Raspberry Pi Impact Force Monitor!: 16 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:19

რამდენად დიდ გავლენას ახდენს ადამიანის სხეული? იქნება ეს ფეხბურთი, კლდეზე ასვლა თუ ველოსიპედის უბედური შემთხვევა, იმის ცოდნა, როდის უნდა გამოიძახოთ სასწრაფო სამედიცინო დახმარება შეჯახების შემდეგ, წარმოუდგენლად მნიშვნელოვანია, მით უმეტეს, თუ არ არსებობს ტრავმის აშკარა ნიშნები. ეს გაკვეთილი გასწავლით თუ როგორ უნდა ააწყოთ თქვენი საკუთარი გავლენის ძალის მონიტორი!

წაკითხვის დრო: ~ 15 წთ

მშენებლობის დრო:-60-90 წთ

ეს ღია კოდის პროექტი იყენებს Raspberry Pi Zero W და LIS331 ამაჩქარებელს მონიტორინგისა და გაფრთხილების შესახებ პოტენციურად საშიში G ძალების შესახებ. რა თქმა უნდა, მოგერიდებათ სისტემის შეცვლა და ადაპტირება, თქვენი სამოქალაქო მეცნიერების მოთხოვნილებების შესაბამისად.

შენიშვნა: შექმენით სახალისო ნივთები Impact Force Monitor– ით! თუმცა, გთხოვთ, ნუ გამოიყენებთ მას როგორც პროფესიონალური სამედიცინო რჩევებისა და დიაგნოზის შემცვლელს. თუ ფიქრობთ, რომ სერიოზული ვარდნა გაქვთ, ეწვიეთ კვალიფიციურ და ლიცენზირებულ პროფესიონალს სათანადო მკურნალობისთვის.

ნაბიჯი 1: შემოთავაზებული კითხვა

იმისათვის, რომ ეს სახელმძღვანელო მოკლედ იყოს (რა თქმა უნდა, რაც შეიძლება მეტი), მე ვივარაუდებ, რომ თქვენ იწყებთ ფუნქციონალური Pi Zero W. გჭირდებათ დახმარება? Არაა პრობლემა! აქ არის სრული დაყენების სამეურვეო პროგრამა.

ჩვენ ასევე დავუკავშირდებით Pi დისტანციურად (იგივე უკაბელო). ამ პროცესის უფრო საფუძვლიანი მიმოხილვისთვის გადახედეთ ამ სახელმძღვანელოს.

** დავრჩით ან გსურთ მეტი გაიგოთ? აქ არის რამოდენიმე მოსახერხებელი რესურსი: **

1. შესანიშნავი სახელმძღვანელო Pi- სთვის.

2. სრული შემაერთებელი სახელმძღვანელო LIS331 ამაჩქარებლის გამრღვევი დაფისთვის.

3. მეტი აქსელერომეტრების შესახებ!

4. Raspberry Pi GPIO ქინძისთავების მიმოხილვა.

5. SPI და I2C სერიული ავტობუსების გამოყენება Pi- ზე.

6. LIS331 მონაცემთა ცხრილი

ნაბიჯი 2: მასალები

• Raspberry Pi Zero W ძირითადი ნაკრები

  • ეს ნაკრები მოიცავს შემდეგს: SD ბარათი ოპერაციული სისტემის NOOBS– ით; USB OTG კაბელი (microUSB to USB ქალი); მინი HDMI to HDMI; MicroUSB კვების წყარო (~ 5V)
  • ასევე რეკომენდირებულია: USB კერა
• Raspberry Pi 3 სათაურის ქინძისთავები
• LIS331 აქსელერომეტრის გარღვევის დაფა
• ბატარეის პაკეტი w/ MicroUSB კონექტორით
• 5 მმ წითელი LED
• 1k რეზისტორი
• 6 "სითბოს შემცირების მილი ან ელექტრო ლენტი
• სათაურის ქინძისთავები ამაჩქარებლისთვის (4 - 8) და LED (2)
• ქალი-ქალი ჯუმბერის მავთულები (6)

ინსტრუმენტები

• შესადუღებელი რკინა და აქსესუარები
• ეპოქსია (ან სხვა მუდმივი, არაგამტარ თხევადი წებოვანი)
• ალბათ მაკრატელიც:)

ნაბიჯი 3: მაგრამ დაელოდე! რა არის ზემოქმედების ძალა?

