Jednoduchý Ergometr na bázi Arduina s diferenciální zpětnou vazbou: 7 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Kardio trénink je nuda, zvláště když cvičíte uvnitř. Několik stávajících projektů se to snaží zmírnit pomocí skvělých věcí, jako je propojení ergometru s herní konzolí nebo dokonce simulace skutečné jízdy na kole ve VR. Vzrušující, jak jsou, technicky moc nepomáhají: Cvičení je stále nudné. Místo toho bych chtěl mít možnost si během tréninku jen přečíst knihu nebo sledovat televizi. Pak je ale těžké udržet stabilní tempo.

Hlavní myšlenkou je zaměřit se na druhý problém a poskytnout přímou zpětnou vazbu o tom, zda je vaše současná úroveň školení dostatečně dobrá, nebo byste měli vynaložit více úsilí. Úroveň „dost dobrý“se však bude lišit nejen na osobu, ale také v průběhu času (dlouhodobě, jak se budete zlepšovat, ale také během školení: například je téměř nemožné jet plnou rychlostí, než zahřátý). Myšlenkou tohoto projektu je tedy jednoduše zaznamenat a) předchozí běh ab) nejlepší běh (aka highscore) a poté poskytnout přímou zpětnou vazbu o tom, jak si v současné době vedete ve srovnání s těmito běhy.

Pokud to zní trochu abstraktně, přejděte ke kroku 7, kde najdete podrobnosti o tom, co bude zobrazovat dokončený displej

Dalším cílem tohoto projektu je udržet věci opravdu jednoduché a levné. V závislosti na tom, kde si objednáte díly, můžete tento projekt dokončit za přibližně 5 $ (nebo asi 30 $ při objednání u prémiových tuzemských prodejců), a pokud jste již dříve hráli s prostředím Arduino, existuje poměrně dobrá šance, že už mít většinu nebo všechny součásti, které potřebujete.

Krok 1: Seznam dílů

Projdeme si seznam věcí, které potřebujete:

Mikroprocesor kompatibilní s Arduino

Postačí téměř každé Arduino prodané během posledních několika let. Na přesné variantě (Uno / Nano / Pro Mini, 8 nebo 16 MHz, 3,3. Nebo 5V) nezáleží. Budete však potřebovat procesor ATMEGA328 nebo lepší, protože budeme používat téměř 2k RAM a 1k EEPROM. Pokud jste obeznámeni se vstupy a výstupy světa Arduino, doporučuji použít Pro Mini na 3,3 V, protože bude nejlevnější a nejúčinnější z baterie. Pokud jste (relativně) noví v Arduinu, doporučuji „Nano“, protože poskytuje stejnou funkčnost jako „Uno“v menším a levnějším balení.

Všimněte si, že tento instruktáž vám nepromluví úplně základy. Měli byste mít alespoň nainstalovaný software Arduino a vědět, jak připojit Arduino a nahrát skicu. Pokud nemáte tušení, o čem mluvím, přečtěte si nejprve tyto dva snadné návody: První, druhý.

128*64 pixelový displej SSD1306 OLED (varianta I2C, tj. Čtyři piny)

Jedná se o jeden z nejlevnějších a nejjednodušších dostupných displejů současnosti. Souhlas, je to malé, ale dost dobré. Samozřejmě, pokud již máte displej podobného nebo lepšího rozlišení, bude místo toho možné použít to, ale tento návod je napsán pro SSD1306.

• „Pájka bez pájky“a propojovací drát pro stavbu prototypu
• Keramický kondenzátor 100nF (může, ale nemusí být nutný; viz krok 4)
• Buď nějaké krokosvorky, nebo magnet, jazýčkový spínač a nějaký kabel (viz krok 4)
• Červená a zelená LED, každá (volitelně; viz krok 5)
• Dva 220Ohm odpory (pokud používáte LED)
• Tlačítko (také volitelné)
• Vhodná baterie (viz krok 6)

Krok 2: Připojení displeje

Jako první věc připojíme displej k Arduinu. K dispozici jsou podrobné pokyny. SSD1306 je však opravdu snadné připojit:

1. Zobrazit VCC -> Arduino 3,3 V nebo 5 V (obojí bude stačit)
2. Zobrazit Gnd -> Arduino Gnd
3. Zobrazit SCL -> Arduino A5
4. Displej SCA -> Arduino A4

Dále ve svém prostředí Arduino přejděte na Sketch-> Include library-> Manage libraries a nainstalujte „Adafruit SSD1306“. Bohužel budete muset upravit knihovnu, abyste ji mohli nakonfigurovat pro variantu 128*64 pixelů: vyhledejte složku „knihovny“arduino a upravte „Adafruit_SSD1306/Adafruit_SSD1306.h“. Vyhledejte místo toho „#define SSD1306_128_32“, deaktivujte tento řádek a povolte „#define SSD1306_128_64“.

