Sähköpyöräkokeiluja, energialaskelmia

[jori]

Ilmanvastus riippuu tosiaan nopeudesta. Varsinkin pienten kappaleiden ilmanvastuskerroin pienenee nopeuden kasvaessa. Tässä tapauksessa päinvastaiselta näyttävän ilmiön selityksenä lienee pinnojen ilmanvastuskertoimen pieneneminen kiekon navan lähellä.

Tuollainen pyörivä kiekko toimii tosiaan puhaltimena, jossa ilma virtaa navan lähelle akselin suunnassa, pinnat kiihdyttävät ilmavirtauksen pyörimään, jolloin ilma keskipakovoiman takia virtaa säteettäisesti kohti rengasta ja siitä ympäristöön. Tässä tapuksessa pinnojen ilmanvastuskertoimen pieneneminen nopeuden kasvaessa helpottaa ilman pääsyä pinnojen väliin ja aiheuttaa siten kovemman pumppausvaikutuksen ympäristöön.

Pinnaus on aivan hiljaisilla nopeuksilla tavallaan liian tiivis ja ilma pyyhkii vain pinnauksen ulkopintaa, kuin levykiekossa. Kun yksittäisen pinnan ilmanvastuskerroin pienenee, pääsee keskeltä pinnojen väliin pyrkivä ilma paremmin pinnojen väliin. "Keskipakopuhallin" saa tavallaan paremmin ilmaa, jolloin sen tehonkulutus kasvaa.

Tässä kuvassa lieriön ilmanvastuskertoimen muuttuminen Reynoldsin luvun (nopeuden) suhteen. Summittainen arvio Reynoldsin luvusta ilmassa saadaan kertomalla kappaleen poikkileikkausmitta (mm) sen nopeudella (m/s) ja kertoimella 70.

Pumppautuvan ilman virtausnopeudet navan lähistöllä ovat luokkaa 0,1 m/s, joka 2mm pinnalla tuottaa Reynoldsin luvun 35 ja vastuskertoimen 3. Nopeuden kasvaminen laskee vastuskerrointa nopeasti alle yhden.

PS. Minä tein aikoinaan napadynamokokeita porakoneeseen kiinnitetyllä vaahtomuovikiekolla renkaasta pyörittämällä. Parhaimmillaan sain nopeuden nousemaan lähes sataan kilometriin tunnissa.

[optimistx]

Ilmanvastus riippuu tosiaan nopeudesta. Varsinkin pienten kappaleiden ilmanvastuskerroin pienenee nopeuden kasvaessa. Tässä tapauksessa kyse lienee pinnojen ilmanvastuskertoimen pienenemisestä, jolla on vielä se mainitsemasi kerrannaisvaikutus ilman pummaamisena ympäristöön.
En löytänyt lieriön käyriä, mutta tässä on pallon ilmanvastuskäyrä Reynoldsin luvun (nopeuden) funktiona. Summittainen arvio Reynoldsin luvusta ilmassa saadaan kertomalla kappaleen poikkileikkausmitta (mm) sen nopeudella (m/s) ja kertoimella 70.

Kiitos Reynoldsista! Eipä käynyt edes mielessä aiemmin.
Kuvassani edellä ilmanvastus kasvaa nopeuden mukana enempi kuin "pitäisi" , siis neliölain mukaan. Reynoldsin käyrän mukaan saattaisi odottaa päinvastoin ainakin pinnojen kokoisten esineiden kohdalla.

Seuraavaksi yritän vakioida pyöräytysolosuhteet vielä tarkemmin; ympärillä olevat ilmavirran esteet olkoon juuri samoilla paikoilla, pyöräytyksien alkuunpano mahdollisimman samalla tavalla. Saisikohan kullakin nopeusalueella "ilmanvastuskertoimen" +- 1 %:n sisään, siis esim. - 2.06 promillea +- 0.04 promillea? Mikä vielä aiheuttaisi poukkoilua arvoihin ja voisiko senkin hallita? Jännittää kuin salapoliisiromaania lukiessa!

[jori]

Pahus, ehdit vastata, ennen kuin sain korjattua tekstini luettavammaksi. Nyt se on korjattu. Löysin myös Cd/Re käyrän lieriölle.
Tässä vielä toinen Cd/Re käyrästö, josta voi arvioida tilannetta myös aivan hiljaisilla nopeuksilla. Monimutkaisen tästä tilanteesta tekee se, että virtausnopeus kiekon ympärillä muuttuu säteen suunnassa ja myös kitkavastus/hitausvoima suhteen perusteella myös tangentin suunnassa koko kiekon alueella. Haastetta riittää, jos aiot analyyttisesti selvittää tilanteen. Joka tapauksessa, siinä ei ole mitään kummallista, että ilmanvastuskerroin muuttuu nopeuden muuttuessa jopa eri suuntiin varsinkin hitailla nopeuksilla. Puhumattakaan tilanteesta, jossa pyörimisen tuottaman ilmanvastuksen lisäksi kiekon vieriminen eteenpäin tuottaa toisen ilmanopeuskomponentin ja vielä tuuli kolmannen.
Cd/Re logaritmisella asteikolla lieriölle, pallolle ja pyöreälle levylle

[optimistx]

...
Monimutkaisen tästä tilanteesta tekee se, että virtausnopeus kiekon ympärillä muuttuu säteen suunnassa ja myös kitkavastus/hitausvoima suhteen perusteella myös tangentin suunnassa koko kiekon alueella. Haastetta riittää, jos aiot analyyttisesti selvittää tilanteen. Joka tapauksessa, siinä ei ole mitään kummallista, että ilmanvastuskerroin muuttuu nopeuden muuttuessa jopa eri suuntiin varsinkin hitailla nopeuksilla. ...