საბედნიეროდ, ტერმინი "ზემოქმედების ძალა" საკმაოდ მარტივია: ზემოქმედების ძალა. როგორც ბევრი სხვა რამ, მისი გაზომვა მოითხოვს უფრო ზუსტ განსაზღვრებას. ზემოქმედების ძალის განტოლებაა:

F = KE/d

სადაც F არის ზემოქმედების ძალა, KE არის კინეტიკური ენერგია (მოძრაობის ენერგია) და d არის ზემოქმედების მანძილი, ან რამდენად ხრახნის ობიექტი. ამ განტოლებიდან ორი ძირითადი მოსაზრებაა:

1. ზემოქმედების ძალა პირდაპირპროპორციულია კინეტიკურ ენერგიასთან, რაც ნიშნავს რომ ზემოქმედების ძალა იზრდება თუ კინეტიკური ენერგია იზრდება.

2. ზემოქმედების ძალა უკუპროპორციულია ზემოქმედების მანძილის, რაც იმას ნიშნავს, რომ ზემოქმედების ძალა მცირდება, თუ დარტყმის მანძილი იზრდება. (ამიტომაც გვაქვს აირბაგები: გავზარდოთ ჩვენი დარტყმის მანძილი.)

ძალა ჩვეულებრივ იზომება ნიუტონში (N), მაგრამ ზემოქმედების ძალა შეიძლება განიხილებოდეს "G- ძალის" თვალსაზრისით, რიცხვი, რომელიც გამოხატულია g- ის ჯერადით, ან დედამიწის გრავიტაციული აჩქარება (9.8 მ/წ^2). როდესაც ჩვენ ვიყენებთ G- ძალის ერთეულებს, ჩვენ ვზომავთ ობიექტების აჩქარებას დედამიწისკენ თავისუფალ ვარდნასთან შედარებით.

ტექნიკურად რომ ვთქვათ, g არის აჩქარება და არა ძალა, მაგრამ ის სასარგებლოა შეჯახებაზე საუბრისას, რადგან აჩქარება* არის ის, რაც აზიანებს ადამიანის სხეულს.

ამ პროექტისთვის ჩვენ გამოვიყენებთ G- ძალის ერთეულებს იმის დასადგენად, არის თუ არა ზემოქმედება პოტენციურად საშიში და იმსახურებს სამედიცინო ყურადღებას. კვლევებმა დაადგინა, რომ 9G- ზე მაღალი g- ძალები შეიძლება ფატალური იყოს ადამიანების უმეტესობისთვის (სპეციალური ვარჯიშის გარეშე), ხოლო 4-6G შეიძლება იყოს საშიში, თუ რამდენიმე წამზე მეტხანს შენარჩუნდება.

ამის ცოდნით, ჩვენ შეგვიძლია დავპროგრამოთ ჩვენი ზემოქმედების ძალის მონიტორი, რომელიც გვაფრთხილებს, თუ ჩვენი ამაჩქარებელი გაზომავს G ძალას ამ ბარიერებიდან რომელიმეზე მაღლა. ჰოი, მეცნიერება!

დამატებითი ინფორმაციისთვის, წაიკითხეთ ვიკიპედიაზე გავლენის ძალისა და g- ძალის შესახებ!

აჩქარება არის სიჩქარის და/ან მიმართულების ცვლილება

ნაბიჯი 4: დააკონფიგურირეთ Pi Zero W

შეაგროვეთ თქვენი Raspberry Pi Zero და პერიფერიული მოწყობილობები, რომ დააკონფიგურიროთ Pi უთავო!

• შეაერთეთ Pi მონიტორთან და მასთან დაკავშირებულ პერიფერიულ მოწყობილობებთან (კლავიატურა, მაუსი), ჩართეთ კვების ბლოკი და შედით სისტემაში.

