Raspberry Pi Impact Force Monitor !: 16 քայլ (նկարներով)

2025 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2025-01-23 14:48

Որքա՞ն ազդեցություն կարող է ունենալ մարդու մարմինը: Անկախ նրանից ՝ դա ֆուտբոլ է, ժայռամագլցում, թե հեծանիվով վթար, բախումից հետո անհապաղ կարևոր է իմանալ, թե երբ դիմել անհապաղ բժշկական օգնության, հատկապես, եթե վնասվածքների ակնհայտ նշաններ չկան: Այս ձեռնարկը կսովորեցնի ձեզ, թե ինչպես կառուցել ձեր սեփական ազդեցության ուժի մոնիտորը:

Կարդալու ժամանակը ՝ ~ 15 րոպե

Կառուցման ժամանակը ՝ ~ 60-90 րոպե

Այս բաց կոդով նախագիծը օգտագործում է Raspberry Pi Zero W և LIS331 արագացուցաչափ ՝ օգտագործողին վերահսկելու և նախազգուշացնելու պոտենցիալ վտանգավոր G- ուժերի մասին: Իհարկե, ազատ զգացեք փոփոխել և հարմարեցնել համակարգը `ձեր քաղաքացիական գիտության տարբեր կարիքներին համապատասխան:

Նշում. Կառուցեք զվարճալի իրեր Impact Force Monitor- ի միջոցով: Այնուամենայնիվ, խնդրում ենք այն չօգտագործել որպես մասնագիտական բժշկական խորհրդատվության և ախտորոշման փոխարինող: Եթե կարծում եք, որ լուրջ անկում եք ապրել, խնդրում ենք այցելել որակավորված և լիցենզավորված մասնագետ `պատշաճ բուժման համար:

Քայլ 1: Առաջարկվող ընթերցում

Այս ձեռնարկը կարճ և քաղցր պահելու համար (այո, որքան հնարավոր է), ես ենթադրում եմ, որ սկսում եք ֆունկցիոնալ Pi Zero W.- ից, օգնության կարիք ունե՞ք: Ոչ մի խնդիր! Ահա տեղադրման ամբողջական ձեռնարկը:

Մենք նաև Pi- ին կմիանանք հեռակա կարգով (հայտնի է նաև անլար): Այս գործընթացի ավելի մանրակրկիտ ակնարկի համար տես այս ձեռնարկը:

** Խրված, թե՞ ցանկանում եք ավելին իմանալ: Ահա որոշ օգտակար ռեսուրսներ. **

1. Pi- ի համար «Սկսնակ» հիանալի ուղեցույց:

2. LIS331 արագացուցիչի ճեղքման տախտակի միացման ամբողջական ուղեցույց:

3. Ավելին արագացուցիչների մասին:

4. Raspberry Pi GPIO կապումների ակնարկ:

5. Օգտագործելով SPI և I2C սերիական ավտոբուսները Pi- ում:

6. LIS331 տվյալների թերթիկ

Քայլ 2: Նյութեր

• Raspberry Pi Zero W Basic Kit

  • Այս հավաքածուն ներառում է հետևյալը. SD քարտ `NOOBS օպերացիոն համակարգով; USB OTG մալուխ (microUSB դեպի USB կին); Մինի HDMI- ից HDMI; MicroUSB սնուցման աղբյուր (V 5V)
  • Նաև խորհուրդ է տրվում. USB հանգույց
• Ազնվամորի Pi 3 վերնագրի կապում

• LIS331 Արագացուցիչի ճեղքման տախտակ

• Մարտկոցի փաթեթ w/ MicroUSB միակցիչով
• 5 մմ կարմիր LED
• 1k դիմադրություն
• 6 "atերմային նեղացման խողովակ կամ էլեկտրական ժապավեն
• Գլխատախտակներ արագացուցիչի համար (4 - 8) և LED (2)
• Կանանցից կանանց թռիչքի լարեր (6)

