Monitor Raspberry Pi Impact Force Monitor!: 16 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Koliko vpliva lahko prenese človeško telo? Ne glede na to, ali gre za nogomet, plezanje ali kolesarsko nesrečo, je zelo pomembno, da po trčenju takoj poiščete zdravniško pomoč, še posebej, če ni očitnih znakov travme. Ta vadnica vas bo naučila, kako sestaviti svoj lasten monitor sile udarca!

Čas branja: ~ 15 min

Čas izdelave: ~ 60-90 min

Ta odprtokodni projekt uporablja Raspberry Pi Zero W in merilnik pospeška LIS331 za spremljanje in opozarjanje uporabnika na potencialno nevarne sile G. Seveda vas prosimo, da sistem spremenite in prilagodite različnim potrebam državljanske znanosti.

Opomba: Z Impact Force Monitorjem ustvarite zabavne stvari! Vendar ga ne uporabljajte kot nadomestek za strokovni zdravniški nasvet in diagnozo. Če menite, da ste resno padli, obiščite kvalificiranega in pooblaščenega strokovnjaka za ustrezno zdravljenje.

1. korak: Predlagano branje

Če želite, da bo ta vadba kratka in sladka (no, kolikor je le mogoče), predvidevam, da začenjate s funkcionalnim Pi Zero W. Potrebujete pomoč? Ni problema! Tukaj je vadnica za popolno nastavitev.

Na Pi se bomo povezali tudi na daljavo (brezžično). Za podrobnejši pregled tega procesa si oglejte to vadnico.

** Ste obtičali ali želite izvedeti več? Tu je nekaj priročnih virov: **

1. Odličen priročnik za začetek za Pi.

2. Celoten priklopni vodnik za ploščo merilnika pospeška LIS331.

3. Več o merilcih pospeška!

4. Pregled zatičev Raspberry Pi GPIO.

5. Uporaba serijskih vodil SPI in I2C na Pi.

6. Tehnični list LIS331

2. korak: Materiali

• Osnovni komplet Raspberry Pi Zero W

  • Ta komplet vključuje naslednje: kartico SD z operacijskim sistemom NOOBS; USB OTG kabel (microUSB na USB ženski); Mini HDMI v HDMI; Napajanje MicroUSB (~ 5V)
  • Priporočamo tudi: zvezdišče USB
• Zatiči za glavo Raspberry Pi 3
• Odmična deska merilnika pospeška LIS331
• Baterijski paket s priključkom MicroUSB
• 5 mm rdeča LED
• 1k upor
• 6 "toplotno skrčljiva cev ali električni trak
• Zatiči glave za merilnik pospeška (4 - 8) in LED (2)
• Mostične žice za ženske (6)

Orodja

• Spajkalnik in dodatki
• Epoksid (ali drugo trajno, neprevodno tekoče lepilo)
• Verjetno tudi škarje:)

3. korak: Toda počakajte! Kaj je udarna sila?

Na srečo je izraz "udarna sila" precej preprost: količina sile pri udarcu. Kot večina stvari pa tudi merjenje zahteva natančnejšo opredelitev. Enačba udarne sile je:

F = KE/d

kjer je F udarna sila, KE je kinetična energija (energija gibanja), d pa razdalja udarca ali koliko se objekt skrči. Iz te enačbe obstajata dva ključna zaključka:

1. Udarna sila je neposredno sorazmerna s kinetično energijo, kar pomeni, da se sila udarca poveča, če se kinetična energija poveča.

2. Udarna sila je obratno sorazmerna z razdaljo udarca, kar pomeni, da se sila udarca zmanjša, če se razdalja udarca poveča. (Zato imamo zračne blazine: za povečanje razdalje našega udarca.)

Sila se običajno meri v Newtonih (N), vendar se o udarni sili lahko razpravlja v smislu "G-sile", števila, izraženega kot večkratnika g, ali zemeljskega gravitacijskega pospeška (9,8 m/s^2). Ko uporabljamo enote sile G, merimo pospešek predmetov glede na prosti padec proti zemlji.

