Save My Child: Pametno sjedalo koje šalje tekstualne poruke ako zaboravite dijete u automobilu: 8 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Instalira se u automobile, a zahvaljujući detektoru postavljenom na dječjoj sjedalici, upozorava nas - putem SMS -a ili telefonskog poziva - ako pobjegnemo, a da dijete ne dovedemo sa sobom

Korak 1: Uvod

Među najtužnijim (i u svakom slučaju, rijetkim) nesrećama u vijestima ima onih roditelja koji - zbog živahnosti, zdravstvenih problema ili nedostatka pažnje - izlaze iz auta i "zaboravljaju" svoju djecu na dječjem sjedalu, u toplom ili hladnom okruženju. Svakako, takve su se nesreće mogle izbjeći da je netko ili nešto podsjetilo vozača da je ostavio dijete u automobilu; nesumnjivo da tehnologija može pomoći i ponuditi rješenja koja će proizvođač implementirati u vozilo ili “nadogradnje”, poput ovdje opisanog projekta. To je uređaj temeljen na GSM mobitelu koji detektira neke parametre, na temelju kojih se procjenjuje ponašanje vozača i izvršavaju potrebne radnje: osobito se SMS šalje na telefon vozača koji bježi iz auta. Uređaj je ugrađen u automobil i napaja se električnim sustavom potonjeg; provjerava je li dijete na svom sjedalu (pomoću senzora koji se sastoji od nekih tipki niskog profila, postavljenih na ploču za postavljanje ispod poklopca dječje sjedalice): ako se pokaže da su tipke pritisnute (dakle, dijete sjedi), krug će također provjeriti je li se vozilo zaustavilo (pomoću troosnog mjerača ubrzanja), ako je tako i nakon isteka zadanog vremena, poslat će SMS poruku alarma na telefon vozača i ispustit će zvučni signal.

Štoviše, obavlja poziv na isti telefonski broj, a moguće i na druge, tako da roditelji, prijatelji i drugi ljudi mogu nazvati vozača kako bi provjerili što se događa. Iako je primjena izbora već spomenuta, projekt je nastao u našem laboratoriju kao platforma koja se može prilagoditi za druge dvije svrhe. Prvi je uređaj za preostalu struju za starije i krhke osobe, dok je drugi daljinski alarm, koji radi u slučaju nestanka struje (i koristan u svrhu izbjegavanja odmrzavanja zamrzivača i da hrana u njemu postane opasna).

Korak 2: Spremite dijagram kruga mog djeteta

Pogledajmo stoga o čemu se radi i analiziramo električni dijagram kruga čije je upravljanje Microchipu povjerilo mikrokontroler PIC18F46K20-I/PT koji je programiran putem našeg firmvera MF1361 tako da očitava status ulaze (na koje je spojen osjetnik težine dječje sjedalice i mogući uređaj za otkrivanje), te prima signale koje daje (U5) mjerač ubrzanja i razgovara s (U4) vanjskim EEPROM -om (koji sadrži postavke za funkcioniranje sustava)) i povezuje mogući (U6) radio prijamnik te upravlja (GSM) staničnim modulom.