• განაახლეთ პროგრამული უზრუნველყოფა, რომ თქვენი Pi იყოს სწრაფი და უსაფრთხო. გახსენით ტერმინალის ფანჯარა და ჩაწერეთ ეს ბრძანებები:

  ჩაწერეთ და შეიყვანეთ:

sudo apt-get განახლება

ჩაწერეთ და შეიყვანეთ:

sudo apt-get განახლება

გადატვირთვა:

sudo გამორთვა -r ახლა

ნაბიჯი 5: ჩართეთ WiFi და I2C

• დააწკაპუნეთ WiFi ხატულა სამუშაო მაგიდის ზედა მარჯვენა კუთხეში და დაუკავშირდით თქვენს WiFi ქსელს.
• ტერმინალში ჩაწერეთ ეს ბრძანება Pi- ს პროგრამული უზრუნველყოფის კონფიგურაციის ინსტრუმენტის გასახსნელად:

sudo raspi-config

• აირჩიეთ "ინტერფეისის პარამეტრები", შემდეგ "SSH" და აირჩიეთ "დიახ" ბოლოში გასააქტიურებლად.
• დაბრუნდით "ინტერფეისის პარამეტრები", შემდეგ "I2C" და აირჩიეთ "დიახ" გასააქტიურებლად.
• ტერმინალში დააინსტალირეთ დისტანციური დესკტოპის კავშირის პროგრამა:

sudo apt-get დააინსტალირეთ xrdp

• ჩაწერეთ "Y" (დიახ) თქვენს კლავიატურაზე ორივე მოთხოვნაზე.
• იპოვნეთ Pi- ს IP მისამართი WiFi კავშირის გადაფურცვლით (თქვენ ასევე დაგჭირდებათ მისი ჩაწერა).
• შეცვალეთ Pi პაროლი passwd ბრძანებით.

ნაბიჯი 6: გადატვირთეთ Pi და შედით დისტანციურად

ჩვენ ახლა შეგვიძლია გადავაგდოთ HDMI და პერიფერიული მოწყობილობები, ოოოოო!

• დააყენეთ დისტანციური დესკტოპის კავშირი.

  • კომპიუტერზე, გახსენით დისტანციური დესკტოპის კავშირი (ან PuTTY, თუ ამით კმაყოფილი ხართ).
  • Mac/Linux– ისთვის შეგიძლიათ დააინსტალიროთ ეს პროგრამა ან გამოიყენოთ VNC პროგრამა.
• შეიყვანეთ IP Pi- სთვის და დააჭირეთ ღილაკს "დაკავშირება" (უგულებელყოთ გაფრთხილებები უცნობი მოწყობილობის შესახებ).
• შედით Pi– ში თქვენი რწმუნებათა სიგელების გამოყენებით და ჩვენ წავალთ!

ნაბიჯი 7: შექმენით იგი: ელექტრონიკა

ორი ზემოთ ნაჩვენებია ამ პროექტის ელექტრული სქემა და Pi Zero Pinout. ჩვენ ორივე დაგვჭირდება აპარატურის კავშირების მოსაგვარებლად.

შენიშვნა: სქემატური LIS331 გარღვევის დაფა უფრო ძველი ვერსიაა - გამოიყენეთ pin ეტიკეტები მითითებისთვის

ნაბიჯი 8: დააკავშირეთ აქსელერომეტრი Pi– ს GPIO– სთან

• შეაერთეთ და ფრთხილად ამოიღეთ ნებისმიერი ნაკადი ნარჩენი ამაჩქარებელ და Pi GPIO- ს სათაურის ქინძისთავებზე.
• შემდეგ დააკავშირეთ ჯუმბერის მავთულები LIS331 გარღვევის დაფასა და Pi შემდეგ ქინძისთავებს შორის:

LIS331 Breakout Board Raspberry Pi GPIO Pin

GND GPIO 9 (GND)

VCC GPIO 1 (3.3V)

SDA GPIO 3 (SDA)

SCL GPIO 5 (SCL)

სენსორის Pi Zero– სთან დაკავშირების გასაადვილებლად, შეიქმნა პერსონალური ადაპტერი ქალის სათაურისა და ჯუმბერის მავთულის გამოყენებით. კავშირების შემოწმების შემდეგ დაემატა სითბოს შემცირება

