Апаратне т а програмне забезпечення «розумного» весла для системи вимірювання прикладеної сили

Оцінка обсягу та якості зусиль весляра у процесі тренування відіграє важливу роль у підготовці до змагань та покращенні його результатів. У статті розглянуто існуючі комерційні рішення, такі як гребні тренажери та окремі сенсорні пристрої. Визначено, що такі пропозиції дозволяють фіксувати частоту або траєкторію руху, але не вимірюють силу. Також вони мають обмеженість функціональності в реальних умовах на воді або високу вартість. Тому пропонується вивести тренування веслярів у площину сучасних технологій вимірювання та аналізу інформації у реальному часі. Для цього пропонується пристрій, що встановлюється на весло для чисельної оцінки окремих аспектів техніки веслування та відповідне програмне забезпечення. Досліджено підходи до створення вбудованої системи вимірювання сили, орієнтації та вібраційного відгуку весла. Розроблено апаратну частину пристрою на основі плати Seeed XIAO nRF52840 з низьким енергоспоживанням, вбудованим Bluetooth, акселерометром і гіроскопом. У якості датчика сили використано тензодатчик у поєднанні з аналого-цифровим перетворювачем HX711. Описано недоліки попередніх рішень на основі Arduino Nano та модуля HC-05, зокрема високе енергоспоживання, нестабільність зв’язку та невідповідність сучасним вимогам. Описано вибір операційної системи реального часу. Порівняно можливості Zephyr OS, FreeRTOS та Mbed OS. Перевагу надано FreeRTOS як системі з мінімалістичним ядром, достатнім для управління потоками та стабільної роботи сенсорів у реальному часі. Проведено аналіз енергоспоживання пристрою в різних режимах. Запропоновано використання режимів сну для мікроконтролера, сенсорів та інших компонентів. Побудовано криву розрядки батареї, яка враховує нелінійний зв’язок між напругою та залишковим зарядом, що дозволяє точно визначати рівень заряду в польових умовах без зовнішніх індикаторів. Також у статті описано принцип калібрування пристрою. Наведено методику багатоточкового калібрування зусиль з інтерполяцією між ключовими точками.