Raspberry Pi Impact Force Monitor !: 16 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Hoeveel impak kan die menslike liggaam hanteer? Of dit nou sokker, rotsklim of 'n fietsongeluk is, dit is ongelooflik belangrik om te weet wanneer om onmiddellike mediese hulp te soek na 'n botsing, veral as daar geen duidelike tekens van trauma is nie. Hierdie handleiding sal u leer hoe u u eie impak -kragmonitor kan bou!

Lees tyd: ~ 15 min

Bou tyd: ~ 60-90 min

Hierdie open source-projek gebruik 'n Raspberry Pi Zero W en 'n LIS331-versnellingsmeter om die gebruiker te monitor en te waarsku oor moontlike gevaarlike G-kragte. U kan die stelsel natuurlik aanpas en aanpas by u verskillende burgerwetenskaplike behoeftes.

Let wel: Bou lekker dinge met die Impact Force Monitor! Moet dit egter nie as 'n plaasvervanger vir professionele mediese advies en diagnose gebruik nie. As u voel dat u 'n ernstige val gehad het, besoek 'n gekwalifiseerde en gelisensieerde professionele persoon vir behoorlike behandeling.

Stap 1: Voorgestelde lees

Om hierdie tutoriaal kort en soet te hou (nou ja, soveel as moontlik), neem ek aan dat u begin met 'n funksionele Pi Zero W. Hulp nodig? Geen probleem! Hier is 'n volledige opstelhandleiding.

Ons maak ook op afstand verbinding met die Pi (ook bekend as draadloos). Vir 'n meer deeglike oorsig van hierdie proses, kyk na hierdie handleiding.

** vasgevang of wil u meer leer? Hier is 'n paar handige bronne: **

1. Uitstekende "Aan die slag" -gids vir die Pi.

2. Volledige aansluitingsgids vir die LIS331 versnellingsmeter -uitbreekbord.

3. Meer oor versnellingsmeters!

4. Oorsig van die Raspberry Pi GPIO -penne.

5. Gebruik die SPI- en I2C -seriële busse op die Pi.

6. LIS331 Gegevensblad

Stap 2: materiaal

• Framboos Pi Zero W Basiskit

  • Hierdie kit bevat die volgende: SD -kaart met NOOBS -bedryfstelsel; USB OTG -kabel (microUSB na USB -wyfie); Mini HDMI na HDMI; MicroUSB kragtoevoer (~ 5V)
  • Ook aanbeveel: USB -hub
• Framboos Pi 3 kopstukke
• LIS331 versnellingsmeter -uitbreekbord
• Batterypak met MicroUSB -aansluiting
• 5 mm rooi LED
• 1k weerstand
• 6 "krimpbuis of elektriese band
• Kopstukke vir versnellingsmeter (4-8) en LED (2)
• Trui van vrou tot vrou (6)

Gereedskap

• Soldeerbout en bykomstighede
• Epoksie (of ander permanente, nie-geleidende vloeibare gom)
• Waarskynlik ook 'n skêr:)

Stap 3: Maar wag! Wat is Impact Force?

Gelukkig is die term "impakskrag" redelik eenvoudig: die hoeveelheid krag in 'n impak. Soos die meeste dinge, verg dit 'n meer presiese definisie om dit te meet. Die vergelyking vir impak krag is:

F = KE/d

waar F die trefkrag is, KE die kinetiese energie (bewegingsenergie), en d die impakafstand, of hoeveel die voorwerp knars. Daar is twee belangrike wegneemetes uit hierdie vergelyking:

1. Slagkrag is direk eweredig aan die kinetiese energie, wat beteken dat die slagkrag toeneem as die kinetiese energie toeneem.

2. Slagkrag is omgekeerd eweredig aan impakafstand, wat beteken dat die impakkrag afneem as die impakafstand toeneem. (Daarom het ons lugsakke: om die afstand van ons impak te vergroot.)

Krag word tipies gemeet in Newton (N), maar impak krag kan bespreek word in terme van 'n "G-Force", 'n getal uitgedruk as 'n veelvoud van g, of die aarde se gravitasieversnelling (9,8 m/s^2). As ons eenhede van G-krag gebruik, meet ons die versnelling van 'n voorwerp relatief tot vryval na die aarde.

