Un sistema di monitoraggio per allenamento indoor su bicicletta

This work is coming from the passion of authors for cycling and sport in general. The topic is the development of a monitoring system for indoor cycling workout. In particular, the work is divided into two macro-parts, a first part of mixed development hardware-software of the sensors system, based on the fast-prototyping platform Arduino and a second part of pure software development aimed at the realization of the user interface by means of a mobile application for Android devices. More in detail, this Thesis work designs and realizes a sensors’ network with different kind of sensors aimed to monitor the parameters of interest for the user, which will be displayed, in addition to other parameters not strictly coming from the sensors network, on an Android device by means of a specific application (commonly called "APP"). The communication among sensors and Arduino Uno board, takes place by means of wired connections, while communication of board with the Android device takes place via Bluetooth. The parameters supplied to the user are: - Current speed - Cadence - Heart rate - Instantaneous power erogation - Environment temperature - Covered distance - Training time The first five parameters comes from the sensors network or from signal processing on its values while the remaining two are calculated directly by software. Given the relatively limited resources of Arduino Uno board and the ever-increasing computing power of various Android smartphones and tablets we choose to let, as much as possible, the workload lay on them. The considered scenario is the one of a bicycle placed on fixed rollers for indoor training, without constraints on the type of bicycle or on the kind of rollers (the system can be used even with the free rollers). The main reason why we choose this work is the total lack of such kind of systems available to everyone, from either a technical either economical point of view. The market just offers solutions characterized by high cost, most of whom are closed systems so it is not easy to connect them with other devices, sometimes uncomfortable to use and often difficult to install. Our idea wants to be as low cost and easy-to-use as it can, with no need of heavy modifications neither to the bicycle neither to rollers, we want a kind of plug-and-play. After installation of the APP on the Android device and fixed sensors to the bike by small plastic straps or even more simply by scotch tape, the system is ready to use in few seconds.

Il presente lavoro prende spunto dalla passione degli autori per il ciclismo e lo sport in generale. L’argomento trattato è lo sviluppo di un sistema di monitoraggio dell’allenamento indoor per bicicletta. In particolare il lavoro si suddivide in due macro-parti, una prima parte di sviluppo misto hardware-software del sistema di sensori basato sulla piattaforma di prototipazione rapida Arduino ed una seconda parte di sviluppo prettamente software volto alla realizzazione dell’interfaccia utente per mezzo di un’applicazione mobile per dispositivi Android. Più in dettaglio, la tesi progetta e realizza una rete di sensori di vario genere volti a monitorare i parametri di maggior interesse per l’utente e che verranno poi visualizzati, in aggiunta ad altri non strettamente derivanti dalla rete di sensori, su un dispositivo Android per mezzo di una specifica applicazione (comunemente detta “APP”). La comunicazione dei vari sensori con la scheda Arduino Uno, avviene tramite connessioni cablate, mentre la comunicazione della scheda con il dispositivo Android avviene tramite standard Bluetooth. I parametri forniti all’utilizzatore sono: - Velocità istantanea - Cadenza di pedalata - Frequenza cardiaca - Potenza istantanea erogata - Temperatura ambientale - Distanza percorsa - Tempo di allenamento I primi cinque parametri provengono dalla rete di sensori o da un’elaborazione dei segnali da essa provenienti mentre i restanti due sono calcolati via software. Date le relativamente limitate risorse della scheda Arduino Uno e la sempre crescente potenza di calcolo dei vari smartphone e tablet Android si è optato per far gravare il più possibile il carico di lavoro su questi ultimi. Lo scenario tipo in considerazione è quello di una bicicletta posta su rulli fissi per l’allenamento indoor, senza vincoli sul tipo di bicicletta né sul tipo di rulli (il sistema può essere tranquillamente utilizzato anche con i rulli liberi). La motivazione principale che ci ha spinti ad intraprendere questo lavoro è la totale mancanza di sistemi del genere che risultino alla portata di tutti, sia da un punto di vista tecnico che economico. Il mercato offre soltanto soluzioni ad alto costo, su sistemi per lo più chiusi e quindi di difficile interconnessione con altri dispositivi, a volte scomodi da utilizzare e spesso di difficile installazione. La nostra idea vuole essere il più possibile economica e di utilizzo immediato, senza la necessità di apportare modifiche sostanziali né alla bicicletta né ai rulli, una sorta di plug-and-play. Dopo aver installato l’APP sul terminale Android, e fissati i sensori alla bicicletta con comunissime fascette da elettricista o ancora più semplicemente con del nastro adesivo, il sistema è pronto all’uso in pochi secondi.