Kiitos muuten vaahtomuovi-ideasta ja porakoneesta. Olin epäonnistuen koettanut jopa vispauskoneella pyörittämistä, mutta vaahtomuovilla kokeilu on edessäpäin.

Joo, ei toivoakaan ratkaista analyyttisesti edes paikallaan pyörivän kiekon ilmanvastuskaavaa. Mutta jospa jotain käytännöllistä silti syntyisi. On ollut aikamoisia yllätyksiä täynnä tämä kertoimien etsintäprojekti, eli monta asiaa, joissa olin väärässä. Asian positiivinen puoli: ehkä on ja on ollut tilaisuus oppia ...

Luulin esimerkiksi, että ilmanvastuskertoimen voisi mitata 3-4 pyörähdyksen aikana mielivaltaisen tarkasti, kunhan vaan reed-relettä luetaan hyvällä aikaresoluutiolla. Nyt näyttäisi siltä, ettei edes kymmenien pyörähdysten perusteella laskettu arvo ole tarkka siinä mielessä, että jos uusii kokeen mahdollisimman muuttumattomissa olosuhteissa, niin tulos saattaa heittää useita prosentteja. Tuo sinun kiehtova kuvauksesi kiekosta eräänlaisena keskipakoispuhaltimena sai kyllä uskomaan, että todennäköisesti polkupyörän ilmanvastusilmiö on enempi verrattavissa värähtelevään viuluun lukemattomine taajuuksineen kuin ilmassa yksinään lennähtävään golfpalloon (mikä sekin lienee mutkikkaampi juttu kuin luulisi ). Välillä kävi jo mielessä kysymys, että onko tässä oikeastaan kaoottinen ilmiö, mahdoton ennustettava toivottavalla tarkkuudella.

Autossa ikkuna osin avoinna istuessani moottoritievauhdissa on kiinnittänyt ikävää huomiota se, kuinka matkustamon paine saattaa alkaa heilahdella niin, että jopa korvat tulevat kipeäksi.(takapenkillä kaikkein pahiten). Kuitenkin auto silloinkin voi kiitää niin tasaisen kauniisti jopa tuulettomassa maisemassa, ilman rekkoja tms lähistöllä. Polkupyörä lukuisine erikseen ilmassa syöksyvine osineen varmaan synnyttää vaihtelevankokoisia pyörteitä, jotka sattuessaan lähellä oleviin osiin aiheuttavat näiden kanssa yhdessä tilanteen muuttumisen aivan toiseksi hetkeksi, ja kenties sitten takaisinkimmahtamisen aikaisempaan tilanteeseen kohta. Syntyy matalataajuista värähtelyä. Milloin se alkaa ja minkäkokoisena ei liene teoreettisesti laskettavissa. Mutta kokeellisesti ehkä voisi noita värähtelyjä mittailla Fourier-muunnoksilla ja päästä niiden avulla ennustelmaan, ei yksittäistä aaltoa ja vaihetta, mutta kuitenkin keskiarvoja, hajontoja jne. Jos tämmöisen soivan pyörän soittelut on pistetty numeroiksi, niin ehkäpä voisi sitten mittailla, milloin se alkaa soitella eri sävelmää ja onko se sitten mukavampi sävelmä (eli onko pyörä paremmin kulkeva kuin ennen ).

Alla taas kuva ilmanvastuskertoimiin liittyen. Vaaka-akselillä nopeus (0.5 m/s ... 3.5 m/s), pystyakselilla "ilmanvastuskerroin" laskettuna 4:stä magneetin ohituksesta: (2 ohitusta antaa aikavälin ja keskinopeuden, 3 ohitusta keskinopeuden muutoksen eli keskikiihtyvyyden, ja 4 ohitusta keskikiihtyvyyden muutoksen eli keskimääräisen "ilmanvastuskertoimen" kerrottuna vakiolla). Kukin musta kolmiopiste vastaa yhtä näin laskettua ehdotusta "ilmanvastuskertoimeksi" ko. nopeudessa. Keskiarvo on noin 0,002000, mutta vaihtelut aivan hirvittäviä, vaikka mielestäni magneetin ohitukset on mitattu tarkasti.

