Навигация на Android, часть 2: датчики

Прежде чем рассказывать про программы для смартфонов, я хотел бы сказать пару слов про датчики, которые можно подключить к смартфону. Это нужно для того, чтобы в следующей части поговорить про программы и про их поддержку датчиков.

Оглавление

1. Почему GPS не достаточно
2. Протоколы:
   1. ANT+
   2. BTLE
   3. Что выбрать
3. Датчики:
   1. Датчики скорости и каденса
   2. Датчики сердечного ритма
   3. Датчики мощности
   4. Барометры, термометры, магнитные компасы
4. Велокомпьютеры
5. Заключение

Почему GPS не достаточно

Точность GPS составляет 6-8 метров в идеальных условиях (хорошая видимость спутников и использование алгоритмов коррекции). С помощью дополнительных наземных станций (не в России) эта точность повышается до 1-2 метров, а с помощью дополнительного стационарного маяка (геодезическое оборудование) - до 1-2 см. ГЛОНАСС имеет примерно такую же точность.

В условиях застройки точность может значительно снижаться. Например, если вы едете строго прямо по улице, справа от вас возникают высотные дома - ваш трек начинает отклоняться в сторону, поскольку здания начинают загораживать спутник.

Само собой, в туннелях, зданиях, иногда - в густом лесу, точность будет ещё ниже, вплоть до 30 метров.

Кроме того, высота даже в идеальных условиях определяется с гораздо большей погрешностью. Например, в идеальных условиях GPS имеет точность в 15 метров по высоте. Аналогично, в условиях города или чего покруче, точность будет снова значительно падать.

Что ещё хуже - эта погрешность каждого измерения. Иными словами, если ваше устройство записывает ваши координаты раз в секунду, то даже если вы стоите на месте, ваши координаты могут двигаться на эти самые несколько метров. Например:

Нефильтрованный GPS

Здесь я подъехал к зданию, прислонил велосипед к стене и зашёл внутрь к банкомату, затем вышел и поехал дальше.

Вот как выглядит этот же трек с фильтрацией (я одновременно писал его разными программами):

Средне фильтрованный GPS

Сильно фильтрованный GPS

По этой же причине (погрешность GPS) ваша высота (а вернее - изменение высоты) будет скакать аналогичным образом, только ещё больше. Именно поэтому практически все программы не учитывают изменение высоты в подсчёте общей дистанции. Иными словами:

Учёт расстояния типичными GPS-логгерами
(не показана погрешность измерения GPS)

Кроме того, некоторые программы вообще игнорируют высоту, полученную от GPS, а вместо этого используют данные с карт высот местности.

Чем это грозит? Само собой, это не помешает вам найти нужную дорогу, вы не заблудитесь. Однако результаты записи вашей поездки будут неточными. Ваш трек может "гулять" по сторонам (и высоте!), ваш общий пробег быть занижен (если данные сильно фильтруются), либо завышен (если они не фильтруются совсем). Кроме того, не будет работать (или будет, но с трудом) функция автоматической паузы записи на остановках (т.к. в чистых GPS данных остановка не всегда видна из-за погрешностей) - что не даёт вам узнать такие показатели как "время в движении" и "средняя скорость в движении". Аналогичное справедливо и для высоты. В зависимости от частоты опроса GPS, ваше устройство может "проморгать" пик вашей максимальной скорости. Ну и поскольку скорость зависит от расстояния, а расстояние измеряется не точно - то и ваша скорость будет неточной.

Более того, GPS может "сглюкнуть" (туннели, подземные переходы, крытые надземные переходы, здания, высоковольтные линии, ...) и поставить всего одну точку сильно далеко (> 1 км) от вашей позиции. Выглядит это так:

Маршрут пролегает по центру города,
но несколько точек были ошибочно измерены

Поскольку вы за 1 секунду переместились на километр, то, если программа совсем не фильтрует ввод, ваша максимальная скорость становится равной 3600 км/ч. (однако ваша средняя не слишком меняется, т.к. это случается всего на одну секунду). Если GPS пишет несколько "плохих" точек подряд - ситуация будет хуже. Вы не только не записываете трек по вашему пути, но и значительно искажаются результаты статистики.

В итоге? Если вас интересуют точные данные, то данные с GPS нужно обязательно дополнять. Делается это с помощью подключения к смартфону (или GPS-навигатору) дополнительных датчиков. Насколько будут отличаться данные только GPS, без датчиков? Нельзя сказать однозначно. Это сильно зависит от точности/мощности вашего железа и используемой программы, её логики фильтрации (что обычно является коммерческой тайной, если только это не open-source программа).

В любом случае, будете вы использовать дополнительные датчики или нет, возьмите себе на заметку включать GPS заблаговременно. Включите GPS, дайте ему минуту-другую, чтобы найти спутники, "успокоиться" - и лишь затем включайте запись трека. Этим вы предотвратите одну из самых частых проблем с GPS: "нереальные" начальные значения скорости/положения. Разумеется, старт GPS нужно делать на улице, а не в доме. Аналогично, когда заканчиваете поездку - выключайте GPS ещё на улице, и лишь затем заходите в дом.

Протоколы

Чтобы подключить датчики к смартфону, нужен стандартизированный язык, на котором они будут общаться: протокол. Сегодня существует два распространённых протокола для подключения датчиков: ANT+ и Bluetooth Low-Energy. Последний также известен как BTLE, BLE, Bluetooth Smart или (что не совсем верно) Bluetooth 4.0.

Для подключения датчиков не подходят хорошо известные вам беспроводные протоколы типа WiFi или Bluetooth. Эти протоколы разработаны не для этих целей, они оптимизированы на большие скорости, большие объёмы, большие расстояния, но что более важно - они сильно жрут энергию. Поэтому для носимых датчиков используются другие протоколы, которые в первую очередь характеризуются низким энергопотреблением. С этими протоколами типичный беспроводной велосипедный датчик скорости может работать 6-12 месяцев (и даже более) на одной "пуговичной" батарейке.

И ANT+ и BTLE являются беспроводными протоколами с низким энергопотреблением, работающие в диапазоне 2.4 ГГц. Это общепринятые стандарты, использующие известные "профили". Например, есть профиль "датчик скорости", "датчик частоты педалирования", "датчик сердечного ритма" и т.д. До появления таких стандартов производители использовали свои собственные закрытые решения. Т.е. датчик скорости или сердечного ритма одного производителя нельзя было подключить к оборудованию другого. С появлением же протоколов ANT+ и BTLE ситуация поменялась. Если два устройства знают (поддерживают) один и тот же профиль - они могут общаться друг с другом, вне зависимости от производителя.

