ღია (ველოსიპედის) კლასის სიმულატორი - OpenGradeSIM: 6 ნაბიჯი

2025 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2025-01-23 14:50

შესავალი

შეერთებულ შტატებში დაფუძნებულმა ფიტნეს კომპანიამ (Wahoo) ცოტა ხნის წინ გამოუშვა დიდი შიდა სასწავლო დახმარება, რომელიც აამაღლებს და ამცირებს ველოსიპედის წინა ნაწილს ტურბო ტრენერზე იმ გორაკის იმიტირებული ხარისხის მიხედვით, რომელსაც მომხმარებელი მართავს (Kickr Climb).

გამოიყურება საოცარი, მაგრამ, სამწუხაროდ, ეს არ არის ხელმისაწვდომი ჩვენთვის, რადგან დაგჭირდებათ 1) Wahoo– ს მწვრთნელის დიაპაზონი და 2) cash 500 ფულადი სახსრები, რომ ეს თქვენი იყოს.

მე გავტეხე კლავიკული (არასოდეს დავსვი გზის ველოსიპედისტი მთის ველოსიპედზე), ასე რომ, ტრენერზე მეტი მილი და მეტი დრო მქონდა მოსაფიქრებლად და ვფიქრობდი, რომ ეს შეიძლება სახალისო პროექტი ყოფილიყო.

კომერციული ერთეული ახდენს სიმულაციას -5% -დან +20% -მდე, ასე რომ მინდოდა მასთან ახლოს მივსულიყავი, მაგრამ ბიუჯეტის 10% -ზე!

ეს შექმნილია ჩემი Tacx Neo– ს გარშემო, მაგრამ ნებისმიერი ტრენერი, რომელიც გადასცემს თავის ძალასა და სიჩქარეს მონაცემებს ANT+ ან BLE საშუალებით, შეიძლება მუშაობდეს (მე ვთვლი!).

ვინაიდან ბორბლის ბორბალი ჩემს გზის ველოსიპედზე ზომავს ზუსტად 1000 მმ -ს, მე უნდა ავწიო ჩანგლები 200 მმ -ით 20% -ის სიმულაციისთვის (იხ. სურათი), ასე რომ 200 მმ -იანი წრფივი ამძრავები გააკეთებდა. ველოსიპედის + მხედარის წონა ნაკლებად სავარაუდოა, რომ 100 კგ -ს გადააჭარბებს და რადგან ის ნაწილდება ღერძებს შორის და უმეტესობა უკანა მხარეს 750N აწევს 75 კგ -ს და უნდა იყოს ნორმალური. უფრო სწრაფი გამტარებლები ხელმისაწვდომია მეტ ფულზე, მაგრამ ეს დამიჯდა დაახლოებით 20 ფუნტი და მართავს 10 მმ/წმ. გააქტიურებები პოტენომეტრებით, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც უბრალო სერვისები, ასევე 2-3 -ჯერ უფრო ძვირია.

მარაგები

3D ბეჭდვა (PLA ან ABSetc) ღერძის ადაპტერის ნაწილისგან:

100 მმ 3/4 დიუმიანი 10 swg ალუმინის მილის საფონდო (ღერძის ჩარჩოსთვის)

80 მმ 6 მმ უჟანგავი ფოლადის ბარის მარაგი

ფეხსაცმლის 3D ბეჭდვა (PLA ან ABSetc) ხაზოვანი ამომრთველის ნაწილისთვის:

3D ბეჭდვა ქეისისთვის H- ხიდისთვის

კადრის 3D ბეჭდვა Arduino– სთვის (ვერსია 1 კლავიატურით) https://www.thingiverse.com/thing:3984911 (ვერსია 2 როგორც ნაჩვენებია (https://www.thingiverse.com/thing:3995976)

3 მმ გამჭვირვალე აკრილის 32 x 38 მმ ლაზერული ნაჭერი, რათა თავიდან აიცილოთ ოფლიანობა მთელ ელექტრონიკაში (ეს გააკეთა, არა იდეალური).

ზოგიერთი სისხლდენის ბლოკი (ადაპტირებულია ბალიშების გასათავისუფლებლად), რათა თავიდან აიცილოთ შემთხვევით კალიპერის დგუშები თქვენი Shimano დისკის მუხრუჭებიდან თქვენი ენთუზიაზმით

Linear Actuator 750N 200 მმ მგზავრობა მაგ. Al03 მინი ხაზოვანი გამტარებლები

L298N H ხიდი (მაგალითად:

Arduino Nano IoT 33 www.rapidonline.com შეუკვეთეთ 73-4863

2 გასაღები გარსის კლავიატურა მაგ.

