Игровая приставка для велотренажера

Назначение устройства

В настоящее время все более популярными становятся различные спортивные тренажеры, укрепляющие, как известно, наше бесценное здоровье, убирающие лишний вес, позволяющие приобрести стройную фигуру и т.д. Их общий недостаток, на мой взгляд, в том, что заниматься продолжительное время однообразными движениями довольно скучно, и человек, сначала с большим воодушевлением начав тренировки, через некоторое время начинает испытывать скуку, утомление и нежелание заниматься на тренажере, что приводит, как правило, к прекращению спортивных занятий. Но выход есть! Стоит вспомнить, как все мы любим компьютерные игры, начиная от простейшего, всемирно известного "Тетриса" и кончая крутейшими играми с применением шлема виртуальной реальности. Описываемое в этой статье устройство позволяет совместить занятия на велотренажере с увлекательной компьютерной игрой, делая тренировки приятными, нескучными и ненадоедающими. И даже более того, хочется заниматься еще и еще. Вспомните, например, как трудно оторваться от известной игры "Half-Life". Оборудование велотренажера с использованием этого устройства позволит привлечь большее количество постоянных посетителей в тренажерный зал, а тем, у кого такой тренажер установлен дома, доставит много радости, сделав надоевшие тренировки увлекательными и неповторимыми.

Описание устройства

Устройство подключается к порту СОМ1 или СОМ2 компьютера кабелем длиной до 5-ти метров. На тренажере устанавливаются:
1. Датчик направления вращения педалей.
2. Две кнопки для выполнения каких-либо действий в игре, например, стрельбы и удара дубинкой.
3. Датчик поворота руля. Правда здесь возникают некоторые сложности. Дело в том, что руль у велотренажера не поворачивается. Неплохим выходом из этого положения является установка на руле слева и справа рычагов ручных тормозов, при нажатии на которые, нажимается соответствующая, встроенная в них, кнопка для поворота налево или направо.
Для завершения картины необходима игра для компьютера. Можно использовать например симулятор мотоцикла "Road Rash" или что-нибудь подобное готовое. Необходимо только переделать управление в ней, так как устройство передает данные по интерфейсу RS-232. Можно, конечно, создать что-то свое, оригинальное. Это дело вкуса.

Параметры интерфейса RS-232 и передаваемые данные

Устройство имеет следующие параметры интерфейса RS-232:
        1. Асинхронный режим, полный дуплекс.
        2. Скорость передачи 115200 бит/с, реально 113636 (ERR= -1,36%, допустимое значение)
        3. Биты данных - 8 бит
        4. Четность - нет
        5. Стоповые биты - 1 бит

Биты данных:

0 бит- 1 - замыкание геркона на датчике при вращении педалей вперед
            0 - вращение педалей назад или передача изменения состояния кнопок

1 бит- 1 - замыкание геркона на датчике при вращении педалей назад
            0 - вращение педалей вперед или передача изменения состояния кнопок

2 бит- не используется, передается "0"

3 бит- 1 - замкнуты контакты SB1
            0 - разомкнуты контакты SB1

4 бит- 1 - замкнуты контакты SB2
            0 - разомкнуты контакты SB2

5 бит- 1 - замкнуты контакты SB3
            0 - разомкнуты контакты SB3

6 бит- 1 - замкнуты контакты SB4
            0 - разомкнуты контакты SB4

7 бит- не используется, передается "0"

Передача данных производится только при изменении состояния кнопок или датчика вращения педалей. Если передача данных вызвана изменением состояния одной из 4-х кнопок, без изменения состояния датчика вращения педалей, то оба бита D0 и D1 передаются сброшенными в состояние "0".

Режим теста

Режим теста запускается нажатием кнопки "test". Производит постоянную передачу данных о состоянии всех кнопок и датчиков. Выход из режима - повторное нажатие.

