Raspberry Pi löögijõu monitor!: 16 sammu (koos piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Kui suurt mõju inimkeha talub? Olgu see jalgpall, kaljuronimine või jalgrattaõnnetus, on äärmiselt oluline teada, millal otsida pärast kokkupõrget viivitamatut arstiabi, eriti kui pole ilmseid trauma märke. See õpetus õpetab teile, kuidas ehitada oma löögijõu monitor!

Lugemisaeg: ~ 15 min

Ehitusaeg: ~ 60-90 min

See avatud lähtekoodiga projekt kasutab Raspberry Pi Zero W ja kiirendusmõõturit LIS331, et jälgida ja hoiatada kasutajat potentsiaalselt ohtlike G-jõudude eest. Loomulikult muutke ja kohandage süsteemi vastavalt oma erinevatele kodanike teaduse vajadustele.

Märkus. Ehitage löögijõu monitoriga lõbusaid asju! Kuid ärge kasutage seda professionaalse meditsiinilise nõustamise ja diagnoosi asendajana. Kui tunnete, et kukkusite tõsiselt, külastage nõuetekohase ravi saamiseks kvalifitseeritud ja litsentseeritud spetsialisti.

Samm: soovitatav lugemine

Et see õpetus oleks lühike ja magus (jah, nii palju kui võimalik), eeldan, et alustate funktsionaalse Pi Zero W -ga. Kas vajate abi? Pole probleemi! Siin on täielik seadistusõpetus.

Samuti ühendame Pi -ga kaugjuhtimisega (aka juhtmevabalt). Selle protsessi põhjalikuma ülevaate saamiseks vaadake seda õpetust.

** Kas olete ummikus või soovite rohkem teada saada? Siin on mõned käepärased ressursid: **

1. Suurepärane "Alustamise" juhend Pi jaoks.

2. Kiirendusmõõturi lülitusplaadi täielik ühendamisjuhend.

3. Veel kiirendusmõõturitest!

4. Ülevaade Raspberry Pi GPIO tihvtidest.

5. SPI ja I2C Serial siinide kasutamine Pi -l.

6. LIS331 andmeleht

2. samm: materjalid

• Raspberry Pi Zero W põhikomplekt

  • See komplekt sisaldab järgmist: SD -kaart koos NOOBS -operatsioonisüsteemiga; USB OTG -kaabel (microUSB -USB -pesa); Mini HDMI kuni HDMI; MicroUSB toiteallikas (~ 5V)
  • Samuti soovitatav: USB -jaotur
• Raspberry Pi 3 päise tihvti
• LIS331 kiirendusmõõturi purunemislaud
• Aku koos MicroUSB pistikuga
• 5 mm punane LED
• 1k takisti
• 6 "termokahanevat toru või elektrilinti
• Kiirendusmõõturi (4–8) ja LED -i (2) päisepoldid
• Naiste-naiste džemprijuhtmed (6)

Tööriistad

• Jootekolb ja tarvikud
• Epoksü (või muu püsiv, mittejuhtiv vedel liim)
• Ilmselt ka käärid:)

Samm: aga oodake! Mis on löögijõud?

Õnneks on mõiste "löögijõud" üsna lihtne: löögi mõjujõud. Nagu enamik asju, nõuab selle mõõtmine siiski täpsemat määratlust. Löögijõu võrrand on järgmine:

F = KE/d

kus F on löögijõud, KE on kineetiline energia (liikumise energia) ja d on löögi kaugus või see, kui palju objekt krõmpsub. Sellest võrrandist on kaks võtmetähtsusega:

1. Löögijõud on otseselt proportsionaalne kineetilise energiaga, mis tähendab, et löögi jõud suureneb, kui kineetiline energia suureneb.

2. Löögijõud on pöördvõrdeline löögi kaugusega, mis tähendab, et löögijõud väheneb, kui löögi kaugus suureneb. (Sellepärast on meil turvapadjad, et suurendada löögivahet.)

Jõudu mõõdetakse tavaliselt njuutonites (N), kuid löögijõudu võib arutada "G-jõu", arvu kordaja g või Maa gravitatsioonikiirenduse (9,8 m/s^2) järgi. Kui kasutame G-jõu ühikuid, mõõdame objektide kiirendust vaba langemise suhtes maa poole.

