НЕ ШАГИ — КИЛОМЕТРЫ!

Увлекательнейшее занятие — велосипедный спорт. И для здоровья полезное. Как говорится, ни шума ни гари: крути да крути педали, наслаждайся быстротекущей сменой окружения. А по мере того, как эта колесная жизнь втягивает в свой водоворот, все чаще сам собой встает вопрос: сколько же там километров уже накручено? За минувший день? За неделю? За только что завершившийся сезон?

Заядлыми велосипедистами из числа радиолюбителей разработано уже множество вариантов электронных приборов для измерения протяженности преодолеваемого «верхом на колесах» пути — велоодометров, но… Стоит посмотреть порой на их схему, где одних только DD — не один десяток, не говоря о сверхплотном расположении других радиоэлементов, и сразу как-то тоскливо на душе становится.

Несколько лучше и перспективнее выглядят, по моему мнению, одометры, создаваемые на базе микрокалькуляторов с ЖКИ, ведущих подсчет оборотов велоколеса благодаря простому подключению датчика-геркона параллельно клавише «=». Однако, как свидетельствует практика, такие приборы довольно-таки болезненно реагируют на пыль, тряску и прочие присущие нашим российским дорогам неблагоприятные воздействия. Только это — еще не все. Главный недостаток велоодометров-калькуляторов видится в том, что из-за ограниченной скорости ввода операции суммирования, свойственной им, возникает для велосипедиста предел скорости, на которой прибор может вести подсчет импульсов от геркона-датчика.

От перечисленных выше изъянов абсолютно свободна конструкция велоодометра, выполненного на базе выпускаемого пинским заводом «Камертон» шагомера «Электроника ШЭ-01». Ее-то и предлагаю взять на вооружение велосипедистам-радиолюбителям.

Идея, лежащая в основе рекомендуемой конструкции, проста и вместе с тем надежна. Чтобы «Электроника ШЭ-01» смогла безошибочно подсчитывать длину пройденного пути, необходимо, вместо штатного датчика шагов (балансира с закрепленным на нем постоянным магнитом, перемещающимся вблизи геркона при ходьбе) подключить ко входу счетчика другой. Механический или электронный, срабатывающий за определенный отрезок преодоленного пути.

Для велоодометра такой датчик-геркон устанавливают в большинстве случаев на вилке заднего колеса. А на спицах последнего закрепляют один или несколько постоянных магнитов. Тогда длина окружности колеса (или ее часть) и будет служить единицей измерительного отрезка пути.

Конечно, показания счетчика с таким датчиком придется в таком случае всякий раз соотносить с длиной окружности, что и сложно, и неудобно в пользовании. Поэтому обычно применяют предварительный делитель, коэффициент К которого легко вычислить по формуле: К = (n•S)/L. Здесь n — количество постоянных магнитов-датчиков, S — выбранная единица отсчета пройденного пути (м), L —длина окружности колеса с шиной под нагрузкой (м).

Для велосипеда «Турист», например, длина окружности колеса с шиной под нагрузкой равна 2,12 м. Приняв за единицу отсчета 100 м, с одним датчиком, получаем К = 47.

На рисунке 1 показана несложная электронная схема, обеспечивающая предварительное деление и формирование одного импульса за 100 м пути. В ней применены две микросхемы структуры КМОП, работающие при низком напряжении питания и минимальном (доли мкА) токе потребления. На элементах DD.1, DD1.2 выполнен формирователь входных импульсов, поступающих с датчика-геркона. Формирователь [1] необходим для исключения ложного срабатывания от так называемого «дребезга», возникающего при замыкании и размыкании механических контактов.

Ведь что происходит? При замыкании контакта геркона конденсатор С1 не дает переключиться элементам формирователя в противоположное от исходного состояние. Разумеется, пока не установится нормальный контакт. А после размыкания этот же конденсатор задерживает переключение формирователя в исходное состояние, до полного окончания «дребезга». Таким образом, на выходе формирователя при каждом замыкании и размыкании контактов датчика формируется импульс высокого уровня напряжения, фронт и спад которого сдвинуты от начала замыкания и размыкания, длительностью, равной времени замкнутого состояния.

Спадом этого импульса переключается счетчик-делитель частоты на 47, выполненный на микросхеме DD2 и элементах DD1.3, DD1.4 [2]. Коэффициент деления задается подключением входов элемента И-НЕ, DD1.3 к выходам двоичного счетчика, численное значение которых является эквивалентом двоичного числа коэффициента.

И на выходе DD1.3 возникает логический «ноль» при поступлении на счетчик 48 импульсов. Элементом DD1.4 он инвентируется и подается на обнуляющий вход R DD2. Поэтому счетчик устанавливается в «ноль». Для получения коэффициента деления 47, а не 48 (как это следует из схемы подключения входов DD1.3) введена цепь R3 С2, при помощи которой после окончания каждого цикла деления — обнуления счетчика на его вход — подается дополнительный импульс, возникающий в точке соединения R3 С2. Этот импульс формируется на выходе DD1.2 в момент, когда контакты геркона разомкнуты. Таким образом, в каждом цикле деления счетчиком учитывается 47 импульсов (поступивших с датчика) и один (дополнительный), вырабатываемый в схеме делителя.

