Как сделать спидометр на велосипед

Обновлено: 08.01.2025

Здравствуй, Хабр! Мне хотелось бы поделиться историей о создании велокопомпьютера своими руками. После покупки велосипеда я решил как-то фиксировать свой прогресс, но мобильные трекеры оказались не самым удобным решением, а из Китая ко мне уже летел заранее заказанный там BOGEER 823, что делало покупку на месте бессмысленной. Поэтому я решил попытаться сделать велокомп своими руками, заодно заложив в него основу для расширения: управление обвесом велосипеда (передний и задний свет, звонок).

Немного подготовки

Первая версия

Текущая скорость
Дистанция текущей поездки
Дистанция всех поездок
Время в поездке
Текущее время
Подсветка
Возможность обмена данным с компьютером через карту памяти

К счастью, все нужные модули были под рукой:

Arduino nano
Nokia 5110 LCD (синяя подсветка, через GND)
Распаянные часы DS1302
Модуль SD карт

Подключив геркон, я начал тестировать первую версию скетча, который базировался на раздобытых из сети скетча для работы с дисплеем и англоязычном спидометре.

Убедившись в работоспособности конструкции, я решил провести первый тест. Питание я планировал от нескольких АА батареек или аккумулятора, но в тот момент под рукой их не оказалось… Поверьте, кататься на велосипеде с ноутбуком под мышкой то ещё удовольствие.

Угадайте, почему не велосипед не едет назад?

Тестирование принесло свои плоды. Я обнаружил ошибку в логике: сигнал от геркона всегда приравнивался к обороту колеса (если прошло минимальное время на оборот). Вроде, всё правильно, но если остановиться, зафиксировав магнит напротив геркона, то программа считала, что вы едете очень быстро.

Вторая версия

Так как мой 5110-й был на красной подложке, а значит, подсветка в нём управлялась логическим нулём, а не единицей, от программного управления через аналоговый порт пришлось отказаться и добавить простую кнопку.
Кроме того, аналоговый порт без данных выдавал случайные значения, но это решилось простым резистором. А вот другой сюрприз от аналогового порта заставил меня поломать голову: значение замыкания геркона при питании от батареек были не такими, как при использовании USB порта.

Третья версия

Пришлось изменить расположение компонентов: в корпус всё влезло, но итоговый размер стал больше. В процессе перепайки пришлось заменить Arduino Nano и SD модуль: паяльником я владею так себе и часть выводов просто привёл в негодность.

Размеры: 72x50x28mm

После того, как я проверил работоспособность всех модулей, я решил зафиксировать их эпоксидным клеем для большей устойчивости к тряскам.

Ещё пара исправлений в коде, и интерфейс был приведён к финальному (на текущий момент) виду.

Неприятность преподнесли часы: один из контактов отошёл, и время стало скакать (как если бы я перепутал RST и CLK). Но что самое интересное — после поездки часы пришли в норму.

Пожалуй, претензию можно предъявить к углу крепления: во время поездки смотреть неудобно.

Да и способ крепления изолентой неидеален, но у меня не получилось найти отдельно кронштейн для велосипедных гаджетов. Хотя, из Китая ко мне едет паучок. Думаю, что он вполне подойдёт для решения данной проблемы.

Стоимость

Корпус BOX-G020 — 115р
Эпоксилин — 95р
Батарейки — 60р
Arduino Nano — 120р
Nokia LCD 5110 — 102р
Чёрная изолента — 40р
SD module — 187р
DS1302 — 70р
Кейсы для батареек — 120р
Провода и резисторы — 80р
Геркон + магнит — 82р

Итого: ~1100р

Ссылки по теме

Итоги

Привет, Geektimes! Сегодня хочу поделиться опытом общения с такой штукой, как велокомпьютер. Модельки бывают разные, как дешёвые, так и дорогие, но почти все они, во-первых, одинаково устроены и работают по одному принципу, а во-вторых, имеют схожий набор функций.

Так что если не смотреть в сторону дорогих моделек с GPS и всякими биометрическими датчиками – что одна модель, что другая непрофессионалу – разницы почти не будет.

Как это устроено

Начать стоит, как водится, с теории. Измерять расстояние и скорость можно двумя способами.

Первый, самый простой с точки зрения реализации, требует от нас знания радиуса или диаметра колеса (и числа Пи), подсчитать количество оборотов за единицу времени.

Дальше немного школьной арифметики (вычисляем длину окружности, умножаем на обороты и делим на время) и результаты у нас в кармане. Собственно, так почти все современные спидометры и работают: что в машине, что на велосипеде.

