Raspberry Pi соққы күшінің мониторы!: 16 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:26

Адам ағзасы қаншалықты әсер етуі мүмкін? Футбол, тауға өрмелеу немесе велосипед апаты болсын, соқтығысқаннан кейін дереу медициналық көмекке қашан жүгіну керектігін білу өте маңызды, әсіресе жарақаттың айқын белгілері болмаса. Бұл оқулық сізге өзіңіздің әсер ету күшінің мониторын құруды үйретеді!

Оқу уақыты: ~ 15 мин

Жасалу уақыты: ~ 60-90 мин

Ашық бастапқы коды бар бұл жобада Raspberry Pi Zero W мен LIS331 акселерометрі пайдаланушыға ықтимал қауіпті G күштерін бақылау және ескерту үшін қолданылады. Әрине, жүйені әр түрлі азаматтық ғылым қажеттіліктеріне сәйкес өзгертуге және бейімдеуге болады.

Ескерту: Impact Force Monitor көмегімен қызықты нәрселер жасаңыз! Дегенмен, оны кәсіби медициналық кеңес пен диагнозды алмастырмаңыз. Егер сіз қатты құлдырауды сезінсеңіз, тиісті ем алу үшін білікті және лицензияланған маманға барыңыз.

1 -қадам: Ұсынылған оқу

Бұл оқулықты қысқа әрі тәтті ұстау үшін (мүмкін, мүмкіндігінше), сіз Pi Zero W. функционалды нұсқасынан бастайсыз деп ойлаймын. Көмек керек пе? Проблема жоқ! Мұнда толық орнату оқулығы.

Біз Pi -ге қашықтан қосыламыз (сымсыз). Бұл процесс туралы егжей -тегжейлі шолу үшін осы оқулықты қараңыз.

** Сіз тоқтап қалдыңыз ба немесе көбірек білгіңіз келе ме? Міне бірнеше пайдалы ресурстар: **

1. Пи үшін тамаша «Жұмысты бастау» нұсқаулығы.

2. LIS331 акселерометрінің ажырату тақтасының толық қосылу нұсқаулығы.

3. Акселерометрлер туралы толығырақ!

4. Raspberry Pi GPIO түйреуіштеріне шолу.

5. Pi -де SPI және I2C сериялық шиналарын қолдану.

6. LIS331 мәліметтер кестесі

2 -қадам: материалдар

• Raspberry Pi Zero W негізгі жинағы

  • Бұл жинаққа келесілер кіреді: SD картасы NOOBS операциялық жүйесі; USB OTG кабелі (microUSB - USB әйелге); HDMI - HDMI; MicroUSB қуат көзі (~ 5V)
  • Сондай -ақ ұсынылады: USB хаб
• Raspberry Pi 3 тақырыптық түйреуіштер
• LIS331 акселерометрдің үзіліс тақтасы
• MicroUSB қосқышы бар батарея жиынтығы
• 5 мм қызыл жарық диоды
• 1k резистор
• 6 дюймдік жылытатын түтік немесе электрлік таспа
• Акселерометр (4 - 8) мен жарық диоды (2) үшін тақырыптық түйреуіштер
• Әйелден әйелге секіргіш сымдар (6)

Құралдар

• Дәнекерлеуші темір мен аксессуарлар
• Эпоксидті (немесе басқа тұрақты, өткізбейтін сұйық желім)
• Мүмкін, қайшы:)

3 -қадам: Бірақ күте тұрыңыз! Әсер ету күші дегеніміз не?

Бақытымызға орай, «соққы күші» термині өте қарапайым: әсер ету күшінің мөлшері. Көптеген нәрселер сияқты, оны өлшеу дәлірек анықтаманы қажет етеді. Соққы күшінің теңдеуі:

F = KE/d

мұндағы F - соққы күші, KE - кинетикалық энергия (қозғалыс энергиясы), ал d - соққы қашықтығы немесе заттың қаншалықты сынғандығы. Бұл теңдеудің екі негізгі шешімі бар:

1. Соққы күші кинетикалық энергияға тура пропорционалды, яғни кинетикалық энергия өскенде соққы күші артады.

