Monitor Raspberry Pi Impact Force!: 16 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:27

Sa ndikim mund të përballojë trupi i njeriut? Pavarësisht nëse bëhet fjalë për futboll, ngjitje në shkëmb ose aksident me biçikletë, të dish kur të kërkosh kujdes mjekësor të menjëhershëm pas një përplasje është tepër e rëndësishme, veçanërisht nëse nuk ka shenja të dukshme të traumës. Ky tutorial do t'ju mësojë se si të ndërtoni monitorin tuaj të forcës së ndikimit!

Koha e leximit: ~ 15 min

Koha e ndërtimit:-60-90 min

Ky projekt me burim të hapur përdor një Raspberry Pi Zero W dhe një përshpejtues LIS331 për të monitoruar dhe paralajmëruar përdoruesin e forcave G potencialisht të rrezikshme. Sigurisht, mos ngurroni të modifikoni dhe përshtatni sistemin që i përshtatet nevojave tuaja të ndryshme shkencore të qytetarëve.

Shënim: Ndërtoni gjëra argëtuese me Impact Force Monitor! Sidoqoftë, ju lutemi mos e përdorni atë si zëvendësim për këshillat dhe diagnozën profesionale mjekësore. Nëse mendoni se keni rënë seriozisht, ju lutemi vizitoni një profesionist të kualifikuar dhe të licencuar për trajtimin e duhur.

Hapi 1: Lexim i sugjeruar

Për ta mbajtur këtë tutorial të shkurtër dhe të ëmbël (po, mirë, sa më shumë që të jetë e mundur), po supozoj se po filloni me një Pi Zero W. funksionale A keni nevojë për ndihmë? Nuk ka problem! Këtu keni një udhëzues të plotë të konfigurimit.

Ne gjithashtu do të lidhemi me Pi nga distanca (aka pa tel). Për një përmbledhje më të plotë mbi këtë proces, shikoni këtë udhëzues.

** Mbërthyer apo doni të mësoni më shumë? Këtu janë disa burime të dobishme: **

1. Udhëzues i shkëlqyeshëm "Fillimi" për Pi.

2. Udhëzues i plotë i lidhjes për tabelën e shpërthimit të përshpejtuesit LIS331.

3. Më shumë rreth akselerometrave!

4. Pasqyrë e kunjave të Raspberry Pi GPIO.

5. Përdorimi i autobusëve serial SPI dhe I2C në Pi.

6. Fleta e të dhënave LIS331

Hapi 2: Materialet

• Kompleti bazë Raspberry Pi Zero W

  • Ky komplet përfshin sa vijon: Kartë SD me sistemin operativ NOOBS; Kabllo USB OTG (microUSB në USB femër); Mini HDMI në HDMI; Furnizimi me energji MicroUSB (V 5V)
  • Gjithashtu rekomandohet: USB shpërndarës

• Raspberry Pi 3 kunjat e kokës

• Tabela e shpërthimit të përshpejtuesit LIS331
• Paketa e baterisë me lidhës MicroUSB
• LED i kuq 5 mm
• Rezistencë 1k
• 6 "Tub i tkurrjes së nxehtësisë ose shirit elektrik
• Kunjat e kokës për përshpejtues (4 - 8) dhe LED (2)
• Telat e kërcyesit nga femra në femër (6)

Mjetet

• Hekur bashkues dhe pajisje shtesë
• Epoksi (ose ngjitës i lëngshëm i përhershëm, jo përçues)
• Ndoshta edhe gërshërë:)

Hapi 3: Por Prisni! Çfarë është Forca e Ndikimit?

Për fat të mirë termi "forcë ndikimi" është mjaft e drejtpërdrejtë: sasia e forcës në një ndikim. Megjithatë, si shumica e gjërave, matja e tij kërkon një përkufizim më të saktë. Ekuacioni për forcën e ndikimit është:

F = KE/d

ku F është forca e goditjes, KE është energjia kinetike (energjia e lëvizjes), dhe d është distanca e goditjes, ose sa objekti kërcet. Ekzistojnë dy përfundime kryesore nga ky ekuacion:

1. Forca e goditjes është drejtpërdrejt proporcionale me energjinë kinetike, që do të thotë se forca e goditjes rritet nëse rritet energjia kinetike.

2. Forca e ndikimit është në përpjesëtim të kundërt me distancën e ndikimit, që do të thotë se forca e ndikimit zvogëlohet nëse distanca e ndikimit rritet. (Kjo është arsyeja pse ne kemi airbags: për të rritur distancën e ndikimit tonë.)