Imajte na umu da sklop razmatra elemente koji se mogu montirati ili ne, budući da smo ga zamislili kao proširivu razvojnu platformu, za one od vas koji su htjeli stvoriti vlastitu aplikaciju, počevši od osnovnog firmvera. Započnimo opisom mikrokontrolera koji-nakon ponovnog uključivanja-pokreće linije RB1 i RB2 kao ulaze opskrbljene unutarnjim pull-up otpornikom, koji će biti potrebni za očitavanje nekih normalno otvorenih kontakata koji su spojeni na IN1 i IN2; diode D2 i D3 štite mikrokontroler u slučaju da se na ulazima pogrešno primijeni napon iznad onog iz izvora napajanja PIC -a. IN1 se trenutno koristi za senzor težine dječje sjedalice, dok je IN2 dostupan za daljnje moguće kontrole: možemo ga koristiti, na primjer, za otkrivanje otvaranja i zatvaranja vrata, putem očitanja napona na svjetlima kabine.; u vezi s tim, imajte na umu da u nekim modernim automobilima stropnim svjetlima upravlja (u PWM -u) razvodna kutija (kako bi se osiguralo postupno uključivanje i isključivanje), dok mi samo moramo pročitati stanje svjetla koja su trenutno uključena i isključeno (inače će čitanje biti abnormalno); nakon toga ćemo morati filtrirati PWM pomoću kondenzatora smještenog između ulaza mikrokontrolera i mase (nakon diode). Drugi ulaz je RB3, još uvijek isporučen s unutarnjim pull-up otpornikom, koji je potreban za čitanje gumba P1 (koji se koristi za prisilno uključivanje staničnog modula, koji je inače isključen). Još tijekom inicijalizacije U/I, RB4 je postavljen kao ulaz u svrhu čitanja - pomoću razdjelnika napona R1 i R2 - pokretanja kruga, izvedenog dvostrukim odstupanjem SW1b; razdjelnik napona je potreban jer mikrokontroler tolerira napon koji je niži od ulaznog na konektoru za napajanje. Funkcija RB4 rezervirana je za budući razvoj, objašnjeno je s obzirom na to da se krug može napajati i mrežnim napajanjem putem USB utičnice i pomoću litijeve baterije koja je spojena na izlaz namjenskog regulatora punjenja.

Korak 3: Dijagram kruga

Kada se SW1 pomiče na kontaktima koji su označeni križem u dijagramu kruga, ostatak kruga je izoliran od baterije i stoga je isključen; ako je na ulazu izvora napajanja (USB) napon od 5 V, radit će samo stupanj punjača (napaja se preko D1 diode, koja ga štiti od inverzije polariteta). Pomicanjem SW1 u uključeni položaj, SW1b dovodi ulazni napon na liniju RB4, a SW1a napaja mikrokontroler i sve ostalo, pomoću napona na krajevima baterije (oko 4 V pri punom punjenju) uz uključivanje pojačani sklopni pretvarač označen kao U3, koji generira 5V potrebnih ostatku kruga.

Što se tiče funkcioniranja kruga koji se napaja putem USB -a, SWb dovodi ulazni napon na RB4, što - implementacijom njegova očitanja u firmware - omogućuje razumijevanje je li pronađen mrežni izvor napajanja; takva je funkcija korisna u svrhu stvaranja alarma protiv zatamnjenja. S druge strane, tijekom rada baterije, RB4 omogućuje mikrokontroleru da to zna i da provodi moguće strategije za smanjenje potrošnje energije (na primjer, smanjenjem intervala u kojima je mobitel uključen). Linija RB4 je jedini način na koji firmver mora razumjeti kada krug radi na bateriju, jer ako U1 prima napajanje čak i ako je RB4 na nula volti, to znači da krug radi na bateriju, dok ako postoji drugi izvor napajanja, funkcionirat će zahvaljujući naponu izvučenom iz USB -a. Vratimo se sada inicijalizaciji I/Os i vidimo da su linije RC0, RE1, RE2 i RA7 inicijalizirane kao ulazi, da su opremljene vanjskim pull-up otpornikom, s obzirom da ga ne možemo interno aktivirati za takve vodove; oni će biti potrebni za čitanje kanala hibridnog prijemnika, koji je u svakom slučaju dodatak, rezerviran za buduća razvoja. Takav bi se prijamnik mogao pokazati korisnim za kućnu upotrebu kao daljinski alarm, za one koji su oslabljeni u kretanju ili prisiljeni na krevet; otkrivanjem varijacije na izlazima RX radija, obavit će telefonski poziv za pomoć ili će poslati sličan SMS. Ovo je moguća primjena, ali postoje i druge; u svakom slučaju, mora se implementirati u firmware. RC3, RC4, RB0 i RD4 linije su dodijeljene U4 akcelerometru, točnije ploča za razbijanje zasnovana na troosnom akcelemetru MMA8452 tvrtke NXP: RC3 je izlaz i potreban je za slanje takta, RC4 je dvosmjerni I/O i pokreće SDA, dok su druga dva pina ulazi koji su rezervirani za čitanje prekida INT1 i INT2, koje generira akcelerometar kada se dogode određeni događaji. Linije RA1, RA2 i RA0 i dalje su ulazi, ali su multipleksirane na A/D pretvaraču i koriste se za čitanje troosnog akcelerometra U5, koji se također nalazi na probojnoj ploči i koji se temelji na modulu akcelerometra MMA7361; takva je komponenta namijenjena kao alternativa U4 (to je ona koju trenutno očekuje naš firmware) i pruža informacije o ubrzanjima otkrivenim na osi X, Y, Z pomoću analognih napona koji izlaze iz odgovarajućih vodova. U ovom slučaju, firmver je pojednostavljen jer upravljačka rutina MMA8452 nije potrebna (zahtijeva čitanje registara, implementaciju protokola I²C-Bus itd.). Još uvijek na temu ADC -ova, linija An0 koristi se za očitavanje razine napona, koju napaja litijeva baterija, koja napaja mikrokontroler i ostatak kruga (osim radijskog prijemnika); ako firmver to razmatra, omogućuje mogućnost isključivanja cijele jedinice kada se baterija isprazni ili kada je ispod određenog praga napona. Linija RC2 je inicijalizirana kao izlaz i generira niz digitalnih impulsa kada piezoelektrični zujalica BUZ1 mora ispustiti zvučnu notu upozorenja koju je naznačio firmver; druga dva izlaza su RD6 i RD7, kojima je povjeren zadatak da pale LED LD1 i LD2.

