Raspberry Pi Impact Force Monitor !: 16 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Gaano karaming epekto ang mahahawakan ng katawan ng tao? Kung football man, pag-akyat sa bato, o aksidente sa bisikleta, alam kung kailan humingi ng agarang medikal na atensyon pagkatapos ng isang banggaan ay napakahalaga, lalo na kung walang halatang mga palatandaan ng trauma. Tuturuan ka ng tutorial na ito kung paano bumuo ng iyong sariling monitor ng puwersa ng epekto!

Basahin ang Oras: ~ 15 min

Oras ng Pagbuo: ~ 60-90 min

Ang proyektong open-source na ito ay gumagamit ng isang Raspberry Pi Zero W at isang LIS331 accelerometer upang subaybayan at alerto ang gumagamit ng potensyal na mapanganib na mga G-force. Siyempre, huwag mag-atubiling baguhin at iakma ang system upang umangkop sa iyong iba't ibang mga pangangailangan sa agham ng mamamayan.

Tandaan: Bumuo ng mga nakakatuwang bagay sa Impact Force Monitor! Gayunpaman, mangyaring huwag itong gamitin bilang isang kapalit para sa propesyonal na payo at medikal na medikal. Kung sa tingin mo ay kumuha ka ng isang seryosong taglagas, mangyaring bisitahin ang isang kwalipikado at lisensyadong propesyonal para sa wastong paggamot.

Hakbang 1: Mungkahing Pagbasa

Upang panatilihing maikli ang tutorial na ito (mabuti, mabuti, hangga't maaari), ipinapalagay kong nagsisimula ka sa isang gumaganang Pi Zero W. Kailangan mo ba ng tulong? Walang problema! Narito ang isang buong tutorial sa pag-setup.

Magakonekta din kami sa Pi nang malayuan (aka nang wireless). Para sa isang mas masusing pangkalahatang ideya sa prosesong ito tingnan ang tutorial na ito.

** Natigil o nais na malaman ang higit pa? Narito ang ilang mga madaling gamiting mapagkukunan: **

1. Mahusay na gabay sa "Pagsisimula" para sa Pi.

2. Buong gabay sa hookup para sa breakout board ng LIS331 accelerometer.

3. Higit pa tungkol sa mga accelerometro!

4. Pangkalahatang ideya ng mga pin ng Raspberry Pi GPIO.

5. Paggamit ng SPI at I2C Serial bus sa Pi.

6. LIS331 Datasheet

Hakbang 2: Mga Kagamitan

• Raspberry Pi Zero W Basic Kit

  • Kasama sa kit na ito ang mga sumusunod: SD Card w / NOOBS Operating System; USB OTG cable (microUSB hanggang USB babae); Mini HDMI hanggang HDMI; Supply ng kuryente ng MicroUSB (~ 5V)
  • Inirerekumenda din: USB hub

• Raspberry Pi 3 Header Pins

• LIS331 Accelerometer Breakout Board
• Battery Pack w / konektor ng MicroUSB
• 5mm Red LED
• 1k Resistor
• 6 "Heat shrink tube o electrical tape
• Mga pin ng header para sa accelerometer (4 - 8) at LED (2)
• Babae-sa-babaeng jumper wires (6)

Mga kasangkapan

• Panghinang at mga aksesorya
• Epoxy (o iba pang permanenteng, hindi kondaktibong likidong malagkit)
• Marahil ay gunting din:)

Hakbang 3: Ngunit Maghintay! Ano ang Puwersa ng Epekto?

Sa kasamaang palad ang term na "puwersa ng epekto" ay medyo prangka: ang dami ng puwersa sa isang epekto. Gayunpaman, tulad ng karamihan sa mga bagay, ang pagsukat nito ay nangangailangan ng isang mas tumpak na kahulugan. Ang equation para sa puwersa ng epekto ay:

F = KE / d

kung saan ang F ay ang puwersa ng epekto, ang KE ay ang lakas na gumagalaw (lakas ng paggalaw), at d ang distansya ng epekto, o kung gaano kalubha ang bagay. Mayroong dalawang mahahalagang takeaway mula sa equation na ito:

1. Ang puwersa ng epekto ay direktang proporsyonal sa lakas na gumagalaw, nangangahulugang tumataas ang puwersa ng epekto kung tumataas ang lakas na gumagalaw.