Tuli mieleen pistää ko. havainnot Fourier-transformaation läpi aivan tuollaisenaan ja katsoa, löytyisikö niistä silmiinpistäviä frekvenssejä. Alustavasti ei pistänyt silmiin mitään kovin kummallista. Mutta ehkä pitäisi voida mittailla ko. arvoja yhdellä kiinteällä nopeudella pitempään.

Ilmanvastuskertoimia ilman suodatusta

[optimistx]

Vaikka tässä viime raportista on aikaa, niin on silti askarreltu innolla mittareiden kanssa ja testailtu tulevan laitteiston osia. Teekkareiden sananlaskusta "On helpompi päästä perille, jos tietää, minne on menossa" tuli mieleen, että kokoanpa pikkusen tavoitteita yhteenvedoksi:

Pyöräilyn mittaamisesta

Mitataan pyöräilyyn liittyviä seikkoja niin, että voidaan laskea tarkoin kehon ja moottorin tuottamia energioita ja niiden käyttökohteita.

Pyritään laskemaan kehon ja mahdollisen moottorin tuottama pyörän liikuttamiseen menevä energia luokkaa 1 % tarkkuudella. Energian jakautuminen vierintävastukseen, ilmanvastukseen, mäkienergian muutoksiin, liike-energian muutoksiin pyritään laskemaan myös n. 1 % tarkkuudella.

Antureita:

• gps antaa paikkatiedon leveysaste, pituusaste, korkeus

• ilmanpainemittari antaa tarkoin korkeuden muutoksen

• matkamittari kiekossa antaa matkapulsseja (niistä ja kellosta nopeus ja kiithtyvyys ajosuuntaan)

• kello

• magneettikentän suunta eli pohjoissuunta (kompassi)

• kiihtyvyysanturi X, Y, Z

• asentoanturi (kännykän asento --> pyörän asento)

• sykemittari

• ilmannopeuden suuruus ja suunta (eri korkeuksilla, useita kuumalankoja)

• polkemisen nopeus pulssianturista poljinkeskiöstä

• moottorin virta

• moottorin jännite

• mikrofoni äänien tallettamiseen (ehkä ei käyttöä)

• kamera stillkuviin ja videoon (ehkä tarpeeton)

• vaaka koko yhdistelmän painon mittaamiseksi

• ilman lämpötila

• renkaiden ilmanpaine (miten, käsinkö mitataan?)

• poljinvoiman mittari polkimissa (venymäliuskalla?)

mahdollisesti lisää, mitä?

Laitteiston kokoonpano

Laitteisto koostuu Arduino Uno-mikroprosessorista , Nokia E72-1 kännykästä ja Acer AspireOne- miniläppäristä yhdistettyinä ethernetillä, bluetoothilla ja USB:llä toisiinsa ja internettiin.

Ajon aikana kerätään antureista tietoja käytettäviin muisteihin ja nettipalvelimiin. Tiedot analysoidaan ja esitetään graafisesti netissä ajon jälkeen; myöhemmin mahdollisesti jo ajon aikana. (vrt. sports-tracker.com )

Erityispiirteitä

Mittauksissa pyritään ajan ja paikkatiedon suhteen epätavallisen suureen tarkkuuteen. Kellojen resoluutio on parempi kuin miljoonasosasekunti, ja kiekon paikkatieto pyritään mittaamaan joka pinnan kohdalla nopealla valokennolla niin, että poljinkierroksen aikaiset kiihtyvyyden vaihtelut saataisiin talteen. (lienee niin, että pystypyörässä polkimen ylimmässä asennossa hetkellinen tilanne vastannee vapaata rullaamista ja vaakasuorassa asennossa voiman/energian tuotto maksimissaan; nojapyörässä toisin).

Laitteiston tarkoituksena on ensisijaisesti tarjota kehittäjälleen kiehtovaa ja mukavaa askartelua rakentelun aikana.

Toissijainen tarkoitus on mahdollistaa pyöräilemiseen liittyvien energioiden mittaus tilastollisesti halutulla luotettavuustasolla mahdollisten luulojen ja legendojen vahvistamiseksi tai kumoamiseksi

Lisäys 22.12.2011:
Oli juhlahetki tänään, kun Arduino-mikro toimi kokeeksi webserverinä tarjoillen anturilukemiaan yltympäriinsä pitkin nettiä ystäville ja kylänmiehille . Koko Arduino- osa laitteistosta on kännykkää pienempi jo protokunnossaan. Voi tarpeen vaatiessa pienentää ehkä 70-80 % vielä kotikonsteinkin. Ja kuitenkin merkkejä mahtuu saman verran kuin noin 20 000 romaanissa on kirjaimia . Taitaisi olla tuntuva osa Tapiolan kirjaston kauno- ja jännityskirjoista. Pitäisiköhän käydä kirjastossa kuvaamassa ko. kirjahyllyt ja pistää kuvat vierekkäin.