IIC I2C ლოგიკური დონის კონვერტორი ორმხრივი მოდული 5V to 3.3V Arduino– სთვის მაგ.

12V 3A DC კვების ბლოკი - ის, ვინც LED განათებისთვის მუშაობს, მშვენივრად მუშაობს!

NPE CABLE Ant+ to BLE ხიდი

3D დასაბეჭდი კლიპი კაბელის ხიდისთვის

1.3 OLED LCD ჩვენების მოდული IIC I2C ინტერფეისით 128x32 3.3V

ნაბიჯი 1: ზოგიერთი მათემატიკა

ჩვენ უნდა გამოვთვალოთ სიმულაციური მიდრეკილება. მე ვიმედოვნებდი, რომ ტრენერი გამოაქვეყნებდა ამ მონაცემებს სიჩქარესთან, ენერგიასთან, კადენციასთან და ა.შ. თუმცა ტრენერი უბრალოდ ადგენს წინააღმდეგობას ენერგიის გამომუშავების შესანარჩუნებლად ტაბლეტზე არსებული პროგრამული უზრუნველყოფის, კომპიუტერის და ა.შ. მე არ მქონდა საშუალება ადვილად გამომეტანა "სიმულაციური ხარისხი" პროგრამული უზრუნველყოფიდან, ასე რომ მომიწევდა უკუღმა მუშაობა …

ველოსიპედზე და მხედარზე მოქმედი ძალები არის რეზისტენტული დანაკარგების ერთობლიობა და ძალა, რომელიც საჭიროა გორაკზე ასასვლელად. ტრენერი აცხადებს სიჩქარეს და ძალას. თუ ჩვენ შეგვიძლია ვიპოვოთ რეზისტენტული დანაკარგები მოცემული სიჩქარით, მაშინ დარჩენილი ძალა გამოიყენება გორაკზე ასასვლელად. ასვლის ძალა დამოკიდებულია ველოსიპედისა და მხედარის წონაზე და ასვლის სიჩქარეზე, ასე რომ ჩვენ შეგვიძლია ვიმუშაოთ უკან დახრილობისკენ.

პირველ რიგში, მე გამოვიყენე საოცარი https://bikecalculator.com, რომ შემეძლოს მონაცემების პოვნა რეზისტენტული ენერგიის დაკარგვისთვის ტიპიური სიჩქარით. შემდეგ მე შევცვალე სიჩქარის დომენი ხაზოვანი ურთიერთობის შესაქმნელად და ვიპოვე საუკეთესო მორგებული ხაზი. ხაზის განტოლების გათვალისწინებით ჩვენ შეგვიძლია გამოვთვალოთ ძალა (W) წინააღმდეგობისგან = (0.0102*(Speedkmh^2.8))+9.428.

აიღეთ ძალა წინააღმდეგობისგან გაზომილი სიმძლავრისგან, რათა მისცეთ "ასვლის" ძალა.

ჩვენ ვიცით ასვლის სიჩქარე კმ/სთ -ში და გადავაქციოთ მას SI ერთეულად მ/წმ (გავყოთ 3.6).

დახრილობა ნაპოვნია: დახრილი (%) = ((PowerClimbing/(წონა კგ*გ))/სიჩქარე)*100

სადაც თავისუფალი ვარდნის აჩქარება g = 9.8 მ/წმ/წმ ან 9.8 ნ/კგ

ნაბიჯი 2: მიიღეთ გარკვეული მონაცემები

დახრის გაანგარიშება მოითხოვს სიჩქარეს და ძალას. მე გამოვიყენე Arduino Nano 33 IoT ტრენერთან დასაკავშირებლად BLE– ით ამის მისაღებად. თავიდან ძალიან დავრჩი, რადგან მშობლიური ArduinoBLE ბიბლიოთეკის ამჟამინდელი v.1.1.2 ვერსია ამ მოდულისთვის არ ახორციელებს ავტორიზაციას რაიმე ფორმით, რაც ნიშნავს რომ (?) კომერციული BLE სენსორები არ იქნება მასთან ერთად.

გამოსავალი იყო NPE კაბელის ANT+ to BLE ხიდის გამოყენება (https://npe-inc.com/cableinfo/), რომელიც ინარჩუნებს ტრენერის ჩამონტაჟებულ ტრენერს BLE უფასოდ ტრენინგის პროგრამისთვის კომუნიკაციისთვის და არ საჭიროებს ავტორიზაციას BLE- ზე მხარე.