Tehniliselt öeldes on g kiirendus, mitte jõud, kuid see on kasulik kokkupõrkest rääkimisel, sest kiirendus* kahjustab inimkeha.

Selle projekti puhul kasutame G-jõu üksusi, et teha kindlaks, kas löök on potentsiaalselt ohtlik ja väärib arstiabi. Uuringud on näidanud, et g-jõud üle 9G võivad enamikule inimestele saatuslikuks saada (ilma eriväljaõppeta) ja 4-6G võib olla ohtlik, kui neid hoitakse kauem kui paar sekundit.

Seda teades saame programmeerida oma löögijõu monitori hoiatama meid, kui meie kiirendusmõõtur mõõdab G-jõudu üle ühe neist künnistest. Hurraa, teadus!

Lisateabe saamiseks lugege Wikipediast löögijõu ja g-jõu kohta!

Kiirendus on kiiruse ja/või suuna muutus

Samm: seadistage Pi Zero W

Koguge oma Raspberry Pi Zero ja välisseadmed, et seadistada Pi peata!

• Ühendage Pi monitoriga ja sellega seotud välisseadmetega (klaviatuur, hiir), ühendage toiteallikas ja logige sisse.

• Värskendage tarkvara, et teie Pi oleks kiire ja turvaline. Avage terminaliaken ja tippige need käsud:

  Sisestage ja sisestage:

sudo apt-get update

Sisestage ja sisestage:

sudo apt-get upgrade

Lähtesta:

sudo shutdown -r kohe

Samm: lubage WiFi ja I2C

• Klõpsake töölaua paremas ülanurgas WiFi -ikooni ja looge ühendus oma WiFi -võrguga.
• Sisestage terminalis see käsk, et avada Pi tarkvara konfiguratsioonitööriist:

sudo raspi-config

• Valige „Liidesevalikud”, seejärel „SSH” ja lubamiseks valige alt „Jah”.
• Minge tagasi jaotisse „Liidesevalikud”, seejärel „I2C” ja valige lubamiseks „Jah”.
• Installige terminali kaugtöölauaühenduse tarkvara:

sudo apt-get install xrdp

• Sisestage mõlemale viipale klaviatuuril „Y” (jah).
• Leidke Pi IP -aadress, hõljutades kursorit WiFi -ühenduse kohal (võiksite selle ka üles kirjutada).
• Muutke Pi parooli passwd käsuga.

Samm: taaskäivitage Pi ja logige kaugjuhtimisega sisse

Nüüd saame HDMI -st ja välisseadmetest loobuda, woohoo!

• Seadistage kaugtöölaua ühendus.

  • Avage arvutis kaugtöölauaühendus (või PuTTY, kui olete sellega rahul).
  • Maci/Linuxi puhul saate selle programmi installida või kasutada VNC -programmi.
• Sisestage Pi IP -aadress ja klõpsake nuppu „Ühenda” (ignoreerige hoiatusi tundmatu seadme kohta).
• Logige oma volikirja abil Pi -sse sisse ja läheme minema!

7. samm: ehitage see üles: elektroonika

Ülaltoodud kaks fotot näitavad selle projekti ja Pi Zero Pinouti elektriskeemi. Riistvaraühenduste lahendamiseks vajame mõlemat.

Märkus. Skeemil olev LIS331 katkestusplaat on vanem versioon - kasutage suunamiseks tihvtide silte

Samm: ühendage kiirendusmõõtur Pi GPIO -ga

• Jootke ja eemaldage ettevaatlikult kõik kiirendusmõõturi ja Pi GPIO päise tihvtide voo jäägid.
• Seejärel ühendage hüppaja juhtmed LIS331 katkestusplaadi ja Pi vahel järgmiste tihvtide vahel:

LIS331 Breakout Board Raspberry Pi GPIO Pin

GND GPIO 9 (GND)

VCC GPIO 1 (3.3V)

SDA GPIO 3 (SDA)

SCL GPIO 5 (SCL)

Anduri ühendamiseks Pi Zeroga hõlbustamiseks valmistati kohandatud adapter, kasutades naissoost päist ja hüppaja juhtmeid. Pärast ühenduste testimist lisati kuumuse kokkutõmbumine

Samm: lisage hoiatusdiood

• Jootke voolu piirav takisti negatiivsele LED -jalale (lühem jalg) ja lisage isolatsiooniks kokkutõmbumisvastane mähis (või elektrilint).
• Ühendage positiivse LED -jala GPIO26 -ga ja takisti GND -ga (vastavalt päisepositsioonid 37 ja 39) kahe hüppajakaabli või päisepistikuga.
• Seadistamise lõpuleviimiseks ühendage aku Pi sisendvooluga!