[optimistx]

Korkeuden mittaamisesta

Testailin ilmanpainemittarisirua BMP085, Boschilta, noin 5 e/kpl, kytkemällä sen Arduino-mikroprosessoriin. Sillä on tarkoitus mitata pyörälläajon reitin korkeusprofiilia paljon tarkemmin kuin GPS antaa. Nimellinen resoluutio yhdessä havainnossa on 1 pascal, eli 0.01 millibaaria eli 1/100 000 ilmakehää. Kun merenpinnan tason läheisyydessä liikutaan 8.34 cm ylös tai alas, niin ilmanpaine muuttuu yhden pascalin.

Mittariin liittyy spesifikaatioiden mukaan monenlaista tarkkuustietoa (joiden ymmärtämiseen perin juurin en ole vielä löytänyt aikaa). Käytännön mittauksessa samalla korkeudella mittauksia kymmeniä tai jopa satoja kertoja sekunnissa toistaen tulee havainnon hajonnaksi eli standardipoikkeamaksi noin 4-7 pascalia, joka korkeudeksi muunnettuna olisi noin 30cm - 60cm.

Yhden mittauksen perusteella reitin korkeustiedon tarkkuus ei pysty kilpailemaan pääkaupunkiseudun reittioppaan kanssa. Mutta kun toistetaan mittausta esim. 4 millisekunnin väliajoin ja lasketaan keskiarvoa, niin keskiarvon tarkkuus paranee suunnilleen siten, että kun mittausten lukumäärä nelikertaistuu, niin keskiarvon suhteellinen virhe (ja sen hajonta) puolittuu. Jos esim. tehtäisiin 16 mittausta toisistaan riippumattomasti samalla paikalla nopsaan, niin niistä lasketun keskiarvoistetun korkeustiedon virhe (keskiarvon hajonta) olisi neljäsosa ylläolevasta, eli noin 7-15 cm.

Jos lähdetään tarkalleen tunnetulta korkeudelta ajelemaan, niin reitin korkeusmuutosten talletus muutaman sentin tarkkuudella oikein ainakin muutamien kymmenien minuuttien ajan tuntuisi tämän perusteella mahdolliselta. Tarkkuuden saamista hankaloittaa se, että ilmanpaine saattaa muuttua samalla paikalla esim. 100 pascalia tunnissa (1 millibaari/h ), ja siis on talletettava uusia vertailupisteita aika ajoin ja esim. takaisin samaan paikkaan palatessa merkitään vallitsevan ilmanpaineen muutos. Voidaan interpoloida se väliajankohtiin. (merkinnät ja muut temput tekee mikroprosessori ohjelmoidusti tietysti) .Tarkkuutta rajoittaa myös se, että jos ajetaan nopeasti korkeudeltaa kovin äkkinäisesti vaihtelevalla reitillä, niin ei ehdi ottaa samalla korkeudella kovin monta näytettä. Mutta eiköhän tuokin pulma ratkea.

Tehdyssä kolmessa mittaustestissä useiden tuntien väliajoin BMP085 ilmoitti absoluuttisen paineen joka kerran noin 100 pascalia (=1 millibarin) pienemmäksi kuin ilmatieteen laitoksen raportoimat merenpinnan korkeudelle muutetut havainnot. Aika tarkka tulos silti, ja Boschin lupausten mukainen. Aiotussa käytössä absoluuttisella virheellä ei ole juurikaan merkitystä, vain suhteellisella.

Mittari BMP085 on kytkettynä Arduinoon, joka voidaan ohjelmoida keskiarvoistamaan näytteitä ajonopeuden ja maaston mukaan optimaalinen määrä.

Alla kuva pienokaisesta. Eikös hän ole aika söpö?

[attachment=0]bmp085.png[/attachment]

BMP085 mittaa myös lämpötilan 0.1 asteen resoluutiolla, joten eipä tarvitse erillistä lämpömittaria. Nyt sitten jäljellä isoja epävarmuustekijöitä sisältävistä mittaustehtävistä on kuumalankamittaus ilmanvirtauksen nopeuden selvittämiseen. Sen kimppuun seuraavaksi. Muta merkitään muistiin gps:stä yksi juttu ensin.

GPS:n vaakasijaintien tarkentaminen

GPS antaa arvion yhden mittauksen x- ja y- arvojen (pituuspiiri, leveyspiiri) virheestä. Jos samalla paikalla toistetaan riippumattomasti mittauksia, niin käsittääkseni toistomittausten keskiarvo antaa vähemmän virheellisen arvon kuin yksi mittaus. Siis sama keskiarvoistamisperiaate kuin edellä korkeuden yhteydessä.

Kun pyörä kuitenkin liikkuu mittausten välillä, niin voisi arvella, että keskiarvoistaminen johtaa aivan mielettömiin lukemiin. Mutta laitteistossa olevat lisäanturit tarjoavat tähän tyylikkään ratkaisun. E72-1 kännykässä on asentoanturi ja kompassi. Kännykkä on pyörässä kiinni kulkusuuntaan nähden vakioasennossa. Lisäksi on miroprosessorin tiedossa vanteen pulssianturista mittausajankohtien välillä kuljettu matka.

