Raspberry Pi trieciena spēka monitors!: 16 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Cik lielu ietekmi var izturēt cilvēka ķermenis? Neatkarīgi no tā, vai tas ir futbols, klinšu kāpšana vai velosipēda negadījums, ir ārkārtīgi svarīgi zināt, kad nekavējoties meklēt medicīnisko palīdzību pēc sadursmes, it īpaši, ja nav acīmredzamu traumas pazīmju. Šī apmācība iemācīs jums izveidot savu trieciena spēka monitoru!

Lasīšanas laiks: ~ 15 min

Būvēšanas laiks: ~ 60-90 min

Šajā atvērtā pirmkoda projektā tiek izmantots Raspberry Pi Zero W un akselerometrs LIS331, lai uzraudzītu un brīdinātu lietotāju par potenciāli bīstamiem G spēkiem. Protams, jūtieties brīvi modificēt un pielāgot sistēmu, lai tā atbilstu jūsu dažādām iedzīvotāju zinātnes vajadzībām.

Piezīme: veidojiet jautras lietas, izmantojot trieciena spēka monitoru! Tomēr, lūdzu, neizmantojiet to kā profesionālu medicīnisku padomu un diagnozes aizstājēju. Ja jūtat, ka esat kritis nopietni, lūdzu, apmeklējiet kvalificētu un licencētu speciālistu, lai saņemtu pareizu ārstēšanu.

1. darbība. Ieteicamā lasāmviela

Lai šī apmācība būtu īsa un salda (ē, nu, cik vien iespējams), es pieņemu, ka jūs sākat ar funkcionālu Pi Zero W. Vai nepieciešama palīdzība? Nekādu problēmu! Šeit ir pilna iestatīšanas apmācība.

Mēs arī izveidosim savienojumu ar Pi attālināti (pazīstams arī kā bezvadu). Lai iegūtu detalizētāku šī procesa pārskatu, skatiet šo apmācību.

** Iestrēdzis vai vēlaties uzzināt vairāk? Šeit ir daži noderīgi resursi: **

1. Lielisks "Getting Started" ceļvedis Pi.

2. Pilns savienojuma ceļvedis akselerometra sadalīšanas panelim LIS331.

3. Vairāk par akselerometriem!

4. Pārskats par Raspberry Pi GPIO tapām.

5. Izmantojot SPI un I2C sērijas kopnes uz Pi.

6. LIS331 datu lapa

2. solis: materiāli

• Raspberry Pi Zero W pamata komplekts

  • Šajā komplektā ietilpst: SD karte ar NOOBS operētājsistēmu; USB OTG kabelis (microUSB - USB sieviete); Mini HDMI uz HDMI; MicroUSB barošanas avots (~ 5V)
  • Ieteicams arī: USB centrmezgls
• Raspberry Pi 3 galvenes tapas

• Akselerometra izlaušanās dēlis LIS331

• Akumulators ar MicroUSB savienotāju
• 5 mm sarkana gaismas diode
• 1k rezistors
• 6 "termiski saraušanās caurule vai elektriskā lente
• Galvenes tapas akselerometram (4 - 8) un LED (2)
• Džemperi no sievietēm līdz sievietēm (6)

Rīki

• Lodāmurs un piederumi
• Epoksīda (vai cita pastāvīga, nevadoša šķidra līme)
• Laikam arī šķēres:)

3. solis: Bet pagaidiet! Kas ir trieciena spēks?

Par laimi termins "trieciena spēks" ir diezgan vienkāršs: spēka daudzums triecienā. Tomēr, tāpat kā lielākajai daļai lietu, tā mērīšanai nepieciešama precīzāka definīcija. Trieciena spēka vienādojums ir šāds:

F = KE/d

kur F ir trieciena spēks, KE ir kinētiskā enerģija (kustības enerģija), un d ir trieciena attālums vai objekta kraukšķīgums. No šī vienādojuma ir divas galvenās atrunas:

1. Trieciena spēks ir tieši proporcionāls kinētiskajai enerģijai, kas nozīmē, ka trieciena spēks palielinās, ja kinētiskā enerģija palielinās.

2. Trieciena spēks ir apgriezti proporcionāls trieciena attālumam, kas nozīmē, ka trieciena spēks samazinās, ja trieciena attālums palielinās. (Tāpēc mums ir drošības spilveni: lai palielinātu trieciena attālumu.)

Spēku parasti mēra ņūtonos (N), bet trieciena spēku var apspriest ar "G spēku", skaitli, kas izteikts kā g reizinājums, vai zemes gravitācijas paātrinājumu (9,8 m/s^2). Izmantojot G spēka vienības, mēs mērām objektu paātrinājumu attiecībā pret brīvo kritienu pret zemi.