Второй способ – использовать GPS, по которому всё также определять пройденное расстояние за единицу времени. Способ дороже, имеет некоторые ограничения и недостатки, но совершенно не зависит от технического состояния ТС и его механических частей. Все неточности измерения зависят только от приёмника и вычислительной системы. Сейчас почти у каждого есть смартфон (а у некоторых – и по два), так что такой способ измерения тоже допустим, тем более что всё необходимое вы и так носите с собой в кармане.

Велокопмьютеры, естественно, делаются максимально дешёвым, надёжным и неприхотливым способом (то есть первым), и состоят из магнита, закрепляемого на колесе, датчика, который закрепляется на вилке рядом с магнитом и срабатывает при приближении магнита, и выносного модуля, который и ведёт все подсчёты + отображает результаты.

Практика

У меня на тесте было две модели. Производитель, конечно, не самый популярный, но сути это не меняет. Внутри коробок набор примерно одинаковый: стяжки, крепления, сам модуль, батарейка, геркон на вилку, магнит на колесо.

В некоторых моделях есть ещё дополнительный комплект датчиков для установки на шатуны и раму – такие велокомпьютеры могут вдобавок к скорости и расстоянию определять каденс (скорость вращения педалей) и выдавать рекомендации по уменьшению/увеличению текущей передачи.

Установка на велосипед не вызывает трудностей. Маленькими стяжками крепим магнит на спицах, геркон и провод к самому компьютеру закрепляем на вилке. Вставляем батарейку в вычислительный модуль.

Прокладываем проводок так, чтоб он не был уязвим для случайных веток, камней и прочих неприятностей (то есть по задней стороне вилки), цепляем дисплейный модуль куда-нибудь на руль. Некоторые любят вешать велокомпьютер на вынос руля, мне же такое размещение не подходило – вынос не позволял.

Далее переходим к изначальной настройке всего этого великолепия.

Настройка

При включении велокомпьютер попросит ввести размер вашего колеса. Колёса велосипедов (если, конечно, у вас не какой-нибудь дикий самострой с нестандартными колёсами от мотоцикла) давно стандартизированы, и длины окружностей для них рассчитаны.

Подсказка может быть расположена как в инструкции к велокомпьютеру, так и на коробке. Смотрим на боковую поверхность шины, ищем заветные цифры. В моём случае (покрышки 26″ x 2.25″ в велокомпьютер следовало ввести цифры 2115). Установив на обоих компьютерах одинаковые значения и удостоверившись, что каждый срабатывает только от своего магнита (оба были поставлены с разных сторон и на разной высоте) я выкатился на тесты.

Велокомпьютер vs. GPS

Прежде чем доверять показаниям этих шайтан-коробок из поднебесной необходимо было проверить их показания на какой-нибудь дистанции, которая заранее известна. В парке была найдена соответствующая дорожка, по ней отмерено контрольное расстояние (4 раза по 300 метров), показания компьютеров сброшены в ноль, GPS-трекер и спидометр на телефоне также приведены в соответствующие режимы.

Тестовый заезд показал, что, во-первых, оба компьютера брешут (причём один больше другого), а во-вторых, GPS + другие методы определения скорости и расстояния на телефоне если и ошиблись, то на грани погрешности, обусловленной как принципами работы GPS, так и моей неидеальной траекторией.

Повседневное использование

Две недели я усиленно катался то с одним компьютером, то с другим, а иногда и с двумя сразу, проверяя, не уехала ли погрешность измерений, и как точно они измеряют относительно GPS.

Очевидные плюсы велокомпьютера, на самом деле, не очень-то и нужны. Да, ты всегда знаешь пройденное расстояние, общий пробег за сезон и текущую скорость. Нужно ли это в парке? При спуске с моста или при активном увлечении каким-нибудь кросс-кантри? Возможно, но не критично.

Велокомпьютер vs. смартфон на руле

Основной вопрос лично для меня заключался в том, нужен ли велокомпьютер вообще, если у тебя и так с собой и навигатор, и спидометр и GPS-трекер в кармане. Быть может, проще закрепить на руле смартфон?

Собственно, по функционалу и точности измерений любой smart-девайс уделывает простейшие велокомпьютеры. Вопрос в надёжном креплении и размерах устройства. Если у вас что-нибудь компактное, вроде iPhone 4s / 5 — пользоваться такой штукой будет удобно. Ну а лопаты вроде Galaxy Note, Lumia 1520 и iPhone 6+ и крепить сложнее, и управлять ими не так удобно. Если небольшой смартфон весом в 120-140 грамм можно повесить на одну из сторон руля, и он будет практически незаметен, то 170-210-граммовые лопаты уже ощутимо изменяют как баланс рулевого управления, так и просто мешаются, а повешенные на вынос (то есть в центр руля) становятся не очень удобными в управлении на ходу.