Aluksi yksinkertaisuuden vuoksi oletetaan tiedettävän, että polkupyörä kulkee hoipertelematta täsmälleen itäsuuntaan ( x kasvaa, y pysyy vakiona) nopeudella 5 m/s koko gps-mittaussarjan ajan. Olkoon mittaussarjassa 16 gps-havaintoa, 1 sekunnin väliajoin.

Koska y on vakio, niin gps:n antamat 16 y-arvoa voidaan keskiarvoistaa. Keskiarvoistetun y:n virhe on vain 1/4 yhden havainnon virheestä (jos siis mittausvirheet ovat toisistaan riippumattomia). Keskiarvoinen y voidaan ilmoittaa sarjan jokaisen y-koordinaatin tarkemmaksi arvoksi. Tämähän kävi helposti!

x:n oikeat arvot muuttuvat pyörän liikkeen takia 5 m kohti itää joka sekunti. Viimeinen arvo on 5 m * (16-1) = 75 m idempänä kuin ensimmäinen. Jos halutaan arvioida ensimmäisen eli läntisimmän sijainnin x-koordinaatti, niin kustakin gps-mittauksen antamasta x-koordinaatista on vähennettävä alkupisteestä lähtien kuljettu metrimäärä. Näin saatiin 16 havaintoa alkupisteen sijainnille. Keskiarvoistetaan ne. Alkupisteen sijainnin virhe on nyt enää 1/4 yhden havainnon virheestä. Muiden pisteiden x-koordinaatit tarkentuvat myös, kun käytetään alkupisteen keskiarvoistettua x-koordinaattia, johon lisätään 5 m:n monikerta (tarkasti mitattu).

Vaikka ylläkuvattu esimerkki on yksinkertaistettu, niin lienee helppo huomata, että olennaisesti sama periaate voidaan soveltaa myös muihin reittimuotoihin kuin suoraan viivaan lännestä itään vakionopeudella. Mikä tahansa suora viiva tunnettuun suuntaa on helppo intuitiivisesti laskea samoin, ja itse asiassa mikä tahansa (muista antureista) tarkoin tunnettu käyrä käy laskentaan.

Näin gps:n arvot saadaan tarkennettua huomattavasti. Lienee niin, että kaupallisissa autonavigaattoreissa sovelletaan tämmöistä, kun ne ilmeisesti pystyvät tunnistamaan kaistasijainninkin, vaikka yksi gps-havainto (ainakin kännyssäni E72-1) saattaa sisältää 10-30 metrin epätarkkuuden.

Unelmoin mittaustarkkuudesta, joka sallisi luotettavasti tietää, kumpaa laitaa erillisellä pyörätiellä ajettiin. Siis noin 1-2 metrin tarkkuudesta.

[ajarmala]

Korkeuden mittaamisesta
Tehdyssä kolmessa mittaustestissä useiden tuntien väliajoin BMP085 ilmoitti absoluuttisen paineen joka kerran noin 100 pascalia (=1 millibarin) pienemmäksi kuin ilmatieteen laitoksen raportoimat merenpinnan korkeudelle muutetut havainnot. Aika tarkka tulos silti, ja Boschin lupausten mukainen. Aiotussa käytössä absoluuttisella virheellä ei ole juurikaan merkitystä, vain suhteellisella.

Hmm, jospa sijaintisi Espoossa on 8 m merenpinnan yläpuolella? Se voisi selittää tuon eron ilmatieteen laitoksen mittaukseen.

T. Ari

[optimistx]

...

Hmm, jospa sijaintisi Espoossa on 8 m merenpinnan yläpuolella? Se voisi selittää tuon eron ilmatieteen laitoksen mittaukseen.

T. Ari

Aiheellinen huomautus. Erehdyin tosiaan aluksi merenpintatiedon suhteen, mutta korjasin sen sitten uskoaksi +- 1 metrin tarkkuudella oikeaksi. 8 metriä virhettä korkeustiedossa kyllä selittäisi asian aika tarkoin. Reittiopas antoi kadun korkeudeksi 29.9 m, ja siitä 8. kerroksen lattiaan ja työpöydälle oli teräsmitalla mittaamista. Korkeuskorjaus merenpinnan tasoon olisi näin laskien 6 millibaaria eli 600 pascalia, mutta ero on noin 700 pascalia Ilmatieteen laitoksen Kaisaniemen lukemiin aika johdonmukaisesti lukuisissa mittauksissa.

Tarkistelenpa näitä kuitenkin pikkuhiljaa ja ajelenmyös meren rantaan kokeilemaan, etsimään tai päättelemään normaalivedenkorkeusmerkin lähitulevaisuudessa.

Kiva nähdä kommenttisi näin joulupäivänä(kin).

[tavasti]

Koskas näitä optimistx:in HPV analysaattoreita saa ostaa, ja paljonkos ne maksavat?

Todellista insinööri-pornoa moiset mittalaitteet.

[optimistx]

Koskas näitä optimistx:in HPV analysaattoreita saa ostaa, ja paljonkos ne maksavat?

