צג כוח ההשפעה של Raspberry Pi !: 16 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

כמה השפעה יכול גוף האדם להתמודד? בין אם זה כדורגל, טיפוס סלעים או תאונת אופניים, לדעת מתי לפנות לטיפול רפואי מיידי לאחר התנגשות הוא חשוב להפליא, במיוחד אם אין סימנים ברורים לטראומה. הדרכה זו תלמד אותך כיצד לבנות צג כוח השפעה משלך!

זמן קריאה: ~ 15 דקות

זמן בנייה: ~ 60-90 דקות

פרויקט קוד פתוח זה משתמש ב- Raspberry Pi Zero W ומד תאוצה LIS331 כדי לפקח ולהתריע בפני המשתמש על כוחות G שעלולים להיות מסוכנים. כמובן, אל תהסס לשנות ולהתאים את המערכת כך שתתאים לצרכי מדעי האזרח השונים שלך.

הערה: בנה דברים מהנים עם מוניטור כוח ההשפעה! עם זאת, נא לא להשתמש בו כתחליף לייעוץ ואבחון רפואי מקצועי. אם אתה מרגיש שנפלת רצינית, פנה לאיש מקצוע מוסמך ומורשה לקבלת טיפול הולם.

שלב 1: הצעה לקריאה

כדי שהמדריך הזה יהיה לא מתוק (אה, טוב, כמה שאפשר), אני מניח שאתה מתחיל עם Pi Zero W. פונקציונלי. זקוק לעזרה? אין בעיה! לפניכם הדרכה מלאה להתקנה.

אנו גם נתחבר ל- Pi מרחוק (aka אלחוטית). לסקירה יסודית יותר של תהליך זה עיין במדריך זה.

** תקועים או רוצים ללמוד עוד? להלן מספר משאבים שימושיים: **

1. מדריך מצוין "התחלת העבודה" עבור ה- Pi.

2. מדריך חיבור מלא ללוח הפריצה של מד התאוצה LIS331.

3. עוד על מדי תאוצה!

4. סקירה כללית של סיכות ה- GPIO של Raspberry Pi.

5. שימוש באוטובוסים סדרתיים SPI ו- I2C בפי.

6. גליון נתונים LIS331

שלב 2: חומרים

• ערכה בסיסית של Raspberry Pi Zero W

  • ערכה זו כוללת את הדברים הבאים: כרטיס SD עם מערכת הפעלה NOOBS; כבל USB OTG (נקבת microUSB ל- USB); מיני HDMI ל- HDMI; ספק כוח MicroUSB (~ 5V)
  • מומלץ גם: רכזת USB
• סיכות כותרת של Raspberry Pi 3
• לוח פריצת מד תאוצה LIS331
• סוללה עם מחבר MicroUSB
• LED אדום 5 מ"מ
• התנגדות 1k
• 6 "צינור כיווץ חום או סרט חשמלי
• סיכות כותרת עבור מד תאוצה (4 - 8) ו- LED (2)
• חוטי מגשר נקבה לנקבה (6)

כלים

• מגהץ ואביזרים
• אפוקסי (או דבק נוזלי קבוע אחר שאינו מוליך)
• כנראה גם מספריים:)

שלב 3: אבל חכה! מהו כוח השפעה?

למרבה המזל המונח "כוח השפעה" הוא די פשוט: כמות הכוח בהשפעה. כמו רוב הדברים, מדידתו דורשת הגדרה מדויקת יותר. המשוואה לכוח השפעה היא:

F = KE/d

כאשר F הוא כוח ההשפעה, KE הוא האנרגיה הקינטית (אנרגיית התנועה), ו- d הוא מרחק ההשפעה, או עד כמה האובייקט קורט. ישנן שתי נקודות עיקריות מהמשוואה הזו:

1. כוח ההשפעה הוא ביחס ישר לאנרגיה הקינטית, כלומר כוח ההשפעה גדל אם האנרגיה הקינטית עולה.

2. כוח ההשפעה הוא ביחס הפוך למרחק הפגיעה, כלומר כוח הפגיעה יורד אם מרחק הפגיעה גדל. (זו הסיבה שיש לנו כריות אוויר: להגדיל את מרחק ההשפעה שלנו.)