Tehnično gledano je g pospešek, ne sila, vendar je uporaben, ko govorimo o trkih, ker pospešek* škoduje človeškemu telesu.

Za ta projekt bomo z enotami G-force ugotovili, ali je vpliv potencialno nevaren in si zasluži zdravniško pomoč. Raziskave so pokazale, da so g-sile nad 9G lahko usodne za večino ljudi (brez posebnega usposabljanja), 4-6G pa so lahko nevarne, če trajajo več kot nekaj sekund.

Če to vemo, lahko svoj monitor udarne sile programiramo tako, da nas opozori, če merilnik pospeška meri silo G nad katerim koli od teh pragov. Ura, znanost!

Za več informacij preberite o udarni sili in g-sili na Wikipediji!

Pospešek je sprememba hitrosti in/ali smeri

4. korak: Konfigurirajte Pi Zero W

Zberite svoj Raspberry Pi Zero in zunanje naprave, da nastavite Pi brez glave!

• Povežite Pi z monitorjem in pripadajočimi zunanjimi napravami (tipkovnica, miška), priključite napajanje in se prijavite.

• Posodobite programsko opremo, da bo vaš Pi hiter in varen. Odprite terminalsko okno in vnesite te ukaze:

  Vnesite in vnesite:

sudo apt-get posodobitev

Vnesite in vnesite:

sudo apt-get nadgradnja

Ponastaviti:

sudo shutdown -r zdaj

5. korak: Omogočite WiFi in I2C

• Kliknite ikono WiFi v zgornjem desnem kotu namizja in se povežite z omrežjem WiFi.
• V terminalu vnesite ta ukaz za prikaz Pi -jevega orodja za konfiguracijo programske opreme:

sudo raspi-config

• Izberite »Možnosti vmesnika«, nato »SSH« in na dnu izberite »Da«, da ga omogočite.
• Vrnite se na »Možnosti vmesnika«, nato »I2C« in za omogočanje izberite »Da«.
• V terminal namestite programsko opremo za povezavo z oddaljenim namizjem:

sudo apt-get install xrdp

• Na oba tipka na tipkovnici vnesite "Y" (da).
• Poiščite Pi -jev naslov IP tako, da se pomaknete nad povezavo WiFi (morda ga tudi zapišete).
• Geslo Pi spremenite z ukazom passwd.

6. korak: Znova zaženite Pi in se prijavite na daljavo

Zdaj lahko opustimo HDMI in zunanje naprave, woohoo!

• Nastavite povezavo z oddaljenim namizjem.

  • V računalniku odprite povezavo z oddaljenim namizjem (ali PuTTY, če vam to ustreza).
  • Za Mac/Linux lahko namestite ta program ali uporabite program VNC.
• Vnesite IP za Pi in kliknite »Poveži« (Prezri opozorila o neznani napravi).
• Prijavite se v Pi s svojimi poverilnicami in gremo!

7. korak: Zgradite ga: Elektronika

Zgornji dve fotografiji prikazujeta električno shemo za ta projekt in Pi Zero Pinout. Za reševanje povezav s strojno opremo potrebujemo oboje.

Opomba: Odklopna plošča LIS331 v shemi je starejša različica - za navodila uporabite oznake z zatiči

Korak: Povežite merilnik pospeška s Pi -jevim GPIO

• Spajkajte in previdno odstranite vse ostanke toka na merilniku pospeška in zatičih glave Pi GPIO.
• Nato priključite mostične žice med odklopno ploščo LIS331 in Pi med naslednjimi zatiči:

LIS331 Breakout Board Raspberry Pi GPIO Pin

GND GPIO 9 (GND)

VCC GPIO 1 (3,3 V)

SDA GPIO 3 (SDA)

SCL GPIO 5 (SCL)

Za lažjo povezavo senzorja s Pi Zero je bil izdelan prilagojen adapter z uporabo ženskega glavnika in mostičnih žic. Po testiranju povezav je bil dodan toplotni krč

9. korak: Dodajte opozorilno LED

• Spojite upor za omejevanje toka na negativno LED nogo (krajšo nogo) in dodajte izolacijski ovitek (ali električni trak) za izolacijo.
• Z dvema mostičnima kabloma ali zatiči za glavo priključite pozitivno LED diodo na GPIO26 in upor na GND (položaja glave 37 oziroma 39).
• Za dokončanje nastavitve priključite baterijo na vhodno napajanje Pi!

