市場上的所有健身車都有一個(gè)小型車載計(jì)算機(jī)，通過它可以檢測(cè)有關(guān)性能的一些重要信息，例如當(dāng)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(gè)簡單的附加設(shè)備，可以為我們的健身車添加更多統(tǒng)計(jì)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(shè)備的操作，以獲得培訓(xùn)所需的信息。這正是系統(tǒng)的強(qiáng)大之處。根據(jù)運(yùn)動(dòng)需求，程序員可以實(shí)現(xiàn)基于訓(xùn)練的任何信息。

我們將要構(gòu)建的簡單系統(tǒng)不會(huì)修改我們的健身車。電子和機(jī)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(fù)雜一些，設(shè)計(jì)時(shí)需要小心。通過構(gòu)建此應(yīng)用程序，您可以增加健身車的小型車載計(jì)算機(jī)通常提供的信息。固件會(huì)在您騎行時(shí)計(jì)算并顯示各種信息。在自制設(shè)備上觀察運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)數(shù)據(jù)會(huì)帶來很大的滿足感。

健身車上的踩踏檢測(cè)器
因?yàn)樽孕熊囈呀?jīng)配備了有用且精確的傳感器，設(shè)計(jì)師的工作時(shí)間被減少到最低限度。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的踩踏傳感器提供可變的時(shí)基，具體取決于踩踏速度本身。在健身車內(nèi)部，有一個(gè)簧片觸點(diǎn)，每轉(zhuǎn)動(dòng)一次踏板就會(huì)激活片刻（見圖 1）。兩個(gè)端子連接到單聲道插頭。使用處于歐姆位置的測(cè)試儀，可以驗(yàn)證其“數(shù)字”操作，充當(dāng)開/關(guān)開關(guān)并在其端子上顯示以下兩個(gè)值：

踏板轉(zhuǎn)動(dòng)約 20°（打開）時(shí)電阻 <2 Ω

踏板轉(zhuǎn)動(dòng)約 340° 時(shí)有無限阻力（關(guān)閉）

圖 1：簧片觸點(diǎn)檢測(cè)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(huì)在踏板每轉(zhuǎn)一圈時(shí)產(chǎn)生一個(gè)開/關(guān)脈沖。在大部分踏板行程中，兩個(gè)電觸點(diǎn)是打開的，但在一小部分踏板轉(zhuǎn)動(dòng)中，它們是短路的。這個(gè)脈沖對(duì)于 MCU 做出適當(dāng)?shù)臎Q定很有用，用于數(shù)據(jù)處理。該觸點(diǎn)（有時(shí)打開，有時(shí)關(guān)閉）可以與任何 MCU 或 CPU 系統(tǒng)一起使用，從而為可能的應(yīng)用打開了一個(gè)非常廣闊的全景。一個(gè) Arduino 端口被配置為數(shù)字輸入，通過檢測(cè)踩踏的脈沖，它可以執(zhí)行所有必要的計(jì)算。幸運(yùn)的是，這種應(yīng)用程序僅在開/關(guān)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(tái)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(jì)）才能改變屏幕的對(duì)比度。Arduino 的端口 8 是數(shù)字輸入，在靜止?fàn)顟B(tài)下，通過 3.3-kΩ 下拉電阻接地。如果踩踏板未激活觸點(diǎn)，則此門處于低邏輯電平。它被編程為用作數(shù)字輸入。關(guān)閉健身車的觸點(diǎn)允許接收高 5V 邏輯脈沖，固件將對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)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(guān)，實(shí)際上是不存在的；它只是虛擬的，不能添加。它代表連接到運(yùn)動(dòng)器材插頭的觸點(diǎn)。需要存在下拉電阻。一個(gè)端子連接到地面，另一個(gè)端子連接到 Arduino 的端口 8。電線的方向并不重要，因?yàn)榻∩碥嚨碾娋€僅打開和關(guān)閉電觸點(diǎn)，沒有任何極性。如果一切正常，初次踩踏時(shí)，顯示屏應(yīng)顯示鍛煉的第一個(gè)數(shù)據(jù)。因?yàn)榻∩碥嚨慕佑|傳感器是被動(dòng)使用的，它甚至不必由電力驅(qū)動(dòng)。唯一需要供電的設(shè)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(jì)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(shí)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(cè)量踏板行程所覆蓋的距離，只需使用帶有本機(jī)計(jì)算機(jī)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(duì)應(yīng)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(cè)自行車傳感器邏輯狀態(tài)的所有動(dòng)作。軟件類型的防彈跳程序起到了關(guān)鍵作用，它確保了干凈的開/關(guān)脈沖：

而（數(shù)字讀?。?）==低）

延遲（10）；

而（數(shù)字讀取（8）==高）

延遲（10）；

各種簡單的數(shù)學(xué)計(jì)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(shí)間、平均速度和消耗的卡路里的計(jì)數(shù)和計(jì)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(gè)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(dāng)?shù)匦薷某绦蚬δ埽梢允褂闷渌愋偷娘@示器。只需要更改程序的一行以使這些措施適應(yīng)您的健身車。事實(shí)上，程序員必須將變量“nMetriUnaPedalata”設(shè)置為實(shí)際測(cè)量的值。只有這樣，結(jié)果才能正確顯示并適應(yīng)您的工具。隨著第一個(gè)踏板行程，圖 3。

圖 3：液晶顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)

當(dāng)您想結(jié)束培訓(xùn)課程時(shí)，您只需關(guān)閉 Arduino。當(dāng)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(shí)間，以秒為單位

平均速度

訓(xùn)練消耗的卡路里

顯然，可以預(yù)測(cè)和添加其他類型的附加信息，例如，以米/秒為單位的速度、訓(xùn)練中減輕的重量、達(dá)到的最大速度以及行駛 100 公里所需的時(shí)間。對(duì)于進(jìn)行此類培訓(xùn)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(gè)開放項(xiàng)目，因此可以實(shí)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(gè)價(jià)格合理的開發(fā)系統(tǒng)，可以用于許多不同的項(xiàng)目。該項(xiàng)目還可以應(yīng)用于磁性跑步機(jī)，該跑步機(jī)使用相同的沖擊方法。相反，卡路里的計(jì)算是近似的，并基于一般公式。它們不應(yīng)被視為絕對(duì)數(shù)據(jù)，但可以提供一個(gè)很好的參考點(diǎn)。更有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師可以嘗試通過構(gòu)建更復(fù)雜的原型來擴(kuò)展系統(tǒng)，并連接到更大的彩色監(jiān)視器。

審核編輯 黃昊宇