ANT+

ANT+ был разработан в 2004 году компанией Garmin (вернее, её дочерней компанией, которую они купили в 2006-м). ANT+ является де-факто стандартом для спортивного оборудования. К настоящему времени выпущено огромное количество устройств с поддержкой ANT+. ANT+ используется не только Garmin, но и всеми его конкурентами (за исключением Polar, которая не использует ANT+ "по одной простой причине: ANT+ владеет Garmin" - цитата представителей Polar на вопросы журналистов, какого чёрта Polar не использует ANT+, если все остальные используют его без проблем). К примеру, если у вас есть e-Bike, то существует ненулевая возможность, что он сообщает заряд батареи и оставшийся пробег именно по ANT+.

Фактически, ANT+ является надстройкой над ANT - технологией беспроводной сети, позволяющей общаться друг с другом сотне устройств. Откуда следует отличная помехо-защищённость протокола.

К сожалению, в мир смартфонов ANT+ пришёл сильно позже (в 2010 году). Таким образом, ANT+ в основном использовался (и используется) для серьёзных спортсменов, нежели для простого обывателя: Garmin, Suunto, Tacx...

BTLE

BTLE (Bluetooth Low-Energy или Bluetooth Smart) является частью Bluetooth 4.0 (куда, помимо BTLE, входят Bluetooth Classic и Bluetooth High-Speed). BTLE был создан (в 2010 г.) с той же целью, что и ANT+: для устройств с низким энергопотреблением.

Само собой, это не классический Bluetooth. BTLE частично использует наработки Bluetooth, но это совершенно новый протокол, не совместимый с Bluetooth. Таким образом, если ваш смартфон поддерживает Bluetooth, то это ещё не означает поддержки BTLE. Смартфон должен полностью поддерживать Bluetooth 4.0 или выше (в настоящее время последняя версия - 4.2).

Устройства с поддержкой Bluetooth 4.0 (т.е. смартфоны) называются устройствами Bluethooth Smart Ready, а устройства с поддержкой только BTLE (т.е. датчики) называются устройствами Bluetooth Smart.

BTLE использует звездообразную сеть с одним мастером. В сети может быть не более восьми устройств (один мастер и 7 ведомых, в случае смартфона мастером выступает смартфон, а ведомыми - датчики).

BTLE использует ту же частоту, что и Bluetooth Classic, но использует другой набор каналов. Схема решения конфликтов интерференции в BTLE похожа на Bluetooth Classic, но отличается деталями.

Разумеется, BTLE имеет меньшую скорость и дальность, чем Bluetooth, но зато меньшее время подключения и меньшее энергопотребление. Также не поддерживаются им и многие профили Bluetooth (передача голоса и т.п.).

Что выбрать

Первое (и единственное в том году) устройство с поддержкой BTLE было выпущено в 2011 году, так что можно считать, что поддержка BTLE в смартфонах началась в 2012 году. Но ещё в 2010 году в мире уже существовало 60 млн. ANT+ устройств, в том числе - первые смартфоны с поддержкой ANT+. Фактически, в 2010 г. смартфоны с поддержкой ANT+ использовались в Тур-де-Франс командой HTC.

Иными словами, BTLE - молодая технология, ANT+ - более взрослая. Если не брать в расчёт смартфоны, то гораздо больше спортивного оборудования поддерживает ANT+, чем BTLE.

С другой стороны, на поле смартфонов ситуация обратная. ANT+ поддерживается далеко не всеми смартфонами. В мире Android модели с поддержкой ANT+ - это середнячки от 10'000 р. (по новым ценам) и выше, но в мире Windows Phone и iPhone вообще нет смартфонов с поддержкой ANT+. В то же время BTLE, как входящий в состав Bluetooth 4.0, получает автоматически любой смартфон с поддержкой Bluetooth 4.0. Таких смартфонов - тьма, так что BTLE поддерживают если не "почти все", то "очень многие". Если учесть, что смартфонов в мире продаётся на порядки больше, чем спортивного оборудования, то суммарно все устройства с BTLE совсем скоро обгонят (если уже не обогнали) все устройства на ANT+.

Правда, BTLE требует минимум Android 4.3, а ANT+ - Android 2.1. Так что на старых устройствах вы можете воспользоваться только ANT+, но не BTLE. Отсутствие же чипа ANT+ в самом смартфоне можно исправить с помощью ANT+ "USB-палки" (при этом ваш смартфон обязан поддерживать USB OTG):

Garmin ANT+ USB Stick

Tacx ANT+ micro-USB dongle

Wahoo ANT+ Key for iPhone

К примеру, Wahoo ANT+ Key появился ещё в далёком 2010 году (тогда он назывался Wahoo Fisica Key for iPhone) и с тех пор является, фактически, стандартом для получения ANT+ на iPhone.

Большинство же ANT+ приёмников выполнены под USB и предназначены для синхронизации датчиков с ПК и спортивным софтом на ПК. В том числе ранее Garmin использовала ANT+ для закачки уже записанных тренировок на ПК (от чего в последствии отказалась). Но есть варианты "палок" и под micro-USB и под iPhone. Как вариант - можно взять USB-палку и подключить её к смартфону через кабель USB OTG. Обратите внимание, что нужен не просто кабель microUSB-USB, а именно OTG-кабель! Такой можно купить в любом "компьютерном" магазине или магазине, торгующем сотовыми.

Также можно встретить "ANT+ - BTLE мост (bridge)", но надо понимать что из-за слишком различной структуры протоколов ANT+ и BTLE, эти мосты не предназначены для прозрачной конвертации ANT+ в BTLE, они привязаны к конкретному софту производителя.

Что касается "драйверов", то для Android достаточно установить стандартные ANT+ Plugins Service, а также ANT USB Service (на смартфонах с чипом ANT+ уже предустановлены ANT+ Plugins Service и ANT Radio Service). Дополнительно можно установить ANT+ Plugin Manager. На iPhone нет общего драйвера и каждое приложение общается с ANT+ самостоятельно. С Windows Phone всё плохо - поддержки ANT+ там нет от слова "вообще". Проголосовать за эту возможность можно тут.