BLE სიმძლავრის მახასიათებელი საკმაოდ მარტივია, რადგან სიმძლავრე ვატებშია გადაცემული მონაცემების მეორე და მესამე ბაიტებში, როგორც 16 ბიტიანი მთელი რიცხვი (პატარა ენდიანი, ანუ უმნიშვნელო ოქტეტი პირველი). მე გამოვიყენე მოძრავი საშუალო ფილტრი, რათა მიმეცა 3 წლიანი საშუალო სიმძლავრე - ისევე, როგორც ჩემი ველოსიპედის კომპიუტერი გვიჩვენებს - რადგან ეს ნაკლებად არასტაბილურია.

if (powerCharacteristic.valueUpdated ()) {

// მასივის განსაზღვრა uint8_t holdpowervalues მნიშვნელობისათვის [6] = {0, 0, 0, 0, 0, 0}; // მნიშვნელობის წაკითხვა მასივის powerCharacteristic.readValue (holdpowervalues, 6); // სიმძლავრე დაუბრუნდება როგორც ვატს 2 და 3 ადგილას (ლოკი 0 და 1 არის 8 ბიტიანი დროშები) ბაიტი rawpowerValue2 = holdpowervalues [2]; // სიმძლავრის მინიმუმი sig byte HEX ბაიტში rawpowerValue3 = holdpowervalues [3]; // სიმძლავრის ყველაზე მაღალი ბაიტი HEX long rawpowerTotal = (rawpowerValue2 + (rawpowerValue3 * 256)); // გამოიყენეთ მოძრავი საშუალო ფილტრი, რომ მისცეთ '3s power' powerTrainer = moveAverageFilter_power.process (rawpowerTotal);

BLE სიჩქარის მახასიათებელი (ველოსიპედის სიჩქარე და კადენსი) არის ერთ -ერთი ისეთი რამ, რაც გაინტერესებთ, რას ეწეოდა დედამიწაზე SIG, როდესაც ისინი წერდნენ სპეციფიკაციას.

Characteristic აბრუნებს 16 ბაიტიან მასივს, რომელიც არ შეიცავს არც სიჩქარეს და არც კადენსს. სამაგიეროდ თქვენ იღებთ ბორბლის რევოლუციებს და ამობრუნებულ რევოლუციებს (ჯამებს) და დროს ბოლო მოვლენის მონაცემებიდან 1024 წამი. მაშინ უფრო მეტი მათემატიკა. ოჰ, და ბაიტები ყოველთვის არ არის, ასე რომ დასაწყისში არის დროშის ბაიტი. ოჰ, და ბაიტები არის პატარა ენდური HEX, ასე რომ თქვენ უნდა წაიკითხოთ უკან გამრავლებით მეორე ბაიტი 256 -ით, მესამე 65536 -ით და ა.შ. შემდეგ დაამატეთ ისინი ერთად. სიჩქარის საპოვნელად თქვენ უნდა ვივარაუდოთ ველოსიპედის ბორბლის სტანდარტული გარშემოწერილობა, რომ იცოდეთ მანძილი….

if (speedCharacteristic.valueUpdated ()) {

// ამ მნიშვნელობას სჭირდება 16 ბაიტიანი მასივი uint8_t holdvalues [16] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}; // მაგრამ მე მხოლოდ პირველი 7 speedCharacteristic.readValue- ის წაკითხვას ვაპირებ (ღირებულებები, 7); byte rawValue0 = holdvalues [0]; // ორობითი დროშები 8 bit int byte rawValue1 = holdvalues [1]; // რევოლუციები ყველაზე ნაკლებად მნიშვნელოვანი ბაიტი HEX ბაიტში rawValue2 = holdvalues [2]; // რევოლუციები შემდეგი ყველაზე მნიშვნელოვანი ბაიტი HEX ბაიტში rawValue3 = holdvalues [3]; // რევოლუციები შემდეგი ყველაზე მნიშვნელოვანი ბაიტი HEX ბაიტში rawValue4 = holdvalues [4]; // რევოლუციები ყველაზე მნიშვნელოვანი ბაიტი HEX ბაიტში rawValue5 = holdvalues [5]; // დრო ბოლო ბორბლის მოვლენიდან სულ მცირე sig byte byte rawValue6 = holdvalues [6]; // დრო ბოლო ბორბლის მოვლენიდან ყველაზე sig ბაიტი if (firstData) {// მიიღეთ კრებსითი ბორბლების რევოლუციები, როგორც პატარა ენდიური ექვსკუთხედი ლოკ 2, 3 და 4 (პირველ რიგში უმნიშვნელო ოქტეტი) WheelRevs1 = (rawValue1 + (rawValue2 * 256) + (rawValue3 * 65536) + (rawValue4 * 16777216)); // მიიღეთ დრო ბორბლის ბოლო მოვლენიდან მეორედ 1024 -ში_1 = (rawValue5 + (rawValue6 * 256)); firstData = ყალბი; } else {// მიიღეთ მონაცემთა მეორე ნაკრები გრძელი WheelRevsTemp = (rawValue1 + (rawValue2 * 256) + (rawValue3 * 65536) + (rawValue4 * 16777216)); long TimeTemp = (rawValue5 + (rawValue6 * 256)); if (WheelRevsTemp> WheelRevs1) {// დარწმუნდით, რომ ველოსიპედი მოძრაობს WheelRevs2 = WheelRevsTemp; Time_2 = TimeTemp; firstData = ჭეშმარიტი;}