Tehniski runājot, g ir paātrinājums, nevis spēks, taču tas ir noderīgi, runājot par sadursmēm, jo paātrinājums* ir tas, kas bojā cilvēka ķermeni.

Šim projektam mēs izmantosim G spēka vienības, lai noteiktu, vai trieciens ir potenciāli bīstams un ir pelnījis medicīnisko palīdzību. Pētījumi atklāja, ka g-spēki virs 9G lielākajā daļā cilvēku var būt nāvējoši (bez īpašas apmācības), un 4-6G var būt bīstami, ja tie ilgst vairāk nekā dažas sekundes.

Zinot to, mēs varam ieprogrammēt savu trieciena spēka monitoru, lai brīdinātu mūs, ja mūsu akselerometrs mēra G spēku virs jebkura no šiem sliekšņiem. Urrā, zinātne!

Lai iegūtu vairāk informācijas, lasiet par trieciena spēku un g-spēku Vikipēdijā!

Paātrinājums ir ātruma un/vai virziena maiņa

4. darbība: konfigurējiet Pi Zero W

Apkopojiet savu Raspberry Pi Zero un perifērijas ierīces, lai konfigurētu Pi bez galvas!

• Pievienojiet Pi monitoram un ar to saistītajām perifērijas ierīcēm (tastatūra, pele), pievienojiet strāvas padevi un piesakieties.

• Atjauniniet programmatūru, lai jūsu Pi būtu ātrs un drošs. Atveriet termināļa logu un ierakstiet šīs komandas:

  Ierakstiet un ievadiet:

sudo apt-get update

Ierakstiet un ievadiet:

sudo apt-get jauninājums

Atiestatīt:

sudo shutdown -r tagad

5. darbība: iespējojiet WiFi un I2C

• Noklikšķiniet uz WiFi ikonas darbvirsmas augšējā labajā stūrī un izveidojiet savienojumu ar savu WiFi tīklu.
• Terminālī ierakstiet šo komandu, lai atvērtu Pi programmatūras konfigurācijas rīku:

sudo raspi-config

• Atlasiet “Saskarnes opcijas”, pēc tam “SSH” un apakšā izvēlieties “Jā”, lai iespējotu.
• Atgriezieties sadaļā “Saskarnes opcijas”, pēc tam “I2C” un izvēlieties “Jā”, lai iespējotu.
• Terminālī instalējiet attālās darbvirsmas savienojuma programmatūru:

sudo apt-get install xrdp

• Lai ievadītu abas uzvednes, tastatūrā ierakstiet “Y” (jā).
• Atrodiet Pi IP adresi, virzot kursoru virs WiFi savienojuma (iespējams, arī vēlaties to pierakstīt).
• Mainiet Pi paroli, izmantojot komandu passwd.

6. darbība: restartējiet Pi un piesakieties attālināti

Tagad mēs varam atteikties no HDMI un perifērijas ierīcēm, woohoo!

• Iestatiet attālās darbvirsmas savienojumu.

  • Datorā atveriet attālās darbvirsmas savienojumu (vai PuTTY, ja jums tas patīk).
  • Operētājsistēmai Mac/Linux varat instalēt šo programmu vai izmantot VNC programmu.
• Ievadiet Pi IP un noklikšķiniet uz “Savienot” (ignorēt brīdinājumus par nezināmu ierīci).
• Piesakieties Pi, izmantojot savus akreditācijas datus, un prom!

7. solis: izveidojiet to: elektronika

Divās iepriekš redzamajās fotogrāfijās ir redzama šī projekta un Pi Zero Pinout elektriskā shēma. Mums būs nepieciešami abi, lai risinātu aparatūras savienojumus.

Piezīme. LIS331 sadalīšanas panelis shēmā ir vecāka versija - norādījumiem izmantojiet tapu etiķetes

8. solis: pievienojiet akselerometru Pi GPIO

• Lodējiet un uzmanīgi noņemiet visus plūsmas atlikumus uz akselerometra un Pi GPIO galvenes tapām.
• Pēc tam savienojiet džemperu vadus starp LIS331 sadalīšanas paneli un Pi starp šādām tapām:

LIS331 Breakout Board Raspberry Pi GPIO Pin

GND GPIO 9 (GND)

VCC GPIO 1 (3.3V)

SDA GPIO 3 (SDA)

SCL GPIO 5 (SCL)

Lai atvieglotu sensora pievienošanu Pi Zero, tika izveidots pielāgots adapteris, izmantojot sieviešu galveni un džemperu vadus. Pēc savienojumu pārbaudes tika pievienota siltuma saraušanās

9. darbība: pievienojiet brīdinājuma gaismas diodi

• Lodējiet strāvas ierobežošanas rezistoru pie negatīvās LED kājas (īsāka kāja) un izolācijai pievienojiet saraušanās apvalku (vai elektrisko lenti).
• Izmantojiet divus savienojuma kabeļus vai galvenes tapas, lai savienotu pozitīvo LED kāju ar GPIO26 un rezistoru ar GND (attiecīgi 37. un 39. galvenes pozīcija).
• Pievienojiet akumulatoru Pi ieejas strāvai, lai pabeigtu iestatīšanu!