Что касается совместимости, то с ANT+ всё просто: если передатчик и приёмник помечены одним и тем же значком профиля - они друг друга поймут.

Некоторые профили ANT+

Единственная тонкость - профили должны совпадать точно. К примеру, в ANT+ есть отдельный профиль скорости, есть отдельный профиль каденса (частоты педалирования), а есть совмещённый профиль скорости и каденса. Если датчик передаёт данные по профилю "скорость + каденс", а приёмник понимает только "скорость" и "каденс" - они друг друга не поймут. Как правило, старые датчики поддерживают только профили "скорость" и "каденс", а новые - только "скорость + каденс". Что касается приёмников (велокомпьютеров и смартфонов), то они поддерживают все три профиля (за исключением некоторых дешёвых, вроде Echowell, которые поддерживают только "скорость + каденс"). Конечно же, в случае смартфонов это не аппаратное ограничение, всё зависит от используемой программы.

Что касается BTLE, то он менее устоявшийся. К примеру, в 2011 году не были стандартизированы ни профили для скорости и каденса, ни профили для мониторов сердечного ритма, а профилей для измерения мощности и датчиков бега (т.н. "foot pod") не было даже в бете. Хотя сегодня стандарты уже разработаны и фиксированы, но надо иметь в виду, что некоторые старые устройства могут иметь проблемы совместимости, поскольку были разработаны в то время, когда стандарт ещё не существовал. Особенно это верно для Polar, политика которой излагает, что за BTLE - будущее, а ANT+ Polar не использует принципиально. Именно поэтому, когда остальные производители выпускали датчики на ANT+, Polar использовала либо свой протокол, либо классический Bluetooth. Конечно же, сегодня Polar выпускает устройства на BTLE (и, кстати, они были первыми на многих направлениях), но старые устройства Polar на Bluetooth вы не подключите ни к ANT+, ни к BTLE устройствам.

Тем не менее, даже сегодня стандартизация датчиков мощности педалирования в BTLE оставляет желать лучшего. Поэтому для серьёзных спортсменов BTLE не подойдёт.

Итого, если сравнивать ANT+ с BTLE, получаем следующее:

• Главное отличие: ANT+ позволяет датчику подключиться одновременно к нескольким устройствам, а в рамках устройства - к нескольким программам (правда, только на Android, где есть общие драйверы). BTLE - это строго "один-к-одному". Один датчик - одно устройство (и одна программа). Кажется, BTLE из 4.1 решает эту проблему, введением scatternet (распределённых мета-сетей, соединяющих несколько обычных звездообразных сетей с одним мастером в каждой) для BTLE, но он появился только сейчас (2014 г.), очень мало устройств его поддерживают (и я не знаю ни одного датчика с его поддержкой). Почему важна способность датчика подключиться к нескольким устройствам - я поясню ниже.
• ANT+ немного более устойчив к помехам, как протокол созданный поверх сети для общения сотни устройств. А Bluetooth изначально разрабатывался как беспроводной аналог COM-порта (подключения точка-точка). В итоге, как классический Bluetooth, так и BTLE, не проектировались для больших сетей устройств.
• Существует гораздо больше датчиков с поддержкой ANT+, чем с BTLE. Но существует гораздо больше смартфонов с BTLE, чем с ANT+. Поскольку ANT+ требует отдельного чипа, а BTLE встроен в джаггернаута Bluetooth, и его получает автоматом и на халяву любое устройство с Bluetooth 4.0+, то можно ожидать, что ANT+ будет как минимум сильно потеснён BTLE, как максимум - вымрет почти совсем. Впрочем, прогнозов делать не буду, время покажет. У ANT+ уже есть готовая экосистема, пусть и не слишком затрагивающая смартфоны, а BTLE ещё молода. Среди профессионального сегмента спортивного оборудования BTLE представлен пока крайне эпизодически, альтернатив ANT+ там нет (80% спортсменов на Тур-де-Франс используют именно ANT+).
• ANT+ немного (10-20%) более энергоэффективен, чем BTLE, хотя я не уверен, что это имеет значение, если речь идёт о сроках работы "от полугода и более". Это происходит потому, что ANT+ разрабатывался с нуля для целей энергоэффективности, а BTLE вынужден частично использовать наработки "большого брата" Bluetooth.
• Ограничение на количество датчиков не имеет значения, поскольку даже максимум на 7 устройств в случае Bluetooth достаточно сложно исчерпать. Большинство программ поддерживают 4 типа датчиков, некоторые - 5. Шесть и более датчиков - я таких программ не знаю.

В сухом остатке: если вы спортсмен, то датчик вам нужен обязательно с поддержкой ANT+, если вы простой обыватель, то следует семь раз подумать, прежде чем покупать датчик с поддержкой только ANT+, поскольку ANT+ поддерживают мало того, что далеко не все (мягко сказано), так ещё ANT+ имеет ненулевые шансы умереть. В обоих случаях датчики нужно (сильно предпочтительно) покупать - комбинированные (с поддержкой и ANT+ и BTLE). Комбинированные (ANT+/BTLE) датчики могут транслировать показания по обоим каналам одновременно. Даже если у вас уже есть смартфон и на нём не поддержки ANT+, даже если у вас iPhone, даже если у вас Windows Phone - всё равно, постарайтесь выбирать ANT+/BTLE датчики вместо чистых BTLE датчиков. Я поясню ниже, зачем это надо. Если у вас смартфона нет, то я бы порекомендовал подобрать смартфон с поддержкой ANT+ (но всё равно, датчики - только комбинированные).

Датчики

Рассмотрим разные варианты современных датчиков, которые вы можете подключить к смартфону (или к велокомпьютеру).

В отличие от предыдущей части, я почти не буду приводить стоимость датчиков. Просто датчиков этих - тьма. Нет никакой проблемы их выбрать и купить - в отличие от нетривиальных решений типа нарульного крепления для смартфона. Типичные датчики стоят от $30 до $100 (в среднем - около $60). Купить можно как за бугром (у официального производителя, на eBay, на Amazon, у тех же китайцев и т.п.), так и в наших магазинах (либо спортивных, либо у дилеров) - с соответствующей наценкой.

Также замечу, что я являюсь матрасным (но не диванным) покатушечником, я не спортсмен, велосипед у меня в первую очередь - транспортное средство, поэтому удобство использования я ценю выше точности.