2. Ang puwersa ng epekto ay baligtad na proporsyonal sa distansya ng epekto, nangangahulugang bumabawas ang puwersa ng epekto kung tumaas ang distansya ng epekto. (Ito ang dahilan kung bakit mayroon kaming mga airbag: upang madagdagan ang distansya ng aming epekto.)

Ang puwersa ay karaniwang sinusukat sa Newtons (N), ngunit ang puwersa ng epekto ay maaaring tinalakay sa mga tuntunin ng isang "G-Force", isang bilang na ipinahayag bilang isang maramihang g, o gravitational acceleration ng lupa (9.8 m / s ^ 2). Kapag gumagamit kami ng mga yunit ng G-force, sumusukat kami ng isang pagpapabilis ng mga bagay na may kaugnayan sa libreng pagbagsak sa lupa.

Teknikal na pagsasalita, ang g ay isang pagbilis, hindi isang puwersa, ngunit kapaki-pakinabang kapag pinag-uusapan ang tungkol sa mga banggaan dahil ang pagbilis * ang siyang pumapinsala sa katawan ng tao.

Para sa proyektong ito, gagamitin namin ang mga unit ng G-force upang matukoy kung ang isang epekto ay potensyal na mapanganib at karapat-dapat na pansinin ng medikal. Natuklasan ng pananaliksik na ang mga g-pwersa na higit sa 9G ay maaaring nakamamatay sa karamihan ng mga tao (nang walang espesyal na pagsasanay), at ang 4-6G ay maaaring mapanganib kung napapanatili nang higit sa ilang segundo.

Alam ito, maaari naming mai-program ang aming epekto ng puwersa na monitor upang alertuhan kami kung ang aming accelerometer ay sumusukat sa isang G-force sa itaas ng alinman sa mga threshold na ito. Hooray, syensya!

Para sa karagdagang impormasyon, basahin ang tungkol sa puwersa ng epekto at g-puwersa sa Wikipedia!

Ang pagpabilis ay isang pagbabago sa bilis at / o direksyon

Hakbang 4: I-configure ang Pi Zero W

Ipunin ang iyong Raspberry Pi Zero at mga peripheral upang mai-configure ang Pi upang maging walang ulo!

• Ikonekta ang Pi sa isang monitor at nauugnay na mga peripheral (keyboard, mouse), plug in ang power supply, at mag-log in.

• I-update ang software upang mapanatili ang iyong Pi mabilis at ligtas. Buksan ang window ng terminal at i-type ang mga utos na ito:

  I-type at ipasok:

sudo apt-get update

I-type at ipasok:

sudo apt-get upgrade

I-reset:

sudo shutdown -r ngayon

Hakbang 5: Paganahin ang WiFi & I2C

• I-click ang icon na WiFi sa kanang sulok sa itaas ng desktop at kumonekta sa iyong WiFi network.
• Sa uri ng terminal ang utos na ito upang ilabas ang Pi's Software Configuration Tool:

sudo raspi-config

• Piliin ang "Mga Pagpipilian sa Interfacing", pagkatapos ay "SSH", at piliin ang "Oo" sa ibaba upang paganahin.
• Bumalik sa "Mga Pagpipilian sa Interfacing", pagkatapos ay "I2C", at piliin ang "Oo" upang paganahin.
• Sa terminal, mag-install ng malayuang software ng koneksyon sa desktop:

sudo apt-get install xrdp

• I-type ang 'Y' (oo) sa iyong keyboard sa parehong prompt.
• Hanapin ang IP address ng Pi sa pamamagitan ng pag-hover sa koneksyon sa WiFi (baka gusto mo ring isulat ito).
• Baguhin ang password ng Pi gamit ang passwd command.