10. solis: ieprogrammējiet to

Šī projekta Python kods ir atvērtā koda! Šeit ir saite uz GitHub repozitoriju.

Cilvēkiem, kuri ir jauni programmēšanas jomā:

Izlasiet programmas kodu un komentārus. Lietas, kuras ir viegli modificēt, atrodas augšpusē esošajā sadaļā “Lietotāja parametri”

Cilvēkiem, kuriem ir ērtāk ar tehniskajiem iestatījumiem:

Šī programma inicializē akselerometru LIS331 ar noklusējuma iestatījumiem, ieskaitot parasto barošanas režīmu un 50 Hz datu pārraides ātrumu. Izlasiet LIS331 datu lapu un pēc vajadzības mainiet inicializācijas iestatījumus

Visi

• Šajā projektā izmantotā maksimālā paātrinājuma skala ir 24G, jo trieciena spēks kļūst ļoti liels!
• Kad esat gatavs pilnīgai izvietošanai, galvenajā funkcijā ieteicams komentēt paātrinājuma drukas paziņojumus.

Pirms programmas palaišanas vēlreiz pārbaudiet, vai akselerometra adrese ir 0x19. Atveriet termināļa logu un instalējiet dažus noderīgus rīkus, izmantojot šo komandu:

sudo apt-get install -y i2c-tools

Pēc tam palaidiet programmu i2cdetect:

i2cdetect -y 1

Jūs redzēsit I2C adrešu tabulu, kas parādīta, kā parādīts attēlā. Pieņemot, ka šī ir vienīgā pievienotā I2C ierīce, redzamais skaitlis (šajā gadījumā: 19) ir akselerometra adrese! Ja redzat citu skaitli, ņemiet vērā un mainiet programmā (mainīgais addr).

11. darbība. Ātrs programmas pārskats

Programma nolasa x, y un z paātrinājumu, aprēķina g spēku un pēc tam saglabā datus divos failos (tajā pašā mapē, kurā atrodas programmas kods):

• AllSensorData.txt-dod laika zīmogu, kam seko g spēks x, y un z asīs.
• AlertData.txt - tāds pats kā iepriekš, bet tikai rādījumiem, kas pārsniedz mūsu drošības sliekšņus (absolūtais slieksnis 9G vai 4G ilgāk par 3 sekundēm).

G-spēki, kas pārsniedz mūsu drošības sliekšņus, ieslēgs arī mūsu brīdinājuma gaismas diodi un turēs to ieslēgtu, līdz mēs restartēsim programmu. Pārtrauciet programmu, komandu terminālī ierakstot “CTRL+c” (tastatūras pārtraukums).

Iepriekš redzamajā fotoattēlā ir redzami abi testēšanas laikā izveidotie datu faili.

12. solis: pārbaudiet sistēmu

Atveriet termināļa logu, dodieties uz mapi, kurā saglabājāt programmas kodu, izmantojot komandu cd.

cd ceļš/uz/mapi

Palaidiet programmu, izmantojot root tiesības:

sudo python NameOfFile.py

Pārbaudiet, vai paātrinājuma vērtības x, y un z virzienā tiek drukātas uz termināļa logu, vai tās ir saprātīgas, un ieslēdziet LED gaismu, ja g spēks pārsniedz mūsu sliekšņus.

• Lai pārbaudītu, pagrieziet akselerometru tā, lai katra ass būtu vērsta pret zemi, un pārbaudiet, vai izmērītās vērtības ir 1 vai -1 (atbilst gravitācijas izraisītajam paātrinājumam).
• Sakratiet akselerometru, lai pārliecinātos, ka rādījumi palielinās (zīme norāda ass virzienu, mūs visvairāk interesē rādījuma lielums).

13. solis: Droši elektriskie savienojumi un instalējiet to

Kad viss darbojas pareizi, pārliecināsimies, ka trieciena spēka monitors patiešām var izturēt triecienu!

• Izmantojiet saraušanās cauruli un/vai pārklājiet akselerometra un gaismas diodes elektriskos savienojumus epoksīda veidā.

