и DD3.2 непрерывно следят за состоянием между входом и выходом оптопары. В исходном состоянии, когда спица не закрывает световое излучение, триггер DD3.1 по S-входу устанавливается в единичное состояние, а триггер DD3.2 по R-входу — в нулевое. Tриггер DD5.1 делит частоту с генератора на микросхемах DD1.1 и DD1.2 на два. Как только спица велосипеда закрывает световое излучение, импульсы с выхода триггера DD5.1 по синхровходу С сбрасывают в нуль триггер DD3.1. Если через два последующих такта не приходит сигнал с фотодиода, то триггер DD3.2 устанавливается в единицу, тем самым формируя фронт + 1 для суммирования количества спиц. Одновременно по входу R блокируется в нуль триггер DD5.1, запрещая прохождение сигналов со входа оптопары. В таком состоянии схема находится несколько секунд, пока спица закрывает световой поток. Длительность времени пролета спицы определяется скоростью велосипеда и толщиной спицы. Когда открывается световой поток, срабатывает фотодиод VD1, и все триггеры по входам R и S устанавливаются в исходное состояние. Tриггер DD5.1 необходим для ликвидации «дребезга» схемы при входе спицы в полосу светового излучения. Микросхемы DD1.5 и DD1.6 совместно с конденсатором СЗ и резисторами R8 и R9 образуют генератор импульсов, во время действия которых суммируется количество спиц за определенный промежуток времени (tсч= 100-200 мс). Резистором R8 плавно регулируется длительность интервала счета.
Следует отметить, что у различных типов велосипеда интервал счета также различен. Он определяется в зависимости от радиуса колес, количества спиц и других параметров. Поэтому величина tсч, для каждого велосипеда устанавливается экспериментально. Cхема велоспидометра непрерывно определяет скорость велосипеда с периодом 8tсч (от 1 до 1,5 с), в результате чего можно оперативно следить за изменением скорости на определенных участках пути: с горы, при ускорении или торможении. Причем на время tcч индикаторы погашены, а на время tинд = 7tсч индицируется сумма количества спиц, которая и определит скорость велосипеда в единицах измерения км/ч за данный промежуток времени.
Погрешность измерения зависит от стабильности интервала (и при изменении уровня питающего напряжения и температуры окружающей среды и не превышает 3…5%.
Схема счета и индикации работает следующим образом.
Tактовые сигналы с генератора на микросхемах DD1.5 и DD1.б поступают на триггеры DD4.1 и DD4.2, которые делят исходную частоту на четыре. При поступлении с выхода микросхемы DD4.2 фронта восьмого импульса цепочка микросхем DD1.3, DD2.3 и DD2.4 формирует короткий сигнал для сброса в нуль по установочным R-входам триггера DD5.2 и цифровых индикаторов DD6 и DD7. Сигнал логического 0 с инверсного выхода микросхемы DD5.2 гасит индикацию по входу Г DD6 на время tсч. Одновременно импульс логической 1 с прямого выхода микросхемы DD5.2 разрешает на время гсч проход сигналов суммирования +1 с микросхемы DD2.2.
В состав индикатора DD7 входит внутренний десятичный счетчик, который суммирует эти сигналы. При поступлении на счетчик DD7 десятого импульса на выходе Р формируется сигнал переноса, который поступает на индикатор DD6. Первым последующим тактом с генератора триггер DD5.2 переходит в нулевое состояние, в результате чего запрещается счет импульсов и высвечивается сумма количества спиц на время 7tсч. Далее цикл повторяется вновь. Резисторы R11 и R12 уменьшают яркость свечения индикаторов, сокращая потребляемую мощность от источника питания. Велоспидометр включается в работу кнопкой SB1. В первый такт измерения (около 1 с) за счет переходных процессов возможно неверное определение скорости велосипеда, после чего каждую секунду высвечивается точное значение скорости до выключения питания.
Наладку спидометра
начинают с проверки осциллографом работы генератора на микросхемах DD1.1 и DD1.2. на коллекторе транзистора VT1 должна быть последовательность импульсов с периодом следования около 20 мкс. Далее размещают светодиод и фотодиод друг против друга на расстоянии 1…2 см и проверяют наличие импульсов на выходе операционного усилителя DA1. Резисторами R4 и R5 устанавливают такую чувствительность фотоприемной схемы, при которой еще сохраняются сигналы на коллекторе транзистора VT2 при увеличении расстояния между светодиодом и фотодиодом до 4…5 см. Проверяют исходное состояние триггеров DD5.1, DD3.1 и DD3.2 согласно временным диаграммам рис. 2. Затем налаживают схему индикации и счета. Длительность импульсов на выводе 13 микросхемы DD5.2 должна плавно регулироваться резистором R8 в пределах от 100 до 200 мс. Подается напряжение +9 В на входы Г индикаторов DD6 и DD7 и на вывод 5 микросхемы DD2.2, а входы R индикаторов DD6 и DD7 заземляют. Если между светодиодом и фотодиодом поместить предмет толщиной со спицу велосипеда, то на индикаторах должна прибавиться единица. После этого следует восстановить схему согласно рис. 1. Калибровку схемы производят в процессе движения резистором R8.
О заменах деталей.
Вместо фотодиода ФД-9 можно использовать фотодиоды ФД-10, ФД-5, ФД26К, ФД27К, ФД265А, но тогда уменьшится чувствительность схемы, которую можно увеличить изменением резисторов R4 и R5. Возможно использование светодиодов АЛ107А, АЛ107Б, АЛ115А, АЛ115Б, АЛ118А, АЛ118Б, а также операционных усилителей К140УД1Б. Микросхемы серии К564 можно заменить серией К561, которая более критична к уровню питающего напряжения и исполнена в другом пластмассовом корпусе. Подстроечный резистор R8 типа СП3- 16а, однако лучше применять резисторы с фиксатором ручки потенциометра, так как в процессе езды возможны толчки и смешение движка резистора. Тип разъемов XI—Х5 можно выбрать по своему усмотрению, но для обеспечения надежности лучше использовать разъемы с резьбовым соединением.
Конструкция и установка схемы.
Вид печатной платы велоспидометра представлен на рис. 3 и 4. Она изготовлена из двустороннего стеклотекстолита и установлена вместе с источником питания GB1 в специальный герметичный корпус с разъемами XI—Х5.
На рис. 5 показана плата индикаторов, которая крепится либо на торцевой части коробки, либо на руле велосипеда и соединяется с основной схемой гибкими проводниками. Возможные варианты установки рабочих элементов схемы на велосипеде представлены на рис. 6 и 7.
В первом варианте корпус со схемой, индикаторами, источником питания крепится под рулем велосипеда. Светодиод и фотодиод устанавливаются на передней вилке, а кнопка В1 — на руле. Во втором варианте оптопара крепится на заднем колесе, схема с источником питания — под сиденьем, а индикаторы с кнопкой — на руле. Можно положить корпус со схемой просто в кобуру для ключей. Тип крепления элементов к раме каждый радиолюбитель может выбрать по своему усмотрению в зависимости от размеров, конструкции вилок и типа велосипеда.
С.Гудов. В помощь радиолюбителю №107, 1990г.
Разновидности спидометров для велосипеда и их особенности
9 минут Автор: Михаил Скворцов 2271
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 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.
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.
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.
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:
Закрепляемый на выносе руля спидометр, позволяет сохранить место на руле для других аксессуаров.
Основные требования к велосипедным спидометрам:
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.
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:
Закрепление велокомпьютера
Более подробно ознакомиться с установкой велоспидометра можно, просмотрев следующее видео, где в качестве примера приведено устройство марки Sigma.