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2022年12月23日金曜日

自転車のデータ測定（Bluetooth）

無線（BLE）の速度センサまたはケイデンスセンサをAmazonなどで、よく見かけるようになりました。サイクルコンピュータ用のセンサです。昨年は、磁石を使って測定しましたが、BLEのセンサが使えるか試してみました。

センサは、XOSSの速度・ケイデンス兼用のものです。

XOSS X1 ケイデンスセンサースピードメーターワイヤレス ANT + Bluetooth 4.0

上が売り切れなので参考です。

XOSS VORTEX 自転車スピードケイデンスセンサー ANT+ Bluetooth4.0

マイコンは、半導体不足の影響を考えて、Arduinoにしました。SimulinkのハードウェアサポートパッケージにBLEのブロックもあり、比較的簡単に使うことができます。
Arduinoを使う理由は、いずれArduinoをスタンドアロンで動かして、データをPCまたはクラウドに送信するためです。さらに自作サイクルコンピューターとしての利用も考えています。BLEが最初からついているArduinoを使っています。

モデルはとても簡単です。まずはBLEの受信、送信のブロックを適当に配置しました。

設定は、ArduinoがCentral（Client）になります。Scanで自動的に探してくれます。

受信、送信共に同じ設定にしました。送信がないと受信が上手く行かないようです。

Scan Using　Arduinoでやると最後にエラーが出たので、Host　computerに変えたりしていたら、Peripheral Device にXOSSが自動的に入りました。エラーの原因及び解消の理由は良く分かりません。

見つからない場合は、PCのBluetoothで検索してみるか、MATLABのBlelistコマンドで出てくるか確認するのが良いです。MATLABを使うことで、services または characteristicsの確認なども簡単にできますし、コマンドで接続し値が取れるかの確認も先にしておくと良いと思います。

センサはケイデンスモードに設定し、クランクに固定します。監視と調整で確認します。

クランクを回すと値が変化しました。しかし、この値をどのようにケイデンスに変換するのか分かりません。そして、なぜかセンサを速度モードに設定するとデータが受信できません。一番上の変化しない２というのも何なのか・・・（もう少し調べてみます）

磁石式に比べると配線が不要なので、セッティングも簡単でした。あとは値を変換するだけです。もしかしたら、センサを速度・ケイデンス共用のものではなく別々のものにした方が良いのかもしれません。複数のセンサからデータを取得することにもチャレンジしたいと思いました。

進捗しましたら、またご報告します。

2021年12月19日日曜日

自転車のデータ測定と解析(速度、ケイデンス)

クランクの回転数（ケイデンス）とホイールの回転数との両方を、Simulinkに入力できるようにしました。PCとの接続は、Raspberry pi を使っています。Raspberry piをスタンドアロンで動かすのではなく、監視および調整で動かしています。

センサーは先日購入したリードスイッチ式のものを使っています。黒色棒状の先端付近を磁石が横切ると、リードスイッチが、OFF→ON→OFFになります。

GPIOを２つ使って、2つのセンサーのON,OFFを検出しています。

上がホイールの回転数から計算した速度（km/h）、下がケイデンス(rpm)になります。

固定ローラーで負荷をかけた状態で、自転車を漕ぎました。

真ん中で急激に速度とケイデンスとが上昇していますが、タイヤがスリップした影響です。

ケイデンスは、ホイールの回転数から速度を出すのとは違って、クランクの回転を止めると急にゼロになります。今回は、5秒間センサーの入力が無かったらケイデンスをゼロにしています。一方速度は、ペダルを止めてもホイールが惰性で回り続けるので急にゼロになることはありません（まだ上手くできていません）。

市販のメーターがどのように計算しているか気になります。フィルターで調整しているのでしょうか。

今後ですが、ペダリング時のトルクを取得するセンサーを付けたり、Simulink上に自転車や人間のモデルを組み込むことを考えています。Simulinkにしたのは、各種モデルを組み込みたかったからです。

Simulinkのモデルも参考にダウンロードできるようにしました。

モデルは、急いで作ったもので完成していません。これからブラッシュアップします。

MATLAB Driveのリンク

raspberrypi_I2C_LCD_V_C_20***.***のファイルです。

2021年12月4日土曜日

自転車のデータ測定と解析(回転検出のセンサ)

回転を検出するためにセンサを買いました。

スピードメータ用の有線のリードスイッチです。最初からこれを買えばよかった気がします。

後輪の回転、クランクの回転を検出するため２つ必要です。

磁石を近づけた感じ問題ありませんでした。こちらの方が感度が高いかもしれません。

簡単に取り外しできるような固定方法を考え中です。

2021年10月2日土曜日

自転車のデータ測定と解析(ホイール回転検出と速度計算)

リードスイッチの基盤を、ビニールテープで自転車に固定しました。ホイールのスポークには、リードスイッチをＯＮ／ＯＦＦするための磁石を付けました。磁石は、ＣＣ－ＭＣ１００Ｗというスピードメーターに付属していたものです（写真右の円形の部品になります）。ホイールが回転して、リードスイッチの近くを磁石が横切るとリードスイッチがＯＮ／ＯＦＦする仕組みです。

自転車とラズパイとがやっとつながりました。

次は、速度の算出です。

タイヤの周長は、２１３６ｍｍ（７００×２８Ｃ）です。リードスイッチのＯＮ／ＯＦＦ→速度の計算に少し難儀しましたが、何とか速度を算出できました。取り急ぎ作成したモデルは以下のとおりですが、かなり適当に作ってあります。

速度は、以下のようになりました。縦軸が速度（km/h）、横軸が時間（秒）です。

ホイールをフリーにしたままでクランクを回すと速度が上昇し、クランクの回転を止めると徐々に速度が落ちていきます。速度の落ち具合から、ホイールの回転のし易さも確認できると思いました。

時速４０ｋｍ程度を測定するためには、リードスイッチの信号が入るＧＰＩＯのサンプリングを０．００１秒にする必要があります。例えば、０．０１秒だとタイミングによってはＯＮを検出できず、速度の計算に失敗してしまいました。

このようなことは、実際にやってみないと分からないことでした。本来なら、０．００１秒より少なくする必要があるのですが、Simulinkのモデルのサンプリング時間を０．００１秒より少なくすると、今度はエクスターナルモードだとリアルタイムで動かなくなるようでした。今回は、このままにしておきます。モデルは以前と同様にMATLABドライブで共有しておきました。ファイル名に「V」が追加されているものです。

https://drive.matlab.com/sharing/cf882d63-7932-4f34-880f-e45a383ef681