• Lai iegūtu īpaši izturīgas, pastāvīgas instalācijas, apsveriet visu pārklājumu ar epoksīda pārklājumu: Pi Zero, LED un akselerometru (bet NAV Pi kabeļu savienotājus vai SD karti).

  Brīdinājums! Jūs joprojām varat piekļūt Pi un veikt visas datora darbības, taču pilna epoksīda kārtiņa novērsīs GPIO tapas izmantošanu turpmākajos projektos. Alternatīvi, jūs varat izgatavot vai iegādāties pielāgotu korpusu Pi Zero, lai gan pārbaudiet tā izturību

Piestipriniet pie ķiveres, savas personas vai pārvietošanās veida, piemēram, skeitborda, velosipēda vai kaķa*!

Pilnībā pārbaudiet, vai Pi ir droši nostiprināts, vai arī GPIO tapas var kļūt vaļīgas, izraisot programmas avāriju.

*Piezīme: sākotnēji es gribēju rakstīt “auto”, taču sapratu, ka trieciena spēka monitors kaķim var sniegt arī interesantus datus (protams, ar kaķītes piekrišanu).

14. darbība. Ķēdes iegulšana ķiverē

Ir dažas metodes, kā ķēdi iestrādāt ķiverē. Lūk, mana pieeja ķiveres uzstādīšanai:

• Ja vēl neesat to izdarījis, pievienojiet akumulatoru pie Pi (ar izslēgtu akumulatoru). Nostipriniet akselerometru Pi aizmugurē ar nevadošu izolāciju starp tām (piemēram, burbuļplēvi vai plānas iepakojuma putas).
• Izmēriet Pi Zero, akselerometra, LED un akumulatora savienotāja kombinācijas izmērus. Pievienojiet 10% no abām pusēm.
• Uzzīmējiet projektam izgriezumu vienā ķiveres pusē ar akumulatora savienotāju pret ķiveres augšpusi. Izgrieziet ķiveres polsterējumu, atstājot dažus milimetrus (~ 1/8 collas).
• Ievietojiet sensoru, Pi un LED izgriezumā. Izgrieziet liekā ķiveres polsterējuma gabalus vai izmantojiet iepakojuma putas, lai izolētu, aizsargātu un noturētu elektroniku vietā.
• Izmēriet akumulatora izmērus, pievienojiet 10%un izpildiet to pašu akumulatora izgriezumu. Ievietojiet akumulatoru kabatā.
• Atkārtojiet akumulatora izolācijas paņēmienu ķiveres otrā pusē.
• Turiet ķiveres polsterējumu vietā ar lenti (jūsu galva turēs tās vietā, kad to nēsāsit).

15. solis: izvietojiet

Ieslēdziet akumulatoru!

Tagad jūs varat attālināti pieteikties Pi caur SSH vai attālo darbvirsmu un palaist programmu, izmantojot termināli. Kad programma darbojas, tā sāk ierakstīt datus.

Atvienojoties no mājas WiFi, SSH savienojums pārtrauksies, taču programmai joprojām vajadzētu reģistrēt datus. Apsveriet iespēju savienot Pi ar viedtālruņa piekļuves punktu WiFi vai vienkārši piesakieties atpakaļ un paņemiet datus, kad pārnākat mājās.

Lai piekļūtu datiem, attālināti piesakieties Pi un izlasiet teksta failus. Pašreizējā programma vienmēr pievienos datus esošajiem failiem - ja vēlaties dzēst datus (piemēram, no pārbaudes), izdzēsiet teksta failu (izmantojot darbvirsmu vai izmantojiet komandu rm terminālī) vai izveidojiet programmā jaunu faila nosaukumu kodu (lietotāja parametros).

Ja gaismas diode deg, restartējot programmu, tā tiks izslēgta.

Tagad dodieties uz priekšu, izklaidējieties dzīvē un ik pa laikam pārbaudiet datus, ja gadās kaut ko sasist. Cerams, ka tas ir neliels trieciens, bet vismaz jūs zināt!

16. darbība. Papildu funkciju pievienošana

Vai meklējat trieciena spēka monitora uzlabojumus? Tas neietilpst apmācības jomā, bet mēģiniet meklēt idejas zemāk esošajā sarakstā!

Analizējiet savus g-force datus Python!

Pi Zero ir Bluetooth un WiFi iespējas - uzrakstiet lietotni, lai akselerometra datus nosūtītu uz viedtālruni! Lai sāktu darbu, šeit ir Pi Twitter monitora apmācība.

Pievienojiet citus sensorus, piemēram, temperatūras sensoru vai mikrofonu*!

Laimīgu būvi

*Piezīme: lai dzirdētu trokšņainās skaņas, kas saistītas ar jūsu paātrinājumu!: D