Forca zakonisht matet në Njutonë (N), por forca e ndikimit mund të diskutohet në terma të një "G-Force", një numër i shprehur si një shumëfish i g, ose nxitimit gravitacional të tokës (9.8 m/s^2). Kur përdorim njësi të forcës G, ne po matim një përshpejtim të objekteve në krahasim me rënien e lirë drejt tokës.

Duke folur teknikisht, g është një nxitim, jo një forcë, por është i dobishëm kur flasim për përplasje sepse nxitimi* është ajo që dëmton trupin e njeriut.

Për këtë projekt, ne do të përdorim njësitë e forcës G për të përcaktuar nëse një ndikim është potencialisht i rrezikshëm dhe meriton vëmendje mjekësore. Hulumtimet kanë gjetur se forcat g mbi 9G mund të jenë fatale për shumicën e njerëzve (pa trajnim special), dhe 4-6G mund të jenë të rrezikshme nëse mbahen për më shumë se disa sekonda.

Duke e ditur këtë, ne mund të programojmë monitorin e forcës së ndikimit për të na paralajmëruar nëse përshpejtuesi ynë mat një forcë G mbi njërën nga këto pragje. Urime, shkencë!

Për më shumë informacion, lexoni në lidhje me forcën e ndikimit dhe forcën g në Wikipedia!

Përshpejtimi është një ndryshim në shpejtësinë dhe/ose drejtimin

Hapi 4: Konfiguroni Pi Zero W

Mblidhni Raspberry Pi Zero dhe pajisjet periferike për të konfiguruar Pi të jetë pa kokë!

• Lidheni Pi me një monitor dhe pajisjet periferike të lidhura (tastiera, miu), lidhni furnizimin me energji elektrike dhe regjistrohuni.

• Përditësoni softuerin për ta mbajtur Pi tuaj të shpejtë dhe të sigurt. Hapni dritaren e terminalit dhe shkruani këto komanda:

  Shkruani dhe futni:

përditësim sudo apt-get

Shkruani dhe futni:

sudo apt-get upgrade

Rivendos:

mbyllje sudo -r tani

Hapi 5: Aktivizo WiFi & I2C

• Klikoni ikonën WiFi në këndin e sipërm të djathtë të desktopit dhe lidheni me rrjetin tuaj WiFi.
• Në terminalin shtypni këtë komandë për të shfaqur Veglën e Konfigurimit të Softuerit Pi:

sudo raspi-config

• Zgjidhni "Opsionet e Ndërfaqes", pastaj "SSH" dhe zgjidhni "Po" në fund për ta aktivizuar.
• Kthehuni te "Opsionet e Ndërfaqes", pastaj "I2C" dhe zgjidhni "Po" për ta aktivizuar.
• Në terminal, instaloni programin e lidhjes në distancë të desktopit:

sudo apt-get install xrdp

• Shkruani 'Y' (po) në tastierën tuaj për të dy kërkesat.
• Gjeni adresën IP të Pi duke rri pezull mbi lidhjen WiFi (ju gjithashtu mund të dëshironi ta shkruani atë).
• Ndryshoni fjalëkalimin e Pi me komandën passwd.

Hapi 6: Rinisni Pi dhe Hyni në distancë

Tani mund të heqim HDMI dhe pajisjet periferike, woohoo!

• Vendosni një lidhje në distancë me desktopin.

  • Në një kompjuter, hapni Lidhjen e Desktopit në Largësi (ose PuTTY nëse jeni të kënaqur me këtë).
  • Për Mac/Linux, mund ta instaloni këtë program ose të përdorni një program VNC.
• Futni IP për Pi dhe klikoni "Lidhu" (Injoroni paralajmërimet për pajisjen e panjohur).
• Hyni në Pi duke përdorur kredencialet tuaja dhe ne largohemi!

Hapi 7: Ndërtoni: Elektronikë

Dy fotot e mësipërme tregojnë skemën elektrike për këtë projekt dhe Pi Zero Pinout. Do të na duhen të dy për të trajtuar lidhjet e harduerit.

Shënim: Tabela e shpërthimit LIS331 në skemë është një version më i vjetër - përdorni etiketat e pin për udhëzim

Hapi 8: Lidhni Përshpejtuesin me GPIO të Pi

• Ngjitni dhe hiqni me kujdes çdo mbetje fluksi në kunjat e kokës së përshpejtuesit dhe Pi GPIO.
• Pastaj lidhni telat e kërcyesit midis bordit të daljes LIS331 dhe Pi midis kunjave të mëposhtëm:

LIS331 Board Breakout Raspberry Pi GPIO Pin

GND GPIO 9 (GND)

VCC GPIO 1 (3.3V)

SDA GPIO 3 (SDA)

SCL GPIO 5 (SCL)