Tegnies gesproke is g 'n versnelling, nie 'n krag nie, maar dit is handig as ons oor botsings praat omdat versnelling* die menslike liggaam beskadig.

Vir hierdie projek gebruik ons G-force-eenhede om te bepaal of 'n impak moontlik gevaarlik is en mediese aandag verdien. Navorsing het bevind dat g-kragte bo 9G vir die meeste mense dodelik kan wees (sonder spesiale opleiding), en 4-6G kan gevaarlik wees as dit langer as 'n paar sekondes aangehou word.

As ons dit weet, kan ons ons impakskragmonitor programmeer om ons te waarsku as ons versnellingsmeter 'n G-krag bo enige van hierdie drempels meet. Hoera, wetenskap!

Vir meer inligting, lees oor slagkrag en g-krag op Wikipedia!

Versnelling is 'n verandering in spoed en/of rigting

Stap 4: Stel die Pi Zero W op

Versamel u Raspberry Pi Zero en randapparatuur om die Pi sonder kop te stel!

• Koppel die Pi aan 'n monitor en gepaardgaande randapparatuur (sleutelbord, muis), koppel die kragtoevoer aan en meld aan.

• Dateer sagteware op om u Pi vinnig en veilig te hou. Maak die terminale venster oop en tik hierdie opdragte:

  Tik en voer in:

sudo apt-get update

Tik en voer in:

sudo apt-get upgrade

Herstel:

sudo shutdown -r nou

Stap 5: Aktiveer WiFi en I2C

• Klik op die WiFi -ikoon in die regter boonste hoek van die lessenaar en maak verbinding met u WiFi -netwerk.
• Tik in die terminale hierdie opdrag om die sagteware -konfigurasiehulpmiddel van Pi te open:

sudo raspi-config

• Kies "Interfacing Options", dan "SSH" en kies "Yes" onderaan om dit in te skakel.
• Gaan terug na "Koppelvlakopsies", dan "I2C" en kies "Ja" om in te skakel.
• Installeer sagteware vir eksterne tafelverbinding in die terminale:

sudo apt-get install xrdp

• Tik 'Y' (ja) op u sleutelbord by albei aanwysings.
• Soek die IP -adres van die Pi deur oor die WiFi -verbinding te beweeg (u wil dit ook graag neerskryf).
• Verander die wagwoord van die Pi met die passwd -opdrag.

Stap 6: Herbegin die Pi en meld op afstand aan

Ons kan nou die HDMI en randapparatuur laat vaar, woohoo!

• Stel 'n eksterne lessenaarverbinding op.

  • Open op 'n rekenaar 'Remote Connection' (of PuTTY as u daarmee gemaklik is).
  • Vir Mac/Linux kan u hierdie program installeer of 'n VNC -program gebruik.
• Voer die IP vir die Pi in en klik op "Verbind" (Ignoreer waarskuwings oor onbekende toestel).
• Teken in op die Pi met u geloofsbriewe en ons gaan weg!

Stap 7: Bou dit: elektronika

Die twee foto's hierbo toon die elektriese skema vir hierdie projek en die Pi Zero Pinout. Ons het albei nodig om die hardewareverbindings aan te pak.

Opmerking: die LIS331 -uitbreekbord in die skematiese weergawe is 'n ouer weergawe - gebruik die penetikette as riglyn

Stap 8: Koppel die versnellingsmeter aan die Pi se GPIO

• Soldeer en verwyder die vloeistofresidu op die versnellingsmeter en die kopstukke van Pi GPIO versigtig.
• Koppel dan jumperdrade tussen die LIS331 -uitbreekbord en Pi tussen die volgende penne:

LIS331 Breakout Board Raspberry Pi GPIO Pin

GND GPIO 9 (GND)

VCC GPIO 1 (3.3V)

SDA GPIO 3 (SDA)

SCL GPIO 5 (SCL)