10. korak: Programirajte ga

Koda Python za ta projekt je odprtokodna! Tukaj je povezava do skladišča GitHub.

Za ljudi, ki so šele na začetku programiranja:

Preberite programsko kodo in komentarje. Stvari, ki jih je enostavno spremeniti, so v razdelku »Uporabniški parametri« na vrhu

Za ljudi, ki so bolj udobni s tehničnimi vprašanji:

Ta program inicializira merilnik pospeška LIS331 s privzetimi nastavitvami, vključno z običajnim načinom napajanja in 50 Hz podatkovno hitrostjo. Preberite podatkovni list LIS331 in po želji spremenite nastavitve inicializacije

Vse

• Največja lestvica pospeška, uporabljena v tem projektu, je 24G, ker sila udarca hitro postane velika!
• Ko ste pripravljeni na popolno uvajanje, je priporočljivo, da v glavni funkciji komentirate izjave o pospeševanju tiskanja.

Preden zaženete program, dvakrat preverite, ali je naslov merilnika pospeška 0x19. Odprite terminalsko okno in s tem ukazom namestite nekaj koristnih orodij:

sudo apt-get install -y i2c-tools

Nato zaženite program i2cdetect:

i2cdetect -y 1

Videli boste tabelo naslovov I2C, kot je prikazano na zgornji sliki. Ob predpostavki, da je to edina priključena naprava I2C, je številka, ki jo vidite (v tem primeru: 19) naslov merilnika pospeška! Če vidite drugo številko, upoštevajte in spremenite program (spremenljivka addr).

11. korak: hiter pregled programa

Program bere pospeške x, y in z, izračuna silo g in nato shrani podatke v dve datoteki (v isto mapo kot programska koda):

• AllSensorData.txt-poda časovni žig, ki mu sledi g-sila na osi x, y in z.
• AlertData.txt - enako kot zgoraj, vendar le za odčitke, ki so nad našimi varnostnimi pragi (absolutni prag 9G ali 4G za več kot 3 sekunde).

G-sile nad našimi varnostnimi pragi bodo vklopile tudi opozorilno LED-lučko in jo svetile, dokler ne znova zaženemo programa. Zaustavite program tako, da v ukazni terminal vnesete »CTRL+c« (prekinitev tipkovnice).

Zgornja fotografija prikazuje obe podatkovni datoteki, ustvarjeni med preskušanjem.

12. korak: Preizkusite sistem

Odprite terminalsko okno, z ukazom cd se pomaknite do mape, v katero ste shranili programsko kodo.

cd pot/do/mape

Zaženite program s korenskimi pravicami:

sudo python NameOfFile.py

Preverite, ali se vrednosti pospeškov v smeri x, y in z natisnejo v terminalsko okno, ali so razumne, in vklopite LED-lučko, če je sila g nad našimi pragovi.

• Za preskus zavrtite merilnik pospeška tako, da sta vsaka os usmerjena proti zemlji in preverite, ali so izmerjene vrednosti 1 ali -1 (ustreza pospešku zaradi gravitacije).
• Pretresite merilnik pospeška, da se odčitki povečajo (znak označuje smer osi, najbolj nas zanima velikost odčitka).

Korak: Zavarujte električne priključke in ga namestite

Ko vse deluje pravilno, se prepričajmo, da lahko monitor udarne sile dejansko prenese udarce!

• Uporabite toplotno skrčljivo cev in/ali premažite električne povezave za merilnik pospeška in LED v epoksidu.

• Za super trpežne in trajne namestitve razmislite o tem, da celotno ploščo premažete z epoksidom: Pi Zero, LED in merilnik pospeška (NE pa tudi kabelskih priključkov Pi ali kartice SD).

