Seiring dengan perubahan zaman, perkembangan teknologi dan migrasi orang-orang dari pekerjaan lapangan ke pekerjaan di belakang meja, muncul ancaman kesehatan baru: gaya hidup yang tidak banyak bergerak. Untuk melawan fenomena ini, kebugaran tampaknya menjadi solusi yang praktis, terutama karena keuntungan memiliki pelatih pribadi yang dapat memantau aktivitas dan menawarkan panduan selama latihan. Sepeda listrik adalah solusi yang trendi, seperti yang disajikan dalam. Namun, sebagian besar pesepeda baik amatir maupun profesional tidak memiliki kesempatan ini, sehingga lebih sulit untuk meningkatkan dan mencapai tujuan tertentu. Makalah ini mengusulkan solusi teknis yang dimaksudkan untuk mengatasi masalah ini, dengan menggunakan sensor, mikrokontroler, dan mikrokomputer untuk membaca, mengirim, menyimpan, dan menampilkan data. Oleh karena itu, setiap pelatih dapat memantau data bersepeda yang relevan yang dikumpulkan dari sepeda secara real time.
Pengumpulan data dari sensor banyak digunakan saat ini. Namun, semua data difokuskan pada pengembangan sistem berbagi implementasi jaringan sensor keamananpengembangan kota pintar atau implementasi kontrol cerdas. Serangkaian hasil yang bagus dipublikasikan dengan mempertimbangkan metode penentuan posisi sistem sensor, pemantauan kesehatan struktural, dan kendaraan cerdas . Belum ada penelitian yang berfokus pada IoT (Internet of Things) dan perpaduan sepeda pintar untuk pelatihan yang telah dipublikasikan.

Semua teknologi yang digunakan dalam proyek Connected Bike yang dipresentasikan memiliki tujuan sebagai berikut:

• Mengumpulkan data dari sensor
• Menghitung kecepatan, irama mengayun, dan output daya instan pengendara sepeda dari data yang dikumpulkan
• Pelacakan GPS secara real time dari sepeda
• Mengumpulkan dan mengirim data ke antarmuka web untuk pemantauan online
• Menyimpan data latihan ke dalam basis data untuk visualisasi di kemudian hari
• Memungkinkan pengguna untuk mengontrol sistem pemantauan melalui aplikasi Android seluler
• Menerapkan tingkat keamanan untuk melindungi data pengguna

Ide pelacakan sepeda secara real time sudah ada sejak lama, dan Chris Kiefer dan Frauke Behrendt menanganinya dengan sistem pemantauan sepeda elektrik (SEMS). Kelemahan yang signifikan untuk SEMS adalah baterai yang memberi daya pada sistem akan cepat habis karena perangkat keras dan ponsel yang terhubung. Sensor dapat berupa digital (1/0, ON/OFF, dll.) dan analog, yang terakhir ini lebih sulit untuk diukur dan membutuhkan pengambilan sampel tambahan dan sirkuit konversi. Setiap sistem akuisisi data harus memiliki komputer atau mikrokontroler sebagai inti yang bertugas memproses data dan sarana transportasi, penyimpanan, dan tampilan untuk data ini. Sensor ini menerjemahkan beban atau gaya yang bekerja padanya ke dalam sinyal listrik dan dapat terdiri dari tiga jenis:

• Sel beban hidrolik menentukan gaya yang diterapkan dengan mengukur perpindahan piston dalam silinder dan perubahan diafragma, yang mengubah tekanan di dalam tabung Bourdon
• Sel beban pneumatik-mengukur gaya dengan menentukan tekanan udara yang diterapkan pada salah satu ujung diafragma, yang kemudian meninggalkan sel melalui nosel di ujung lainnya.
• Sel beban pengukur regangan-elemen mekanis, tanpa bagian yang bergerak yang mengukur gaya melalui deformasi satu atau beberapa pengukur regangan.