Учтите, что датчик - это не велокомпьютер! Т.е. покупая простой проводной велокомпьютер за 1'500 рублей, вы получаете и "экран" и сенсор с магнитиком. Но покупая датчик ANT+ или BTLE, вы получаете только датчик. Сам по себе он бесполезен (за исключением некоторых моделей пульсометров - см. ниже) - вам нужно устройство, к которому его можно подключить. В качестве такого устройства может выступать ваш смартфон, ваш велокомпьютер (разумеется, не проводной, а с поддержкой ANT+ или BTLE) или ваши спортивные часы (также с поддержкой ANT+ или BTLE).

Датчики скорости и каденса

Начнём с самого велосипедного датчика - датчика скорости.

ANT+ датчик скорости Bontrager

Датчик скорости (Speed Only Sensor) использует магнит, закреплённый на спице колеса и сенсор, закрепляемый на раме (или вилке). Но, как правило, сенсор устанавливается на заднее колесо. Сенсор улавливает проходящий магнит и считает число оборотов колеса. При этом датчику необходимо знать точное значение окружности вашего колеса (wheel circumference). Значение можно измерить (и ввести) вручную. Ввод в датчик осуществляется с другого устройства (велокомпьютер или смартфон), когда датчик подключается к нему. Либо это значение можно вычислить автоматически, на сопоставлении данных от GPS-трека. Таким образом, датчик, зная число оборотов и окружность колеса, может передавать текущую скорость.

Понятно, что это главный датчик для велосипедиста, поскольку он снабжает нас точными (точнее, чем GPS) значениями скорости и пройденного расстояния - при условии, что длина окружности колеса была выставлена верно (а длина окружности меняется при смене покрышек, смене давления и даже смене нагрузки багажа).

ANT+ датчик каденса Bontrager

Датчик каденса (т.е. частоты педалирования, Cadence Only Sensor) похож на датчик скорости, только магнит крепится не на спицу колеса, а на педаль или шатун. Разумеется, сенсор каденса может быть установлен только на нижнее перо рамы, чтобы улавливать проходящий мимо при вращении педалей магнит. Сенсор считает число оборотов педалей и передаёт значение как "число оборотов в минуту" (Revolutions Per Minute - RPM). Обычно значение каденса варьируется от 60 до 130 RPM.

Одну и ту же скорость можно держать с низким и высоким каденсом. Считается, что низкий каденс (медленное вращение педалей) является распространенной ошибкой новичков. При низком каденсе приходится сильнее давить на педали, проворачивать их с усилием. В результате мышцы работают с «нехорошей нагрузкой», быстрее «забьются», станут «ватными». Что гораздо неприятнее, езда с низким каденсом приводит к заболеваниям коленных суставов.

В то же самое время, чрезмерно высокий каденс приводит к появлению явления «забалтывания» — когда сидящий в седле велосипедист бешено молотит ногами, подскакивает, энергия в этом случае расходуется нерационально, особенно если не используются контактные педали.

Оптимальный каденс зависит от габаритов самого велосипедиста, его физиологических особенностей, длины шатунов, типа педалей и других факторов. Если рассматривать усредненного велосипедиста-любителя, ездящего в покатушки и походы по асфальтовым и грунтовым дорогам, то оптимальный каденс будет находиться в диапазоне от 80 до 110 об/мин.

(С) ВелоВики.

Таким образом, значение каденса не влияет на точность записи поездки, но полезно при анализе своих результатов и ошибок.

ANT+/BTLE датчик скорости и каденса Wahoo
(да, он не просто так похож на датчик Bontrager,
фактически, оригинальный ANT+ датчик скорости/каденса Bontrager
был ре-брендирован Motorolla и Wahoo;
последняя, впрочем, выпустила потом свой ANT+/BTLE вариант,
который, в свою очередь, был ребрендирован Runtastic)

Комбинированные датчики (Speed And Cadence Sensor) - это просто два сенсора (скорости и каденса) в одном корпусе. Крепятся на нижнее перо рамы и улавливают магниты на спице колеса и шатуне/педали. Разумеется, магниты находятся на разном расстоянии друг от друга, чтобы сенсор каденса не улавливал бы магнит со спицы (и наоборот). Именно этот тип датчиков является самым популярным, поскольку позволяет получить и то и другое за цену одного датчика.

Фактически, отдельные датчики скорости и датчики каденса используются только в специальных случаях, когда нет возможности разместить комбинированный датчик. Например, в велосипедах-тандемах или лигерадах. Либо же вы можете докупить датчик каденса к уже имеющемуся в наличии датчику скорости.

Wahoo Blue SC v2 является самым популярным комбинированным датчиком скорости/каденса, поддерживающим и ANT+ и BTLE (Wahoo Blue SC v1 поддерживает только BTLE).

Wahoo Blue SC v2 (ANT+/BTLE)

Wahoo Blue SC v1 (только BTLE)

А самым популярным ANT+ датчиком скорости/каденса является Garmin GSC-10.

Garmin GSC-10

При выборе датчиков скорости/каденса обратите внимание на наличии поворачивающегося "рычага": если его нет, то у вас могут возникнуть проблемы при широких зазорах между пером и спицами (например, на горном MTB), т.к. сенсор нельзя будет подвести близко к магниту. Например:

ANT+ датчик скорости/каденса Timex
(он же выпускался под брендами Wahoo, iBike, Mio, PowerTap,
кто из них оригинал, а кто ребренд - затрудняюсь сказать)

Такой вид сенсоров предлагает меньше свободы в настройке просвета, но зато - больше свободы в выборе дистанции между сенсорами.

Помимо классических датчиков с магнитами, которые в целом полностью аналогичны по принципу действия вашему старому проводному велокомпьютеру, существуют и безмагнитные датчики, которые используют акселерометр. Например:

Безмагнитные ANT+ датчики скорости и каденса Garmin

Такие датчики не используют магнит, они используют акселерометр для подсчёта числа круговых движений. Разумеется, эти датчики будут использовать отдельные профили "датчик скорости" и "датчик каденса", а не совмещённый профиль "датчик скорости и каденса".

Большой плюс подобных датчиков - отсутствие магнита. Т.е. у вас не будет проблем вида "задел датчик ногой/веткой, он сместился, потерял магнит, пропали данные с половины поездки". Что касается батареи - то она живёт столько же, сколько и в классических датчиках (1-2 года), датчик передаёт данные только при обнаружении движения, т.е. большую часть времени он спит. Что касается точности, то при условии влияния от других устройств (магнитов или измерителей мощности во втулке колеса), точность немного хуже классических датчиков, но не более одного процента.