V tomto okamžiku byste měli správně načíst soubor-> Příklady-> Adafruit SSD1306-> ssd1306_128x64_i2c, abyste mohli otestovat, zda je váš displej připojen. Všimněte si, že budete muset upravit I2C adresu. 0x3C se jeví jako nejběžnější hodnota.

V případě potíží si přečtěte podrobnější pokyny.

Krok 3: Nahrajte skicu

Pokud vše fungovalo, je načase nahrát skutečnou skicu do vašeho Arduina. Kopii náčrtu najdete níže. Potenciálně novější verzi najdete na stránce projektu github. (Protože se jedná o náčrt jednoho souboru, stačí zkopírovat soubor erogmetrino.ino do okna Arduino).

Pokud jste v předchozím kroku museli změnit adresu I2C, budete muset provést stejnou úpravu, znovu, nyní v řádku začínajícím na „display.begin“.

Po nahrání byste na displeji měli vidět několik nul. Poté, co se vše ostatní připojí, se podíváme na význam různých částí displeje.

Všimněte si toho, že při prvním spuštění se rozsvítí displej poměrně pomalu (může to trvat až asi deset sekund), protože skica nejprve vynuluje všechna data uložená v EEPROM.

Krok 4: Připojení Ergometru

Tento krok nelze opravdu popsat univerzálně, protože ne všechny ergometry jsou stejné. Ani oni se však neliší. Pokud váš ergometr vůbec obsahuje elektronický ukazatel rychlosti, musí mít někde elektronický senzor pro detekci otáček pedálů nebo nějakého (možná interního) setrvačníku. V mnoha případech to bude jednoduše sestávat z magnetu procházejícího blízko jazýčkového spínače (viz také níže). Pokaždé, když magnet projde, spínač se zavře, což signalizuje jednu otáčku zobrazení rychlosti.

První věcí, kterou byste měli udělat, je zkontrolovat na ergometru ukazatel rychlosti, zda neobsahuje kabely. Pokud najdete někde v ergometru dvouvodičový kabel, téměř jistě jste našli připojení k senzoru. A při troše štěstí to můžete jednoduše odpojit a jednoduše připojit k vašemu Arduinu pomocí několika krokosvorek (za minutu vám řeknu, ke kterým kolíkům se máte připojit).

Pokud však nemůžete takový kabel najít, nejste si jisti, zda jste našli ten správný, nebo jej nemůžete odpojit, aniž byste cokoli poškodili, můžete jednoduše na malý pedál přilepit malý magnet a upevnit jazýčkový spínač na rámeček vašeho erogmetru, takový, že kolem něj magnet velmi těsně projde. Připojte dva vodiče k přepínači a veďte je k vašemu Arduinu.

Připojte dva vodiče (ať už vlastní nebo z existujícího senzoru) k Arduino Gnd a Arduino pin D2. Pokud máte po ruce, připojte také kondenzátor 100nF mezi pin D2 a Gnd pro nějaké „odskakování“. To může, ale nemusí být potřeba, ale pomáhá to stabilizovat hodnoty.

Až budete hotovi, je čas zapnout Arduino a vyrazit na kolo pro první rychlý test. Vlevo nahoře by se mělo začít zobrazovat měření rychlosti. Pokud to nefunguje, zkontrolujte veškeré zapojení a ujistěte se, že je magnet dostatečně blízko jazýčkového spínače. Pokud se vám rychlost zdá trvale příliš vysoká nebo příliš nízká, jednoduše upravte definici „CM_PER_CLICK“v horní části náčrtu (poznámka: skica používá názvy metrik, ale nikde nejsou zobrazeny ani uloženy žádné jednotky, takže to prostě ignorujte a dodejte 100 000 tis. míle za kliknutí).

Krok 5: Volitelné rychlé stavové LED diody

LED diody popsané v tomto kroku jsou volitelné, ale úhledné: Pokud to se čtením knihy / sledováním televize při cvičení myslíte vážně, nechcete se příliš dívat na displej. Ale dvě LED diody v různých barvách budou v periferním vidění snadno patrné a budou stačit k hrubé představě o tom, jak se vám daří.

• Připojte první (červenou) LED ke kolíku D6 (delší noha LED směřuje k Arduinu). Připojte krátkou nohu LED k Gnd přes odpor 220Ohms. Tato LED dioda se rozsvítí, když jste v aktuální fázi tréninku o 10% a více pod svou nejlepší rychlostí. Čas vynaložit více úsilí!
• Připojte druhou (zelenou) LED na pin D5, opět s odporem na Gnd. Tato LED dioda se rozsvítí, pokud jste v rozmezí 1%nebo více od nejlepšího běhu. Jde ti to dobře!