Գործիքներ

• Oldոդման երկաթ և աքսեսուարներ
• Էպոքսիդ (կամ այլ մշտական, ոչ հաղորդիչ հեղուկ սոսինձ)
• Հավանաբար նաև մկրատ:)

Քայլ 3: Բայց սպասիր: Ի՞նչ է ազդեցության ուժը:

Բարեբախտաբար, «ազդեցության ուժ» տերմինը բավականին պարզ է. Ազդեցության ուժի չափը: Չնայած շատ բաների, դրա չափումը պահանջում է ավելի ճշգրիտ սահմանում: Ազդեցության ուժի հավասարումը հետևյալն է.

F = KE/դ

որտեղ F- ը ազդեցության ուժն է, KE- ն կինետիկ էներգիան է (շարժման էներգիան), իսկ d- ը ազդեցության հեռավորությունն է, կամ թե որքան է ճռռում օբյեկտը: Այս հավասարումից երկու հիմնական ելք կա.

1. Ազդեցության ուժը ուղիղ համեմատական է կինետիկ էներգիային, այսինքն `ազդեցության ուժը մեծանում է, եթե կինետիկ էներգիան ավելանա:

2. Ազդեցության ուժը հակադարձ համեմատական է ազդեցության հեռավորությանը, ինչը նշանակում է, որ ազդեցության ուժը նվազում է, եթե ազդեցության տարածությունը մեծանա: (Ահա թե ինչու մենք ունենք անվտանգության բարձիկներ. Մեր ազդեցության տարածությունը մեծացնելու համար):

Սովորաբար ուժը չափվում է Նյուտոններով (N), բայց ազդեցության ուժը կարող է քննարկվել «G-Force»-ի տեսքով, որը արտահայտված է որպես g- ի բազմապատիկ կամ Երկրի գրավիտացիոն արագացում (9.8 մ/վ^2): Երբ մենք օգտագործում ենք G- ուժի միավորներ, մենք չափում ենք օբյեկտների արագացումը ՝ դեպի երկիր դեպի ազատ անկում:

Տեխնիկապես ասած ՝ g- ն արագացում է, ոչ թե ուժ, բայց այն օգտակար է բախումների մասին խոսելիս, քանի որ արագացումը* այն է, ինչը վնասում է մարդու մարմնին:

Այս նախագծի համար մենք կօգտագործենք G-force ստորաբաժանումները `որոշելու համար, թե արդյոք ազդեցությունը պոտենցիալ վտանգավոր է և արժանի է բժշկական ուշադրության: Հետազոտությունները պարզել են, որ 9G- ից բարձր g- ուժերը կարող են մահացու լինել մարդկանց մեծամասնության համար (առանց հատուկ ուսուցման), իսկ 4-6G- ը կարող է վտանգավոր լինել, եթե պահպանվի ավելի քան մի քանի վայրկյան:

Իմանալով դա, մենք կարող ենք ծրագրել մեր ազդեցության ուժի մոնիտորը, որը կզգուշացնի մեզ, եթե մեր արագացուցիչը չափի G- ուժը այս շեմերից որևէ մեկից բարձր: Ուռա,, գիտություն:

Լրացուցիչ տեղեկությունների համար կարդացեք Վիքիպեդիայում ազդեցության ուժի և g- ուժի մասին:

Արագացումը արագության և (կամ) ուղղության փոփոխություն է

Քայլ 4: Կարգավորեք Pi Zero W- ը

Հավաքեք ձեր Raspberry Pi Zero- ն և ծայրամասային սարքերը ՝ Pi- ն առանց գլխի կազմաձևելու համար:

• Միացրեք Pi- ն մոնիտորին և հարակից սարքերին (ստեղնաշար, մկնիկ), միացրեք էլեկտրասնուցումը և մուտք գործեք:

• Թարմացրեք ծրագրակազմը ՝ ձեր Pi- ն արագ և ապահով պահելու համար: Բացեք տերմինալի պատուհանը և մուտքագրեք հետևյալ հրամանները.

