Начинаем бегать правильно: самодельный беговой метроном
Привет, Хабр! Многие в Новый год дают себе различные обещания, одно из самых частых — начать следить за здоровьем. Наиболее простой и распространённый способ поправить здоровье — бег, поэтому в новогодние праздники количество бегунов в парках значительно увеличивается. Кто-то быстро забивает на бег, а кто-то задерживается надолго, начинает увеличивать беговые объёмы и улучшать качество беговых тренировок в надежде однажды пробежать свои первые 10 километров, полумарафон, или даже марафон. Подобные цели трудновыполнимы без необходимой подготовки, в которую также включается постановка правильной техники бега, способствующей снижению риска возникновения беговых травм. Одним из необходимых параметров правильной техники является каденс — количество шагов за определенный промежуток времени, при беге каденс измеряется частотой шагов в минуту. Помимо прямого влияния на скорость, увеличение частоты шагов позволяет снизить вредную нагрузку на суставы. Долгое время «золотым стандартом» бегового каденса, с подачи знаменитого тренера Джека Дэниелса, автора книги «От 800 метров до марафона», было принято считать 180 шагов в минуту (180 spm), однако современные исследования показывают, что оптимальный каденс является индивидуальным, и не стоит стремиться к какому-то конкретному числу. Грег МакМиллан, основатель McMillan Running, рекомендует укладывать частоту шагов при беге в пределы 170 — 190 spm. Если ваш каденс составляет меньше 170 spm, наиболее простой способ повысить его — использовать метроном, и подстраиваться под его ритм до тех пор, пока подобная частота не станет привычной.
Есть несколько видов метрономов, с которыми можно бегать, но у многих из них есть минусы:
Специальное приложения на телефон. Тут сразу возникает несколько проблем. Во-первых, я бегаю уже не первый год и искренне рекомендую оставлять телефон дома. Бег — это некий медитативный процесс, в ходе которого вы должны очень чутко отслеживать состояние вашего организма, не отвлекаясь на внешние раздражители, а телефон именно таковым и является. Останавливаясь во время пробежки сфотографировать что-нибудь интересное, вы тем самым сбиваете темп, начинает падать пульс, и вообще — это не способствует правильной тренировке. Навязчивые звонки и сообщения также отвлекают, но можно перевести телефон в автономный режим. Остаётся еще риск разбить телефон при падении, особенно актуально при беге зимой в неспециализированной обуви. Также не может не напрягать вес телефона и его размер: гораздо удобнее бегать налегке. Если вы всё же берёте телефон на пробежку ради музыки, аудиокниг, либо подкастов — возникает проблема аудиофокуса, не все аудио-приложения способны воспроизводить звук параллельно с другими приложениями (метрономом).
Специально подобранные под определенную частоту музыкальные плейлисты. Тут возникает проблема «вкусовщины», а также такие плейлисты составляются чаще всего под 180 bpm.
Гитарный метроном. Устройства, которые попадались мне, в основном представляли собой поделки с пьезодинамиком (баззером) — мерзкой пищалкой, слушать которую долгое время не представляется возможным.
Сам я долгое время бегал с китайской комбинацией велофары, bluetooth-спикера, и mp3-плеера, в форм-факторе фонарика, который удобно было заткнуть в петлю бегового пояса, но с недавнего времени его место в поясе занял фонарик-электрошокер (решение вечной проблемы бегунов и собак), а также расшатался порт для зарядки, и проклеенная конструкция не позволила разобрать его для ремонта.
В некоторых моделях часов, например, Garmin Forerunner 945, есть встроенный метроном, отмеряющий ритм баззером-пищалкой, либо вибромотором. Не очень удобно.
Универсальное самодельное устройство. На нём мы остановимся подробнее.