Кроме того, при любом падении или ощутимой кочке есть шанс потерять девайс, который стоит в 15-50 раз дороже велокомпьютера. Хорошо если отделаетесь парой царапин на задней панели или разбитым экраном, а то ведь может и вообще разлететься на запчасти так, что частей не соберёшь.

Подводим итоги

При аккуратной езде в городе и парке у смартфона миллион преимуществ, дело за малым, найти нормальное крепление на руль. Например, такое. В случае же экстрима… Пожалуй, велокомпьютер будет предпочитетельнее, как из-за массы и размеров, так и из соображений потенциального ущерба при падении. На этом у меня всё, а своим опытом применения таких девайсов вы всегда можете поделиться в комментариях. Хорошей вам погоды в эти выходные!

После покупки нового велосипеда решил я его оснастить велокомпьютером, но китайские поделки покупать не стал по трём причинам:
1. Высокая цена
2. Отвратительное качество сборки
3. Ну, я же радиолюбитель!

И поэтому я поступил как настоящий радиолюбитель – собрал желаемый прибор самостоятельно.

В данной статье я расскажу вам, как самому собрать велокомпьютер на микроконтроллере. Данный велокомпьютер выполнен на микроконтроллере Attiny2313, в качестве дисплея использован однострочный ЖК индикатор на контроллере HD44780. Прибор умеет отображать текущую скорость, общее и промежуточное расстояния (отображаются в метрах). Общее расстояние, в отличии от промежуточного сохраняется в энергонезависимой памяти EEPROM. Схема велокомпьютера очень проста и не содержит дорогостоящих компонентов:

Дисплей подключён к микроконтроллеру по распространенному 4-х битному интерфейсу. Кнопки S1,S2,S3 (подтянуты десяти килоомными резисторами к плюсу питания) управляют прибором. Подстроечный резистор R6 регулирует контрастность дисплея. Светодиод HL1 индицирует подачу питания. В качестве динамика Ls1 можно использовать пьезоизлучатель. Транзистор VT1 – можно ставить любой биполярный n-p-n структуры, например КТ315 (я применил BC546B). Микроконтроллер Attiny2313 можно использовать с любыми буквенными индексами.

Зачем нужен внешний кварц микроконтроллеру, у которого есть свой тактовый генератор?
Наверное, у каждого из вас появился такой вопрос, и я на него постараюсь ответить. Без кварца работа устройства будет крайне не стабильна (неточность измерения, крякозяблики на дисплее и т.п.) потому, что встроенный тактовый генератор в микроконтроллере имеет большую “плавающую точку” и его частота постоянно колеблется. Если у вас нет такого кварца, не расстраивайтесь! Просто измените программу под тот кварц, который у вас есть. Впишите, в строчку $crystal= частоту своего кварца и всё будет ОК. Но на “худой конец”, если у вас нет никакого кварца, используйте встроенный тактовый генератор (пример установки фьюз-битов внизу), конечно работать будет не совсем точно и стабильно.

После того как я нарисовал схему и подумал каким будет велокомпьютер, сел на свой любимый велик и поехал по городу – покупать радио детали по следующему списку:

Микроконтроллер Attiny2313 1шт.
Кнопки тактовые (без фиксации) 3шт.
Резисторы номиналом 10 кОм 5шт.
Резисторы номиналом 1 кОм 2шт.
Резистор номиналом 100 Ом 1шт.
Панелька под микроконтроллер DIP-20 1шт.
Транзистор биполярный BC546B 1шт.
Пьезоизлучатель 1шт.
Кварц 4 МГц 1шт.
Светодиод (синего свечения) 1щт.
Построечный резистор номиналом 10 кОм 1шт.
ЖК индикатор (дисплей) на контроллере HD44780 1*16 1шт.
Керамические конденсаторы 18 пФ 2шт.
Керамический конденсатор 0.1 мкФ 1шт.
Электролитический конденсатор 100 мкФ 1шт.
Штекер 2.5 1шт.
Гнездо для штекера 2.5 1шт.
Гнездо MiniUSB 1шт.
Пластмассовый корпус 85x60x35мм 1шт.
Крепёж на руль велосипеда 1шт.
Кнопка с фиксацией 1шт.
Геркон 1шт.

Корпус, который я купил для велокомпьютера:

Макетная плата, термоусадка, АКБ и метр провода у меня были.
Приехавши домой сразу взялся за сборку велокомпьютера. Первым делом взялся за корпус. В корпусе надо сделать прямоугольную дыру размером 15x60мм.

Возможно, вы спросите, а как ты делал такую дыру? Да очень просто! Сначала размечаем карандашом, где будем делать дырку, потом сверлилкой сверлим по контуру отверстия когда весь контур высверлили выламываем кусок пластмассы и обрабатываем всё напильником. Вот что получилось у меня:

Кстати, все остальные отверстия я делал по ходу сборки. Изнутри корпуса на дыру приклеил кусочек органического стекла, чтобы пыль и влага не попадали на дисплей.

