Monitor Raspberry Pi Impact Force Monitor !: 16 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Koliki utjecaj može podnijeti ljudsko tijelo? Bilo da se radi o nogometu, penjanju po stijenama ili biciklističkoj nesreći, znati kada je potrebno odmah zatražiti liječničku pomoć nakon sudara nevjerojatno je važno, osobito ako nema očitih znakova traume. Ovaj vodič će vas naučiti kako izgraditi vlastiti monitor sile utjecaja!

Vrijeme čitanja: ~ 15 min

Vrijeme izrade: ~ 60-90 min

Ovaj projekt otvorenog koda koristi Raspberry Pi Zero W i akcelerometar LIS331 za praćenje i upozoravanje korisnika na potencijalno opasne G-sile. Naravno, slobodno izmijenite i prilagodite sustav tako da odgovara vašim različitim potrebama građanske znanosti.

Napomena: Izradite zabavne stvari s monitorom sile utjecaja! Međutim, nemojte ga koristiti kao zamjenu za stručne medicinske savjete i dijagnozu. Ako mislite da ste ozbiljno pali, posjetite kvalificiranog i licenciranog stručnjaka za odgovarajuće liječenje.

1. korak: Predloženo čitanje

Kako bi ovaj vodič bio kratak i sladak (ovaj, pa, koliko je god moguće), pretpostavljam da počinjete s funkcionalnim Pi Zero W. Trebate li pomoć? Nema problema! Evo potpunog vodiča za postavljanje.

Također ćemo se daljinski povezivati s Pi -om (tzv. Bežično). Za detaljniji pregled ovog procesa pogledajte ovaj vodič.

** Zaglavili ste ili želite saznati više? Evo nekoliko korisnih resursa: **

1. Izvrstan vodič za početak za Pi.

2. Cijeli vodič za povezivanje ploče za ubrzanje LIS331.

3. Više o mjeračima ubrzanja!

4. Pregled Raspberry Pi GPIO pinova.

5. Korištenje SPI i I2C Serijskih sabirnica na Pi.

6. Tehnički list LIS331

Korak 2: Materijali

• Raspberry Pi Zero W osnovni komplet

  • Ovaj komplet uključuje sljedeće: SD kartica s operacijskim sustavom NOOBS; USB OTG kabel (microUSB na USB ženski); Mini HDMI na HDMI; Napajanje MicroUSB (~ 5V)
  • Također se preporučuje: USB hub
• Igle zaglavlja Raspberry Pi 3
• LIS331 Pločica za mjerenje brzine ubrzanja
• Baterija s MicroUSB priključkom
• 5 mm crvena LED dioda
• 1k otpornik
• 6 "Termoskupljajuća cijev ili električna traka
• Igle zaglavlja za akcelerometar (4 - 8) i LED (2)
• Žice kratkospojnika ženski na ženski (6)

Alati

• Lemilica i pribor
• Epoksid (ili drugo trajno, neprovodljivo tekuće ljepilo)
• Vjerojatno i škare:)

Korak 3: Ali pričekajte! Što je Impact Force?

Srećom, izraz "sila udarca" prilično je jasan: količina sile pri udarcu. No, kao i većina stvari, mjerenje zahtijeva precizniju definiciju. Jednadžba za udarnu silu je:

F = KE/d

gdje je F sila udara, KE je kinetička energija (energija kretanja), a d udaljenost udarca ili koliko objekt škrguće. Postoje dva ključna zaključka ove jednadžbe:

1. Sila udarca izravno je proporcionalna kinetičkoj energiji, što znači da se sila udara povećava ako se kinetička energija povećava.

2. Sila udarca obrnuto je proporcionalna udaljenosti udarca, što znači da se sila udara smanjuje ako se udaljenost udarca povećava. (Zbog toga imamo zračne jastuke: kako bismo povećali udaljenost našeg udara.)

Sila se tipično mjeri u Newtonima (N), ali se o udarnoj sili može govoriti kao o "G-sili", broju izraženom kao višekratniku g ili o gravitacijskom ubrzanju Zemlje (9,8 m/s^2). Kad koristimo jedinice G-sile, mjerimo ubrzanje objekata u odnosu na slobodni pad prema zemlji.

