基于行空板和霍尔传感器做一个无需GPS的运动记录设备

今天分享一个基于行空板和霍尔传感器制作的、可在无GPS覆盖地区使用的记录骑行和跑步数据的设备——DualSport Tracker。作者是一位年仅15岁的少年。DualSport Tracker的设计考虑了便携因素，可以用来跟踪骑行和跑步的距离、速度，还可以监测心率和卡路里消耗。除了详细的教程，文中还附上代码和压缩包，供大家学习。

霍尔传感器：是一种能将磁场变化转化为输出电压变化的换能器，可用于测量磁场、接近开关、位置测量、转速测量和电流测量等。（点击 了解更多）

项目前言
你好！我叫 Vicenzo，今年15岁。每次在骑自行车穿过森林后，我都想知道自己骑行了多少路，消耗了多少卡路里，我还想了解自己的身体表现。由于在我骑经的区域，GPS 信号非常微弱，因此我的目标是制作一个可以在不使用 GPS 的情况下测量运动距离和消耗热量的设备。除此之外，在我制作的 DualSport Tracker 中，额外加入了计时和测速功能，还配备一个心率传感器来监测我在运动期间的健康状况。为了让成品同时兼顾多功能集成和携带便捷性，我选择用行空板M10作为整个项目的“控制中枢”。
工作原理
如果不使用GPS，如何测量距离、速度和其他相关参数呢？这里就要介绍霍尔传感器，该传感器与自行车轮上的磁铁配合工作，能够每次检测到车轮完成一圈。由于车轮的周长是固定的，我们可以将车轮旋转的次数与周长相乘，从而计算出总行驶距离。
霍尔效应传感器充当了接近检测器的角色。每当磁铁经过传感器附近时，它会产生一个信号，表明车轮已经完成一次旋转。设备利用这一信息来计算距离、速度以及燃烧的卡路里。为了提供更完整的身体活动量信息，我还增加了一个KY-039心率传感器，用以在锻炼过程中监测我的心率。
设备特点

• 距离测量：
  
  • 自行车模式：采用霍尔效应传感器和车轮周长计算行驶距离。
  • 计步器模式：利用加速度计计步并通过步数乘以平均步幅长度计算行走距离。
    
• 速度计算（仅限自行车模式）：
  
  • 自行车模式：通过测量车轮每次旋转的时间间隔来计算速度（单位为公里/小时）。
    
• 心率监测（仅限自行车模式）：
  
  • 自行车模式：使用KY-039传感器测量每分钟心跳次数，提供身体运动强度的数据。
    
• 卡路里消耗：
  
  • 自行车模式：根据行驶距离和心率估算消耗的卡路里。
  • 计步器模式：根据步数及预估的每步卡路里值计算燃烧的卡路里。
    
• 多功能性：
  
  • 该设备可以从自行车上拆卸下来，作为计步器使用，适合骑车、跑步或步行。
    

准备清单

行空板
霍尔传感器
KY-039 心率传感器
圆柱形便携式电池（移动电源）
USB A型转USB C型电缆
M3 x 3厘米螺丝带螺母
杜邦线
扎带
电工胶带

项目步骤
第 1 步 底座组件：

3D 打印部件准备就绪后，首先开始组装基座，其中包括行空板、便携电池和USB电缆。这一步骤对于计步器模式和自行车模式都至关重要。你可以参考视频指导。这个基座可以牢固地连接到自行车上，或者直接作为计步器使用。
*3D打印压缩包：printables.zip

第 2 步 自行车安装

在自行车模式下，安装传感器（霍尔效应传感器和心率传感器）、磁铁和行空板的安装支架。霍尔效应传感器需要安装在自行车的前叉上，而磁铁则用扎带固定在车轮的一个辐条上。务必用电工胶带固定传感器和电缆，以增加安全性。通过行空板的外部端口将霍尔传感器连接到22号引脚，心率传感器连接到21号引脚。

第 3 步 项目代码
两种模式下传感器读数的处理：

• 自行车模式：
  

霍尔效应传感器检测到车轮每完成一次旋转，利用这个信息，我们通过将行驶距离除以旋转之间经过的时间来计算速度。根据速度和距离，我们估算了活动期间燃烧的卡路里。

• 计步器模式：
  

主板集成的加速度计在跑步或步行时检测步数。基于平均步幅长度，计算行走距离。消耗的卡路里是根据步数和大约每步卡路里值来估算的。

使用的数学计算公式如下：

• 速度（公里/小时）=（车轮周长 / 每次旋转时间）* 3.6
• 自行车模式下燃烧的卡路里 = 行驶距离（公里）* 40
• 计步器模式下行驶距离 = 步数 * 平均步幅长度
  

完整的代码：DualSport-with-Unihiker-main.zip。为将代码加载到你的设备并添加图像文件，推荐使用Mind+编辑器。

代码

<blockquote>#general bike mode code
复制代码

第 4 步 可以应用了！

现在，已经组装好了 DualSport Tracker，可以在骑自行车或跑步时使用，可以根据自己喜欢的运动，在主菜单切换 自行车和计步器模式。
DualSport Tracker 会实时显示关键信息，如速度、行驶距离、消耗的卡路里、心率和运动总时长。如果你想从自行车模式切换到计步器模式，只需断开两个传感器，并将设备从自行车上卸下，需要记录骑行时，可以重新安装到自行车上。
开始运动：按下按钮“A”开始记录运动。结束运动：按下按钮“B”停止记录，并显示运动的总数据，包括距离、最大速度、消耗的卡路里和时间。切换模式：根据你正在进行的活动，使用菜单在自行车和计步器模式之间切换

总结
DualSport Tracker 对于那些喜欢山地自行车、跑步而不依赖 GPS 或互联网连接的情况下监测身体活动的人来说，有很大潜力。该设备的灵活性，使其可以在骑行和跑步时使用，且能根据用户的需求来设定参数，使其成为一款实用的多功能工具，非常适合运动员和DIY爱好者。
这个项目将技术、创意和对运动的热情结合在一起，为距离、速度、卡路里消耗和心率的测量提供了高效的解决方案。它非常适合在没有GPS覆盖的地区训练，或希望通过一个便携易用的设备来记录运动表现的人。

原文链接：https://community.dfrobot.com/makelog-314664.html
项目作者：Vicenzo.Vecchio
发表时间：2024.10.15

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