Korak 4: Shema spojne ploče

Završimo analizu U/I s RD0, RD2, RD3, RC5, da zajedno s UART -ovim RX -ovima i TX -ovima od sučelja prema staničnom modulu SIM800C od strane SIMCom -a; u krugu je potonji montiran na namjensku ploču koja se umeće u određeni konektor na tiskanoj ploči. Modul razmjenjuje podatke o poslanim porukama (alarmnim) i primljenim (konfiguracijskim) s mikrokontrolerom putem PIC -ovog UART -a, što je također potrebno za naredbe za postavke mobitela; ostatak redaka odnosi se na neke signale stanja: RD2 čita izlaz za "signalnu" LED koju ponavlja LD4, dok RD3 čita indikator zvona, odnosno kontakt mobitela koji opskrbljuje visoku logičku razinu kada primljen je telefonski poziv. Linija RD0 omogućuje resetiranje modula, a RC5 se bavi uključivanjem i isključivanjem; resetiranje i UKLJUČIVANJE/ISKLJUČIVANJE provodi se pomoću sklopova na ploči na koju je montiran SIM800C.

Ploča, čiji je dijagram spoja prikazan-zajedno s pinoutom konektora za umetanje-na slici 1, sadrži SIM800C mobitel, MMX 90 ° antenski konektor i 2 mm muški 2 × 10 pin-strip na koji je napajanje izvor, upravljački vod paljenja (PWR), svi signali i serijske komunikacijske linije od i prema GSM modulu, kao što je prikazano na slici 1.

Korak 5: Shema spojne ploče

Budući da su U/I mikrokontrolera definirani, možemo pogledati dva odjeljka uključena u napajanje kruga: punjač i DC/DC pretvarač.

Punjač se temelji na integriranom krugu MCP73831T (U2), proizvođača Microchip; kao ulaz obično prihvaća 5V (prihvatljivi raspon je između 3.75V i 6V), koji dolazi u ovaj krug s USB priključka; napaja-na izlazu-struju potrebnu za punjenje litij-ionskih ili litij-polimernih (Li-Po) elemenata i napaja do 550mA. Baterija (koja se spaja na kontakte +/- BAT) može imati teoretski neograničen kapacitet, jer bi se najviše napunila za jako dugo vrijeme, međutim imajte na umu da je pomoću struje od 550 mA element od 550 mAh naplaćuje se za sat vremena; budući da smo odabrali ćeliju od 500 mAh, ona će se napuniti za manje od sat vremena. Integrirani krug radi u tipičnoj konfiguraciji, u kojoj LD3 svjetlosna dioda pokreće izlaz STAT, koji se dovodi do niske logičke razine tijekom punjenja, dok ostaje na visokoj logičkoj razini kada prestane punjenje; isto se dovodi do visoke impedancije (otvoreno) kada se MCP73831T isključi ili kada se pokaže da nije baterija spojena na VB izlaz. VB (pin 3) je izlaz koji se koristi za litijevu bateriju. Integrirani krug vrši punjenje konstantnom strujom i naponom. Struja punjenja (Ireg) podešava se pomoću otpornika spojenog na pin 5 (u našem slučaju to je R6); njegova vrijednost povezana je s otporom sljedećim odnosom:

Ireg = 1 000/R

u kojem je vrijednost R izražena u ohmima ako je Iregova struja izražena u A. Na primjer, s 4,7 kohma dobiva se ograničenje od 212 mA, dok s R iznosi 2,2 kohma struja vrijedi oko 454 mA. ako se pin 5 otvori, integrirani krug se dovodi u stanje mirovanja i apsorbira samo 2 µA (isključenje); pin se stoga može koristiti kao omogućujući. Dovršimo opis sheme kruga s pojačanim pretvaračem, koji crpi 5 stabiliziranih volti iz napona baterije; stupanj se temelji na integriranom krugu MCP1640BT-I/CHY, to je sinkroni regulator pojačanja. Unutar njega nalazi se PWM generator, koji pokreće tranzistor čiji kolektor povremeno zatvara zavojnicu L1 na masu, pomoću SW pina, puni je i pušta da oslobodi akumuliranu energiju tijekom pauza - pomoću pina 5 - do kondenzatori filtera C2, C3, C4, C7 i C9. Diodna stezaljka koja štiti unutarnji tranzistor također je unutarnja, čime se potrebne vanjske komponente svode na najmanju moguću mjeru: zapravo, postoje kondenzatori filtera između Vout -a i mase, L1 induktor i otpornički razdjelnik između Vout -a i FB -a koji se bavi ponovnim aktiviranjem PWM generatora putem internog pojačala greške, stabilizacijom izlaznog napona na željenu vrijednost. Promjenom omjera između R7 i R8, stoga je moguće promijeniti napon koji napaja Vout pin, ali to nije u našem interesu za to.

Korak 6: Postavke i naredbe za Save My Child

Nakon što je instalacija dovršena, morat ćete konfigurirati jedinicu; takva se operacija vrši putem SMS-a, stoga umetnite operativnu SIM karticu u držač SIM kartice modula 7100-FT1308M i uzmite u obzir odgovarajući telefonski broj. Nakon toga, molimo vas da date sve potrebne naredbe putem mobitela: sve su prikazane u tablici 1.

Među prvim stvarima koje treba učiniti je konfiguracija telefonskih brojeva na popisu onih koje će sustav nazvati ili na koje će se slati alarmne SMS poruke, u slučaju djeteta na dječjem sjedalu koje je možda bilo “zaboravljeno napušteno”. Kako bi se olakšao postupak, s obzirom na to da je sustav zaštićen lozinkom za ovu operaciju, osmišljen je način jednostavnog postavljanja: tijekom prvog pokretanja sustav će spremiti prvi telefonski broj koji ga pozove i smatra ga prvim brojem na popisu. Ovaj će broj moći izvesti izmjene, čak i bez lozinki; U svakom slučaju, naredbe se mogu slati s bilo kojeg telefona, pod uvjetom da odgovarajući SMS sadrži lozinku, pa čak i ako smo - da bismo ubrzali neke naredbe - dopustili da se oni koji se pošalju telefonskim brojevima na popisu mogu dati bez potrebe za lozinke. Što se tiče naredbi koje se odnose na dodavanje i brisanje telefonskih brojeva s popisa, zahtjev za lozinkom omogućuje da popisom upravlja samo osoba kojoj je to omogućeno. Prijeđimo sada na opis naredbi i na odgovarajuću sintaksu, s premisom da sklop također prihvaća SMS poruke koje sadrže više od naredbe; u tom slučaju naredbe se moraju odvojiti od sljedeće pomoću zareza. Prva naredba koja se ispituje je ona koja mijenja lozinku, sastoji se od SMS -a poput PWDxxxxx; pwd, u kojem nova lozinka (sastavljena od pet brojeva) mora biti napisana na mjestu xxxxx, dok pwd označava trenutnu lozinku. Zadana lozinka je 12345.