// იპოვეთ მანძილის სხვაობა სმ -ში და გადააკეთეთ კმ -ზე float distanceTravelled = ((WheelRevs2 - WheelRevs1) * wheelCircCM);

float kmTravelled = distanceTravelled / 1000000;

// იპოვეთ დრო წამის 1024 -ე წუთში და გადააკეთეთ საათებად

float timeDifference = (დრო_2 - დრო_1); float timeSecs = timeDifference / 1024; float timeHrs = timeSecs / 3600;

// იპოვეთ სიჩქარე კმ/ სთ

სიჩქარე KMH = (კმ მოგზაურობა / დრო საათები);

არდუინოს ესკიზი მასპინძლობს GitHub– ში (https://github.com/mockendon/opengradesim).

ნაბიჯი 3: აპარატურა 1 ხაზოვანი გამაქტიურებელი

ჩემი დისკის სამუხრუჭე გზის ველოსიპედის ღერძი განსაზღვრავს 19.2 მმ -იან ღერძს 12 მმ -იანი ღერძის გასასუფთავებლად ჩანგლებს შორის 100 მმ -ით.

საფონდო 3/4 დიუმიანი 10swg ალუმინის მილი არის სრულყოფილად მორგებული და ლამაზი ჩეპი სახელწოდებით Dave ebay (https://www.ebay.co.uk/str/aluminiumonline) მოწოდებული და მოჭრილი მისი სიგრძე ჩემთვის რამდენიმე ფუნტი.

გამტარებელს აქვს 20 მმ -იანი ბარი 6 მმ -იანი ხვრელით, ასე რომ 3D დაბეჭდილი ნაწილი ალუმინის მილს აკავშირებს 6 მმ ფოლადის ზოლთან და რადგანაც ძალები 90% -ით არის შეკუმშული, ზოგიერთი PLA / ABS არის გამოწვევის წინაშე.

თუ თქვენ აწარმოებთ სტანდარტული სწრაფი გამოშვების დაყენებას, მაშინ მსგავსი რამ (https://www.amazon.co.uk/Sharplace-Quick-Release-Conversion-Adapter/dp/B079DCY344) თავიდან აიცილებს ამ კომპონენტის ხელახლა დიზაინს.

ჩატვირთვის ჩარჩო შექმნილია იმისათვის, რომ მოთავსდეს ჩემი Tacx ტრენერით მოწოდებული ამაღლების ბლოკში, მაგრამ ალბათ მოერგება ბევრ მსგავს ამომრჩეველს, ან შეგიძლიათ შეცვალოთ TinkerCad ფაილი თქვენი მოთხოვნის შესაბამისად.

ნაბიჯი 4: აპარატურა 2 - H -Bridge

ეს L298N H ხიდის დაფა, რომელიც ძალიან გავრცელებულია ინტერნეტში, აქვს ჩაშენებული 5V რეგულატორი, რომელიც შესანიშნავია Arduino– ს ხაზოვანი გამტარებლისთვის საჭირო 12V კვების ბლოკიდან. სამწუხაროდ, Arduino Nano IoT დაფა არის 3.3V სიგნალი, ამიტომ საჭიროა ლოგიკური დონის კონვერტორი (ან ოპტოიზოლატორი, რადგან სიგნალები მხოლოდ ცალმხრივია).