ნაბიჯი 9: დაამატეთ გამაფრთხილებელი LED

• შეაერთეთ ამჟამინდელი შემზღუდველი რეზისტორი უარყოფით LED ფეხიზე (მოკლე ფეხი) და დაამატეთ შეკუმშვის შესაფუთი (ან ელექტრო ფირზე) იზოლაციისთვის.
• გამოიყენეთ ორი მხტუნავი კაბელი ან სათაურის ქინძისთავები, რომ დააკავშიროთ პოზიტიური LED ფეხი GPIO26- თან და რეზისტორი GND- თან (სათაურის პოზიციები 37 და 39, შესაბამისად).
• შეაერთეთ ბატარეის პაკეტი Pi- ს შესასვლელ ენერგიასთან დაყენების დასასრულებლად!

ნაბიჯი 10: პროგრამირება

ამ პროექტის პითონის კოდი ღიაა! აქ არის ბმული GitHub საცავზე.

პროგრამირების ახალწვეულთათვის:

წაიკითხეთ პროგრამის კოდი და კომენტარები. ის, რისი მოდიფიცირებაც ადვილია, არის "მომხმარებლის პარამეტრების" განყოფილებაში, ზედა ნაწილში

ხალხისთვის უფრო კომფორტული ტექნიკური საშუალებებით:

ეს პროგრამა ახდენს LIS331 აქსელერომეტრის ინიციალიზაციას ნაგულისხმევი პარამეტრებით, ნორმალური ენერგიის რეჟიმისა და მონაცემთა გადაცემის სიჩქარის ჩათვლით. წაიკითხეთ LIS331 მონაცემთა ფურცელი და შეცვალეთ ინიციალიზაციის პარამეტრები სურვილისამებრ

ყველა

• ამ პროექტში გამოყენებული აჩქარების მაქსიმალური მასშტაბია 24G, რადგან ზემოქმედების ძალა სწრაფად იზრდება!
• მიზანშეწონილია კომენტარის გაკეთება აჩქარების ამობეჭდვის შესახებ ძირითად ფუნქციაში, როდესაც მზად იქნებით სრული განლაგებისათვის.

პროგრამის გაშვებამდე, ორმაგად შეამოწმეთ, რომ ამაჩქარებლის მისამართი არის 0x19. გახსენით ტერმინალის ფანჯარა და დააინსტალირეთ რამდენიმე სასარგებლო ინსტრუმენტი ამ ბრძანებით:

sudo apt-get install -y i2c- ინსტრუმენტები

შემდეგ გაუშვით i2cdetect პროგრამა:

i2cdetect -y 1

თქვენ ნახავთ I2C მისამართების ცხრილს, როგორც ნაჩვენებია ზემოთ მოცემულ სურათზე. დავუშვათ, რომ ეს არის ერთადერთი I2C მოწყობილობა დაკავშირებული, ნომერი, რომელსაც ხედავთ (ამ შემთხვევაში: 19) არის ამაჩქარებლის მისამართი! თუ ხედავთ სხვა რიცხვს, გაითვალისწინეთ და შეცვალეთ პროგრამა (ცვლადი დამატება).

ნაბიჯი 11: პროგრამის სწრაფი მიმოხილვა

პროგრამა კითხულობს x, y და z აჩქარებას, ითვლის g- ძალას და შემდეგ მონაცემებს ინახავს ორ ფაილში (იმავე საქაღალდეში, როგორც პროგრამის კოდი) საჭიროებისამებრ:

• AllSensorData.txt-იძლევა დროის ნიშნულს, რასაც მოყვება g- ძალა x, y და z ღერძებში.
• AlertData.txt - იგივე, რაც ზემოთ, მაგრამ მხოლოდ იმ კითხვებისთვის, რომლებიც აღემატება ჩვენი უსაფრთხოების ბარიერებს (აბსოლუტური ბარიერი 9G ან 4G 3 წამზე მეტი ხნის განმავლობაში).

G- ძალები ჩვენი უსაფრთხოების ბარიერების ზემოთ ასევე ჩართავს ჩვენს განგაშის LED- ს და ინარჩუნებს მას სანამ არ დავიწყებთ პროგრამას. შეაჩერე პროგრამა ბრძანების ტერმინალში "CTRL+c" (კლავიატურის შეწყვეტა) აკრეფით.