Për ta bërë më të lehtë lidhjen e sensorit me Pi Zero, u bë një përshtatës i personalizuar duke përdorur një kokë femre dhe tela kërcyes. Tkurrja e nxehtësisë u shtua pas testimit të lidhjeve

Hapi 9: Shtoni një LED alarmi

• Ngjitni një rezistencë kufizuese aktuale në këmbën negative LED (këmbë më të shkurtër) dhe shtoni mbështjellës të zvogëluar (ose shirit elektrik) për izolim.
• Përdorni dy kabllo kërcyes ose kunja të kokës për të lidhur këmbën LED pozitive me GPIO26 dhe rezistencën me GND (pozicionet e kokës 37 dhe 39, respektivisht).
• Lidhni paketën e baterisë me fuqinë hyrëse të Pi për të përfunduar konfigurimin!

Hapi 10: Programojeni

Kodi Python për këtë projekt është me burim të hapur! Këtu keni një lidhje me depon GitHub.

Për njerëzit e rinj në programim:

Lexoni kodin dhe komentet e programit. Gjërat që janë të lehta për tu modifikuar janë në pjesën "Parametrat e Përdoruesit" në krye

Për njerëzit më të rehatshëm me 'Pikat Teknike':

Ky program inicializon përshpejtuesin LIS331 me cilësimet e paracaktuara, duke përfshirë modalitetin normal të energjisë dhe shkallën e të dhënave 50Hz. Lexoni fletën e të dhënave LIS331 dhe modifikoni cilësimet e inicimit sipas dëshirës

Te gjitha

• Shkalla maksimale e nxitimit e përdorur në këtë projekt është 24G, sepse forca e goditjes bëhet shumë shpejt!
• Rekomandohet të komentoni deklaratat e printimit të përshpejtimit në funksionin kryesor kur të jeni gati për vendosje të plotë.

Para se të ekzekutoni programin, kontrolloni dy herë që adresa e përshpejtuesit është 0x19. Hapni dritaren e terminalit dhe instaloni disa mjete të dobishme me këtë komandë:

sudo apt-get install -y i2c-tools

Pastaj ekzekutoni programin i2cdetect:

i2cdetect -y 1

Do të shihni një tabelë të adresave I2C të shfaqur siç tregohet në imazhin e mësipërm. Duke supozuar se kjo është pajisja e vetme I2C e lidhur, numri që shihni (në këtë rast: 19) është adresa e përshpejtuesit! Nëse shihni një numër tjetër, mbani shënim dhe ndryshoni në program (ndryshues addr).

Hapi 11: Vështrim i shpejtë i programit

Programi lexon nxitimin x, y dhe z, llogarit një forcë g dhe më pas ruan të dhënat në dy skedarë (në të njëjtën dosje me kodin e programit) sipas rastit:

• AllSensorData.txt-jep një vulë kohore të ndjekur nga forca g në akset x, y dhe z.
• AlertData.txt - njësoj si më lart, por vetëm për leximet që janë mbi pragjet tona të sigurisë (pragu absolut 9G ose 4G për më shumë se 3 sekonda).

Forcat G mbi pragjet tona të sigurisë gjithashtu do të ndizin LED-in tonë të alarmit dhe do ta mbajnë atë derisa të rindizim programin. Ndaloni programin duke shtypur "CTRL+c" (ndërprerja e tastierës) në terminalin e komandës.

Fotografia e mësipërme tregon të dy skedarët e të dhënave të krijuara gjatë testimit.

Hapi 12: Testoni sistemin

Hapni dritaren e terminalit, lundroni te dosja ku keni ruajtur kodin e programit duke përdorur komandën cd.

cd path/to/folder

Drejtoni programin duke përdorur privilegjet rrënjësore:

sudo python NameOfFile.py

Kontrolloni që vlerat e nxitimit në drejtimin x, y dhe z po shtypen në dritaren e terminalit, janë të arsyeshme dhe ndizni dritën LED nëse forca g është mbi pragjet tona.

• Për të testuar, rrotulloni akselerometrin në mënyrë që secili aks të drejtohet drejt tokës dhe kontrolloni që vlerat e matura janë ose 1 ose -1 (korrespondon me nxitimin për shkak të gravitetit).
• Shkundni akselerometrin për t'u siguruar që leximet rriten (shenja tregon drejtimin e boshtit, ne jemi më të interesuar për madhësinë e leximit).

Hapi 13: Siguroni lidhjet elektrike dhe instalojeni

Pasi gjithçka funksionon si duhet, le të sigurohemi që monitori i forcës së ndikimit në të vërtetë mund t'i rezistojë ndikimit!

• Përdorni tubin e tkurrjes së nxehtësisë dhe/ose lyeni lidhjet elektrike për përshpejtuesin dhe LED në epoksi.