Попытки найти миниатюрное устройство с динамиком, способное воспроизводить залитый на него звуковой файл, велось мною достаточно давно. Рассматривал китайские mp3-плееры, по типу RUIZU D11, и Polk Audio Boom Bit от американской Polk Audio, и даже совсем экзотические bluetooth-колонки с креплением на предплечье (Mifa F20). Но все они оказывались либо дорогостоящими, либо непрактичными, либо снятыми с производства, пока я не наткнулся на китайский mp3-модуль DY-SV17F. Данный модуль хорош тем, что умеет воспроизводить mp3-файлы со встроенной микросхемы памяти объёмом 4 мегабайта, а также содержит 5-ваттный усилитель класса D, позволяющий использовать динамик сопротивлением 4 Ом и мощностью 3~5 Вт. Также имеется micro-USB разъём для заливки звуковых файлов.
При подключении к компьютеру модуль определяется как USB-диск, в описании указано «W6094 uart mp3 player USB Device». Файловая система FAT, определяемая ёмкость 4161536 байт (3,96 Мб), в корне лежит тестовый файл »00001.mp3». Для выбора режима работы модуля используются выходы CON1, CON2, CON3. Модуль имеет несколько режимов, подробнее можно почитать в datasheet, меня же интересовал только режим цикличного воспроизведения определенного файла. Для выбора данного режима нужно подключить CON1 и CON2 через резисторы 10 кОм к плюсу, а CON3 к минусу, в этом режиме мелодия играет только тогда, когда на соответствующий контакт подключен минус. Для воспроизведения файла с наименованием »00001.mp3» минус должен быть подключен к контакту IO0 (см. схему). Для питания модуля требуется 5 V постоянного тока, я использую литий-ионную батарею напряжением 3,7 V и ёмкостью 450 mAh через повышающий преобразователь. Батарею подключил через модуль контроллера заряда TP4056 с защитой.
На Aliexpress удалось найти 4-Омные динамики мощностью 3 Вт и диаметром 30 мм, достаточно компактные, чтобы разместиться в небольшом корпусе, и оснащённые клейкой полоской по длине окружности. Собирал по схеме «навесного монтажа», использовал местами провод AWG30, резисторы закатал в термоусадку, чтобы не болтались. TP4056 позволяет заряжать аккумуляторы через порт micro-USB, но для удобства я припаял внешние магнитные входы питания (из своих запасов). Батарея уже имеет микросхемы защиты, но дополнительные, вроде, не мешают.
Для крепления контроллеров применил двустороннюю клейкую ленту из FixPrice, обезжирив поверхности спиртом. Изначально планировал собирать метроном в коробочке из-под драже Тик Так, но наигравшись с вертикальной укладкой компонентов, взял аналогичного размера коробочку для самоделок с Aliexpress, изначально приобретённую для другого проекта. Контакты зарядки обильно залил термоклеем.
Я бегаю с каденсом 180 spm, потому просто обрезал кусок mp3-файла, использовавшегося мною ранее, до максимально возможного размера, вмещающегося на флешку модуля (получилось 8 минут 30 секунд). Если вы планируете повторить устройство, но бегать с другим каденсом, просто сгенерируйте файл с необходимой частотой, но обязательно назовите его »00001.mp3». Замеры потребления тока показали 40–50 мА, что даёт около 9 часов на одном заряде. Полевые испытания продемонстрировали, что после использования в течение одного часа, аккумулятор израсходовал около 60 mAh ёмкости, что примерно равняется подсчётам (испытания проводились при температуре -5°С). Итоговый размер метронома составил 85×50 X 21 мм, вес 55 г, стоимость компонентов:
DY-SV17F — 1.35$
TP4056 — 0.28$
Повышающий преобразователь — 1.51$
Динамик ~ 1.22$ (12.18$ за 10 шт.)
Коробка — 1.29$
Аккумулятор брал из запасов, ~2.5$
Итого чуть более 8$ без учёта расходников.
Готовое устройство:
В планах поработать над компактностью, а также сделать переключатель, позволяющий использовать метроном для джоггинга (низкий каденс) и скоростных работ (высокий каденс). Спасибо за внимание, жду комментариев.