Om die sensor makliker aan die Pi Zero te koppel, is 'n pasgemaakte adapter gemaak deur 'n vroulike kop- en springdraad te gebruik. Hitte krimp is bygevoeg nadat die verbindings getoets is

Stap 9: Voeg 'n waarskuwings -LED by

• Soldeer 'n stroombeperkende weerstand aan die negatiewe LED -been (korter been) en voeg krimpopening (of elektriese band) by vir isolasie.
• Gebruik twee springkabels of kopstukke om die positiewe LED -been aan GPIO26 en die weerstand aan GND te koppel (kopstukke 37 en 39 onderskeidelik).
• Koppel die battery aan die ingangskrag van die Pi om die opstelling te voltooi!

Stap 10: programmeer dit

Die Python-kode vir hierdie projek is open source! Hier is 'n skakel na die GitHub -bewaarplek.

Vir mense wat nuut is in programmering:

Lees die programkode en opmerkings deur. Dinge wat maklik verander kan word, is in die afdeling 'Gebruikersparameters' bo

Vir gemakliker mense met die tegniese 'Deets':

Hierdie program begin die LIS331 -versnellingsmeter met standaardinstellings, insluitend die normale kragmodus en die datatempo van 50Hz. Lees die LIS331 -datablad deur en verander die initialiseringsinstellings na wens

Almal

• Die maksimum versnellingskaal wat in hierdie projek gebruik word, is 24G, want die impakkrag word vinnig groot!
• Dit word aanbeveel om kommentaar te lewer op die versnellingsafdrukverklarings in die hooffunksie wanneer u gereed is vir volledige implementering.

Voordat u die program begin, moet u seker maak dat die versnellingsmeter se adres 0x19 is. Maak die terminale venster oop en installeer 'n paar nuttige gereedskap met hierdie opdrag:

sudo apt-get install -y i2c-tools

Begin dan die i2cdetect -program:

i2cdetect -y 1

U sien 'n tabel met I2C -adresse wat vertoon word soos in die prent hierbo. Gestel dit is die enigste I2C -toestel wat gekoppel is, is die nommer wat u sien (in hierdie geval: 19) die versnellingsmeteradres! As u 'n ander nommer sien, neem kennis en verander die program (veranderlike addr).

Stap 11: Vinnige oorsig van die program

Die program lees die x-, y- en z-versnelling, bereken 'n g-krag en stoor die data dan in twee lêers (in dieselfde gids as die programkode):

• AllSensorData.txt-gee 'n tydstempel gevolg deur die g-krag in die x-, y- en z-as.
• AlertData.txt - dieselfde as hierbo, maar slegs vir lesings wat bo ons veiligheidsdrempels is (absolute drempel van 9G of 4G vir meer as 3 sekondes).

G-kragte bo ons veiligheidsdrempels sal ook ons waarskuwings-LED aanskakel en aanhou totdat ons die program weer begin. Stop die program deur "CTRL+c" (sleutelbordonderbreking) in die opdragterminale in te tik.

Die foto hierbo toon albei datalêers wat tydens die toetsing geskep is.

Stap 12: Toets die stelsel

Open die terminale venster, navigeer na die gids waar u die programkode gestoor het met die cd -opdrag.

cd pad/na/gids

Begin die program met wortelvoorregte:

sudo python NameOfFile.py

Kontroleer of die versnellingswaardes in die x-, y- en z-rigting na die eindvenster druk, is redelik en skakel die LED-lig aan as die g-krag bo ons drempels is.

• Om te toets, draai die versnellingsmeter sodat elke as na die aarde wys en kyk of die gemete waardes óf 1 óf -1 is (stem ooreen met versnelling as gevolg van swaartekrag).
• Skud die versnellingsmeter om seker te maak dat die lesings toeneem (teken dui rigting van die as aan, ons is die meeste geïnteresseerd in die grootte van die lesing).

Stap 13: Beveilig elektriese verbindings en installeer dit

Sodra alles korrek werk, moet ons seker maak dat die impakdrywingmonitor die impak werklik kan weerstaan!

• Gebruik 'n krimpbuis en/of bedek die elektriese verbindings vir die versnellingsmeter en LED met epoksie.