• Për instalime super të qëndrueshme, të përhershme, merrni parasysh veshjen e të gjithë shebangut në epoksi: Pi Zero, LED dhe përshpejtuesin (por JO lidhësit e kabllove Pi ose kartën SD).

  Paralajmërim! Ende mund të hyni në Pi dhe të bëni të gjitha gjërat e kompjuterit, por një shtresë e plotë epoxy do të parandalojë përdorimin e kunjave GPIO për projektet e ardhshme. Përndryshe, ju mund të bëni ose blini një kuti me porosi për Pi Zero, edhe pse kontrolloni për qëndrueshmërinë

Sigurohuni për një përkrenare, personin tuaj ose një mënyrë transporti si patina, biçikletë ose mace*!

Provoni plotësisht që Pi është fiksuar mirë ose kunjat e GPIO mund të lihen duke shkaktuar prishjen e programit.

*Shënim: Fillimisht doja të shkruaja "makinë", por kuptova se një monitor i forcës së ndikimit për një mace mund të japë gjithashtu të dhëna interesante (me pëlqimin e kotele, natyrisht).

Hapi 14: Vendosja e qarkut në një përkrenare

Ka disa metoda për të futur qarkun në një përkrenare. Këtu është qasja ime ndaj instalimit të helmetës:

• Nëse nuk e keni bërë tashmë, lidhni baterinë me Pi (me bateri të fikur). Sigurojeni akselerometrin në pjesën e pasme të Pi me izolim jopërçues në mes (si mbështjellës flluskë ose shkumë e hollë paketimi).
• Matni dimensionet e kombinimit Pi Zero, përshpejtuesin, LED dhe lidhësin e baterisë. Shtoni 10% në të dyja anët.
• Vizatoni një prerje për projektin në njërën anë të përkrenares, me lidhësin e baterisë të drejtuar nga maja e përkrenares. Pritini mbushjen në përkrenare duke lënë disa milimetra (~ 1/8 inç).
• Vendosni sensorin, Pi dhe LED në ndërprerjen. Pritini copat e mbushjes së tepërt të përkrenares ose përdorni shkumë paketimi për të izoluar, mbrojtur dhe mbajtur elektronikën në vend.
• Matni dimensionet e baterisë, shtoni 10%dhe ndiqni të njëjtën ndërprerje për baterinë. Futeni baterinë në xhep.
• Përsëriteni teknikën e izolimit për baterinë në anën tjetër të përkrenares.
• Mbajeni mbushësen e përkrenares në vend me shirit (koka juaj do t'i mbajë në vend kur ta vishni).

Hapi 15: Vendosni

Ndizni paketën e baterisë!

Tani mund të hyni në distancë në Pi përmes SSH ose desktopit të largët dhe të drejtoni programin përmes terminalit. Sapo programi të funksionojë, fillon regjistrimin e të dhënave.

Kur shkëputeni nga WiFi në shtëpi, lidhja SSH do të prishet, por programi ende duhet të regjistrojë të dhënat. Merrni parasysh lidhjen e Pi me pikën e nxehtë të smartphone tuaj WiFi, ose thjesht regjistrohuni përsëri dhe kapni të dhënat kur të ktheheni në shtëpi.

Për të hyrë në të dhënat, hyni në distancë në Pi dhe lexoni skedarët e tekstit. Programi aktual gjithmonë do t'i shtojë të dhënat skedarëve ekzistues - nëse doni të fshini të dhënat (si nga testimi), fshini skedarin e tekstit (përmes desktopit ose përdorni komandën rm në terminal) ose krijoni një emër të ri skedari në program kodin (në Parametrat e Përdoruesit).

Nëse LED është ndezur, rinisja e programit do ta fikë atë.

Tani dilni, argëtohuni në jetë dhe kontrolloni të dhënat herë pas here nëse ju bie ndesh me diçka. Shpresojmë, është një përplasje e vogël, por të paktën do ta dini!

Hapi 16: Shtimi i më shumë veçorive

Po kërkoni përmirësime në monitorin e forcës së ndikimit? Isshtë jashtë fushës së mësimit, por provoni të shikoni listën më poshtë për ide!

Bëni disa analiza mbi të dhënat tuaja të forcës g në Python!

Pi Zero ka aftësi Bluetooth dhe WiFi - shkruani një Aplikacion për të dërguar të dhënat e përshpejtuesit në smartphone tuaj! Për të filluar, këtu është një mësim për një Pi Twitter Monitor.

Shtoni sensorë të tjerë, si një sensor të temperaturës ose një mikrofon*!

Gëzuar Ndërtesa

*Shënim: Për të dëgjuar tingujt kumbues të lidhur me nxitimin tuaj!: D