2. Соққы күші соққы қашықтығына кері пропорционал, яғни әсер ету қашықтығы ұлғайған кезде соққы күші төмендейді. (Сондықтан бізде қауіпсіздік жастықтары бар: әсер ету қашықтығын арттыру үшін.)

Әдетте күш Ньютонда (N) өлшенеді, бірақ соққы күші «G-Force», g санына немесе жердің гравитациялық үдеуі (9,8 м/с^2) тұрғысынан талқылануы мүмкін. Біз G-күшінің бірліктерін қолданғанда, біз жерге еркін түсуге қатысты объектінің үдеуін өлшейміз.

Техникалық тұрғыдан алғанда, g - бұл үдеу, күш емес, бірақ соқтығысу туралы айтқанда пайдалы, себебі жеделдету* адам ағзасына зиян келтіреді.

Бұл жоба үшін біз ықтимал қауіпті және медициналық көмекке лайық екенін анықтау үшін G-force бірліктерін қолданамыз. Зерттеулер көрсеткендей, 9G-ден жоғары g-күштері адамдардың көпшілігіне өлімге әкелуі мүмкін (арнайы дайындықсыз), ал 4-6G бірнеше секундтан артық сақталса қауіпті болуы мүмкін.

Осыны біле отырып, біз соққы күшінің мониторын бағдарламалай аламыз, егер біздің акселерометр осы шектердің кез келгенінен жоғары G-күшін өлшесе. Жарайсың, ғылым!

Қосымша ақпарат алу үшін Уикипедиядан соққы күші мен g күші туралы оқыңыз!

Акселерация - бұл жылдамдықтың және/немесе бағыттың өзгеруі

4 -қадам: Pi Zero W конфигурациялаңыз

Pi -ді бассыз күйге келтіру үшін Raspberry Pi Zero мен перифериялық құрылғыларды жинаңыз!

• Pi -ді мониторға және онымен байланысты перифериялық құрылғыларға (пернетақта, тінтуір) жалғаңыз, қуат көзіне қосыңыз және жүйеге кіріңіз.

• Pi жылдам әрі қауіпсіз болу үшін бағдарламалық жасақтаманы жаңартыңыз. Терминал терезесін ашып, мына пәрмендерді теріңіз:

  Теріңіз және енгізіңіз:

sudo apt-get жаңартуы

Теріңіз және енгізіңіз:

sudo apt-get жаңарту

Қалпына келтіру:

sudo өшіру -r қазір

5 -қадам: WiFi мен I2C қосыңыз

• Жұмыс үстелінің жоғарғы оң жақ бұрышындағы WiFi белгішесін нұқыңыз және WiFi желісіне қосылыңыз.
• Терминалда Pi бағдарламалық қамтамасыз етуді конфигурациялау құралын шығару үшін мына пәрменді теріңіз:

sudo raspi-config

• Қосу үшін «Интерфейс опцияларын», содан кейін «SSH» таңдаңыз және төменгі жағында «Иә» таңдаңыз.
• «Интерфейс опциялары», содан кейін «I2C» дегенге қайта оралыңыз және қосу үшін «Иә» таңдаңыз.
• Терминалда қашықтағы жұмыс үстеліне қосылу бағдарламалық жасақтамасын орнатыңыз:

sudo apt-get xrdp орнатыңыз

• Екі сұрау үшін пернетақтада «Y» (иә) теріңіз.
• Wi -Fi қосылымын апару арқылы Pi -дің IP -мекен -жайын табыңыз (оны жазып алғыңыз келуі мүмкін).
• Piw құпия сөзін passwd пәрменімен өзгертіңіз.

6 -қадам: Pi -ді қайта іске қосыңыз және қашықтан кіріңіз

Біз енді HDMI мен перифериялық құрылғыларды тастай аламыз, woohoo!

