自行车里程计

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如果你想精确知道你上班或去游玩等行走的路程,只要在你的自行车上装上一对触头,配以袖珍计数器,组成一台实用的自行车里程计就可以了。

自行车的行程等于轮子的周长再乘上它的转数。以28英寸车为例,它的轮子的直径为28英寸,即直径d=71.12厘米,车轮的周长为πd=3.14×71.12≈223.4厘米=2.234米。轮子每转一周,车子就前进2.234米。所以记下车轮转的次数就可计算出行程了。那么怎样记录轮子转动的圈数呢?可以在前杈和前轮的辐条上装一对触头,使轮子每转一周,触点就接触一次,再用计算器将触点的接触次数(即轮子转动的圈数)累加起来就行了。

图1
图1 🔍原图 (657×368)

触头的制作方法如图1所示:触头的定片固定在前杈上,装配方法是先在前杈上垫一块橡皮,橡皮外面再套上一块铜片,由铜片上焊上一根导线引出即可。这一个触头与自行车身之间是绝缘的。触头的动片安装在轮子对应部位的辐条上(所谓对应部位,就是指轮子转动时,每转一圈,定片触点与动片触点能接触一次的部位,可通过自行试验决定),它由两条金属片组成,如图1所示,上面一条簧片要用弹性较好的铍青铜或旧簧片作材料,做成弧形,以便偶然倒车时簧片不会被撬起来。下面一片铜片要与辐条接触良好,动片与车身之间在电气上是导通的,它的引出线可以从车身上任何方便的部位引出,例如从前轮的挡泥板或前闸的固定螺丝钉上垫一焊片引出导线即可。图1中的引出头1、2平时不导通,只是当车轮每转一周,动、定片相碰一次时,它们才接通一次。

我们知道,一般袖珍计算器的功能键“=”是四则运算键。如果打开计算器的电源开关,顺序按动数字键“2.234”、加法键“+”,这时显示屏上出现的是“2.234”字符。以后每按“=”键一次,计算器就进行一次把显示屏的数加上2.234的运算,所得结果又显示在屏上。所以只要自行车每转一周能自动地按一下“=”键,显示屏上的数字就是自行车的精确行程了(以米为单位)。

图2
图2 🔍原图 (335×339)

要想自动按“=”键并不难,可先拆开计算器的外壳,可以发现按键结构一般都如图2所示。再继续找“=”键的输入触点A、B,从A、B两点分别焊出二根引线,然后在机壳上钻二个小孔将线引出。如果将此二引线端相碰(即短接)与我们机械地去按下“=”键是完全等效的。但应注意,焊线时所使用的电烙铁外壳必须良好地接通大地,若不接地进行焊接,则必须拔掉电烙铁的电源插头,利用其余热迅速进行焊接,否则将可能损坏计算器。

出车前把计算器放入小包挂在车把上。计算器的“=”键的二根引出线分别与自行车自装触头的两引出线相联。打开计算器电源,按一下数字键“2.234”、加法键“+”。骑上车子,假如车轮转了100圈,计算器就会自动进行100次加2.234的运算,显示屏最后出现数字“223.4”。这就是说,车子前进了223.4米的行程。如果中途需要回头或在叉路上走上一段,只要按一下减法键“-”,数字键“2.234”,计算器就会改做减法运算,扣除你重复或不需计程的路程。再向前走时,应重新接“+”键、“2.234”键,就又可以接续计程了。如果中途有事,车子临时需要停放,可将计算器连同小包一起带走,车上仅留下两根空引线。

图3
图3 🔍原图 (439×290)

这种里程计只有走新路时才需要使用,所以一般不希望为此更动计算器,更不希望在计算器外壳上钻孔。怎么办呢?可以用继电器吸合衔铁产生的位移来按“=”键。办法是:先把计算器和一个小型直流继电器按图3位置固定在胶板或木板上。将继电器去掉外壳,将原来的衔铁如图3所示扭转180°安装,目的是使原来推动簧片的衔铁部位改去推动计算器的“=”键,只要继电器一通电,线包吸引衔铁,衔铁就按一下“=”键,完成计程运算。由于继电器吸合需要一定时间,如果自行车跑得太快,自装触头闭合的时间就极短,这样继电器线包的通电时间就太短,以至于使衔铁来不及反应,出现漏记造成计程误差。

为了保证高速行车时仍能正常计程,可如图4所示加一级单稳态电路,用单稳态电路来保证继电器线圈的通电时间总是大于继电器的吸合时间。图4中集成块CO33为CMOS六反相器,其中前两个反相器F\(_{1}\)、F2及电阻R\(_{1}\)、R2、电容C组成单稳态电路,单稳时间T= 0.69R\(_{2}\)℃,在图4所给的数据条件下,T大约为80毫秒,远大于继电器的吸合时间8毫秒。后四个反相器F3~F\(_{6}\)并联使用,目的是增大其负载能力,以保证对下级驱动管(3DK4)的基极能提供大于600μA的驱动电流。R3为限流电阻;驱动管的型号为3DK2,β值应大于100;L是继电器RG4523007的线包,直流电阻为180Ω;实际使用时工作电流为50毫安。

图4
图4 🔍原图 (680×468)

实际使用证明,这种里程计使用方便,装拆自由,只要自行车前轮打足气,轮子外径测量得准确,里程测量的精度是相当高的。(蔡鵾)