Todellista insinööri-pornoa moiset mittalaitteet.

Joo, älyllisiä orgasmeja tarjoavat kehittäjälleenkin tuon tuostakin .

Kuten aiemmin lupailin, niin tätä kehittelen näillä näkymin avoimen raudan ja avoimen koodin periaatteella samantapaisin sopimuksin kuin esim. Linux ja Arduino. Kuka tahansa saa piirustukset ja ohjelmalistat ja voi muokkailla niitä. Arduino-yhteisössä on jo paljon osia, joita voi itse väsäillä tai ostaa kaupallisilta firmoilta erilaisissa valmiusasteissa.
Ilman läppäriosaa ja kännykkää systeemin voi kasata harvoilla satasilla itse mieleisekseen. Tähän mennessä lienee kulunut elektroniikkaosiin alle 200 e. Mittausanturit ovat todella edullisia sirumuodoissa, yleensä muutama euro tai harva kymppi. gps-sirukin varmaan lähtisi luokkaa kympillä, vaikka sitten valmiit navigaattorit kaupan hyllyillä ovat niissä hinnoissa kuin ovat.
Homma edellyttänee ohjelmointi-innostusta ja juottokolvin käyttelyä aika pitkään vielä. Jos avaimet-käteen ratkaisun tahtoo, niin siihen voi mennä vuosia tai ei koskaan päästä niin pitkälle.
Raportoin hommasta täällä avoimesti osin siksikin, että tulee itse ajatelleeksi pulmia tarkemmin, kun niitä selittää toisille ja saa palautetta.

---

Nyt tappelen hiusta ohuempien lankojen kiinnittelyissä. Tulee mieleen, että olipa hitsausten opetteleminen sentään helppoa, kun ei hitsattava pyörä kadonnut kesken kaiken tipotiehensä . ("voihan nenä, juuri kun olin saamassa pyörän valmiiksi, se putosi enkä löydä mistään"). Olisi paikkaa idealle: kuinka kiinnittää päistään muutaman sentin (aikanaan) satoja asteita lämmin "hius" siten, että päiden kautta siihen saadaan johdettua sähköä mutta ei paljoa lämpöä? (ok, tinaus saattaa pitää pariin sataan asteeseen saakka, mutta entä jos tarvitaan kuumemmat paikat?). Niin ja sitten kiinnitys mielellään siten, että kun lanka katkeaa ryteikössä Lohjanharjun takana, niin pyörälaukusta poimitaan ja kiinnitetään ehjä tilalle suitsait.

Ja mikä tässä sitten tänään on niin hauskaa? Oli todella lapsenomaisen lystikästä, kun puhaltamalla hieman sai pienennettyä piirin vastusta. Kuin kynttilöitä synttäripäivänä puhaltelisi! Oli niin huvittavaa, että piti useasti toistella ja ihmetellä, että miksi tämä tuntuu niin erikoiselta. (proffa luennolla: "Nyt sitten harjoittelemme vastuksen pienentämistä puhaltamalla. Kaikki yhdessä puhkumaan puuh puuh, tänne päin huom! Paljonko vastus pieneni tässä ? Miten vauhdikkaasti puhalsit? Illan kotitehtäväksi leffan "Suuri puhallus" katsominen...).

[tm]

... Olisi paikkaa idealle: kuinka kiinnittää päistään muutaman sentin (aikanaan) satoja asteita lämmin "hius" siten, että päiden kautta siihen saadaan johdettua sähköä mutta ei paljoa lämpöä? (ok, tinaus saattaa pitää pariin sataan asteeseen saakka, mutta entä jos tarvitaan kuumemmat paikat?). Niin ja sitten kiinnitys mielellään siten, että kun lanka katkeaa ryteikössä Lohjanharjun takana, niin pyörälaukusta poimitaan ja kiinnitetään ehjä tilalle suitsait....

Puristusliitos (ruuvilla) lienee poissuljettu, jos kerran lämpöä ei saa siirtää (kiinnityspalikalle tullee helposti painoa joku gramma). Jos lanka olisi pitempi, niin kiinnityskohtien vaikutus pienenisi, mutta sitten anturista ei saisi enää näppärän kokoista.

[Kyytsis]

Nyt ollaan isosti epämukavuusalueella, mutta olen joskus antanut uskotella itselleni että kaupallisten GPS laitteiden tarkkuus perustuu siihen miten ne muodostavat vektorin mitattujen pisteiden välille. Sitten algoritmi tarkkailee mittausten hajontaa suhteessa navigaattorin muistissa olevaan karttalinjaan ja sovittaa tuota vektoria siihen. Kun hajonta kasvaa tarpeeksi suureksi luovutaan karttalinjasta ja sovitetaan vektori uudelleen... eli näin käy risteyksissä.

Kun olen oman navigaattorin käytöstä tarkkaillut moottoritierampeissa niin tuo tuntuisi loogiselta. Jonkinlaista "luopumisen tuskaa" näyttäisi olevan navigaattorilla ennekuin on riittävän varma että ollaan poikettu siltä tieltä missä se luulee olevansa.