Tehnički gledano, g je ubrzanje, a ne sila, ali je korisno kada se govori o sudarima jer je ubrzanje* ono što oštećuje ljudsko tijelo.

Za ovaj projekt upotrijebit ćemo jedinice G-sile kako bismo utvrdili je li utjecaj potencijalno opasan i zaslužuje li medicinsku pomoć. Istraživanja su otkrila da g-sile iznad 9G mogu biti kobne za većinu ljudi (bez posebnog treninga), a 4-6G mogu biti opasne ako se zadrže više od nekoliko sekundi.

Znajući to, možemo programirati naš monitor sile udara da nas upozori ako naš akcelerometar mjeri G-silu iznad bilo kojeg od ovih pragova. Ura, znanost!

Za više informacija pročitajte o udarnoj sili i g-sili na Wikipediji!

Ubrzanje je promjena brzine i/ili smjera

Korak 4: Konfigurirajte Pi Zero W

Skupite svoj Raspberry Pi Zero i periferne uređaje da biste konfigurirali Pi da bude bez glave!

• Spojite Pi na monitor i povezane periferne uređaje (tipkovnica, miš), uključite napajanje i prijavite se.

• Ažurirajte softver kako bi vaš Pi bio brz i siguran. Otvorite prozor terminala i upišite ove naredbe:

  Upišite i unesite:

sudo apt-get ažuriranje

Upišite i unesite:

sudo apt-get nadogradnja

Poništi:

sudo shutdown -r sada

Korak 5: Omogućite WiFi i I2C

• Kliknite ikonu WiFi u gornjem desnom kutu radne površine i povežite se na svoju WiFi mrežu.
• U terminalu upišite ovu naredbu za prikaz Pi -ovog alata za konfiguraciju softvera:

sudo raspi-config

• Odaberite "Opcije sučelja", zatim "SSH", a zatim pri dnu odaberite "Da" da biste omogućili.
• Vratite se na „Opcije sučelja“, zatim „I2C“i odaberite „Da“da biste omogućili.
• U terminal instalirajte softver za povezivanje s udaljenom radnom površinom:

sudo apt-get install xrdp

• Upišite 'Y' (da) na tipkovnici u oba upita.
• Pronađite Pi -jevu IP adresu prelaskom miša preko WiFi veze (možda biste je htjeli i zapisati).
• Promijenite Pi -ovu lozinku naredbom passwd.

Korak 6: Ponovo pokrenite Pi i prijavite se na daljinu

Sada možemo odbaciti HDMI i periferne uređaje, woohoo!

• Postavite vezu s udaljenom radnom površinom.

  • Na računalu otvorite vezu s udaljenom radnom površinom (ili PuTTY ako vam to odgovara).
  • Za Mac/Linux možete instalirati ovaj program ili koristiti VNC program.
• Unesite IP za Pi i kliknite "Poveži se" (Zanemari upozorenja o nepoznatom uređaju).
• Prijavite se na Pi koristeći svoje vjerodajnice i idemo!

Korak 7: Napravite ga: Elektronika

Dvije gornje fotografije prikazuju električnu shemu za ovaj projekt i Pi Zero Pinout. Oboje će nam trebati za rješavanje hardverskih veza.

Napomena: LIS331 ploča za razbijanje na shemi je starija verzija - upotrijebite oznake na pinima za usmjeravanje

Korak 8: Spojite akcelerometar na Pi -jev GPIO

• Lemite i pažljivo uklonite ostatke fluksa na mjeraču ubrzanja i iglama zaglavlja Pi GPIO.
• Zatim spojite kratkospojne žice između ploče za odvajanje LIS331 i Pi između sljedećih pinova:

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)

Kako bi se lakše spojilo senzor na Pi Zero, izrađen je prilagođeni adapter korištenjem ženskog zaglavlja i kratkospojnika. Toplinski skupljač dodan je nakon ispitivanja spojeva

Korak 9: Dodajte LED upozorenje

• Lemite otpornik koji ograničava struju na negativnu LED nogu (kraću nogu) i dodajte izolacijski omotač (ili električnu traku) za izolaciju.
• Upotrijebite dva kratkospojna kabela ili zaglavlja za povezivanje pozitivne LED noge na GPIO26 i otpornika na GND (položaji zaglavlja 37, odnosno 39).
• Priključite bateriju na ulazno napajanje Pi da biste dovršili postavljanje!