• Қашықтағы жұмыс үстелі қосылымын орнатыңыз.

  • ДК -де қашықтағы жұмыс үстелі қосылымын (немесе егер сізге ыңғайлы болса, PuTTY) ашыңыз.
  • Mac/Linux үшін бұл бағдарламаны орнатуға немесе VNC бағдарламасын пайдалануға болады.
• Pi үшін IP енгізіңіз және «Қосылу» түймесін басыңыз (белгісіз құрылғы туралы ескертулерді елемеңіз).
• Сенім грамоталарыңызбен Pi -ге кіріңіз және біз кетеміз!

7 -қадам: Оны құрастырыңыз: электроника

Жоғарыдағы екі фотода осы жобаның электрлік схемасы мен Pi Zero Pinout көрсетілген. Бізге аппараттық қосылымдарды шешу үшін екеуі де қажет болады.

Ескерту: Схемадағы LIS331 ажырату тақтасы ескі нұсқа болып табылады - нұсқаулық үшін түйреуіш жапсырмаларды қолданыңыз

8 -қадам: Акселерометрді Pi GPIO -ға қосыңыз

• Акселерометрде және Pi GPIO -дағы түйреуіштердегі ағын қалдықтарын дәнекерлеп, мұқият алып тастаңыз.
• Содан кейін LIS331 ажырату тақтасы мен Пи келесі түйреуіштердің арасына қосқыш сымдарды қосыңыз:

LIS331 Breakout Board Raspberry Pi GPIO түйреуіші

GND GPIO 9 (GND)

VCC GPIO 1 (3.3В)

SDA GPIO 3 (SDA)

SCL GPIO 5 (SCL)

Датчикті Pi Zero -ға қосуды жеңілдету үшін арнайы адаптер әйел басы мен секіргіш сымдардың көмегімен жасалды. Қосылымдарды тексергеннен кейін жылу қысқарды

9 -қадам: Сигнал диодын қосыңыз

• Теріс жарықдиодты аяққа (қысқа аяғы) ток шектеу резисторын дәнекерлеңіз және оқшаулау үшін қысқыш ораманы (немесе электрлік таспаны) қосыңыз.
• Оң жарықдиодты аяқты GPIO26 -ға және резисторды GND -ге қосу үшін екі өтпелі кабельді немесе үстіңгі түйреуішті пайдаланыңыз (сәйкесінше 37 және 39 тақырып позициялары).
• Орнатуды аяқтау үшін батарея жинағын Pi кіріс қуатына қосыңыз!

10 -қадам: Бағдарламалаңыз

Бұл жобаның Python коды ашық көзі болып табылады! Мұнда GitHub репозиторийіне сілтеме бар.

Бағдарламалауды жаңадан бастаған адамдар үшін:

Бағдарлама кодын және түсініктемелерді оқыңыз. Оңай өзгертуге болатын нәрселер жоғарғы жағындағы «Пайдаланушы параметрлері» бөлімінде орналасқан

Техникалық мәліметпен жайлы адамдар үшін:

Бұл бағдарлама LIS331 акселерометрін әдепкі параметрлермен инициализациялайды, оның ішінде қалыпты қуат режимі мен 50 Гц деректерді беру жылдамдығы. LIS331 мәліметтер парағын оқып шығыңыз және инициализация параметрлерін қалағаныңызша өзгертіңіз

Барлық

• Бұл жобада максималды үдеу шкаласы - 24G, себебі соққы күші тез арада үлкен болады!
• Толық орналастыруға дайын болған кезде негізгі функциядағы жеделдету басып шығару мәлімдемелерін түсініктеме беру ұсынылады.