Samm: programmeerige see

Selle projekti Pythoni kood on avatud lähtekoodiga! Siin on link GitHubi hoidlale.

Inimestele, kes pole programmeerimisega alustanud:

Lugege läbi programmi kood ja kommentaarid. Asjad, mida on lihtne muuta, on ülaosas jaotises „Kasutaja parameetrid”

Inimestel, kellel on mugavam kasutada tehnilisi lahendusi:

See programm lähtestab LIS331 kiirendusmõõturi vaikeseadetega, sealhulgas tavalise toiterežiimi ja 50 Hz andmeedastuskiirusega. Lugege läbi LIS331 andmeleht ja muutke initsialiseerimisseadeid vastavalt soovile

Kõik

• Selles projektis kasutatav maksimaalne kiirendusskaala on 24G, sest löögijõud suureneb kiiresti!
• Kui olete valmis täielikuks juurutamiseks, on soovitatav põhifunktsioonis kiirendustrüki avaldused kommenteerida.

Enne programmi käivitamist kontrollige veelkord, kas kiirendusmõõturi aadress on 0x19. Avage terminaliaken ja installige selle käsuga mõned kasulikud tööriistad:

sudo apt-get install -y i2c-tools

Seejärel käivitage programm i2cdetect:

i2cdetect -y 1

Näete I2C -aadresside tabelit, nagu on näidatud ülaltoodud pildil. Eeldusel, et see on ainus ühendatud I2C -seade, on näete (antud juhul 19) numbrit kiirendusmõõturi aadress! Kui näete erinevat numbrit, võtke teadmiseks ja muutke programmis (muutuja addr).

Samm: programmi lühiülevaade

Programm loeb x, y ja z kiirenduse, arvutab g-jõu ja salvestab seejärel andmed vastavalt vajadusele kahte faili (samasse programmi koodiga):

• AllSensorData.txt-annab ajatempli, millele järgneb x-, y- ja z-telje g-jõud.
• AlertData.txt - sama nagu eespool, kuid ainult näidete puhul, mis ületavad meie ohutusläve (absoluutne künnis 9G või 4G rohkem kui 3 sekundit).

Meie ohutusläve ületavad G-jõud lülitavad sisse ka meie hoiatusdioodi ja hoiavad seda kuni programmi taaskäivitamiseni. Peatage programm, tippides käsuterminali “CTRL+c” (klaviatuuri katkestus).

Ülaltoodud foto näitab mõlemat testimisel loodud andmefaili.

12. samm: testige süsteemi

Avage terminaliaken, navigeerige kausta, kuhu salvestasite programmi koodi, kasutades käsku cd.

cd tee/kausta/

Käivitage programm juurõiguste abil:

sudo python NameOfFile.py

Kontrollige, kas kiirendusväärtused x-, y- ja z-suunas prinditakse terminaliaknasse, on mõistlikud, ja lülitage LED-tuli sisse, kui g-jõud ületab meie künnised.

• Testimiseks pöörake kiirendusmõõturit nii, et iga telg on suunatud maa poole, ja kontrollige, kas mõõdetud väärtused on kas 1 või -1 (vastab raskusjõust tingitud kiirendusele).
• Raputage kiirendusmõõturit, et veenduda näidete suurenemises (märk näitab telje suunda, meid huvitab kõige rohkem näidu suurus).

Samm: turvalised elektriühendused ja installige see

Kui kõik töötab õigesti, veenduge, et löögijõu monitor võib tegelikult lööki taluda!

• Kasutage termokahanevat toru ja/või katke kiirendusmõõturi ja valgusdioodi elektriühendused epoksiidis.