הכוח נמדד בדרך כלל בניוטונים (N), אך ניתן לדון בכוח ההשפעה במונחים של "כוח G", מספר המתבטא בכפולה של g, או האצת הכבידה של כדור הארץ (9.8 מ '/ש' 2). כאשר אנו משתמשים ביחידות של כוח G, אנו מודדים תאוצה של אובייקטים ביחס לנפילה חופשית לכיוון כדור הארץ.

מבחינה טכנית, g היא תאוצה, לא כוח, אך היא שימושית כאשר מדברים על התנגשויות מכיוון שהאצה* היא מה שפוגע בגוף האדם.

לפרויקט זה נשתמש ביחידות כוח G כדי לקבוע אם ההשפעה עלולה להיות מסוכנת וראויה לטיפול רפואי. מחקרים מצאו כי כוחות g מעל 9G עלולים להיות קטלניים לרוב בני האדם (ללא הכשרה מיוחדת), ו 4-6G עלולים להיות מסוכנים אם הם נמשכים יותר מכמה שניות.

בידיעה זאת, אנו יכולים לתכנת את מוניטור כוח ההשפעה שלנו כדי להתריע אם מד התאוצה שלנו מודד כוח G מעל אחד משני הספים הללו. היי, מדע!

למידע נוסף, קרא על כוח השפעה וכוח g בוויקיפדיה!

האצה היא שינוי במהירות ו/או בכיוון

שלב 4: הגדר את ה- Pi Zero W

אסוף את ה- Raspberry Pi Zero והציוד ההיקפי שלך כדי להגדיר את ה- Pi להיות ללא ראש!

• חבר את ה- Pi לצג ולציוד היקפי משויך (מקלדת, עכבר), חבר את ספק הכוח והיכנס.

• עדכן את התוכנה כדי שה- Pi שלך יהיה מהיר ומאובטח. פתח את חלון הטרמינל והקלד את הפקודות הבאות:

  הקלד והזן:

עדכון sudo apt-get

הקלד והזן:

sudo apt-get upgrade

אִתחוּל:

כיבוי sudo -r עכשיו

שלב 5: הפעל WiFi ו- I2C

• לחץ על סמל ה- WiFi בפינה השמאלית העליונה של שולחן העבודה והתחבר לרשת ה- WiFi שלך.
• בסוף הטרמינל פקודה זו להעלאת כלי תצורת התוכנה של פי:

sudo raspi-config

• בחר "אפשרויות ממשק" ולאחר מכן "SSH" ובחר "כן" בתחתית כדי להפעיל.
• חזור אל "אפשרויות ממשק" ולאחר מכן "I2C" ובחר "כן" כדי להפעיל.
• במסוף, התקן תוכנת חיבור לשולחן עבודה מרוחק:

sudo apt-get install xrdp

• הקלד 'Y' (כן) במקלדת לשתי ההנחיות.
• מצא את כתובת ה- IP של ה- Pi על ידי ריחוף מעל חיבור ה- WiFi (אולי תרצה לרשום אותה).
• שנה את הסיסמה של הפי באמצעות הפקודה passwd.

שלב 6: הפעל מחדש את ה- Pi והתחבר מרחוק

כעת נוכל לזרוק את ה- HDMI והציוד ההיקפי, woohoo!

• הגדר חיבור שולחן עבודה מרוחק.

  • במחשב, פתח חיבור שולחן עבודה מרוחק (או PuTTY אם אתה מרגיש בנוח עם זה).
  • עבור Mac/Linux, תוכל להתקין תוכנית זו או להשתמש בתוכנית VNC.
• הזן את ה- IP של ה- Pi ולחץ על "התחבר" (התעלם מאזהרות לגבי מכשיר לא ידוע).
• היכנס ל- Pi באמצעות אישוריך ונלך!

שלב 7: בנה אותו: אלקטרוניקה

שתי התמונות למעלה מציגות את סכמטי החשמל לפרויקט זה ואת פי אפס Pinout. נצטרך את שניהם כדי להתמודד עם חיבורי החומרה.