2. Bahan dan Metode

Untuk memenuhi kriteria ini, sebuah aplikasi web dikembangkan. Aplikasi ini dapat diakses oleh pelatih dan pengguna sepeda, dengan halaman dan fungsi yang disesuaikan dengan tipe pengguna tertentu.
Dalam aplikasi web, pelatih memiliki akses ke daftar pengendara sepeda yang terhubung dengan mereka, dapat memilih pengendara untuk pemantauan secara real time, atau menganalisis perjalanan sebelumnya. Mereka juga dapat menghentikan kolaborasi dengan pengendara mana pun atau membuat kolaborasi baru dengan pengendara lain. Terakhir, namun tidak kalah pentingnya, pengguna memiliki akses ke halaman di mana mereka dapat melihat dan memodifikasi data akun pribadi mereka. Pengguna pengendara sepeda tidak dapat melihat kinerja mereka secara real time, hanya memiliki akses ke perjalanan sebelumnya. Namun, mereka memiliki kemungkinan untuk mengontrol pemantauan dengan membuat perjalanan baru, menjeda atau mengakhiri perjalanan saat ini, melalui bantuan aplikasi ponsel yang bertindak sebagai remote untuk modul pada sepeda.
Dari sudut pandang perangkat keras, proyek ini terdiri dari tiga modul: modul mikrokontroler, modul mikrokomputer, dan modul campuran.

1. Modul pertama bertugas membaca data dari sel beban, mengukur gaya yang diterapkan pada pedal dan mengirimkan data ke modul kedua melalui saluran nirkabel.
2. Modul kedua terdiri dari mikrokontroler, yang bertugas membaca dan memproses data baik dari sensor maupun dari modul pertama dan mikrokomputer yang menerima data ini, mengubahnya menjadi format pesan standar, dan mengirimkannya ke server melalui internet. Modul ini juga mengambil lokasi saat ini dalam hal garis lintang dan garis bujur dengan bantuan modul GPS.
3. Modul ketiga adalah mikrokomputer yang selalu aktif yang menjadi tuan rumah backend aplikasi web dan broker MQTT. Dua baterai yang dapat diisi ulang memberi daya pada dua modul pertama, dan modul campuran membutuhkan akses internet yang disediakan oleh hotspot seluler atau USB Stick internet.

perangkat keras terdiri dari dua modul yang keduanya memiliki mikrokontroler Arduino dengan bank daya terpisah dan memiliki komunikasi nirkabel antara satu sama lain. Modul pertama didasarkan pada Arduino Micro, menghubungkan modul amplifikasi HX711 dan load cell. Modul ini membaca data dari load cell dan mengirimkannya ke modul lain melalui komunikasi infra merah. Modul kedua memiliki Arduino Mega dengan dua sensor Hall Effect, yang digunakan untuk menentukan kecepatan dan irama. Mikrokontroler melakukan manipulasi data, kemudian mengubahnya menjadi array byte dan mengirimkannya ke Raspberry Pi melalui komunikasi USB. Di sini, data diubah lagi dari format biner dan digabungkan dengan pembacaan lintang dan bujur dari modul GPS.

Aplikasi mencakup tiga komponen utama yang bertanggung jawab atas logika bisnis sistem, menetapkan cara aplikasi ditangani dan bagaimana data disimpan dan ditampilkan. Komponen pertama adalah Aplikasi Android yang digunakan untuk memerintahkan Raspberry Pi yang terletak di sepeda, sehingga memudahkan dalam mengatur pemantauan berkendara. Komponen kedua adalah modul Raspberry Pi yang ditempatkan pada sepeda yang mengimplementasikan logika sistem dalam bentuk mesin negara, memutuskan berdasarkan perintah dari Aplikasi Android apakah harus mulai membaca, mengelola, dan mengirim data. Terakhir, komponen ketiga dari lapisan ini adalah aplikasi web, di mana pengguna dapat mendaftar, masuk, dan melihat data berbagai wahana, atau memantau perjalanan secara real time.

Tingkat jaringan dibuat dari komunikasi aktual antar modul melalui internet. Semua komunikasi khusus IoT dalam sistem ini didasarkan pada MQTT, setiap komponen terhubung melalui Access Point sebagai klien, kecuali perangkat Raspberry Pi, yang merupakan server sebenarnya, yang menghosting broker MQTT dan server HTTP RESTful API untuk aplikasi web. Ada juga protokol HTTP yang digunakan untuk menjalin komunikasi antara front-end dan back-end untuk aplikasi web.

