КАЛЬКУЛЯТОР… ВЕЛОСИПЕДУ

Материалы о том, как использовать микрокалькуляторную процедуру суммирования констант в путемерах-одометрах (от греческих слов odos — дорога, metreo — измеряю), уже появлялись на страницах журнала «Моделиста-конструктора» (№ 3 за 1995 год). У новой разработки конкретная область применения (велоспорт и велотуризм) и несомненные достоинства: доступность изготовления в условиях домашней мастерской, точность измерений в сочетании с компактностью и надежностью прибора, простотой в обращении с ним.

Параметром счета в рекомендуемом варианте велоодометра является длина окружности колеса (либо ее часть), а порядок определения пройденного пути задается герконом, закрепленным непосредственно на вилке веломашины и четко срабатывающим в моменты прохождения мимо него небольших магнитов в обойме на передней втулке (рис.1). Электронная же часть прибора собрана аналогично принципиальной электрической схеме микрокалькулятора МК-23А (рис. 2). И основные компоненты здесь самые что ни на есть типовые: микросхема К145ИП11А, газоразрядный индикатор ИВ-28Б (либо ИВЛ-8/12), преобразователь напряжения Е1.

Зато клавиатура — особая, разработанная в соответствии с общей компоновкой велоодометра, а также с учетом специфики эксплуатации и требуемого уровня безотказности прибора. Имея микроклавиши с десятью цифрами, знаками «+», «-«, «х», «:» и децимальной точкой для выполнения «калькуляторных» арифметических операций (рис.3), она смонтирована на первой печатной плате (в виде части круга диаметром 70 мм из фольгированного текстолита толщиной 1,5 мм).

«Печать» двусторонняя. Горизонтальные шины выполнены широкими с лицевой стороны, а вертикальные — узкими (к ним припаяны контакты от реле, условно изображенные в виде окружностей малого диаметра) — с тыльной стороны. К горизонтальным шинам непосредственно припаяны и дополнительно приклепаны лепестки — контактные пластины сечением 2×0,25 мм (длина — по месту установки) от электромагнитных реле, являющиеся кнопками-ключами модернизированной клавиатуры.

Для пайки-«разводки» монтажных микропроводов в такой плате можно просверлить и микроотверстия, причем в удобном месте (на рисунке это условно не показано). Цифры у горизонтальных шин соответствуют номерам выводов индикатора, а в скобках — выводам микросхемы DD1 микрокалькулятора МК-23А.

За первой (клавиатурной) располагается вторая плата — под индикатор ИВЛ-8/12. «Печать» здесь односторонняя, «лицевая» (рис. 4). Плата рассчитана на планарное расположение элементов схемы, с припаиванием всех выводов, отогнутых в горизонтальную плоскость. Ножки 1, 2, 11 и 12, являющиеся у современных индикаторов выводами сеток первого, второго, одиннадцатого и двенадцатого разрядов, в работе одометра не используются, ведь ИВЛ-8/12 — восьмиразрядный. Однако для повышения прочности конструкции их все-таки рекомендуется припаивать к соответствующим печатным проводникам платы. Для пропуска проводов (МГТФ) межплатных соединений используются три отверстия диаметром 3-3,5 мм.

Плата под DD1 — так называемый «краб», традиционно используемый для микросхем данного типа. Приводить его топологию нет смысла. Если же воспользоваться электронной «начинкой» МК-23А или других калькуляторов, то лучше не выпаивать микросхему, а вырезать из базовой платы круг диаметром 70 мм с МС в центре него и в нужных местах просверлить микроотверстия под провода межплатных соединений.

Завершающая нижняя плата — не «печатка», а 70-мм круг из 1,5-мм стеклотекстолита или гетинакса, на котором закреплен базовый преобразователь напряжения Е1. По сути, это практически готовая часть изделия, и никакой топологии здесь не требуется. Электрические межплатные соединения выполнены проводом МГТФ, а механические (как и вся сборка в корпусе) — тремя шпильками М2,5х40 мм с гайками.

В окне крышки-панели при помощи эпоксидного клея закреплен светофильтр индикатора, отверстия под кнопки клавиатуры герметизированы изнутри тонкой и прочной эластичной прокладкой (лучше всего здесь подходит резина «Пирелли» на клее «Момент» или «88»). Снизу к корпусу приклепана кронштейн-рессора, выполненная из «нержавейки» и имеющая отверстие диаметром 11 мм — для установки на руле велосипеда.

В конструкции одометра применен малогабаритный геркон МК17. Можно, разумеется, использовать более компактный МК16-3, не говоря уже о микроминиатюрном МК10-3. Геркон припаян непосредственно к штыревой части электроразъема РСГ41В и закрыт защитным дюралюминиевым колпаком, навинчиваемым на резьбу разъема (до упора). Для большей плотности посадки и лучшего стопорения можно использовать фторопластовую ленту «Фум».

Герконовый узел закреплен на вилке веломашины (рис. 5) хомутиком (из полоски латуни размерами 50x10x0,6 мм, изогнутой с учетом выточки на защитном колпаке), болтом М4 с гайкой и пружинной шайбой. Как показала практика, именно такое техническое решение является наиболее приемлемым, оно позволяет регулировать положение геркона в вертикальной плоскости и при повороте его относительно оси симметрии. А это обеспечивает четкое срабатывание контактов геркона и исключает влияние на них толчков при движении велосипеда по тряской дороге.