ფოტო ზემოთ ნაჩვენებია ტესტირების დროს შექმნილი ორივე მონაცემთა ფაილი.

ნაბიჯი 12: გამოსცადეთ სისტემა

გახსენით ტერმინალის ფანჯარა, გადადით საქაღალდეში, სადაც შეინახეთ პროგრამის კოდი cd ბრძანების გამოყენებით.

cd გზა/საქაღალდეში

გაუშვით პროგრამა root პრივილეგიების გამოყენებით:

sudo პითონი NameOfFile.py

შეამოწმეთ, რომ აჩქარების მნიშვნელობები x, y და z- მიმართულებით იბეჭდება ტერმინალის ფანჯარაში, არის გონივრული და ჩართეთ LED ნათურა, თუ g- ძალა ჩვენს ზღურბლებს აღემატება.

• შესამოწმებლად გადაატრიალეთ ამაჩქარებელი ისე, რომ თითოეული ღერძი მიმართული იყოს დედამიწისკენ და შეამოწმეთ, რომ გაზომილი მნიშვნელობები არის 1 ან -1 (შეესაბამება აჩქარებას სიმძიმის გამო).
• შეანჯღრიეთ ამაჩქარებელი, რომ დარწმუნდეთ, რომ კითხვები იზრდება (ნიშანი მიუთითებს ღერძის მიმართულებაზე, ჩვენ ყველაზე მეტად გვაინტერესებს კითხვის სიდიდე).

ნაბიჯი 13: დაიცავით ელექტრული კავშირები და დააინსტალირეთ

მას შემდეგ რაც ყველაფერი სწორად მუშაობს, დავრწმუნდეთ, რომ ზემოქმედების ძალის მონიტორს შეუძლია რეალურად გაუძლოს ზემოქმედებას!

• გამოიყენეთ სითბოს შემცირების მილი და/ან დაფარეთ ელექტრული კავშირები ამაჩქარებლისა და LED- ის ეპოქსიდურად.

• სუპერ გამძლე, მუდმივი დანადგარებისათვის განიხილეთ ეპოქსიდურად დაფარვა მთელი შებანგისა: Pi Zero, LED და ამაჩქარებელი (მაგრამ არა Pi საკაბელო კონექტორები ან SD ბარათი).

  გაფრთხილება! თქვენ კვლავ შეგიძლიათ წვდეთ Pi- ს და გააკეთოთ კომპიუტერის ყველა სამუშაო, მაგრამ ეპოქსიდის სრული საფარი ხელს შეუშლის GPIO ქინძისთავების გამოყენებას მომავალი პროექტებისთვის. ალტერნატიულად, თქვენ შეგიძლიათ გააკეთოთ ან შეიძინოთ პერსონალური საქმე Pi Zero– სთვის, თუმცა შეამოწმეთ გამძლეობა

დაიცავით მუზარადზე, თქვენს პირზე ან სატრანსპორტო საშუალებაზე, როგორიცაა თქვენი სკეიტბორდი, ველოსიპედი ან კატა*!

სრულად შეამოწმეთ, რომ Pi საიმედოდ არის დამაგრებული ან GPIO ქინძისთავები შეიძლება გაფუჭდეს, რამაც გამოიწვია პროგრამის კრახი.

*შენიშვნა: მე თავდაპირველად ვგულისხმობ "მანქანის" აკრეფას, მაგრამ აღმოვაჩინე, რომ კატისთვის ზემოქმედების ძალის მონიტორს ასევე შეუძლია მოგვცეს საინტერესო მონაცემები (რა თქმა უნდა, კატის თანხმობით).