Бағдарламаны іске қоспас бұрын акселерометрдің адресі 0x19 екенін екі рет тексеріңіз. Терминал терезесін ашып, осы пәрменмен бірнеше пайдалы құралдарды орнатыңыз:

sudo apt-get install -y i2c-tools

Содан кейін i2cdetect бағдарламасын іске қосыңыз:

i2cdetect -y 1

Сіз жоғарыдағы суретте көрсетілгендей көрсетілген I2C адрестер кестесін көресіз. Бұл I2C қосылған жалғыз құрылғы деп есептесеңіз, сіз көрген нөмір (бұл жағдайда: 19) - акселерометрдің мекенжайы! Егер сіз басқа нөмірді көрсеңіз, бағдарламаға назар аударыңыз және өзгертіңіз (addr айнымалысы).

11 -қадам: Бағдарламаға шолу

Бағдарлама x, y және z үдеулерін оқиды, g-күшін есептейді, содан кейін деректерді екі файлға сақтайды (бағдарлама кодымен бір қалтада):

• AllSensorData.txt-уақыт белгісін береді, содан кейін x, y және z осьтеріндегі g күші.
• AlertData.txt - жоғарыдағыдай, бірақ тек біздің қауіпсіздік шегінен жоғары көрсеткіштер үшін (9G немесе 4G абсолюттік шегі 3 секундтан артық).

Біздің қауіпсіздік шегінен асатын G-күштері сигналды жарықдиодты қосады және біз бағдарламаны қайта бастағанға дейін оны қосады. Командалық терминалға «CTRL+c» (пернетақтаның үзілуі) теру арқылы бағдарламаны тоқтатыңыз.

Жоғарыдағы суретте тестілеу кезінде жасалған екі деректер файлдары көрсетілген.

12 -қадам: жүйені тексеріңіз

Терминал терезесін ашыңыз, cd пәрменін пайдаланып бағдарлама кодын сақтаған қалтаға өтіңіз.

cd жолы/қалтасы/қалтасы

Бағдарламаны түбірлік артықшылықтармен іске қосыңыз:

sudo python NameOfFile.py

X, y және z бағыттарындағы үдеу мәндерінің терминал терезесіне басып шығарылғанын тексеріңіз, ақылға қонымды және егер g-күші біздің табалдырығымыздан жоғары болса, жарық диодты шамды қосыңыз.

• Тексеру үшін акселерометрді әр ось жерге қарайтындай етіп айналдырыңыз және өлшенген мәндердің 1 немесе -1 екенін тексеріңіз (ауырлық күшінің әсерінен үдеумен сәйкес келеді).
• Көрсеткіштердің жоғарылауына көз жеткізу үшін акселерометрді шайқаңыз (белгі осьтің бағытын көрсетеді, бізді оқудың шамасы қызықтырады).

13 -қадам: Қауіпсіз электр қосылыстары және оны орнатыңыз

Барлығы дұрыс жұмыс істегеннен кейін, соққы күшінің мониторы әсерге төтеп беретініне көз жеткізейік!

• Жылытқыш түтікшені қолданыңыз және/немесе акселерометр мен жарықдиодты электр қосылыстарын эпоксидті түрде жабыңыз.

• Өте берік және тұрақты қондырғылар үшін бүкіл шашаңды эпоксидті бояуды қарастырыңыз: Pi Zero, жарық диоды және акселерометр (бірақ Pi кабель қосқыштары немесе SD картасы ЕМЕС).

  Ескерту! Сіз әлі де Pi -ге қол жеткізе аласыз және барлық компьютерлік заттарды жасай аласыз, бірақ эпоксидтің толық қабаты болашақ жобалар үшін GPIO түйреуіштерін қолдануға жол бермейді. Сонымен қатар, Pi Zero үшін жеке корпусты жасауға немесе сатып алуға болады, бірақ оның беріктігін тексеріңіз

Дулығаға, адамға немесе скейтборд, велосипед немесе мысық*сияқты көлік түріне қауіпсіз болыңыз!

Pi сенімді түрде бекітілгенін тексеріңіз немесе GPIO түйреуіштері босатылып, бағдарламаның істен шығуына әкелуі мүмкін.

*Ескерту: Мен бастапқыда «автокөлік» теруді мақсат еттім, бірақ мысыққа әсер ету күшінің мониторы кейбір қызықты деректерді беруі мүмкін деп ойладым (әрине коттидің келісімімен).