Korak 10: Programirajte ga

Python kod za ovaj projekt je otvorenog koda! Evo veze do spremišta GitHub.

Za ljude početnike u programiranju:

Pročitajte programski kod i komentare. Stvari koje je lako izmijeniti nalaze se u odjeljku "Korisnički parametri" pri vrhu

Za ljude ugodnije s tehničkim detaljima:

Ovaj program pokreće akcelerometar LIS331 sa zadanim postavkama, uključujući normalni način rada i brzinu prijenosa podataka od 50Hz. Pročitajte tehnički list LIS331 i prema želji izmijenite postavke inicijalizacije

svi

• Maksimalna ljestvica ubrzanja koja se koristi u ovom projektu je 24G, jer sila udara brzo postaje velika!
• Preporučuje se komentirati izjave o ubrzanju ispisa u glavnoj funkciji kada ste spremni za potpunu implementaciju.

Prije nego pokrenete program, još jednom provjerite je li adresa akcelerometra 0x19. Otvorite prozor terminala i instalirajte neke korisne alate pomoću ove naredbe:

sudo apt-get install -y i2c-tools

Zatim pokrenite program i2cdetect:

i2cdetect -y 1

Vidjet ćete tablicu I2C adresa prikazanu kao što je prikazano na gornjoj slici. Pod pretpostavkom da je ovo jedini povezani I2C uređaj, broj koji vidite (u ovom slučaju: 19) adresa je akcelerometra! Ako vidite drugi broj, uzmite u obzir i promijenite program (varijabla addr).

Korak 11: Brzi pregled programa

Program čita ubrzanje x, y i z, izračunava g-silu, a zatim prema potrebi sprema podatke u dvije datoteke (u istu mapu s programskim kodom):

• AllSensorData.txt-daje vremensku oznaku iza koje slijedi g-sila na osi x, y i z.
• AlertData.txt - isto kao gore, ali samo za očitanja koja su iznad naših sigurnosnih pragova (apsolutni prag od 9G ili 4G za više od 3 sekunde).

G-sile iznad naših sigurnosnih pragova također će uključiti našu LED lampicu upozorenja i držati je uključenu dok ponovno ne pokrenemo program. Zaustavite program upisivanjem “CTRL+c” (prekid tipkovnice) u naredbenom terminalu.

Gornja fotografija prikazuje obje podatkovne datoteke stvorene tijekom testiranja.

Korak 12: Testirajte sustav

Otvorite prozor terminala, idite do mape u koju ste spremili programski kôd pomoću naredbe cd.

cd put/do/mape

Pokrenite program koristeći root ovlasti:

sudo python NameOfFile.py

Provjerite da li se vrijednosti ubrzanja u smjeru x, y i z ispisuju na prozor terminala, jesu li razumne i uključite LED svjetlo ako je sila g iznad naših pragova.

• Za testiranje, okrenite mjerač ubrzanja tako da su sve osi usmjerene prema zemlji i provjerite jesu li izmjerene vrijednosti 1 ili -1 (odgovara ubrzanju uslijed gravitacije).
• Protresite mjerač ubrzanja kako biste bili sigurni da se očitanja povećavaju (znak označava smjer osi, najviše nas zanima veličina očitanja).

Korak 13: Osigurajte električne veze i instalirajte je

Nakon što sve radi ispravno, provjerimo da li mjerač sile udara zaista može izdržati udar!

• Upotrijebite termoskupljajuću cijev i/ili premažite električne spojeve za akcelerometar i LED diodu u epoksidu.