(С) по обзору DC RainMaker.

К сожалению, подобные датчики пока являются новинкой (появились в конце 2014 года) и представлены в основном только ANT+ вариантами. Я не знаю ни одного варианта безмагнитных датчиков (скорости и каденса) для BTLE, хотя Wahoo выпустила безмагнитный датчик только каденса:

Wahoo RPM2 - ANT+/BTLE безмагнитный датчик каденса

Конечно же, в ближайшем будущем мы увидим и ANT+/BTLE датчики скорости, но пока есть только ANT+.

Update: появились безмагнитные ANT+/BTLE датчики скорости и каденса от Velocomputer US.

Update: Wahoo выпустила и безмагнитный датчик скорости:

Wahoo RPM Speed - ANT+/BTLE безмагнитный датчик скорости

Датчики сердечного ритма

Если датчик скорости и каденса имеет смысл поставить себе любому велосипедисту, то датчики сердечного ритма (также известных как пульсометры, датчики пульса, мониторы сердечного ритма, датчики частоты сердечных сокращений, датчики ЧСС, и т.п.) - это уже на любителя или гика. Впрочем, у каждого - своё мнение.

Пульс меряется в ударах сердца в минуту (Beats Per Minute - BPM).

Впрочем, если вы хотите разово измерить пульс (скажем, до и после тренировки) - то для этого не нужен специальный датчик. Достаточно смартфона либо со встроенным датчиком пульса (например, Samsung Galaxy S5), либо просто со вспышкой, расположенной рядом с камерой (т.е. это практически любой смартфон).

Измерить пульс в последнем случае можно с помощью бесплатного приложения Runtastic Heart Rate (платная версия которого снимает ограничения на число измерений в день, убирает рекламу и добавляет некоторые дополнительные возможности). Приложение работает по принципу оптического монитора. Вы прикладываете палец на вспышку и камеру, вспышка включается в режим фонарика и подсвечивает кровеносные сосуды пальца, а камера измеряет их пульсацию. Палец не нужно прижимать, нужно просто его положить, ничто не должно мешать пульсации капилляров. Иными словами, это приложение измеряет частоту пульсации крови (сосудов) на пальце.

Измерение частоты пульса в Runtastic Heart Rate

Если же вы хотите постоянно контролировать пульс - вот здесь уже потребуется отдельный датчик.

Зачем вообще нужно контролировать пульс?

Во-первых, чтобы определить, сколько калорий вы сожгли на тренировке/выезде. Расчёт калорий только по расстоянию или изменению высоты и типу (велосипед, бег, ...) - это крайне приблизительный показатель, поскольку не учитывает ни состояние дороги, ни ветер, ... Использование показаний датчика пульса позволяет гораздо точнее определить, сколько калорий было потрачено.

Во-вторых, если вы хотите похудеть, то можно иметь в виду, что максимальное сжигание жира (85% затрачиваемой энергии) происходит при пульсе в 60-70% от вашего максимума. Меньше пульс - вы тратите недостаточно усилий. Больше пульс - вы тратите много усилий, но лишь 50% (и менее) обеспечиваются жиром. Фактически, выделают несколько пульсовых зон (покоя, лёгкой активности, начало жиросжигающей зоны, аэробная, анаэробная, максимальная). Чтобы наиболее эффективно худеть, нужно оставаться в рамках определённой зоны. Пульсометр даст вам знать, когда нужно ускориться, а когда - замедлиться.

Пульс и его зоны - индивидуальны. Чтобы рассчитать свои зоны, можно пойти двумя путями: либо воспользоваться формулой (от возраста и веса), либо измерить пульс в покое и максимальный. Понятно, что формула - это приблизительно, а индивидуальные измерения - это точнее. Большинство пульсометров и программ позволяют вам ввести свой возраст и вес и получить автоматический расчёт зон, либо указать зоны вручную.

Пульс в покое можно измерить вышеупомянутым приложением Runtastic Heart Rate, либо любым пульсометром. Измерять пульс нужно сразу после того, как вы проснулись, но до того, как встали из кровати. Т.е. лёжа и в максимальном покое. Максимальный пульс узнать сложнее. Во-первых, нужно быть здоровым и в хорошем самочувствии, нужно восстановиться после последних физических нагрузок. Сначала нужно размяться (лёгкая пробежка), затем 4-5 минут интенсивных нагрузок и последние 20-30 секунд выложиться по максимуму. Измерять пульс лучше всего пульсометром, постоянно следящим за ритмом, т.к. ручное измерение и измерение приложениями типа Runtastic Heart Rate будет неточным, поскольку пульс быстро падает. ЧСС может отличаться для разных видов деятельности (например, бег и велосипед), поэтому зоны ЧСС нужно рассчитывать индивидуально для каждого вида занятий.

Подробнее вам расскажет интернет.

Итак, датчики.

Во-первых, это классические нагрудные датчики, которые работают по принципу ЭКГ. Датчик представляет небольшую коробочку с двумя электродами. С помощью этих двух электродов датчик измеряет разность потенциалов, возникающих в результате работы сердца и проводящихся на поверхность тела.

ANT+/BTLE нагрудный пульсометр Wahoo TICKR

Подобные пульсометры очень точны и дают измерения, сравнимые с ЭКГ. Однако, они требуют хорошего контакта с кожей. Крайне плохо они будут работать по сухой коже. Поэтому с такими датчиками нужно использовать контактные гели для ЭКГ (универсальные электродные гели). Ну либо ждать, пока вы вспотеете :) Кроме того, нагрудный пульсометр достаточно неудобен (его сложно надеть, плюс нужно плотное прилегание), чтобы не одевать его на "просто покататься".

Нагрудные (да и любые другие) пульсометры различаются по набору функций. Самые простые работают только как датчики: они измеряют пульс и передают его мастер-устройству (смартфону, спортивным часам, велокомпьютеру и т.п.). Более сложные модели могут, к примеру, вибрацией обозначать нахождение вне целевой зоны пульса, иметь память для записи пульса на протяжении всей тренировки и т.п. Т.е. более сложные модели можно использовать автономно, не подключая к другим устройствам.