  Opozorilo! Še vedno lahko dostopate do Pi in opravljate vse računalniške stvari, toda celoten sloj epoksida bo preprečil uporabo zatičev GPIO za prihodnje projekte. Lahko pa tudi izdelate ali kupite etui po meri za Pi Zero, čeprav preverite trajnost

Zavarujte čelado, svojo osebo ali način prevoza, kot je rolka, kolo ali mačka*!

Popolnoma preverite, ali je Pi dobro pritrjen ali pa se lahko zatiči GPIO sprostijo, kar povzroči zrušitev programa.

*Opomba: Sprva sem nameraval vnesti "avto", vendar sem ugotovil, da lahko monitor udarne sile za mačko prinese tudi nekaj zanimivih podatkov (seveda s privoljenjem mačke).

Korak 14: Vdelava vezja v čelado

Obstaja nekaj načinov vgradnje vezja v čelado. Tukaj je moj pristop k namestitvi čelade:

• Če še niste, priključite baterijo na Pi (z izklopljeno baterijo). Merilnik pospeška pritrdite na zadnjo stran Pi z neprevodno izolacijo vmes (na primer z mehurčkom ali tanko pakirno peno).
• Izmerite dimenzije kombinacije Pi Zero, merilnika pospeška, LED in priključka akumulatorja. Dodajte 10% na obe strani.
• Narišite izrez za projekt na eni strani čelade s priključkom za baterijo proti vrhu čelade. Izrežite oblazinjenje v čeladi in pustite nekaj milimetrov (~ 1/8 palca).
• Senzor, Pi in LED vstavite v izrez. Odrežite koščke odvečne obloge čelade ali uporabite embalažno peno za izolacijo, zaščito in držanje elektronike na mestu.
• Izmerite dimenzije baterije, dodajte 10%in sledite enakemu izrezu baterije. Baterijo vstavite v žep.
• Ponovite izolacijsko tehniko za baterijo na drugi strani čelade.
• Podlogo za čelado držite na mestu s trakom (vaša glava jih bo obdržala, ko jo nosite).

15. korak: Uvedite

Vklopite baterijo!

Zdaj se lahko na daljavo prijavite v Pi prek SSH ali oddaljenega namizja in program zaženete prek terminala. Ko se program zažene, začne snemati podatke.

Ko prekinete povezavo z domačim WiFi -jem, se povezava SSH prekine, vendar mora program še vedno beležiti podatke. Razmislite o povezavi Pi z vročo točko WiFi pametnega telefona ali pa se znova prijavite in vzemite podatke, ko pridete domov.

Za dostop do podatkov se na daljavo prijavite v Pi in preberite besedilne datoteke. Trenutni program bo vedno dodal podatke obstoječim datotekam - če želite izbrisati podatke (na primer pri testiranju), izbrisati besedilno datoteko (prek namizja ali uporabiti ukaz rm v terminalu) ali ustvariti novo ime datoteke v programu kodo (v uporabniških parametrih).

Če sveti LED, bo ponovni zagon programa izklopil.

Zdaj pa pojdi naprej, zabavaj se v življenju in občasno preveri podatke, če slučajno naletiš na kaj. Upajmo, da je to majhen udarec, vendar boste vsaj vedeli!

Korak 16: Dodajanje več funkcij

Iščete izboljšave za nadzor udarnih sil? To ni v obsegu vadnice, vendar poiščite ideje na spodnjem seznamu!

Naredite nekaj analiz svojih podatkov g-force v Pythonu!

Pi Zero ima zmožnosti Bluetooth in WiFi - napišite aplikacijo za pošiljanje podatkov merilnika pospeška na vaš pametni telefon! Za začetek je tukaj vadnica za Pi Twitter Monitor.

Dodajte druge senzorje, na primer temperaturni senzor ali mikrofon*!

Vesela stavba

*Opomba: Če želite slišati srhljive zvoke, povezane z vašim pospeševanjem!: D