ნაბიჯი 14: ჩართეთ წრე მუზარადზე

არსებობს რამოდენიმე მეთოდი სქემის ჩაფხუტში ჩასადებად. აქ არის ჩემი მიდგომა ჩაფხუტის დამონტაჟებაზე:

• თუ ჯერ არ გაქვთ, დაუკავშირეთ ბატარეა Pi- ს (გამორთული ბატარეით). დააფიქსირეთ ამაჩქარებელი პიის უკანა მხარეს არაგამტარ თბოიზოლაციით (ბუშტუკების გადატანა ან თხელი შესაფუთი ქაფი).
• გაზომეთ Pi Zero- ს, ამაჩქარებლის, LED- ის და ბატარეის კონექტორის კომბინაციის ზომები. დაამატეთ 10% ორივე მხარეს.
• ჩაფხუტის ერთ მხარეს დახაზეთ პროექტი, ბატარეის კონექტორი მუზარადის თავზეა მიმართული. ამოიღეთ ბალიში ჩაფხუტში, დატოვეთ რამდენიმე მილიმეტრი (~ 1/8 ინჩი).
• მოათავსეთ სენსორი, Pi და LED ჭრილში. მოჭერით ზედმეტი ჩაფხუტის ბალიშის ნაჭრები ან გამოიყენეთ შესაფუთი ქაფი ელექტრონიკის იზოლაციის, დაცვისა და შენახვის მიზნით.
• გაზომეთ ბატარეის ზომები, დაამატეთ 10%და მიჰყევით იგივე აკუმულატორს. ჩადეთ ბატარეა ჯიბეში.
• გაიმეორეთ ჩაფხუტის მეორე მხარეს ბატარეის საიზოლაციო ტექნიკა.
• ჩაფხუტის ბალიში დაიჭირეთ ლენტით (თქვენი თავი დაიცავს მათ, როდესაც ატარებთ მას).

ნაბიჯი 15: განათავსეთ

ჩართეთ ბატარეის პაკეტი!

ახლა თქვენ შეგიძლიათ დისტანციურად შეხვიდეთ Pi- ში SSH ან დისტანციური დესკტოპის საშუალებით და გაუშვათ პროგრამა ტერმინალის საშუალებით. მას შემდეგ რაც პროგრამა მუშაობს, ის იწყებს მონაცემების ჩაწერას.

როდესაც გათიშავთ თქვენს სახლს WiFi- დან, SSH კავშირი გაწყდება, მაგრამ პროგრამა მაინც უნდა ჩაწეროს მონაცემებს. განიხილეთ Pi- ს თქვენი სმარტფონის ცხელ წერტილ WiFi- სთან დაკავშირება, ან უბრალოდ შედით სისტემაში და აითვისეთ მონაცემები სახლში დაბრუნებისას.

მონაცემებზე წვდომისთვის, დისტანციურად შედით Pi- ში და წაიკითხეთ ტექსტური ფაილები. მიმდინარე პროგრამა ყოველთვის დაამატებს მონაცემებს არსებულ ფაილებს - თუ გსურთ მონაცემების წაშლა (მაგალითად, ტესტირებისას), წაშალეთ ტექსტური ფაილი (დესკტოპის საშუალებით ან გამოიყენეთ rm ბრძანება ტერმინალში) ან შექმენით ახალი ფაილის სახელი პროგრამაში კოდი (მომხმარებლის პარამეტრებში).

თუ LED ჩართულია, პროგრამის გადატვირთვა გამორთავს მას.

წადი წინ, გაერთე ცხოვრებაში და ყოველ ჯერზე გადაამოწმე მონაცემები, თუ რამე შეგეხება. იმედია, ეს მცირე დარტყმაა, მაგრამ მაინც გეცოდინება!

ნაბიჯი 16: დამატებითი ფუნქციების დამატება

ეძებთ გაუმჯობესებას ზემოქმედების ძალის მონიტორზე? ეს სცილდება სამეურვეო პროგრამის ფარგლებს, მაგრამ ეცადეთ ქვემოთ ნახოთ სია იდეებისათვის!

გაანალიზეთ თქვენი g-force მონაცემები პითონში!

Pi Zero– ს აქვს Bluetooth და WiFi შესაძლებლობები - დაწერეთ აპლიკაცია თქვენს სმარტფონში ამაჩქარებლის მონაცემების გასაგზავნად! დასაწყებად, აქ არის გაკვეთილი Pi Twitter მონიტორისთვის.

დაამატეთ სხვა სენსორები, როგორიცაა ტემპერატურის სენსორი ან მიკროფონი*!

ბედნიერი შენობა

*შენიშვნა: მოისმინოთ დამამცირებელი ხმები თქვენს აჩქარებასთან დაკავშირებით!: D