14 -қадам: тізбекті дулығаға салу

Шлемге тізбекті енгізудің бірнеше әдісі бар. Міне, менің дулыға орнатуға деген көзқарасым:

• Егер сізде әлі жоқ болса, батареяны Pi -ге қосыңыз (батарея өшірулі). Акселерометрді Пидің артқы жағына өткізбейтін оқшаулағышпен бекітіңіз (көпіршікті орау немесе жұқа қаптама көбігі сияқты).
• Pi Zero, акселерометр, жарықдиодты және батарея қосқышының комбинациясының өлшемдерін өлшеңіз. Екі жағынан 10% қосыңыз.
• Батареяның қосқышы дулыға жоғарғы жағына қаратып, дулыға бір жағына жобаның қиылысын сызыңыз. Бірнеше миллиметр (~ 1/8 дюйм) қалдырып, дулығадағы толтыруды кесіңіз.
• Сенсорды, Pi мен жарықдиодты кесіндіге қойыңыз. Артық дулыға толтырғыштарының бөліктерін кесіңіз немесе электрониканы оқшаулау, қорғау және орнында ұстау үшін орау көбігін қолданыңыз.
• Батареяның өлшемдерін өлшеңіз, 10%қосыңыз және аккумулятор үшін сол кесуді орындаңыз. Батареяны қалтаға салыңыз.
• Шлемнің екінші жағындағы батареяны оқшаулау техникасын қайталаңыз.
• Дулыға толтырғышын таспамен бекітіңіз (оны киген кезде басыңыз орнында қалады).

15 -қадам: орналастырыңыз

Батарея жинағын қосыңыз!

Енді сіз SSH немесе қашықтағы жұмыс үстелі арқылы Pi -ге қашықтан кіре аласыз және бағдарламаны терминал арқылы іске қоса аласыз. Бағдарлама іске қосылғаннан кейін ол деректерді жазуды бастайды.

Үйдегі WiFi -ден ажыратылған кезде SSH байланысы үзіледі, бірақ бағдарлама деректерді тіркеуі керек. Pi -ді смартфонның Wi -Fi хотспотына қосуды қарастырыңыз немесе үйге оралғанда қайта кіріп, деректерді алыңыз.

Деректерге қол жеткізу үшін Pi -ге қашықтан кіріп, мәтіндік файлдарды оқыңыз. Ағымдағы бағдарлама әрқашан бар файлдарға деректерді қосады - егер сіз деректерді жойғыңыз келсе (мысалы, тестілеуден), мәтіндік файлды жойыңыз (жұмыс үстелі арқылы немесе терминалдағы rm пәрменін қолданыңыз) немесе бағдарламада жаңа файл атауын жасаңыз. код (Пайдаланушы параметрлерінде).

Егер жарық диоды қосулы болса, бағдарламаны қайта іске қосу оны өшіреді.

Алдыға шығыңыз, өмірде көңілді болыңыз және бірдеңеге ұрынсаңыз, деректерді жиі тексеріп отырыңыз. Бұл кішкентай соққы деп үміттенемін, бірақ сіз білесіз!

16 -қадам: қосымша мүмкіндіктерді қосу

Соққы күшінің мониторын жақсартуды іздеп жүрсіз бе? Бұл оқулықтың шеңберінен тыс, бірақ идеялар үшін төмендегі тізімді қарап көріңіз!

Python-дағы g-force деректеріне талдау жасаңыз!

Pi Zero Bluetooth мен WiFi мүмкіндіктеріне ие - смартфонға акселерометр деректерін жіберу үшін қосымша жазыңыз! Жұмысты бастау үшін Pi Twitter мониторына арналған оқулық.

Температура сенсоры немесе микрофон сияқты басқа сенсорларды қосыңыз!

Бақытты құрылыс

*Ескерту: Сіздің үдеуіңізге байланысты сықырлаған дыбыстарды есту үшін!: D