• Eriti vastupidavate ja püsivate paigaldiste jaoks kaaluge kogu kattekihi katmist epoksüvahuga: Pi Zero, LED ja kiirendusmõõtur (kuid MITTE Pi -kaabli pistikud või SD -kaart).

  Hoiatus! Teil on endiselt juurdepääs Pi -le ja kõik arvutiasjad, kuid täielik epoksükiht takistab GPIO -tihvtide kasutamist tulevaste projektide jaoks. Teise võimalusena saate Pi Zero jaoks kohandatud ümbrise valmistada või osta, kuigi kontrollige selle vastupidavust

Kinnitage kiivri, oma isiku või transpordiliigi, näiteks rula, jalgratta või kassi*külge!

Kontrollige täielikult, kas Pi on kindlalt kinnitatud või et GPIO tihvtid võivad lahti kukkuda, põhjustades programmi krahhi.

*Märkus: algselt tahtsin kirjutada "auto", kuid arvasin, et kassi löögijõu monitor võib anda ka huvitavaid andmeid (muidugi kitty nõusolekul).

14. samm: ahela kiivrisse kinnistamine

Ahela kiivrisse kinnistamiseks on mõned meetodid. Siin on minu lähenemine kiivri paigaldamisele:

• Kui te pole seda juba teinud, ühendage aku Pi -ga (kui aku on välja lülitatud). Kinnitage kiirendusmõõtur Pi tagaküljele mittejuhtiva isolatsiooniga (nagu mullpakend või õhuke pakkimisvaht).
• Mõõtke Pi Zero, kiirendusmõõturi, LED -i ja akuühenduse kombinatsiooni mõõtmeid. Lisage mõlemal küljel 10%.
• Joonistage projekti jaoks väljalõige kiivri ühele küljele, nii et aku pistik on suunatud kiivri ülaosa poole. Lõika kiivri polster välja, jättes paar millimeetrit (~ 1/8 tolli).
• Asetage andur, Pi ja LED väljalülitusse. Lõika üleliigse kiivri polstri tükid või kasuta pakendivahtu, et isoleerida, kaitsta ja hoida elektroonikat paigal.
• Mõõtke aku mõõtmed, lisage 10%ja järgige sama väljalülitust aku puhul. Sisestage aku taskusse.
• Korrake aku isolatsioonitehnikat kiivri teisel küljel.
• Hoidke kiivri polstrit teibiga paigal (pea hoiab neid kandmisel paigal).

15. samm: juurutage

Lülitage aku sisse!

Nüüd saate SS -i või kaugtöölaua kaudu kaugjuhtimispuldi sisse logida ja programmi terminali kaudu käivitada. Kui programm töötab, alustab see andmete salvestamist.

Kui katkestate koduse WiFi -ühenduse, katkeb SSH -ühendus, kuid programm peaks siiski andmeid logima. Kaaluge Pi ühendamist nutitelefoni leviala WiFi -ga või logige lihtsalt koju tagasi ja hankige andmed.

Andmetele juurdepääsemiseks logige kaugjuhtimispuldiga sisse ja lugege tekstifaile. Praegune programm lisab alati andmed olemasolevatele failidele - kui soovite andmeid kustutada (nt testimisel), kustutage tekstifail (töölaua kaudu või kasutage terminalis käsku rm) või looge programmis uus failinimi kood (kasutajaparameetrites).

Kui LED süttib, lülitub programm taaskäivitamisel see välja.

Nüüd minge edasi, nautige elus ja kontrollige iga kord andmeid, kui juhtute millegagi kokku puutuma. Loodetavasti on see väike muhk, kuid vähemalt teate!

16. samm: lisavõimaluste lisamine

Kas otsite löögijõu monitori täiustusi? See jääb õpetuse reguleerimisalast välja, kuid proovige ideid vaadata allolevast loendist!

Analüüsige oma g-jõu andmeid Pythonis!

Pi Zerol on Bluetooth- ja WiFi -võimalused - kirjutage rakendus kiirendusmõõturi andmete nutitelefoni saatmiseks! Alustuseks on siin Pi Twitteri monitori õpetus.

Lisage muud andurid, näiteks temperatuuriandur või mikrofon*!

Head ehitust

*Märkus: kiirendusega seotud valjuhäälte kuulamiseks!: D