В качестве управляющих элементов применены постоянные ферромагниты от мебельных защелок, крепко зажатые в самодельной обойме из немагнитного материала (латунь, медь, алюминиевый сплав) толщиной 0,5-0,8 мм. Устанавливаются они четырьмя винтами М3 на правом (по ходу движения веломашины) фланце втулки переднего колеса. Количество магнитов может быть либо два, либо четыре. В последнем случае можно дополнить одометр электронным цифровым спидометром. Причем с использованием одного и того же генератора сигналов.

Питается самоделка от трех элементов типа 316, размещенных в специальном пенале-трубке (рис. 6). Крепится он к горизонтальной трубе велорамы двумя кожаными ремешками с застежками. А кольца из микропористой резины на концах пенала служат для защиты лакокрасочного покрытия лонжерона от истирания. Предусмотрен и специальный тумблер — для более рачительного расходования электроэнергии. Соединение его с остальной частью схемы выполнено трехжильным кабелем с использованием еще одного электроразъема РСГ41В.

В заключение несколько советов. Как свидетельствует практика, в электронной части велоодометра желательно использовать лишь те микрокалькуляторы (либо их «начинку»), у которых операции с контактами осуществляются повторным нажатием клавиши «=». Монтаж прибора следует вести аккуратно, в строгом соответствии с принципиальной электрической схемой; пайку стараться выполнять быстро и качественно. А чтобы самодельной «электроникой» было удобнее пользоваться даже в самые яркие солнечные дни, на корпус прибора желательно сделать съемную насадку из резины, кожи или пластика.

Сразу по установке одометра на веломашине необходимо отрегулировать (относительно вертикальной плоскости симметрии велосипеда) сам герконовый датчик. Это легче сделать, если перед окончательной затяжкой защитного колпака заблаговременно пометить на штыревой части электроразъема (краской или фломастером) такое положение геркона, при котором зазор между магни-тоуправляемыми контактами максимален и хорошо виден (то есть контактные пластины лежат в вертикальной плоскости), а при окончательном монтаже развернуть колпак с вилкой РСГ41В относительно хомутика так, чтобы метка оказалась сверху. Далее следует, поворачивая колесо и отгибая лепестки обоймы, добиться, чтобы расстояние между цилиндрической поверхностью защитного колпака и проходящими мимо него магнитами гарантировало надежное срабатывание геркона и не превышало 3-4 мм.

Для первых опытов длину окружности колеса велосипеда можно измерить с точностью до 1 мм обычной рулеткой. Если же одометр установлен на веломашине спортивно-шоссейного класса, этот параметр принимают равным 2130 мм.

Прежде чем выходить на трассу, нелишне поэкспериментировать с велоодометром в мастерской или клубе. Велосипед при этом необходимо поставить вверх колесами или закрепить на специальной подставке.

Подключив питание, наблюдают за высвечиванием нулей на индикаторе. Затем, набрав на клавиатуре какое-либо число (например, 1), выполняют команду на суммирование констант. У большинства микрокалькуляторов это сводится к одно- или двукратному нажатию клавиши «+». При вводе параметра счета и команд с клавиатуры не забывают следить за тем, чтобы геркон располагался в промежутке между магнитами.

Убедившись в работоспособности велоодометра, начинают прибавлять к исходной величине новые единицы, медленно вращая колесо рукой. И смотрят, как при прохождении каждым магнитом рабочей зоны геркон срабатывает, а текущая сумма на индикаторе увеличивается на очередную единицу. Опыты повторяют, увеличивая частоту вращения колеса, насколько это возможно.

Отсутствие ожидаемого эффекта свидетельствует о необходимости вернуться к регулировке зазора между магнитами и защитным колпаком герконового датчика.

Для уточнения фактической длины окружности колеса необходимо покататься по точно измеренному базису — отрезку пустынного шоссе, тротуара, беговой дорожки стадиона или манежа. При этом сам базис рекомендуется выбирать достаточно большим, чтобы при прохождении этого расстояния колесо делало не менее 50 полных оборотов. А в качестве параметра счета ввести единицу, деленную на число магнитов в обойме, и после окончания вычислений всегда вычитать это значение из результата измерения (как систематическую погрешность). Желательно также оценить влияние массы велосипедиста и давления в шинах на величину фактического значения длины окружности колеса. Полученные экспериментальные данные можно усреднить, чтобы пользоваться ими в дальнейшем как удобными константами.

Помните: параметр счета получается как частное от деления длины окружности колеса на число магнитов в обойме. Следует вводить такой параметр сразу в километрах и с той точностью, которую способна обеспечить разрядность микрокалькулятора. Например, для колеса спортивно-шоссейного велосипеда, оборудованного четырьмя магнитами в обойме, рекомендуемый параметр равен 0,0005333333 км. Это позволяет получить удобочитаемый результат при минимальных суммарных погрешностях счета.

И еще. Ярко светящийся индикатор велоодометра, конечно же, отвлекает внимание от трассы. А потому следует воздерживаться от езды с включенным индикатором счета (особенно ночью). Если же чтение показаний индикатора затруднено (например, в летнюю солнечную погоду), то остановиться или… потерпеть до финиша.

Конечно же, рассмотренная конструкция одометра у автора — далеко не единственная. Есть и более простой вариант с использованием микрокалькулятора без существенных переделок. Достаточно, к примеру, подпаять параллельно клавише «=» два проводника, соединить их с генератором сигналов счета и — пожалуйста! Но если оценить такое техническое решение с позиций теории надежности, то доверять микрокалькулятору, который практически не приспособлен для работы в режиме постоянных ударов и вибраций, будет, видимо, не просто.

М. ПОПОВ, г.Йошкар-Ола