Hakbang 6: I-restart ang Pi at Mag-log in mula sa Malayo

Maaari na nating kanal ang HDMI at mga peripheral, woohoo!

• Mag-setup ng isang malayuang koneksyon sa desktop.

  • Sa isang PC, buksan ang Koneksyon ng Remote Desktop (o PuTTY kung komportable ka doon).
  • Para sa Mac / Linux, maaari mong mai-install ang program na ito o gumamit ng isang programang VNC.
• Ipasok ang IP para sa Pi at i-click ang "Connect" (Huwag pansinin ang mga babala tungkol sa hindi kilalang aparato).
• Mag-log in sa Pi gamit ang iyong mga kredensyal at malayo kami!

Hakbang 7: Buuin Ito: Electronics

Ipinapakita ng dalawang larawan sa itaas ang electrical skema para sa proyektong ito at ang Pi Zero Pinout. Kakailanganin namin ang parehong upang matugunan ang mga koneksyon sa hardware.

Tandaan: Ang LIS331 breakout board sa eskematiko ay isang mas matandang bersyon - gamitin ang mga label ng pin para sa patnubay

Hakbang 8: Ikonekta ang Accelerometer sa Pi's GPIO

• Maghinang at maingat na alisin ang anumang nalalabi sa pagkilos ng bagay sa accelerometer at mga pin ng header ng Pi GPIO.
• Pagkatapos ay ikonekta ang mga wire ng jumper sa pagitan ng LIS331 breakout board at Pi sa pagitan ng mga sumusunod na pin:

LIS331 Breakout Board Raspberry Pi GPIO Pin

GND GPIO 9 (GND)

VCC GPIO 1 (3.3V)

SDA GPIO 3 (SDA)

SCL GPIO 5 (SCL)

Upang gawing mas madali upang ikonekta ang sensor sa Pi Zero, isang pasadyang adapter ang ginawa sa pamamagitan ng paggamit ng isang babaeng header at jumper wires. Ang pag-urong ng init ay idinagdag pagkatapos subukan ang mga koneksyon

Hakbang 9: Magdagdag ng isang Alert LED

• Maghinang ng isang kasalukuyang pumipigil sa risistor sa negatibong LED leg (mas maikli na binti) at magdagdag ng shrink wrap (o electrical tape) para sa pagkakabukod.
• Gumamit ng dalawang mga jumper cables o header pin upang ikonekta ang positibong LED leg sa GPIO26 at ang risistor sa GND (mga posisyon ng header 37 at 39, ayon sa pagkakabanggit).
• Ikonekta ang pack ng baterya sa lakas ng pag-input ng Pi upang makumpleto ang pag-set up!

Hakbang 10: I-Program Ito

Ang Python code para sa proyektong ito ay bukas-mapagkukunan! Narito ang isang link sa GitHub repository.

Para sa Mga Tao na Bago sa Programming:

Basahin ang code ng programa at mga komento. Ang mga bagay na madaling mabago ay nasa seksyong "Mga Parameter ng User" sa itaas

Para sa Mga Tao na Mas Kumportable sa Teknikal na ‘Mga Deet:

Pinasimulan ng program na ito ang LIS331 accelerometer na may mga default na setting, kasama ang normal na mode ng kuryente at rate ng data na 50Hz. Basahin sa pamamagitan ng LIS331 datasheet at baguhin ang mga setting ng pagsisimula tulad ng ninanais

Lahat

• Ang maximum na scale ng pagpapabilis na ginamit sa proyektong ito ay 24G, dahil ang puwersa ng epekto ay nagiging tunay na mabilis!
• Inirerekumenda na bigyan ng puna ang mga pahayag ng pagpabilis sa pag-print sa pangunahing pag-andar kapag handa ka na para sa buong pag-deploy.