• Vir superduursame, permanente installasies, oorweeg dit om die hele skyf in epoxy te bedek: die Pi Zero, die LED en die versnellingsmeter (maar NIE die Pi -kabelverbindings of die SD -kaart nie).

  Waarskuwing! U het nog steeds toegang tot die Pi en al die rekenaarstowwe gedoen, maar 'n volledige laag epoksie verhoed dat die GPIO -penne vir toekomstige projekte gebruik word. Alternatiewelik kan u 'n pasgemaakte tas vir die Pi Zero maak of koop, maar kyk of dit duursaam is

Beveilig vir 'n helm, u persoon of 'n vervoermiddel soos u skaatsplank, fiets of kat*!

Toets volledig of die Pi stewig vasgemaak is of die GPIO -penne los kan raak sodat die program kan val.

*Opmerking: ek wou oorspronklik 'motor' tik, maar ek het gedink dat 'n impak -kragmonitor vir 'n kat ook interessante data kan oplewer (natuurlik met toestemming van die kat).

Stap 14: Inbedding van die kring in 'n helm

Daar is 'n paar metodes om die kring in 'n helm in te sluit. Hier is my benadering tot 'n helminstallasie:

• As u dit nog nie gedoen het nie, koppel die battery aan Pi (met die battery af). Bevestig die versnellingsmeter aan die agterkant van die Pi met nie -geleidende isolasie tussenin (soos borrelplastiek of dun verpakkingsskuim).
• Meet die afmetings van die kombinasie van Pi Zero, versnellingsmeter, LED en batteryaansluiting. Voeg 10% aan weerskante by.
• Trek 'n snit vir die projek aan die een kant van die helm, met die batterykonneksie na die bokant van die helm. Knip die vulling in die helm uit en laat 'n paar millimeter (~ 1/8 in.)
• Plaas die sensor, Pi en LED in die uitsny. Sny stukke van die oortollige helmvulling of gebruik verpakkingsskuim om die elektronika te isoleer, te beskerm en te hou.
• Meet die afmetings van die battery, voeg 10%by en volg dieselfde uitsny vir die battery. Steek die battery in die sak.
• Herhaal die isolasietegniek vir die battery aan die ander kant van die helm.
• Hou die helmvulling vas met plakband (u kop hou dit op sy plek as u dit dra).

Stap 15: Ontplooi

Skakel die battery in!

Nou kan u op afstand by die Pi aanmeld via SSH of eksterne tafelblad en die program via die terminale uitvoer. Sodra die program uitgevoer is, begin dit data opneem.

As u van u tuis -WiFi ontkoppel, breek die SSH -verbinding, maar die program moet steeds data aanmeld. Oorweeg om die Pi aan te sluit op u slimfoon -hotspot WiFi, of meld net weer aan en kry die data wanneer u by die huis kom.

Om toegang tot die data te verkry, moet u op afstand by die Pi aanmeld en die tekslêers lees. Die huidige program sal altyd data by die bestaande lêers voeg - as u data wil verwyder (soos uit toetsing), verwyder die tekslêer (via die lessenaar of gebruik die rm -opdrag in die terminale) of skep 'n nuwe lêernaam in die program kode (in gebruikersparameters).

As die LED aan is, word die program weer afgeskakel.

Gaan nou uit, geniet die lewe en kyk gereeld na die gegewens as u iets teëkom. Hopelik is dit 'n klein hobbel, maar jy sal dit ten minste weet!

Stap 16: Voeg meer funksies by

Op soek na verbeterings aan die impakmagmonitor? Dit is buite die omvang van die tutoriaal, maar kyk na die onderstaande lys vir idees!

Ontleed u g-force-data in Python!

Die Pi Zero het Bluetooth- en WiFi -moontlikhede - skryf 'n app om die versnellingsmeterdata na u slimfoon te stuur! Hier is 'n handleiding vir 'n Pi Twitter Monitor om aan die gang te kom.

Voeg ander sensors by, soos 'n temperatuursensor of 'n mikrofoon*!

Gelukkige gebou

*Nota: om die klinkende geluide wat verband hou met u versnelling te hoor!: D