საქმე შექმნილია იმისთვის, რომ მიიღოს დენის კონექტორები, რომლებიც ჩვეულებრივ გამოიყენება LED განათების პროგრამებში. მე დავხურე USB გაფართოების მაგისტრალი, რათა შესაძლებელი ყოფილიყო Arduino– ს სათავე ერთეულის დაკავშირება / გათიშვა და სანამ დარწმუნებული ვიყავი, რომ გამოვიყენებდი ელექტროგადამცემი ხაზებს სიმძლავრისთვის და მონაცემთა ხაზებს 3.3V სიგნალისთვის, მე გულწრფელად ვურჩევდი ამის საწინააღმდეგოდ, როგორც მე გძულთ ვინმეს შეწვა თავისი USB პორტები ან პერიფერიული მოწყობილობები შეცდომით მათი ჩართვით!

ნაბიჯი 5: აპარატურა 3 კონტროლის ელექტრონიკა (Arduino)

Arduino OLED და ლოგიკური დონის გადამყვანს აქვს სტანდარტული 1/2 შემობრუნების გარმინის სტილის საყრდენი უკანა მხარეს, რათა უზრუნველყოს მისი უსაფრთხოდ დამონტაჟება ველოსიპედზე. "წინა" სამონტაჟო საშუალებას მისცემს ერთეულს გადაუხვიოს ზემოთ ან ქვევით "ნულამდე" ამაჩქარებლის პარამეტრი ან კოდის ხაზი მხოლოდ ავტომატური ნულის დასაწყისში ადვილი იქნება დამატება.

კორპუსს აქვს გარსის კლავიატურის ადგილი - ის გამოიყენება მხედარისა და ველოსიპედის წონის დასადგენად. თქვენ უბრალოდ შეგიძლიათ პროგრამულად დააყენოთ ეს განსაკუთრებით იმ შემთხვევაში, თუ ტრენერს არავის გაუზიარებთ.

შეიძლება კარგი იყოს "ხელით" რეჟიმის დანერგვა. ალბათ ორივე ღილაკზე დაჭერით შეიძლება დაიწყოს მექანიკური რეჟიმი და შემდეგ ღილაკებმა გაზარდოს / შეამციროს დახრილობა. ამას დავამატებ სამუშაოების ჩამონათვალს!

საქმის STL ფაილი კვლავ ხელმისაწვდომია Thingiverse– ზე (იხილეთ მიწოდების განყოფილება ბმულზე).

არდუინოს ესკიზი განთავსებულია GitHub– ში (https://github.com/mockendon/opengradesim).

თქვენ შეგიძლიათ დაბეჭდოთ თქვენი CABLE ხიდის სისუფთავე პატარა კლიპი აქედან

ნაბიჯი 6: "უკანა ვარდნა"

ბევრმა ადამიანმა დააყენა ველოსიპედის მოძრაობისას უკანა ნაწილის გახეხვის საკითხი. ზოგიერთ ტრენერს აქვს ღერძი, რომელიც მოძრაობს (Kickr– ის მსგავსად), მაგრამ ბევრს არა.

ამჟამად ჩემი საუკეთესო გამოსავალია მე დავამონტაჟო სტანდარტული 61800-2RS ღრმა ღარის საკისრები (თითოეული დაახლოებით 2 ფუნტი) სწრაფი გამოშვების გადამყვანებზე და შემდეგ დავაყენო აქსელის გავლით (იხ. სურათები) დიდი ზომის QR შამფურით.

საკისრებს სჭირდებათ თხელი შუშის გამრეცხი მაგ. M12 16 მმ 0.3 მმ ადაპტერსა და საყრდენს შორის.

ისინი შესანიშნავად ჯდება და ბრუნავს ველოსიპედით და შამფურით ტრენერისგან დამოუკიდებლად.

ამ მომენტისთვის ეს ცვლის ოფსეტს დისკის მხარეს რამდენიმე მმ-ით, ასე რომ თქვენ დაგჭირდებათ ინდექსაცია

მე ვაპროექტებ საბაჟო ნაწილებს (იხ. Pdf გეგმა) მანქანების დასამუშავებლად (ჩემი მომავალი სიძის ძეხზე, როდესაც მას ერთი საათი აქვს დასახმარებლად!). ეს ჯერ არ არის დატესტილი !!! მაგრამ საფრენი დისკის შიდა QR ადაპტერის შიდა ზედაპირზე 1 მმ დაფქვა არის სწრაფი გამოსწორება სპეციალური ინსტრუმენტების გარეშე;)