Bago mo patakbuhin ang programa, i-double check kung ang address ng accelerometer ay 0x19. Buksan ang window ng terminal at mag-install ng ilang mga kapaki-pakinabang na tool gamit ang utos na ito:

sudo apt-get install -y i2c-tool

Pagkatapos ay patakbuhin ang i2cdetect na programa:

i2cdetect -y 1

Makakakita ka ng isang talahanayan ng mga address ng I2C na ipinakita tulad ng ipinakita sa imahe sa itaas. Ipagpalagay na ito lamang ang koneksyon ng I2C aparato, ang bilang na nakikita mo (sa kasong ito: 19) ay ang address ng accelerometer! Kung nakakita ka ng ibang numero, tandaan at baguhin ang programa (variable addr).

Hakbang 11: Mabilis na Pangkalahatang-ideya ng Program

Binabasa ng programa ang x, y, at z acceleration, kinakalkula ang isang g-force, at pagkatapos ay nai-save ang data sa dalawang mga file (sa parehong folder bilang code ng programa) na naaangkop:

• AllSensorData.txt - nagbibigay ng isang timestamp na sinusundan ng g-force sa x, y, at z axes.
• AlertData.txt - pareho sa itaas ngunit para lamang sa mga pagbabasa na nasa itaas ng aming mga threshold sa kaligtasan (ganap na threshold na 9G o 4G nang higit sa 3 segundo).

G-pwersa sa itaas ng aming mga threshold sa kaligtasan ay bubuksan din ang aming alerto na LED at panatilihin itong hanggang sa muling simulan ang programa. Itigil ang programa sa pamamagitan ng pag-type ng “CTRL + c” (makagambala ng keyboard) sa terminal ng utos.

Ipinapakita ng larawan sa itaas ang parehong mga file ng data na nilikha sa panahon ng pagsubok.

Hakbang 12: Subukan ang Sistema

Buksan ang window ng terminal, mag-navigate sa folder kung saan mo nai-save ang program code gamit ang cd command.

path ng cd / sa / folder

Patakbuhin ang programa gamit ang mga pribilehiyo ng ugat:

sudo python NameOfFile.py

Suriin na ang mga halaga ng pagpabilis sa x, y, at z-direksyon ay naka-print sa window ng terminal, makatuwiran, at i-on ang ilaw na LED kung ang g-force ay nasa itaas ng aming mga threshold.

• Upang subukan, paikutin ang accelerometer upang ang bawat palakol ay tumuturo patungo sa lupa at suriin na ang mga sinusukat na halaga ay alinman sa 1 o -1 (tumutugma sa pagbilis dahil sa gravity).
• Iling ang accelerometer upang matiyak na tumataas ang mga pagbabasa (ang tanda ay nagpapahiwatig ng direksyon ng axis, pinaka-interesado kami sa lakas ng pagbabasa).

Hakbang 13: Ligtas ang Mga Koneksyon sa Elektrisiko at I-install Ito

Kapag ang lahat ay gumagana nang tama, siguraduhin nating ang epekto ng puwersa na monitor ay talagang makatiis ng epekto!

• Gumamit ng heat shrink tube at / o coat ang mga koneksyon sa kuryente para sa accelerometer at LED sa epoxy.

• Para sa sobrang matibay, permanenteng mga pag-install, isaalang-alang ang patong ng buong shebang sa epoxy: ang Pi Zero, ang LED, at ang accelerometer (ngunit HINDI ang mga konektor ng Pi cable o ang SD card).

  Babala! Maaari mo pa ring ma-access ang Pi at gawin ang lahat ng mga bagay sa computer, ngunit ang isang buong amerikana ng epoxy ay pipigilan ang paggamit ng mga GPIO pin para sa mga susunod na proyekto. Bilang kahalili, maaari kang gumawa o bumili ng isang pasadyang kaso para sa Pi Zero, kahit na suriin ang tibay

Secure sa isang helmet, iyong tao, o isang mode ng transportasyon tulad ng iyong skateboard, bisikleta, o pusa *!

Ganap na subukan na ang Pi ay ligtas na na-fasten o ang mga GPIO pin ay maaaring maluwag na sanhi ng pag-crash ng programa.

* Tandaan: Orihinal kong nilalayong i-type ang "kotse", ngunit naisip ang isang monitor ng puwersa ng epekto para sa isang pusa ay maaari ring magbunga ng ilang mga kagiliw-giliw na data (syempre sa pahintulot ni kitty).