Назначение битов данных в режиме "тест":

0 бит- 1 - контакты Q1 замкнуты
            0 - контакты Q1 разомкнуты

1 бит- 1 - контакты Q2 замкнуты
            0 - контакты Q2 разомкнуты

2 бит- 1 - контакты Q3 замкнуты
            0 - контакты Q3 разомкнуты

3 бит- 1 - контакты SB1 замкнуты
            0 - контакты SB1 разомкнуты

4 бит- 1 - контакты SB2 замкнуты
            0 - контакты SB2 разомкнуты

5 бит- 1 - контакты SB3 замкнуты
            0 - контакты SB3 разомкнуты

6 бит- 1 - контакты SB4 замкнуты
            0 - контакты SB4 разомкнуты

7 бит- 1 - контакты кнопки SB5 "test" замкнуты
            0 - контакты кнопки SB5 "test" разомкнуты

Принципиальная схема

Описание схемы

Устройство собрано на микроконтроллере фирмы Microchip PIC16F877-20I/. Применение этого контроллера может кому-то показаться избыточным для столь простой схемы, но поскольку в будущем планируется подключать к этому устройству разные дополнительные датчики, то иметь некоторый запас по выводам портов, ADC и объему RAM весьма целесообразно. Этот контроллер имеет встроенный USART, что очень удобно для организации интерфейса RS-232.

В качестве датчика направления и скорости вращения педалей (на схеме "sensor") применены двенадцать герконов, расположенных по кругу на корпусе тренажера, между стенкой корпуса и правой педалью, объединенных в три группы по четыре штуки. На педали, напротив места расположения герконов, закреплен постоянный магнит. Вращение педалей вызывает поочередное замыкание герконов. Каждая из трех групп подключается к соответствующей ей линии Q1, Q2 или Q3. Расположение герконов, в соответствии с группами, следующее: Q1, Q2, Q3, Q1, Q2, Q3... и т.д. При вращении педалей вперед герконы должны замыкаться с следующем порядке: Q1, Q2, Q3, Q1, Q2, Q3... и т.д. На датчике вращения педалей количество герконов может быть любым, но кратно трем. За один полный оборот педалей данные о вращении педалей передаются столько же раз, сколько герконов использовано в датчике.

Соединение устройства с датчиком "sensor", также как и со всеми кнопками, расположенными на руле, должно быть выполнено экранированными кабелями, с целью исключения возможных наводок. В качестве HA1 применен пьезокерамический излучатель иностранного производства. В качестве замены можно порекомендовать отечественные ЗП-1 или ЗП-3. Тактовая частота контроллера 20MHz. Конденсаторы С1 и С2 можно не устанавливать. На конденсаторе С3 должно быть сформировано напряжение -12V...-13V. Такое же напряжение, но положительной полярности формируется на конденсаторе С4. Оно не должно быть более 15V. Операционный усилитель К553УД2 можно заменить на другой. Эта микросхема была выбрана из-за того, что имеет хорошие параметры и весьма низкую цену. Вместо стабилитрона КС147А можно поставить диод КД522, КД521 или какой-либо другой. Применение стабилитрона было вызвано желанием максимально защитить контроллер.

Прошивка для контроллера

Внимание! Для правильной работы программы, при записи её в контроллер PIC16F877-20, следует запретить работу сторожевого таймера WDT (WDTE=OFF), разрешить работу таймера PWRT (PWRTE=ON), разрешить работу схемы формирования сигнала сброса при падении напряжения питания BOR (BODEN=ON), режим работы кварцевого генератора FOSC=HS; остальные параметры бита конфигурации: LVP=OFF, WRT=OFF, DEBUG=OFF

Обратиться к автору за прошивкой

Особенности устройства и рекомендации по сборке

Устройство получается довольно компактным и может быть собрано в пластмассовом корпусе G-438 иностранного производства, имеющимся в продаже в магазине Chip&Dip ( http://www.chipdip.ru/ ). Или в любом другом подходящем корпусе. Для ввода в него кабелей следует использовать четыре кабельных ввода. Например, MGB12-07G. Из экономии места и средств, кабель RS-232 не подключается к устройству посредством разъема, а входит в него через кабельный ввод и распаивается на плату. Все кабели, кроме кабеля питания, экранированные. Герконы датчика "sensor" - любые малогабаритные, размещаются на плате в форме круга, и закрываются все вместе пластмассовым кожухом, из которого выходит кабель для подключения к устройству.

Технические характеристики