  Մուտքագրեք և մուտքագրեք

sudo apt-get թարմացում

Մուտքագրեք և մուտքագրեք

sudo apt-get բարելավում

Վերակայել ՝

sudo անջատում -r հիմա

Քայլ 5: Միացնել WiFi և I2C- ը

• Սեղմեք աշխատասեղանի վերին աջ անկյունում գտնվող WiFi պատկերակին և միացեք ձեր WiFi ցանցին:
• Տերմինալում մուտքագրեք այս հրամանը ՝ Pi- ի ծրագրակազմի կազմաձևման գործիքը բերելու համար.

sudo raspi-config

• Ընտրեք «Ինտերֆեյսի ընտրանքներ», այնուհետև «SSH» և ներքևում ընտրեք «Այո» ՝ միացնելու համար:
• Վերադարձեք «Միացման տարբերակներ», այնուհետև «I2C» և միացնելու համար ընտրեք «Այո»:
• Տերմինալում տեղադրեք հեռավոր աշխատասեղանի միացման ծրագրակազմ.

sudo apt-get տեղադրել xrdp

• Երկու ստացման համար մուտքագրեք «Y» (այո) ձեր ստեղնաշարի վրա:
• Գտեք Pi- ի IP հասցեն ՝ սավառնելով WiFi կապի վրայով (գուցե նաև ցանկանաք գրել այն):
• Փոխեք Pi- ի գաղտնաբառը passwd հրամանով:

Քայլ 6: Վերագործարկեք Pi- ն և մուտք գործեք հեռակա կարգով

Այժմ մենք կարող ենք հրաժարվել HDMI- ից և ծայրամասային սարքերից, վայ

• Կարգավորեք հեռավոր աշխատասեղանի կապը:

  • ԱՀ -ում բացեք Remote Desktop Connection (կամ PuTTY, եթե դրանով հարմար եք):
  • Mac/Linux- ի համար կարող եք տեղադրել այս ծրագիրը կամ օգտագործել VNC ծրագիր:
• Մուտքագրեք IP- ի IP- ն և կտտացրեք «Միացեք» (Անտեսեք անհայտ սարքի մասին նախազգուշացումները):
• Մուտք գործեք Pi ՝ օգտագործելով ձեր հավատարմագրերը և հեռացեք:

Քայլ 7: Կառուցեք այն. Էլեկտրոնիկա:

Վերոնշյալ երկու լուսանկարները ցույց են տալիս այս նախագծի և Pi Zero Pinout- ի էլեկտրական սխեման: Մեզ երկուսն էլ պետք կգան ՝ ապարատային կապերը լուծելու համար:

Նշում. Սխեմատիկ պատկերում LIS331 բեկման տախտակը ավելի հին տարբերակ է. Առաջնորդության համար օգտագործեք քորոց պիտակներ

Քայլ 8. Միացրեք արագացուցիչը Pi- ի GPIO- ին

• Erոդեք և զգուշորեն հեռացրեք արագացուցիչի և Pi GPIO- ի գլխիկի կապում հոսքի մնացորդը:
• Այնուհետև jumper լարերը միացրեք LIS331 ճեղքման տախտակի և Pi- ի միջև ՝ հետևյալ կապերի միջև.

LIS331 Breakout Board Raspberry Pi GPIO քորոց

GND GPIO 9 (GND)

VCC GPIO 1 (3.3V)

SDA GPIO 3 (SDA)

SCL GPIO 5 (SCL)

Սենսորը Pi Zero- ին միացնելն ավելի դյուրին դարձնելու համար ստեղծվեց հատուկ ադապտեր ՝ օգտագործելով կանացի վերնագիր և jumper լարեր: Միացումների փորձարկումից հետո ավելացվել է ջերմության նվազում:

Քայլ 9: Ավելացրեք ահազանգի LED:

• Sոդեք ընթացիկ սահմանափակող ռեզիստորը բացասական LED ոտքին (ավելի կարճ ոտք) և մեկուսացման համար ավելացրեք կծկվող պատյան (կամ էլեկտրական ժապավեն):
• Օգտագործեք երկու ցատկող մալուխ կամ վերնագրի կապում `LED- ի դրական ոտքը GPIO26- ին և դիմադրիչը GND- ին միացնելու համար (վերնագրի համապատասխանաբար 37 և 39 դիրքեր):
• Կարգավորումը միացնելու համար մարտկոցը միացրեք Pi- ի մուտքային հոսանքին:

Քայլ 10: Programրագրիր այն:

Այս նախագծի Python ծածկագիրը բաց կոդ է: Ահա հղում դեպի GitHub պահոց:

Newրագրավորում սկսնակ մարդկանց համար

Կարդացեք ծրագրի ծածկագիրը և մեկնաբանությունները: Հեշտ փոփոխվող բաները գտնվում են վերևում գտնվող «Օգտվողի պարամետրեր» բաժնում:

Մարդկանց համար ավելի հարմարավետ ՝ տեխնիկական «Deets» - ով

Այս ծրագիրը նախաստորագրում է LIS331 արագացուցիչը լռելյայն պարամետրերով, ներառյալ նորմալ էներգիայի ռեժիմը և 50 Հց տվյալների արագությունը: Կարդացեք LIS331 տվյալների թերթը և ըստ ցանկության փոփոխեք սկզբնավորման կարգավորումները:

Բոլորը

• Այս նախագծում օգտագործվող արագացման առավելագույն սանդղակը 24G է, քանի որ ազդեցության ուժը արագ մեծանում է:
• Խորհուրդ է տրվում մեկնաբանել արագացման տպման հայտարարությունները հիմնական գործառույթում, երբ պատրաստ լինեք ամբողջական տեղակայմանը:

Theրագիրը գործարկելուց առաջ կրկնակի ստուգեք, որ արագացուցիչի հասցեն 0x19 է: Բացեք տերմինալի պատուհանը և տեղադրեք որոշ օգտակար գործիքներ այս հրամանով.

sudo apt-get install -y i2c- գործիքներ

Այնուհետև գործարկեք i2cdetect ծրագիրը.

i2cdetect -y 1

Դուք կտեսնեք I2C հասցեների աղյուսակ, որը ցուցադրվում է ինչպես ցույց է տրված վերևում պատկերում: Ենթադրելով, որ սա միակ I2C սարքն է, այն թիվը, որը տեսնում եք (այս դեպքում ՝ 19), արագացուցիչի հասցեն է: Եթե տեսնում եք այլ թիվ, նշեք և փոխեք ծրագրում (փոփոխական գումարիչ):

Քայլ 11: Quickրագրի արագ ակնարկ

Readsրագիրը կարդում է x, y և z արագացումը, հաշվարկում է g- ուժը, այնուհետև տվյալները պահում է երկու ֆայլում (ծրագրի թղթապանակի նույն թղթապանակում) `ըստ անհրաժեշտության.

• AllSensorData.txt-տալիս է ժամանակային նշան, որին հաջորդում է g- ուժը x, y և z առանցքներում:
• AlertData.txt - նույնը, ինչ վերևում է, բայց միայն այն ցուցանիշների դեպքում, որոնք գերազանցում են մեր անվտանգության շեմերը (9G կամ 4G- ի բացարձակ շեմը ավելի քան 3 վայրկյան):

G- ուժերը, որոնք գերազանցում են մեր անվտանգության շեմերը, նույնպես կմիացնեն մեր ահազանգի LED- ն և կպահեն այն մինչև ծրագիրը վերագործարկելը: Դադարեցրեք ծրագիրը `հրամանի տերմինալում մուտքագրելով« CTRL+c »(ստեղնաշարի ընդհատում):

Վերոնշյալ լուսանկարը ցույց է տալիս թեստավորման ընթացքում ստեղծված երկու տվյալների ֆայլերը:

Քայլ 12: Փորձարկեք համակարգը:

Բացեք տերմինալի պատուհանը, անցեք այն թղթապանակին, որտեղ պահպանել եք ծրագրի կոդը ՝ օգտագործելով cd հրամանը:

cd ուղի/դեպի/թղթապանակ

Գործարկեք ծրագիրը ՝ օգտագործելով արմատային իրավունքները.

sudo python NameOfFile.py

Ստուգեք, որ x, y և z- ուղղությամբ արագացման արժեքները տպվում են տերմինալի պատուհանին, ողջամիտ են և միացրեք LED լույսը, եթե g- ուժը մեր շեմերից բարձր է:

• Փորձարկման համար պտտեք արագացուցիչը այնպես, որ յուրաքանչյուր առանցք ուղղված լինի դեպի երկիր և ստուգեք, որ չափված արժեքները կամ 1 են կամ -1 (համապատասխանում է ձգողության պատճառով արագացմանը):
• Թափահարեք արագացուցիչը `համոզվելու համար, որ ընթերցումները մեծանում են (նշանը ցույց է տալիս առանցքի ուղղությունը, մեզ առավել հետաքրքրում է ընթերցման մեծությունը):

Քայլ 13: Ապահով էլեկտրական միացումներ և տեղադրեք այն:

Երբ ամեն ինչ ճիշտ է աշխատում, եկեք համոզվենք, որ ազդեցության ուժի մոնիտորը իրականում կարող է դիմակայել ազդեցությանը:

• Օգտագործեք ջերմության նվազեցման խողովակ և/կամ ծածկեք էպոքսիդով արագացուցիչի և LED- ի էլեկտրական միացումները:

• Սուպեր դիմացկուն, մշտական տեղադրման համար հաշվի առեք ամբողջ ծածկը էպոքսիդով ծածկելու համար ՝ Pi Zero, LED և արագացուցիչ (բայց ՈՉ Pi մալուխի միակցիչները կամ SD քարտը):

  Wգուշացում. Դուք դեռ կարող եք մուտք գործել Pi և կատարել համակարգչային բոլոր պարագաները, սակայն էպոքսիդային ամբողջական ծածկույթը կանխելու է GPIO կապումների օգտագործումը ապագա նախագծերի համար: Այլապես, դուք կարող եք պատրաստել կամ գնել անհատական պատյան Pi Zero- ի համար, չնայած ստուգեք դրա ամրությունը:

Ապահով եղեք սաղավարտի, ձեր անձի կամ տրանսպորտի եղանակի վրա, ինչպիսին է ձեր սքեյթբորդը, հեծանիվը կամ կատուն*:

Լիովին ստուգեք, որ Pi- ն ապահով կերպով ամրացված է, թե՞ GPIO- ի կապումներն կարող են թուլանալ, ինչը խափանում է ծրագիրը:

*Նշում. Ես ի սկզբանե նկատի ունեի «մեքենա» մուտքագրելը, բայց կատուի համար ազդեցության ուժի մոնիտորը կարող էր նաև հետաքրքիր տվյալներ տալ (իհարկե, կատվի համաձայնությամբ):

Քայլ 14. Շղթան սաղավարտի մեջ դնելը

Շղթան սաղավարտի մեջ տեղադրելու մի քանի եղանակ կա: Ահա սաղավարտի տեղադրման իմ մոտեցումը.