В частности, вышеупомянутый пульсометр от Wahoo представлен в трёх вариантах, отличающихся набором функций: Wahoo TICKR, Wahoo TICKR Run и Wahoo TICKR X.

Кстати, первый спортивный нагрудный пульсометр и первые спортивные часы выпустила компания Polar.

Далее, существуют и оптические пульсометры. Оптический пульсометр работает по тому же принципу, что и приложение Runtastic Heart Rate: датчик подсвечивает кожу и следит за пульсацией кровеносных сосудов. Только вместо вспышки и камеры используются светодиоды.

ANT+/BTLE оптический пульсометр Scosche RHYTHM+

В отличие от нагрудных пульсометров, оптические пульсометры надеваются на руку (запястье или предплечье) и не требуют смазки и плотного контакта с кожей. Фактически, вы можете надеть их на любое место, где просматриваются капилляры. Серьёзно, хоть на лоб. И это не шутка:

LifeBEAM Smart Helmet - велосипедный ANT+/BTLE шлем со встроенным оптическим пульсометром

...или в уши!

iRiverOn - ANT+/BTLE наушники с оптическим пульсометром

Из минусов оптических пульсометров - время жизни (как правило, оптические пульсометры работают 8-12 часов против 6 и более месяцев нагрудных пульсометров), меньшая точность измерений (убедитесь, что солнечный свет не мешает датчику) и зависимость от цвета кожи (только для белых! шучу). По крайней мере реклама утверждает не более чем 7-8% погрешность, на практике это достаточно индивидуально и сильно зависит от положения датчика и просматриваемости сосудов. В отличие от нагрудных пульсометров, оптические пульсометры могут работать в воде.

Имейте в виду, что оптические пульсометры измеряют только пульс, они не могут измерять вариабельность сердечного ритма (ВСР, HRV). Оптические пульсометры передают эту информацию, поскольку она требуется профилем протокола, но сами значения "взяты с потолка". Поэтому, если ваш модуль (смартфон, часы, ...) показывает не только пульс, но и вариабельность - смело игнорируйте эти показания, если вы используете оптический пульсометр.

Оптические пульсометры - это достаточно непростая технология, и не многим компаниям удаётся сделать надёжное потребительское решение. Среди таких Mio (используется в продуктах Mio, а также в Adidas и TomTom) и Valencell (iRiver, Scosche и LifeBEAM).

Учтите, что и нагрудные и оптические пульсометры - это потребительское биоизмерительное оборудование. Это значит, что оно не сертифицировано для медицинских целей, оно чувствительно к вашим личным особенностям, и т.д. Если вы получаете странные/неверные результаты измерений, пробуйте разные положения датчиков на теле. Убедитесь, что вы не располагаете нагрудный датчик на сухой коже (используйте смазку или, на худой конец, просто лизните электроды), а оптический - так, что под него светит солнце. К примеру, посмотрите в инструкции к нагрудному датчику, где именно на ремне расположены электроды. Убедитесь, что они плотно прилегают к коже. Разумеется, все пульсометры нужно размещать на коже, а не на одежде. Убедитесь, что одежда не даёт статического электричества. Убедитесь, что батарейка датчика не села.

Датчики мощности

Далее идут датчики мощности. Датчик мощности педалирования показывает какую мощность (в ваттах) выдают ваши ноги. Чем мощнее - тем быстрее вы можете ехать на той же передаче. Короче, грубо говоря, сколько лошадиных сил в вас есть (подсказка: скорее всего, около одной пятой). Помимо этого основного показателя, датчики могут измерять баланс левой/правой ноги, эффективность и динамику педалирования и т.п.

Датчики мощности бывают разными. Они могут быть встроены в педаль, в шатун, в паук, в каретку или в заднюю втулку.

Я не буду их особо рассматривать, поскольку, во-первых, интересны они могут быть только спортсменам, а не матрасным покатушечникам. А, во-вторых:

Garmin Vector - ANT+ датчик мощности - 138'114 рублей
(и, нет, это не белорусские рубли, и, нет, это не самый дорогой датчик)

Справедливости ради надо сказать, что, во-первых, цена Garmin Vector (типичного середнячка) всё же $1'500, остальное - это курс + наценка официального дилера, во-вторых, существуют и более дешёвые датчики (и более дорогие! Например, Shimano SRM DuraAce 9000 стоимостью $3'295). В любом случае, смысл в том, что удовольствие это не дешёвое. Цены начинаются от $800 за бюджетные модели, $1'200-1'700 за массовые, и до потолка - за дорогие.

Для обычного человека нет смысла платить за датчик стоимость, превышающую стоимость его велосипеда. Поэтому двигаемся дальше.

Барометры, термометры, магнитные компасы

Барометры необходимы для работы барометрического альтиметра (высотометра). Как я уже говорил, GPS крайне неточно определяет высоту (и, следовательно, изменения высоты). По этой причине большинство программ игнорирует данные высоты, полученные от GPS, при учёте статистики. Насколько точно измеряет вашу устройство высоту, можно понять, сделав круговой маршрут и сравнив общее изменение высоты: набор высоты должен быть равен спуску. Более же точные данные (чем от GPS) можно получить с помощью альтиметров.

Принцип действия барометрического альтиметра основан на измерении давления атмосферы. Известно, что с увеличением высоты уменьшается и текущее атмосферное давление. Данный принцип положен в основу прибора, который на самом деле измеряет не высоту, а давление воздуха. Барометрический альтиметр не может измерить абсолютную высоту (поскольку атмосферное давление меняется в зависимости от погоды), но может измерить изменение высоты. Иными словами, барометрический альтиметр измеряет не абсолютную высоту, а относительную.

В целом, барометрический альтиметр будет работать совместно с GPS. Сначала через GPS уточняется начальная позиция и высота (а через барометр - и начальное давление), а затем барометр будет сообщать изменения высоты (на самом деле - давления).

Кстати говоря, даже GPS не измеряет абсолютную высоту над уровнем моря. Не вникая в сложные детали, грубо можно сказать, что GPS вычисляет высоту относительно теоретического эллипсоида, который отличается от реальной высоты моря.

