基于Arduino的开源自行车行车电脑.docx

gTracking——基于Arduino的开源自行车行车电脑系统时间：2012-12-07 14:18:43??作者：Wells Wang??来源：??查看：937??评论：导读：自从19世纪中期自行车运动从欧洲、北美发源以来，吸引了世界上一批又一批的爱好者参与其中。在曾经被称为“自行车王国”的中国，上世纪80年代，自行车也作为曾经的“四大件”之一走入千家万户，在那时，自行车成为了民众主要的交通工具。随着社会经济的发展，汽车逐..自从19世纪中期自行车运动从欧洲、北美发源以来，吸引了世界上一批又一批的爱好者参与其中。在曾经被称为“自行车王国”的中国，上世纪80年代，自行车也作为曾经的“四大件”之一走入千家万户，在那时，自行车成为了民众主要的交通工具。随着社会经济的发展，汽车逐步走入寻常家庭，自行车也一度淡出了人们的生活。不过近些年来，随着“绿色低碳”的生活理念渐入人心，自行车运动开始展现出了自己独特的魅力，使其又成为了一项时尚的健身运动，越来越多的人参与到了其中。?自从我参加了骑行运动之后，便被其“挑战极限，积极向前”的魅力所深深吸引，深陷其中不可自拔。业余折腾电子数码的时间也慢慢转向了自行车运动。在参加一些骑行活动的过程中，常常会想记录一下自己的骑行路线、骑行数据，事后可以进行分析，作为训练数据也能使自己得到提高。在一番寻找后发现智能手机上有提供这样功能的例如Endomondo应用供爱好者免费使用。虽然智能手机现在已经非常普遍，但是智能手机的续航力以及国外应用与国内用户的使用习惯差异都是不小的问题。再加上自行车运动存在一定的危险性以及需要适应不同的气候，一旦摔车，损坏智能手机的成本就会显得比较高。因此我就想到了可以利用Arduino来做一个低成本专用的自行车车载电脑来记录并实时显示骑行数据，并在训练完成后使用电脑针对记录的数据进行分析，以得到想要的结果和报表。?在应用设计初期，就把这款应用分成了两大部分来进行设计，第一部分是基于arduino的硬件，体积小，可以安装在自行车的把横上，负责收集和记录骑行数据，并通过LCD显示屏实时显示时速等信息。第二部分则是分析统计的系统，由于arduino的SRAM和频率的限制，不太适合做数据的分析，因此我把这部分功能拆分开来，设计成由计算机系统来完成——arduino记录的数据上传到计算机系统上后进行分析并绘制图表。第二部分的系统，在后期设计中我设计成了一个Web 2.0的应用。这样就可以方便的将统计的结果进行分享，可以在任何地方给任何你想分享的伙伴分享你的训练数据、骑行路线。?在我设计并实现的原型产品中，基于arduino的硬件部分，主要由如下几个模块来构成：arduino主控板，行车电脑的核心电源模块，为所有硬件提供电源GPS模块，提供GPS定位信息，以得到位置数据、速度数据、高度数据LCD模块，实时显示骑行数据SD/TF卡存储模块，储存骑行数据??在未来还可能会加上如下模块来进一步完善功能：红外或磁感应模块，进行踏频统计无线心率探测模块，心率数据统计??基于arduino的gTracking系统架构简图??在实际制作的过程中，由于对体积有小型化的要求，我选用了如下的硬件：Arduino pro mini, 省去了RS232 TTL转USB部分的电路，体积进一步缩小，ATMega328P也能保证有足够的Flash和SRAM。3.7v转5v升压充电一体模块，去除了USB母口，缩小体积。UC-915GPS模块，使用U-Blox 6010芯片，带内置天线，3.5cmx1.6cmx0.75cm超小体积。Nokia 5110显示屏，84x48分辨率，够用，便宜，成本低，体积小。自制TF存储模块，体积超小，带3.3V电源转换。??TF卡是工作在3.3v的电压下的，由于Arduino pro mini上没有3.3v的电压输出，于是，在自制的TFT模块上，使用了AMS1117-3.3来将5v电源转成3.3v，同时这个3.3v的输出也为LCD模块提供了电源输入。Arduino的SPI IO端口输入输出都是5V的TTL电平，因此需要一个level shifter来将5V的电平信号转化成3.3v的以供TF卡使用。在早期的设计中，我使用了74LVC245来做Level shifter，但是由于需要尽量减小体积，即使SSOP封装的74LVC245也会显得较占空间。考虑到负载电路并不复杂，于是在这里就用了简单的分压电路，使用1.8K和3.3K的贴片电阻实现了电平电压转换的功能。?TF卡模块PCB覆铜板用热转印草图??由于Nokia 5110显示屏背面没有任何电子元件，于是我将包括arduino pro mini、SD模块、GPS模块都用双面胶固定在了LCD显示屏的背面，整体的厚度可以做到小于1cm。这样就完美的实