• Եթե դեռ չեք հասցրել, միացրեք մարտկոցը Pi- ին (մարտկոցն անջատված է): Ապահովեք արագացուցիչը Pi- ի հետևի մասում `անուղղակի մեկուսացմամբ, արանքում (օրինակ` պղպջակների փաթաթան կամ փաթեթավորման բարակ փրփուր):
• Չափեք Pi Zero- ի, արագացուցիչի, LED- ի և մարտկոցի միակցիչի համակցության չափերը: Երկու կողմերում ավելացրեք 10%:
• Սաղավարտի մի կողմում գծեք ծրագրի կտրվածքը, իսկ մարտկոցի միակցիչը ՝ դեպի սաղավարտի վերևը: Կտրեք սաղավարտի բարձիկը ՝ թողնելով մի քանի միլիմետր (~ 1/8 դյույմ):
• Տեղադրեք սենսորը, Pi- ն և LED- ը կտրվածքի մեջ: Կտրեք սաղավարտի ավելցուկի բարձիկի կտորները կամ օգտագործեք փաթեթավորման փրփուրը `էլեկտրոնիկան մեկուսացնելու, պաշտպանելու և տեղում պահելու համար:
• Չափեք մարտկոցի չափերը, ավելացրեք 10%և հետևեք մարտկոցի նույն անջատմանը: Տեղադրեք մարտկոցը գրպանը:
• Կրկնեք սաղավարտի մյուս կողմում գտնվող մարտկոցի մեկուսացման տեխնիկան:
• Սաղավարտի բարձիկը ամրացրեք ժապավենով (ձեր գլուխը դրանք կպահի տեղում, երբ այն կրում եք):

Քայլ 15: Տեղակայեք:

Միացրեք մարտկոցի փաթեթը:

Այժմ դուք կարող եք հեռակա մուտք գործել Pi ՝ SSH- ի կամ հեռավոր աշխատասեղանի միջոցով և գործարկել ծրագիրը տերմինալի միջոցով: Theրագիրը գործարկելուց հետո այն սկսում է տվյալների գրանցումը:

Երբ անջատվում եք ձեր տնային WiFi- ից, SSH կապը խզվում է, բայց ծրագիրը դեռ պետք է մուտքագրի տվյալները: Մտածեք Pi- ն ձեր սմարթֆոնի թեժ կետ WiFi- ին միացնելու մասին, կամ պարզապես նորից մուտք գործեք և վերցրեք տվյալները, երբ տուն վերադառնաք:

Տվյալներին մուտք գործելու համար հեռակա մուտք գործեք Pi և կարդացեք տեքստային ֆայլերը: Ընթացիկ ծրագիրը միշտ տվյալներ կավելացնի առկա ֆայլերին. Եթե ցանկանում եք ջնջել տվյալները (օրինակ ՝ փորձարկումներից), ջնջել տեքստային ֆայլը (աշխատասեղանի միջոցով կամ տերմինալում օգտագործել rm հրամանը) կամ ծրագրում ստեղծել նոր ֆայլի անուն: կոդը (օգտագործողի պարամետրերում):

Եթե LED- ը միացված է, ծրագրի վերագործարկումը այն անջատելու է:

Հիմա առաջ գնացեք, զվարճացեք կյանքում և պարբերաբար ստուգեք տվյալները, եթե պատահում է, որ ինչ -որ բանի եք բախվում: Հուսանք, որ դա փոքր հարված է, բայց գոնե դուք կիմանաք:

Քայլ 16: Ավելացնել ավելի շատ հնարավորություններ

Փնտրու՞մ եք ազդեցության ուժի մոնիտորի բարելավումներ: Այն դասավանդման շրջանակներից դուրս է, բայց գաղափարների համար փորձեք նայել ստորև ներկայացված ցուցակին:

Կատարեք վերլուծություններ Python- ում ձեր g-force տվյալների վերաբերյալ:

Pi Zero- ն ունի Bluetooth և WiFi հնարավորություններ. Գրեք ծրագիր ՝ արագացուցիչի տվյալները ձեր սմարթֆոնին ուղարկելու համար: Սկսելու համար, ահա Pi Twitter մոնիտորի ձեռնարկ:

Ավելացրեք այլ տվիչներ, օրինակ ՝ ջերմաստիճանի տվիչ կամ խոսափող*:

Շնորհավոր շենք:

*Նշում. Ձեր արագացման հետ կապված տհաճ հնչյունները լսելու համար:: D