Как правило, барометры и термометры не выпускаются отдельными датчиками, а встроены в состав более сложных моделей (смартфонов, спортивных часов, велокомпьютеров, ...). Например:

Wahoo RFLKT+ - ANT+/BTLE велокомпьютер со встроенным барометром

Что касается термометров, то они аналогичны барометрам в том плане, что входят в состав более сложных модулей (например, тот же Wahoo RFLKT+ имеет встроенный термометр), но практической пользы от них меньше. Очевидно, что они не влияют на точность записи поездки. Не несут они и пользы для статистики. Большинство программ никак не отслеживает температуру, а те, что отслеживают, берут температуру из прогнозов погоды, поскольку она более точна, чем температура с корпуса смартфона, разогретого руками.

Наконец, не менее важным является наличие на смартфоне магнитного компаса. Если его нет, то вы не сможете определить направление на север во время остановки. Типичная ситуация: едете по лесу, дорога раздваивается. Куда ехать? Вы останавливаетесь, достаёте смартфон - да, он покажет, где вы находитесь, но если на нём нет встроенного компаса, он не покажет вам направление, куда вы смотрите. Чтобы определить, по какой дороге вам нужно ехать, вы должны будете проехать по любой дороге, затем снова остановиться и посмотреть, куда сдвинулась ваша позиция, а затем, возможно, вернуться назад и поехать по другой дороге, если вы ошиблись с выбором.

Короче говоря, магнитный компас - также крайне полезный датчик. Без него определить направление можно будет только во время движения - по изменению координат GPS.

Велокомпьютеры

Итак, последняя тема на сегодня - это выделенные велокомпьютеры. Велокомпьютер - устройство для измерения скорости и пробега велосипеда, а также дополнительных параметров, таких как средняя скорость, время в пути, максимальная скорость, пульс, текущее время, температура, давление, каденс и др.

Классический дешёвый проводной велокомпьютер

Такие компьютеры дёшевы (1000-2000 р.), показывают скорость, дистанцию и время, плюс различные производные от них (ср/макс скорость и т.п.). Они питаются от одной "пуговичной" батарейки и работают на ней несколько лет.

Современный велокомпьютер с поддержкой ANT+ или BTLE представляет из себя сложное устройство, близкое по возможностям (и цене!) к смартфону. Такие устройства могут иметь на борту GPS, цветной сенсорный экран с картами, способны записывать статистику/трек поездки и автоматически сбрасывать её в интернет, как только почувствуют домашний WiFi. Разумеется, и время жизни у них составляет 25-50 часов. Т.е. их нужно подзаряжать после трёх-четырёх поездок.

Garmin Edge 500 - самый популярный ANT+ велокомпьютер

Здесь я поступлю немного некорректно и причислю к велокомпьютерам также спортивные часы:

Garmin FR920XT - ANT+/BTLE часы для триатлона

По большому счёту, спортивные часы - это ровно то же самое, что велокомпьютер, только носите вы их на руке, а не вешаете на руль. Ценность их для чистого велосипедиста крайне сомнительна, но если вы бегаете, плаваете, катаетесь на лыжах - то вместо велокомпьютера вам нужны спортивные часы (мульти-спорт часы отличаются от часов для бега возможностью подключения датчиков).

Зачем нужен выделенный велокомпьютер, если у вас есть смартфон? На это есть три (на мой взгляд) причины:

1. Велокомпьютер (как правило) дешевле смартфона и более защищён (экран меньше, размеры меньше, вес меньше) - так что его психологически проще разместить на руле, а более ценный смартфон убрать в нагрудный карман.
2. Велокомпьютер не нужно включать на запись перед каждой поездкой и выключать после поездки. Он сам просыпается от движения, сам записывает, сам засыпает.
3. Велокомпьютер водонепроницаем и управляется кнопками - т.е. он будет работать в сложных погодных условиях, а смартфон - нет.

В остальном же велокомпьютер дублирует смартфон, но с более ограниченными возможностями. Чем-то это напоминает сравнение универсального GPS-навигатора со смартфоном.

Из всех пунктов крайне ценным лично мне видится только второй пункт. Действительно, чтобы использовать смартфон как велокомпьютер, вам нужно достать его, разблокировать, найти/открыть программу (или программы!), начать запись, заблокировать и убрать смартфон, либо повесить на руль. И только потом поехать. А когда приехали - нужно не забыть остановить запись, сохранить трек, выключить и убрать смартфон. А с велокомпьютером вы можете просто сесть и поехать.

Впрочем, даже в велокомпьютере нужно не забывать сбрасывать значения в начале новой поездки.

Третий пункт также немаловажен для тех, кто катает зимой и между сезонами. К примеру, когда я использовал старый смартфон на Windows Mobile с резистивным сенсорным экраном, у меня никогда не было никаких позывов использовать что-то ещё: потому что я спокойно мог управлять им и в дождь, и зимой (не снимая перчаток, стилусом). Когда же я обзавёлся Android-смартфоном с ёмкостным экраном, то тут же начал подумывать о приобретении велокомпьютера. В дождь ёмкостный экран не всегда работает. Зимой мне лень (и холодно!) снимать перчатки.

В итоге получается следующие варианты событий:

1. Вы не используете смартфон, а используете только велокомпьютер.
2. Вы используете смартфон только для записи "значимых" выездов. Общая статистика не собирается.
3. Вы используете смартфон только для записи "значимых" выездов, а велокомпьютер - для ведения общей статистики.
4. Вы находите способ автоматизировать запись треков на смартфоне (это действительно возможно, но я расскажу про это в другой раз), а велокомпьютер не используется.

Итак, если вы решили дополнить ваш смартфон выделенным велокомпьютером, то, наверное, вы уже поняли, зачем вам нужны датчики с поддержкой ANT+, если ваш смартфон может её (поддержку ANT+) вообще не иметь. Ведь дело в том, что ANT+ позволяет передавать данные одновременно на несколько устройств и программ! Т.е. ANT+ датчики могут спокойно транслировать данные и на велокомпьютер и на смартфон. А если ваш смартфон не поддерживает ANT+, то датчики могут транслировать данные на велокомпьютер по ANT+, а на ваш смартфон - по BTLE.

С этой точки зрения, вам не нужен навороченный велокомпьютер с GPS, картами и т.п. стоимостью с ваш смартфон (тот же Garmin Edge 500 сейчас стоит 20'000 у официального дилера если без скидки - и это без датчиков). Такой велокомпьютер (с GPS и т.п.) вам понадобится, если вы не будете использовать смартфон. А вам нужен простой аналог проводного велокомпьютера за 1'500 рублей, который будет работать год и больше от одной батарейки.