Chcete, aby se diody LED rozsvítily v závislosti na tom, jak si vedete ve srovnání s předchozím spuštěním, nebo na libovolné průměrné rychlosti? Stačí připojit tlačítko mezi kolíky D4 a Gnd. Pomocí tohoto tlačítka můžete přepínat mezi odkazy „váš nejlepší běh“, „váš předchozí běh“nebo „vaše aktuální rychlost“. Malé dva písmena „P“nebo „C“v levém dolním rohu budou znamenat poslední dva režimy.

Krok 6: Napájení displeje Ergometru

Existuje mnoho způsobů, jak napájet displej, ale upozorním na dva, které se zdají být praktičtější než ostatní:

1. Pokud používáte Arduino Uno nebo Nano, pravděpodobně jej budete chtít napájet pomocí USB powerbanky s vestavěnou indikací slabé baterie.
2. Když používáte Arduino Pro Mini @ 3,3 V (moje doporučení pro pokročilé uživatele), můžete jej napájet přímo z jedné baterie LiPo nebo ze tří článků NiMH. Protože ATMEGA bude tolerovat napájecí napětí až 5,5 V, můžete jej připojit přímo k „VCC/ACC“a obejít tak palubní regulátor napětí. V tomto nastavení bude také existovat varování „vybitá baterie“při přibližně 3,4 V bez dalšího hardwaru (zobrazeno v pravém dolním rohu). Vzhledem k tomu, že lze očekávat, že ATMEGA bude správně fungovat, alespoň do napětí 3,0 V, mělo by vám to ponechat dostatek času na dokončení tréninkové jednotky před dobíjením.

Krok 7: Používání displeje Ergometru

Podívejme se blíže na různá čísla na vašem displeji. Větší číslo vlevo nahoře je prostě vaše aktuální rychlost a větší číslo vpravo nahoře je celková vzdálenost v aktuálním tréninku.

Další řádek je vaše průměrná rychlost od začátku tréninku (vlevo) a čas od začátku tréninku (vpravo). Mějte na paměti, že načasování je zastaveno, když je kolo zastaveno.

Zatím tak triviální. Zajímavé jsou dva další řádky na pravé straně: Srovnávají vaše aktuální načasování s předchozím a nejlepším tréninkem. Tj. a "- 0:01:23" v horní části těchto řádků bude znamenat, že jste dosáhli aktuální vzdálenosti o 1 minutu a 23 sekund dříve než při předchozím běhu. Dobrý. Nižší řádek „+ 0:00:12“bude znamenat, že až do aktuálního bodu zaostáváte 12 sekund za svým nejlepším během. (Všimněte si, že tyto rozdílové časy nebudou 100% přesné. Časové body jsou ukládány každých 0,5 km / míle a interpolovány mezi tím.) Při prvním běhu samozřejmě nebyly dosud zaznamenány žádné časové reference a oba výše uvedené řádky tedy zobrazí pouze „-:-:-“.

Nakonec spodní levá oblast displeje obsahuje graf vaší rychlosti za poslední minutu. To vám umožní na první pohled vidět, zda jedete stabilně, nebo zpomalujete. (Všimněte si, že tato linie bude ve skutečném tréninku mnohem hladší - ale jednoduše není snadné udržet stabilní tempo při pokusu o pořízení obrázku …) Vodorovné čáry označují předchozí / nejlepší rychlost, které jste dosáhli v blízkosti aktuálního bodu vašeho předchozího školení.

LED diody namontované blízko vrcholu porovnávají vaši aktuální rychlost s vaší nejlepší rychlostí v této fázi tréninku. Zelená ukazuje, že jste do 1% svých nejlepších, červená ukazuje, že jste o více než 10% pomalejší než váš nejlepší trénink. Když uvidíte červené světlo, je na čase vynaložit další úsilí. Všimněte si toho, že na rozdíl od výše popsaných rozdílových časů se tyto vztahují pouze k aktuální části tréninku, tj. Je možné, že v absolutním čase zaostáváte, ale zelená ukazuje, že doháňáte, a naopak.

Referenční otáčky použité pro dvě LED diody lze změnit pomocí tlačítka. Jedním stisknutím jej přepnete z nejlepšího na předchozí zaznamenaný trénink (malé písmeno „P“se zobrazí vlevo dole). Další stisknutí a vaše aktuální rychlost v době stisknutí tlačítka se stane novou referenční rychlostí (zobrazí se malé písmeno „C“). Ten je zvláště užitečný při prvním tréninku s novým displejem ergometru, kdy ještě nebyla zaznamenána žádná reference.

Až budete s tréninkem hotovi, stačí odpojit baterii. Váš trénink již byl uložen do interní EEPROM vašeho Arduina.

Jak vidíte, skončil jsem pájením svého prototypu. Jasné znamení, že se mi výsledek líbil i mně samotnému. Doufám, že vám to také bude užitečné. Šťastné cvičení!