Далее спаял плату поставил кнопки, дисплей и всё остальное. Монтаж делал на макетной плате.

Вид сзади (без крышки):

Зарядка через MiniUSB:

У меня прибор питается от аккумулятора телефона Nokia на 3.7v. Зарядка осуществляется через MiniUSB порт, подключённый прямо к аккумулятору. Возможно, вы скажете, это же не правильно! И будете правы, для этого дела есть специальные микросхемы но я таковой микрухи не нашёл и пришлось довольствоваться тем что было. Но как-никак зарядка идёт, и за два часа заряда мой аккумулятор заряжается полностью. В рабочем режиме с включенной подсветкой дисплея велокомпьютер потребляет ~30мА.

Установка велокомпьютера на велосипед

Чтобы считать, расстояние и скорость велоспидометру нужен, так сказать “орган восприятия”. Геркон - это и есть этот “орган”, устанавливается он на раме велосипеда рядом с колесом, на спицах колеса устанавливается магнит. Чтобы когда колесо делало полный оборот, магнит “проходил” напротив геркона и “замыкал” его, тем самым формируя импульс который нужен велокомпьютеру для расчёта расстояния и скорости. На схеме указано, где подключать геркон к прибору. Я геркон припаял на небольшой кусочек макетной платы, припаял к нему провода и усадил на него термоусадку. И закрепил это всё на раме велосипеда с помощью пластмассовых стяжек.

Пример установки магнита на спицы колеса:

Велокомпьютер я закрепил посредине руля велосипеда:

Описание устройства

При включении устройства на дисплее появляется приветствие и информация о версии и авторе, потом в левой части дисплея отображается промежуточное расстояние, а в правой скорость (главный экран).

Загрузка велокомпьютера (приветствие):

Информация о версии:

Информация об авторе:

Кнопка S1 – при нажатии сохраняется общее расстояние в энергонезависимой памяти EEPROM, в течение секунды на дисплее отображается надпись “All:” а после её общее расстояние и надпись “Save”, звучит звуковой сигнал, после чего велокомпьютер возвращается к подсчёту расстояния и скорости (главный экран).

Да, да! Вы не ошиблись (смотря на фотографию выше), за несколько дней я проехал 191км! Потому что сегодня (21.08.2012), до школы осталось 11 и дабы проводить лето решил сделать “небольшую” покатушку за город.

Кнопка S3 - при нажатии в течение секунды на дисплее отображается надпись “All:” а после её общее расстояние и звучит звуковой сигнал, после чего велокомпьютер возвращается к подсчёту расстояния и скорости (главный экран).

Настройка велокомпьютера

Чтобы велокомпьютер отображал правильное расстояние, и скорость он должен знать, какое расстояние проезжает велосипед за один оборот колеса (иначе прибор будет просто неправильно считать расстояние и скорость), это расстояние хранится в константе Coleso (у меня по умолчанию 2.08 метра). Для настройки велокомпьютера, измерьте длину колеса своего велосипеда в сантиметрах полученное значение переведите в метры и впишите его в константу Coleso, перекомпилируйте программу с новыми значениями и прошейте ею велокомпьютер.

Если кто это сделать не в состоянии, присылайте мне на e-mail длину своего колеса, сделаю прошивку под ваш велосипед.

Прошивка МК велокомпьютера

Прошивка для велокомпьютера находится в файлах к статье и называется t2313veloC.HEX, прошивку писал в среде BASCOM-AVR (исходник прилагается).
Пример установки фьюз-битов на внешний кварц 4МГц:

Пример установки фьюз-битов на внутренний тактовый генератор 4 МГц:

В файлах к статье есть проект данного девайса в симуляторе Proteus. Но предупреждаю, что в симуляторе прибор работает очень медленно! В протеусе разве что светодиодами мигать можно (без глюков).

Видео работы велоспидометра:

Заключение

В заключении хотелось бы сказать, что велокомпьютер вышел отличный и не дорогой, затраты составили 113400 бел/руб. Для примера: самый дешёвый китайский велокомпьютер стоит не менее 200000 бел/руб, который я видел. Да и вообще своё – это сделанное для себя, качественно и с любовью, а не китайское г…но, которое на следующий день после покупки сломается. Сборка своего велокомпьютера мне доставила удовольствие, а его эксплуатация доставляет мне ещё большее удовольствие.

И смотрите больше на дорогу чем на велокомпьютер, всяко бывает… И удачи вам на дороге и в электронике!

Ниже вы можете скачать исходники, прошивку, проект в Proteus