Именно поэтому я не буду рассматривать велокомпьютеры типа Garmin Edge 500, а посмотрю в сторону простейших устройств.

К сожалению, выбор здесь не велик - большинство велокомпьютеров с ANT+ являются именно что сложными и дорогими устройствами. Впрочем, есть несколько вариантов:

Bontrager Trip 300 - ANT+ велокомпьютер за $60

Хотя это в полтора-два раза дороже простейшего проводного компьютера (и не включает датчики), это всё же значительно дешевле GPS-велокомпьютеров (которые стоят от $200 и выше и также не включают в себя датчики).

Bontrager Trip 300 - это действительно практически полный аналог простых проводных велокомпьютеров, с той лишь разницей, что он позволяет подключить любой ANT+ датчик, поддерживает датчики скорости, каденса, комбинированные (скорости и каденса), пульсометры, но не датчики мощности. Не имеет барометра.

Сам велокомпьютер достаточно большой (не сказать что огромный, но заметно больше типичного проводного компьютера), так что цифры будут большими и хорошо читаются. Верхний экран всегда показывает скорость (можно переключать между текущей, макс. и средней), а нижний - всё остальное (время, расстояние, каденс, пульс, т.п.). Управление идёт тремя кнопками, что очень удобно - никаких мучений с одной кнопкой.

Единственный минус - нельзя одновременно смотреть значения пульса и каденса, и при уходе в сон велокомпьютер не запоминает какой экран был установлен внизу. У Bontrager есть и более продвинутые варианты велокомпьютера (две модели Node), но я не вижу смысла покупать что-то более навороченное, если вы хотите дублировать его смартфоном.

Разумеется, этот велокомпьютер может быть использован и без смартфона.

Wahoo RFLKT+ - ANT+/BTLE дублирующий велокомпьютер - $130

Достаточно необычное и интересное устройство, поскольку не является автономным велокомпьютером (иными словами: "нет смартфона" = "нет велокомпьютера"). Wahoo RFLKT+ работает только в связке со смартфоном и "зеркалирует" данные из приложения на смартфоне. Разумеется, приложение должно уметь работать с таким необычным устройством. Несколько приложений умеют это делать, но далеко не все. Это первое устройство такого рода, оно запускалось через KickStarter.

В любом случае, Wahoo RFLKT+ конфигурируется со смартфона, может отображать различную информацию, есть барометр, термометр, поддержка ANT+ датчиков скорости, каденса, комбинированного, пульсометра и мощности, устанавливается на крепления от Garmin (с переходником), для iPhone работает как мост ANT+ к BTLE (т.е. не нужна отдельная ANT+ "палка").

Есть и более простой вариант - Wahoo RFLKT за $100, но без барометра, без термометра и без ANT+. Последнее не является останавливающим фактором (в отличие от обычного велокомпьютера), ведь Wahoo RFLKT не нужно подключаться к датчикам напрямую - к датчикам подключается смартфон, а Wahoo RFLKT подключается к смартфону через BTLE и уже через смартфон получает значения датчиков.

Вероятно, это идеальное решение для тех, кто постоянно использует смартфон, но не хочет крепить его на руль.

CatEye Strada Smart - BTLE зеркалирующий велокомпьютер

Развитие идеи Wahoo RFLKT - это CatEye Strada Smart. Я не уверен, сколько стоит этот велокомпьютер, поскольку цены колеблются от $61 до $210. Вероятно, нужно ориентироваться на примерно $120.

В отличие от Wahoo RFLKT+, CatEye Strada Smart может работать как автономный велокомпьютер. Фактически, он поддерживает два режима. В обычном режиме (т.н. "прямой") к нему подключаются BTLE датчики скорости, каденса, пульса и мощности. Их данные он показывает на экране. Во втором режиме (т.н. "зеркалирующий") датчики подключаются к смартфону, а смартфон - к велокомпьютеру. Велокомпьютер дублирует показания датчиков через смартфон, а также показывает уведомления (входящий вызовы и т.п.).

К сожалению, нет барометра и термометра. Зато он сохраняет статистику поездки (без смартфона), которую можно закачать в интернет после подключения к смартфону. Без трека, конечно, т.к. GPS в нём нет.

В итоге, за исключением возможности сохранения данных поездки без смартфона, это устройство ничем не отличается от простого ANT+ велокомпьютера, а весь этот хоровод с двумя режимами необходим для обхода ограничения BTLE на подключения только к одному устройству. Таким образом, этот велокомпьютер будет полезен только если у вас есть исключительно BTLE датчики без поддержки ANT+.

В итоге, где-то $60-120 будет стоить вам новый велокомпьютер, но, правда, без датчиков. Хотя датчики вы в любом случае будете покупать для смартфона.

Ну или как бюджетный вариант - вы можете оставить свой старый проводной велокомпьютер, но тогда вам придётся размещать два комплекта датчиков: один комплект для велокомпьютера, второй комплект - ANT+/BTLE для смартфона.

Заключение

Итак, помимо GPS на смартфоне, вам крайне полезны будут разнообразные датчики. Из которых обязательными являются датчик скорости и барометр, опциональными - датчик каденса и пульса, и почти наверняка не нужными - датчики мощности. При этом датчики лучше всего выбирать комбинированные - с поддержкой как ANT+, так и BTLE. Датчик скорости лучше сразу покупать комбинированный - как датчик скорости/каденса. Для матрасного покатушечника вам, вероятнее всего, оптимальными будут безмагнитные датчики скорости/каденса (если вас устроит только ANT+ или вы найдёте BTLE-варианты) и оптические пульсометры. И дополнительно вы можете вооружиться выделенным ANT+ велокомпьютером.

Чтобы вооружиться по максимуму, получается примерно $60 за датчик скорости/каденса, $60 - за пульсометр, $60 - за велокомпьютер. Итого - $180 (плюс/минус) за всё.

А если бюджетно, то $60 - за датчик скорости/каденса, обойтись без пульсометра и барометра, оставить старый велокомпьютер. Итого - $60.

А что-же нам нужно от программ? Как минимум - поддержка BTLE датчиков, ибо BTLE - стандарт для смартфона. Дополнительная поддержка ANT+ - приятный бонус. Поддержка встроенного или внешнего барометра для точного измерения высоты - также в плюс.

Вот теперь мы готовы приступить к обзору программ для смартфонов.