Jos reitin ohjelmoisi etukäteen navigaattorin muistiin, voisiko siten parantaa mittaustarkkuutta tässäkin tapauksessa?

t.Ville (joo, en ole insinööri)

[optimistx]

... Olisi paikkaa idealle: kuinka kiinnittää päistään muutaman sentin (aikanaan) satoja asteita lämmin "hius" siten, että päiden kautta siihen saadaan johdettua sähköä mutta ei paljoa lämpöä? (ok, tinaus saattaa pitää pariin sataan asteeseen saakka, mutta entä jos tarvitaan kuumemmat paikat?). Niin ja sitten kiinnitys mielellään siten, että kun lanka katkeaa ryteikössä Lohjanharjun takana, niin pyörälaukusta poimitaan ja kiinnitetään ehjä tilalle suitsait....

Puristusliitos (ruuvilla) lienee poissuljettu, jos kerran lämpöä ei saa siirtää (kiinnityspalikalle tullee helposti painoa joku gramma). Jos lanka olisi pitempi, niin kiinnityskohtien vaikutus pienenisi, mutta sitten anturista ei saisi enää näppärän kokoista.

Kiva kun ehdotat. Ei tuo mahdoton ole. Kellojen sisällä olevat ruuvit olisivat kevyitäkin. On vain sitten estettävä "hiuksen" pyöriminen ruuvin pään alla sitä kiinnitettäessä.
Koska voimaa tarvitaan äärimmäisen vähän, niin puristus riittänee ilman ruuviakin (kuvittelen vaikka puupalan päässä olevaa pientä halkeamaa, jota avataan väkisin hieman, pudotetaan hiuksen pää sinne. Pitäisi olla sähköäjohtavaa osaa siinä palassa ainakin osin. Puun asemasta johtavaa muovia? Korjaus: no ei tietysti muovi käy, kun se kärähtää puun tapaan.)

---

Oli taas käydä nolosti. Googlasin tee-se-itse-rakentelijan sivuille http://www.fonema.se/anemom/anemom.html . Todella tietäväiseltä vaikutti poju. Ihastelin kaavojen käyttöä ja ajattelin mielessäni, että kyllä tuo kirjoittelija voisi päästä vielä pitkälle, kunhan vähän parantelee taitojansa ja opettelee asioita.

Hellämielisenä tyyppinä ajattelin mailata hänelle asiasta hieman rohkaisua.

Sitten selvisi sivuston alusta, kuka tuo poju oli. Onneksi ennen enterin painamista.

[optimistx]

...
Jos reitin ohjelmoisi etukäteen navigaattorin muistiin, voisiko siten parantaa mittaustarkkuutta tässäkin tapauksessa?
...

Tuo on niin hyvä idea, että varmaan se on jo käytössä, liikesalaisuutena varmaan.
Vaikka ei olisi mistään muusta lähteestä tai anturista tietoa, niin gps-laite voisi ihan taatusti käyttää reittisuunnitelmaa ikäänkuin toisena tietolähteenä. Tosin hieman mielessänsä varustautuen mahdollisuuteen, että jospa autoilijahemmo sittenkin muuttaa mielensä. Siksi navigaattorit varmaan hidastelevatkin poikkeamien hyväksymisessä (ainakin omani näyttää tekevän sitä).
Kompassin piilottaminen kaupalliseen navigaattoriin varmaan on jo käytössä. Auton oikean nopeuden voi tosin vain arvella gps-havaintojen avulla, ellei laite ole kytkettävissä auton omaan nopeusmittariin (lieneekö semmoisia?).

Oma nokialainen gps:ni on aika puutteellisesti ohjelmoitu. Kun menee kesken kaiken sisätiloihin pyöräilyretkeltä, niin laite alkaa ikkunat helisten pomppia hillittömästi pitkin rakennusta ja pihoja. Jos ohjelmoija arvelee tätä tapahtuvan ihan oikeasti, siis tuollaisia 30-40 metrin hyppyjä satunnaisiin suuntiin sekunnin väliajoin, niin ... Niin, mitähän hänen kanssaan tarinoisi aiheesta? Mutta eihän hänkään kaikkeen kerkiä, tai jos haluaisi tuonkin korjata, niin pomo pistää stopin. Tai Isopomo siirtää koko hommelin Seattlen maisemiin.

---

Aivan tärisen innoissani kuumalangan testeistä. Herkkyys näyttäisi alustavasti hyvältä. Kysymyksessä on Isabellenhuette AG:n Resistherm lanka, d=50 mikrometriä, vastus 168 ohmia per metri 20 celsiusasteessa, langanpituus yht. 5.3 cm kahdessa eri pätkässä. Vastus lisääntyy noin 1.32-kertaiseksi langan lämmetessä 100 astetta.

Lanka huomaa, jos tulee varovasti hengittelemään sen suuntaan noin 20 cm päähän. Luultavasti se mittailee huoneessa vallitsevia sekalaisia ilmanvirtauksiakin, kun jännite muuttelee jatkuvasti. Tai on se sitten muuta kohinaa.