Zapamćivanje jednog od osam brojeva omogućenih za slanje konfiguracijskih naredbi vrši se slanjem SMS -a čiji tekst sadrži NUMx+nnnnnnnnnnnnn; pwd tekst, u kojem mjesto (koji se broj memorira) mora biti napisano na mjestu x, telefonski broj ide na mjesto ns, dok je pwd trenutna lozinka. Sve to mora biti napisano bez razmaka. Dopušteni su brojevi od 19 znamenki, dok + zamjenjuje 00 kao međunarodni pozivni broj na mobitelima. Na primjer, da biste dodali telefonski broj 00398911512 na treću poziciju, morat ćete poslati sljedeću naredbu: NUM3+398911512; pwd. Lozinka je potrebna samo kada pokušate spremiti telefonski broj na mjesto koje je već zauzelo drugo; s druge strane, ako morate dodati broj na prazno mjesto, samo ćete morati poslati SMS sa sljedećim tekstom: NUMx+nnnnnnnnnnnnn. Brisanje broja izvršava se putem SMS -a koji sadrži NUMx; pwd tekst; na mjestu x morat ćete napisati mjesto telefonskog broja za brisanje, dok je pwd uobičajena lozinka. Na primjer, za brisanje četvrtog telefonskog broja s popisa memorije potrebna je poruka koja sadrži NUM4; pwd tekst. Da biste zatražili popis telefonskog broja zapamćenog u krugu, morat ćete poslati SMS koji sadrži sljedeći tekst: NUM?; Pwd. Ploča odgovara na telefonski broj s kojeg dolazi ispitivanje. Moguće je znati kvalitetu GSM signala slanjem QUAL -a? naredba; sustav će odgovoriti SMS -om koji sadrži trenutnu situaciju. Poruka će biti poslana na telefon koji je poslao naredbu. Prijeđimo sada na stanje unosa i poruke o konfiguraciji: LIV? omogućuje poznavanje stanja ulaza; IN2 može raditi i na naponskoj razini (postavlja se putem LIV2: b, koja aktivira alarm kada je ulaz otvoren) i na jednoj varijaciji (postavlja se putem LIV: v). Što se tiče ulaza, moguće je postaviti vrijeme inhibicije, putem naredbe INI1: mm (minute zabrane idu na mjesto mm) za IN1 i putem INI2: mm za IN2; inhibicija je potrebna kako bi se izbjeglo slanje kontinuiranih upozorenja ako ulaz - u načinu rada na razini - ostane otvoren. Da biste definirali koji brojevi na popisu moraju primati telefonske pozive, morate poslati poruku VOCxxxxxxxx: ON; pwd, s istim pravilima koja se koriste za upravljanje telefonskim brojevima na koje se šalju SMS poruke. Odgovorna poruka je vrlo slična: "Broj zapamćen: Posx V+nnnnnnnnnnnn, Posy V+nnnnnnnnnnn." S SMS -a zamijenjen je V -om glasa. Čak i u ovom slučaju postoje dvije različite naredbe za deaktiviranje: SMSxxxxxxxx: OFF; pwd deaktivira slanje poruka i VOCxxxxxxxx: OFF; pwd onemogućuje mogućnost upućivanja telefonskih poziva. Xs predstavljaju položaje brojeva koji ne smiju primati upozorenja o alarmu. Moramo razjasniti nešto što se tiče naredbe za postavljanje telefonskih brojeva za pozivanje ili na koje se šalju alarmne SMS poruke: prema zadanim postavkama firmvera i nakon svakog potpunog resetiranja, sustav će uputiti i pozive i SMS poruke, na sve zapamćene brojeve. Slijedom toga, kako bi neke od njih izostavili, potrebno je poslati naredbe za deaktivaciju: SMSxxxxxxxx: OFF; pwd ili VOCxxxxxxxx: OFF; pwd i naznačiti pozicije koje treba izostaviti. Sustav šalje SMS na telefonski broj koji zauzima prvo mjesto na popisu, svaki put kada se ponovo uključi. Takva se funkcija može onemogućiti/omogućiti pomoću naredbi AVV0 (deaktiviranje) i AVV1 (aktiviranje); zadani tekst je POKRETANJE SUSTAVA. Prijeđimo sada na naredbe koje omogućuju memoriranje ili prepisivanje SMS poruka: sintaksa je poput one TINn: xxxxxxxxx, u kojoj je n broj unosa na koji se poruka odnosi, dok je xs odgovaraju tekstualnoj poruci, koja ne smije prelaziti duljinu od 100 znakova. Bitna postavka je ona koja se odnosi na vrijeme promatranja IN1, koja se provodi pomoću naredbe OSS1: ss, u kojoj vrijeme (u rasponu od 0 do 59 sekundi) ide na mjesto ss: pokazuje krugu za koliko vrijeme tipke moraju ostati pritisnute od trenutka kada je otkriveno da se automobil zaustavio i prije stvaranja alarma. Odgoda je ključna kako biste izbjegli lažni alarm kada se zaustavite na kratko vrijeme. Prema ovom gledištu, firmver, kada se krug napaja (kada je upravljačka ploča uključena), čeka vrijeme dvostruko veće od zadanog, kako bi vozaču omogućilo obavljanje radnji poput zatvaranja garažnih vrata ili pričvršćivanje sigurnosnih pojaseva itd. Vrijeme promatranja za IN2 također se može definirati, istim postupcima, davanjem naredbe OSS2: ss; također je moguće zatražiti trenutno postavljena vremena putem SMS -a (naredba OSS?). Završimo ovaj pregled naredbi s onom koja vraća zadane postavke: to je RES; pwd. Odgovorna poruka je "Poništi". Ostatak naredbi opisan je u tablici 1.