Fungsi dari Pedal
Fungsi utama dari komponen ini adalah membaca gaya yang diberikan ke pedal oleh pengendara sepeda. Hal ini dimungkinkan berkat sel beban, driver penguat, mikrokontroler, dan sensor Efek Hall. Data dikirim ke modul frame dengan LED infra merah yang terhubung ke mikrokontroler. Baterai portabel yang dapat diisi ulang memberi daya pada seluruh komponen. Mikrokontroler mengimplementasikan semua logika dalam modul ini, bertanggung jawab untuk membaca, memproses, dan mengirim data dengan frekuensi sampel 80 Hz. Karena ruang yang pas dan keterbatasan daya, Arduino Micro dipilih untuk modul ini. Komunikasi antara Arduino dan driver load cell didasarkan pada I2C (Inter-Integrated Circuit) menggunakan pin 2 dan 3 yang dikonfigurasi sebagai data serial dan jam serial. Sensor Hall Effect dihubungkan ke General-Purpose Input/Output (GPIO) pin 7, dikonfigurasi sebagai pin interupsi eksternal dan untuk LED inframerah, digunakan pin GPIO kelima. Berkat bentuknya yang persegi panjang dan dimensinya yang kecil, ia dipasang langsung di pedal, menerima tenaga kaki penuh dari pengendara sepeda.  Sel beban khusus ini menggunakan tiga kabel dan mengimplementasikan setengah jembatan dari dua pengukur regangan masing-masing 1000 Ω, yang dihubungkan secara seri. Driver HX711 dikembangkan untuk antarmuka umum antara mikrokontroler dan sel beban, bekerja dengan suplai tegangan 2,7 hingga 5 V dan memiliki prinsip kerja yang sangat sederhana. Dua pin mengirimkan sinyal eksitasi kedua sisi jembatan Wheatstone (dari sel beban) dan dua pin lainnya membaca perbedaan tegangan antara dua sisi jembatan lainnya. Dalam mode bebas ketika tidak ada gaya yang diterapkan, jembatan seimbang, sehingga perbedaannya adalah nol. Ketika gaya diterapkan ke sel, jembatan menjadi tidak seimbang dan perbedaan tegangan meningkat. HX711 membaca perbedaan ini dalam mV, memperkuatnya, dan mematikannya ke nilai digital untuk dikirim ke mikrokontroler. 

Rangka Sepeda
Rangka Sepeda ini digunakan untuk mengetahui kecepatan, irama dan power pengendara selama melakukan aktivitas berkendara. Semua data ini diserialkan dan dikirim melalui USB ke Raspberry Pi, yang bertindak sebagai master dari keseluruhan sistem, tetapi juga sebagai gateway internet. Menjadi juga modul mandiri, ini ditenagai oleh baterai yang dapat diisi ulang. Untuk pemrosesan data, digunakan Arduino Mega 2560 yang berkomunikasi dengan Raspberry Pi melalui USB. Frekuensi pemrosesan mikrokontroler 16 MHz memungkinkan penerapan banyak tugas dalam Sistem Operasi Waktu Nyata (RTOS). Kebutuhan untuk menggunakan RTOS muncul dari kebutuhan untuk membaca dan menghitung nilai sensor dengan presisi yang lebih tinggi dan transmisi data.

Perangkat lunak
Proyek ini dibangun menggunakan berbagai bahasa dan teknologi pemrograman, menangani bagian dan modul yang berbeda. Pengguna dapat berinteraksi dengan sistem menggunakan dua aplikasi: Aplikasi Android dan aplikasi web. Pengendara hanya dapat menggunakan aplikasi pertama sedangkan pengendara dan pelatih dapat menggunakan aplikasi kedua.

Perangkat Lunak Pedal
Komponen utama untuk modul ini adalah Arduino Micro, yang dirinci di bab perangkat keras sebelumnya. Pustaka sumber terbuka yang digunakan untuk mengimplementasikan perangkat lunak untuk mikrokontroler ini adalah HX711.h dan IRremote.h. Yang pertama memungkinkan berinteraksi dengan driver load cell HX711 sedangkan yang kedua digunakan untuk mengirim pesan yang disandikan dengan LED inframerah. Fungsi pengaturan dari sketsa Arduino menginisialisasi pin yang terhubung ke LED IR dan memasang interupsi tepi naik serta rutinitas layanan interupsi untuk dikirim pada setiap peristiwa. Setelah ini, rangkaian inisialisasi dan kalibrasi driver HX711 dijalankan
Setelah penyiapan selesai, fungsi loop dipanggil, membaca sensor dalam loop tak terbatas. Pembacaan sel beban dilakukan oleh fungsi get_units dari pustaka yang disebutkan di atas. Nilai yang dikembalikan dari fungsi ini di konversi dari lbs. ke kg dan diskalakan dengan 10 untuk presisi desimal tunggal.