Hakbang 14: Pag-embed sa Circuit sa isang Helmet

Mayroong ilang mga pamamaraan ng pag-embed ng circuit sa isang helmet. Narito ang aking diskarte sa isang pag-install ng helmet:

• Kung hindi mo pa nagagawa, ikonekta ang baterya sa Pi (na naka-off ang baterya). I-secure ang accelerometer sa likuran ng Pi na may nonconductive insulation sa pagitan (tulad ng bubble wrap o manipis na foam ng pag-iimpake).
• Sukatin ang mga sukat ng kombinasyon ng Pi Zero, accelerometer, LED, at konektor ng baterya. Magdagdag ng 10% sa magkabilang panig.
• Gumuhit ng isang ginupit para sa proyekto sa isang bahagi ng helmet, na nakaharap ang konektor ng baterya patungo sa tuktok ng helmet. Gupitin ang padding sa helmet na nag-iiwan ng ilang millimeter (~ 1/8 in.).
• Ilagay ang sensor, Pi, at LED sa ginupit. Gupitin ang mga piraso ng labis na padding ng helmet o gumamit ng packaging foam upang ma-insulate, protektahan, at hawakan ang mga electronics sa lugar.
• Sukatin ang mga sukat ng baterya, magdagdag ng 10%, at sundin ang parehong ginupit para sa baterya. Ipasok ang baterya sa bulsa.
• Ulitin ang pamamaraan ng pagkakabukod para sa baterya sa kabilang panig ng helmet.
• Hawakan ang padding ng helmet sa lugar na may tape (itatago ng iyong ulo 'ito sa lugar kapag isinusuot mo ito).

Hakbang 15: I-deploy

Patayin ang pack ng baterya!

Ngayon ay maaari mo nang malayuan mag-log in sa Pi sa pamamagitan ng SSH o remote desktop at patakbuhin ang programa sa pamamagitan ng terminal. Kapag tumatakbo ang programa, nagsisimula itong magrekord ng data.

Kapag nag-disconnect ka mula sa iyong WiFi sa bahay, masisira ang koneksyon ng SSH, ngunit dapat mag-log data pa rin ang programa. Isaalang-alang ang pagkonekta sa Pi sa iyong smartphone hotspot WiFi, o mag-log in lamang muli at kunin ang data kapag nakauwi ka na.

Upang ma-access ang data, malayuan mag-log in sa Pi at basahin ang mga file ng teksto. Palaging idadagdag ng kasalukuyang programa ang data sa mga mayroon nang mga file - kung nais mong tanggalin ang data (tulad ng mula sa pagsubok), tanggalin ang file ng teksto (sa pamamagitan ng desktop o gamitin ang rm na utos sa terminal) o lumikha ng isang bagong pangalan ng file sa programa code (sa Mga Parameter ng User).

Kung ang LED ay nakabukas, i-restart ang programa ay papatayin nito.

Ngayon, magpatuloy, magsaya sa buhay, at suriin ang data nang madalas kung sakaling may maaksidente ka. Sana, ito ay isang maliit na paga ngunit kahit papaano malalaman mo!

Hakbang 16: Pagdaragdag ng Higit pang Mga Tampok

Naghahanap ng mga pagpapabuti sa monitor ng epekto ng puwersa? Nasa labas ito ng saklaw ng tutorial ngunit subukang tingnan ang listahan sa ibaba para sa mga ideya!

Gumawa ng ilang pagsusuri sa iyong data ng g-force sa Python!

Ang Pi Zero ay may mga kakayahan sa Bluetooth at WiFi - magsulat ng isang App upang maipadala ang data ng accelerometer sa iyong smartphone! Upang makapagsimula ka, narito ang isang tutorial para sa isang Pi Twitter Monitor.

Idagdag sa iba pang mga sensor, tulad ng isang sensor ng temperatura o isang mikropono *!

Maligayang Gusali

* Tandaan: Upang pakinggan ang mga tunog ng kanino na nauugnay sa iyong pagbilis!: D