Korak 7: Popis komponenti

C1, C8, C10: 1 µF keramički kondenzator (0805)

C2, C6, C7, C9: keramički kondenzator od 100 nF (0805)

C3, C4: 470 µF 6,3 VL tantalni kondenzator (D)

C5: 4, 7 µF 6,3 VL tantalni kondenzator (A)

R1, R2, R4: 10 kohm (0805)

R3, R12: 1 kohm (0805)

R5: 470 ohma (0805) R6: 3,3 kohma (0805)

R7: 470 kohm (0805) 1%

R8: 150 kohm (0805) 1%

R9 ÷ R11: 470 ohma (0805)

R13 ÷ R16: 10 kohm (0805)

R17: -

U1: PIC18F46K20-I/PT (MF1361)

U2: MCP73831T

U3: MCP1640BT-I/CHY

U4: Breakout board cod. 2846-MMA8452

U5: Breakout board cod. 7300-MMA7361 (nekorišteno)

P1: Mikroprekidač 90 °

P2: -

LD1: 3 mm žuta LED

LD2, LD4: 3 mm zelene LED diode

LD5: - LD3: crvena LED dioda od 3 mm

D1 ÷ D3: MBRA140T3G

D4: MMSD4148

DZ1: Zener dioda 2,7V 500mW

L1: 4,7 µH 770mA induktor s namotanom žicom

BUZ1: Zujalica bez elektronike

8-kraki ženski razdjelnik traka

9-kraki ženski razdjelnik traka

6-kraki muški razdjelnik traka

2 mm ženski konektor, promjera 2 mm

2,54-stezaljki dvosmjerni terminal (3 kom.)

2-smjerni JST konektor s razmakom od 2 mm za PCB-ove

500mA LiPo baterija s 2 mm JST priključkom

S1361 (85 × 51 mm) tiskana ploča

Korak 8: Zaključak

Projekt koji smo ovdje predložili je otvorena platforma; moguće ga je koristiti za izradu mnogih aplikacija, među kojima su: alarm za sprečavanje zaboravljanja djece u automobilu, sustav daljinske skrbi i daljinski alarm koji smo prije spomenuli. Općenito, to je sustav koji je sposoban generirati upozorenja i obavijesti putem telefona, kada se dese određeni događaji - koji nisu nužno hitni - pa služe i za potrebe daljinskog praćenja.