Для обеспечения нормальной работы счетчика шагомера длительность импульсов, поступающих на его вход, не должна быть слишком короткой: короткие пички, в том числе «дребезг» контактов датчика-геркона, счетчиком не фиксируются — исключается ложное срабатывание.

Счет происходит по спадам импульса высокого уровня, при размыкании контактов геркона. Поэтому выходной импульс дополнительного делителя снимается с выхода 32 счетчика DD2. И через ограничивающий диод VD1 подается на вход счетчика шагомера, минуя выключатель. На выходе 32 DD2 формируется импульс высокого уровня. Причем длительность его равна 16 периодам повторения импульсов, поступающих на вход формирователя.

Питание микросхем делителя можно осуществлять от отдельного источника напряжением 3 В. Но ведь этот потребляемый ток незначителен. Значит, DD1 и DD2 можно запитать и от интегрального преобразователя напряжения шагомера, выходное напряжение которого (в 2 раза большее напряжения элемента СЦ-30) берется с вывода фильтрующего конденсатора преобразователя.

На рисунке 2 показана часть платы шагомера со стороны, противоположной установке жидкокристаллического индикатора. Здесь же обозначены точки подключения дополнительного делителя.

Делитель можно подсоединить к шагомеру при помощи гибких проводников, выведенных из корпуса шагомера. Но лучше применять миниатюрный разъем, ответную часть которого устанавливают внутри корпуса. А штыревую — на плате формирователя-делителя, выполненной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Печатный монтаж ее показан на рисунке 3.

Кроме штырей разъема, к плате подключают провод (лучше гибкий, многожильный, с экранной оплеткой). Такой же, как, скажем, при подключении микрофонов. Провод прокладывают до места крепления геркона по раме велосипеда.

При подобном (см. выше) исполнении дополнительного делителя его можно оставлять на велосипеде, отключив от шагомера. А последний (в случае необходимости) использовать по прямому назначению. Ориентируясь лишь на показания счетчика шагов, каждый раз обнуляя его в конце текущих суток, можно исключить суммирования показаний километров, сохраняющихся в регистре памяти, и количества отсчитанных шагов.

О деталях. В делителе резисторы R2, R3 типа МЛТ-0,125; R1 КИМ. Но также можно его составить и из 2—3 резисторов МЯТ сопротивлением больше 1 мОм. Конденсаторы С1 и С2 — КМ-4, КМ-5 или керамические другого типа. Номиналы у всех этих элементов могут иметь допуск до 50% без ухудшения параметров делителя. Микросхемы 561-й серии можно заменить на аналогичные (по функциональному назначению) из серии К564. 176-я здесь (увы!) из-за низкого напряжения питания работать не будет.

А вот К561ИЕ16 легко заменить на К561ИЕ10, включив входящие в нее два четырехразрядных счетчика (последовательно). Можно использовать и две ИС К561ИЕ11 или К561ИЕ14, а также специализированную микросхему — программируемый счетчик-делитель К561ИЕ15. Необходимо лишь иметь в виду, что при любой замене счетчика придется изменить, переделать рисунок проводников печатной платы. И еще делитель с выбранным коэффициентом 47 можно применить на велосипеде «Украина» или «Старт-шоссе». Для последнего — со своей спецификой: цепь R3 — С2 в делителе исключается, а вывод 6 у DD1.2 обязательно подсоединяют к выводу 5 или плюсовому проводнику.

Если необходим делитель с другим коэффициентом, то лучше применить программируемый (К561ИЕ15), подключив его установочные входы соответствующим коэффициенту деления образом. А если такой микросхемы нет, то использовать двоичные счетчики с дополнительным элементом И-НЕ, подключая входы последнего согласно выбранному коэффициенту деления.

Развязывающий диод VD1 должен быть обязательно кремниевым, с возможно большим прямым падением напряжения на n-р переходе. Вполне приемлем типа НД102, КД103. Или один из диодов КД509…КД514 с любой буквой. Вместо примененного геркона КЭМ-1 подойдет, например, КЭМ-2 или любой, имеющийся в наличии. Но — с нормально разомкнутым контактом. Конструкция датчика — установка геркона и магнита (последний, кстати, можно взять от мебельной магнитной защелки) определяется во многом исходя из того, что есть под рукой. Но при любом исполнении помните: за один оборот колеса должно произойти одно срабатывание (замыкание) контактов геркона.

Шагомер (так же, как, впрочем, и микрокалькулятор) можно применить и для более точных, разметочных работ на местности. Для этого выбирается единица измерения поменьше. Например, 1 м. На колесе с такой же длиной окружности (1 м) устанавливают датчик-геркон, контакты которого подключают к входу счетчика шагомера (минуя выключатель) и плюсовому проводнику питания. А в калькуляторе их подсоединяют параллельно контактам клавиши «=» (равно). И — за дело!

А. РОМАНЧУК, Сахалинская обл.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Бюриков С.А. Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах— М., Радио и связь, 1990.— С. 54, 55.

2. Алексеев С. Применение микросхем серии К61—Ж. «Радио», № 3’87, с. 26-28.