Arduinon A/D-konvertterilla on 10 bitin resoluutio (1024 askelta laidasta laitaan), joten pitäisi nimellisen tarkkuuden riittää, jos onnistuu sijoittamaan mittausalueen pyörän nopeuksien 0.5 - 10 m/s tienoille sopivasti ja häiriöt ovat hallinnassa.

Mutta täytynee pistää vielä jäitä hattuun ja jatkaa kylmän rauhallisesti kuumalankatestejä.

[mhelander]

Vaikka tässä viime raportista on aikaa, niin on silti askarreltu innolla mittareiden kanssa ja testailtu tulevan laitteiston osia. Teekkareiden sananlaskusta "On helpompi päästä perille, jos tietää, minne on menossa" tuli mieleen, että kokoanpa pikkusen tavoitteita yhteenvedoksi:

Pyöräilyn mittaamisesta

Mitataan pyöräilyyn liittyviä seikkoja niin, että voidaan laskea tarkoin kehon ja moottorin tuottamia energioita ja niiden käyttökohteita.

Pyritään laskemaan kehon ja mahdollisen moottorin tuottama pyörän liikuttamiseen menevä energia luokkaa 1 % tarkkuudella. Energian jakautuminen vierintävastukseen, ilmanvastukseen, mäkienergian muutoksiin, liike-energian muutoksiin pyritään laskemaan myös n. 1 % tarkkuudella.

Antureita:

• gps antaa paikkatiedon leveysaste, pituusaste, korkeus

• ilmanpainemittari antaa tarkoin korkeuden muutoksen

• matkamittari kiekossa antaa matkapulsseja (niistä ja kellosta nopeus ja kiithtyvyys ajosuuntaan)

• kello

• magneettikentän suunta eli pohjoissuunta (kompassi)

• kiihtyvyysanturi X, Y, Z

• asentoanturi (kännykän asento --> pyörän asento)

• sykemittari

• ilmannopeuden suuruus ja suunta (eri korkeuksilla, useita kuumalankoja)

• polkemisen nopeus pulssianturista poljinkeskiöstä

• moottorin virta

• moottorin jännite

• mikrofoni äänien tallettamiseen (ehkä ei käyttöä)

• kamera stillkuviin ja videoon (ehkä tarpeeton)

• vaaka koko yhdistelmän painon mittaamiseksi

• ilman lämpötila

• renkaiden ilmanpaine (miten, käsinkö mitataan?)

• poljinvoiman mittari polkimissa (venymäliuskalla?)

mahdollisesti lisää, mitä?

Laitteiston kokoonpano

Laitteisto koostuu Arduino Uno-mikroprosessorista , Nokia E72-1 kännykästä ja Acer AspireOne- miniläppäristä yhdistettyinä ethernetillä, bluetoothilla ja USB:llä toisiinsa ja internettiin.

Ajon aikana kerätään antureista tietoja käytettäviin muisteihin ja nettipalvelimiin. Tiedot analysoidaan ja esitetään graafisesti netissä ajon jälkeen; myöhemmin mahdollisesti jo ajon aikana. (vrt. sports-tracker.com )

Mielenkiintoinen hanke menossa !

Itseänikin on moinen kiinnostanut jo tovin mutta aikaa ei ole tahtonut löytyä käytännössä asian edistämiseen. Olenkin päätynyt keräämään talteen mitä Suunto T6c -kellosta ulos saa (ilman tietokonetta/-liitäntää kun en ole M$-käyttäjä) ja GPS- ja karttatietoja olen kerännyt eCoach-ohjelmistolla N900 ja N950 (=N9) kännyköillä.

Ajatuksena oli tehdä oma kontrolleri jossa olisi ANT/ANT+ -vastaanotin Suunnon sensoridatan keräämiseksi kellon rinnalta. Lisäksi kontrolleri mittaisi (pitot-periaatteella ?) ainakin ilman nopeuden (ja lämpötilan ?), mieluusti myös onko sivutuuli. Kännyyn kirjoittaisin sovelluksen jolla ottaisin GPS- ja kompassidataa talteen sekä kontrollerin reaaliaikaista dataa Bluetooth-yhteydellä.

Känny olisi siis "korkean tason" tietojen mittaaja, kontrolleri tekisi enemmän reaaliaikaiset hommat. Kännyssä sitten kaikki tiedot yhdistetään ja talletetaan.

Nykyään näihin kännyihin kirjoitetaan sovellukset Qt-rajapinnoilla ja C/C++ -kielillä. On melkein sama asia tekeekö sovellusta PC:lle vaiko kännylle. Laskentatehoa löytyy aika kivasti Symbian 3 ja Meego-luureista, varmaan vauhtiin vaadittavan tehon laskentaakin voisi tehdä reaaliajassa.

Kun olisi selvillä CdA ja Crr... ja niiden selvitystä varten voisi toteuttaa "selvitystilan"...