• Za super izdržljive, trajne instalacije, razmislite o tome da cijelu shebang premažete epoksidom: Pi Zero, LED i mjerač ubrzanja (ali NE i priključke za Pi kabel ili SD karticu).

  Upozorenje! I dalje možete pristupiti Pi -u i raditi sve na računalu, ali puni sloj epoksida spriječit će upotrebu GPIO pinova za buduće projekte. Alternativno, možete napraviti ili kupiti prilagođeno kućište za Pi Zero, iako provjerite trajnost

Pričvrstite kacigu, svoju osobu ili način prijevoza poput skateboarda, bicikla ili mačke*!

Potpuno provjerite je li Pi dobro pričvršćen ili se GPIO pinovi mogu olabaviti uzrokujući pad programa.

*Napomena: Prvotno sam namjeravao upisati "auto", no zaključio sam da bi mjerač sile udara za mačku mogao dati i neke zanimljive podatke (uz pristanak mačeta, naravno).

Korak 14: Ugrađivanje kruga u kacigu

Postoji nekoliko metoda ugradnje kola u kacigu. Evo mog pristupa postavljanju kacige:

• Ako već niste, povežite bateriju s Pi (s isključenom baterijom). Pričvrstite mjerač ubrzanja na stražnju stranu Pi s neprovodnom izolacijom između njih (poput omotača mjehurićima ili tanke pjene za pakiranje).
• Izmjerite dimenzije kombinacije Pi Zero, akcelerometra, LED i konektora za bateriju. Dodajte 10% s obje strane.
• Nacrtajte izrez za projekt na jednoj strani kacige, s priključkom za bateriju okrenutim prema vrhu kacige. Izrežite podlogu u kacigi ostavljajući nekoliko milimetara (~ 1/8 inča).
• Senzor, Pi i LED postavite u izrez. Izrežite komade viška obloge od kacige ili upotrijebite pjenu za pakiranje da izolirate, zaštitite i držite elektroniku na mjestu.
• Izmjerite dimenzije baterije, dodajte 10%i slijedite isti izrez za bateriju. Umetnite bateriju u džep.
• Ponovite tehniku izolacije baterije s druge strane kacige.
• Držite podlogu na kacigi ljepljivom trakom (glava će ih držati na mjestu dok je nosite).

Korak 15: Implementirajte

Uključite bateriju!

Sada se možete daljinski prijaviti u Pi putem SSH -a ili udaljene radne površine i pokrenuti program putem terminala. Nakon što se program pokrene, započinje snimanje podataka.

Kad prekinete vezu s kućnim WiFi -jem, SSH veza će se prekinuti, ali program bi i dalje trebao bilježiti podatke. Razmislite o povezivanju Pi -a s Wi -Fi -jem žarišne točke pametnog telefona ili se jednostavno prijavite i zgrabite podatke kad dođete kući.

Za pristup podacima, daljinski se prijavite na Pi i pročitajte tekstualne datoteke. Trenutni program uvijek će dodavati podatke u postojeće datoteke - ako želite izbrisati podatke (primjerice s testiranja), izbrisati tekstualnu datoteku (putem radne površine ili upotrijebiti naredbu rm na terminalu) ili stvoriti novi naziv datoteke u programu kod (u Korisničkim parametrima).

Ako LED svijetli, ponovno pokretanje programa isključit će ga.

A sad krenite, zabavite se u životu i svako malo provjerite podatke ako slučajno naletite na nešto. Nadajmo se da je to mali udarac, ali barem ćete znati!

Korak 16: Dodavanje više značajki

Tražite poboljšanja u monitoru sile udara? To je izvan opsega vodiča, ali pokušajte pogledati donji popis za ideje!

Napravite analizu svojih g-force podataka u Pythonu!

Pi Zero ima Bluetooth i WiFi mogućnosti - napišite aplikaciju za slanje podataka akcelerometra na vaš pametni telefon! Za početak, evo vodiča za Pi Twitter monitor.

Dodajte druge senzore, poput osjetnika temperature ili mikrofona*!

Sretna zgrada

*Napomena: Da biste čuli snažne zvukove povezane s vašim ubrzanjem!: D