הערה: לוח הפריצה LIS331 בתרשים הוא גרסה ישנה יותר - השתמש בתוויות הסיכה להנחיה

שלב 8: חבר את מד התאוצה ל- GPIO של ה- Pi

• הלחם והסר בזהירות כל שאריות שטף במד התאוצה ובסיכות הכותרת של Pi GPIO.
• לאחר מכן חבר את חוטי המגשר בין לוח הפריצה LIS331 לבין פי בין הפינים הבאים:

סיכה LIS331 פריצת לוח פטל פיפי GPIO

GND GPIO 9 (GND)

VCC GPIO 1 (3.3V)

SDA GPIO 3 (SDA)

SCL GPIO 5 (SCL)

כדי להקל על חיבור החיישן ל- Pi Zero, נעשה מתאם מותאם אישית באמצעות כותרת נקבה וחוטי מגשר. התכווצות חום נוספה לאחר בדיקת החיבורים

שלב 9: הוסף נורית התראה

• הלחם נגד מגביל זרם לרגל ה- LED השלילית (רגל קצרה יותר) והוסף מעטפת כיווץ (או סרט חשמלי) לבידוד.
• השתמש בשני כבלי מגשר או סיכות כותרת לחיבור רגל ה- LED החיובית ל- GPIO26 והנגד ל- GND (עמדות הכותרת 37 ו -39 בהתאמה).
• חבר את מארז הסוללות לכוח הכניסה של הפי כדי להשלים את ההתקנה!

שלב 10: תכנת אותו

קוד Python לפרויקט זה הוא קוד פתוח! להלן קישור למאגר GitHub.

לאנשים חדשים בתכנות:

קרא את קוד התוכנית והערות. דברים שקל לשנות הם בקטע "פרמטרי משתמש" בחלק העליון

לאנשים נוחים יותר עם הנתונים הטכניים:

תוכנית זו מאתחלת את מד התאוצה LIS331 עם הגדרות ברירת מחדל, כולל מצב הספק רגיל וקצב נתונים של 50 הרץ. קרא את גליון הנתונים של LIS331 ושנה את הגדרות האתחול כרצונך

את כל

• סולם ההאצה המרבי המשמש בפרויקט זה הוא 24G, מכיוון שכוח ההשפעה נהיה גדול ממש מהר!
• מומלץ להעיר את הצהרות הדפסת האצה בפונקציה הראשית כאשר אתה מוכן לפריסה מלאה.

לפני שתפעיל את התוכנית, בדוק שוב שכתובת מד התאוצה היא 0x19. פתח את חלון הטרמינל והתקן כמה כלים מועילים באמצעות פקודה זו:

sudo apt-get install -y i2c-tools

לאחר מכן הפעל את תוכנית i2cdetect:

i2cdetect -y 1

תראה טבלה של כתובות I2C המוצגות כפי שמוצג בתמונה למעלה. בהנחה שזהו מכשיר ה- I2C היחיד המחובר, המספר שאתה רואה (במקרה זה: 19) הוא כתובת מד התאוצה! אם אתה רואה מספר אחר, שים לב ושנה בתוכנית (משתנה addr).

שלב 11: סקירה מהירה של התוכנית

התוכנית קוראת את האצת x, y ו- z, מחשבת כוח g ולאחר מכן שומרת את הנתונים בשני קבצים (באותה תיקייה של קוד התוכנית) לפי הצורך:

• AllSensorData.txt-נותן חותמת זמן ואחריה הכוח g בצירים x, y ו- z.
• AlertData.txt - זהה לעיל אך רק לקריאות העולות על ספי הבטיחות שלנו (סף מוחלט של 9G או 4G למשך יותר מ -3 שניות).

כוחות G מעל ספי הבטיחות שלנו יפעילו גם את נורית ההתראה שלנו ותשאיר אותה דולקת עד שנפעיל מחדש את התוכנית. עצור את התוכנית על ידי הקלדת "CTRL+c" (הפרעה במקלדת) במסוף הפקודות.

התמונה למעלה מציגה את שני קבצי הנתונים שנוצרו במהלך הבדיקה.

שלב 12: בדוק את המערכת

פתח את חלון הטרמינל, נווט לתיקייה שבה שמרת את קוד התוכנית באמצעות פקודת cd.

נתיב cd/אל/תיקייה

הפעל את התוכנית באמצעות הרשאות שורש:

sudo python NameOfFile.py

בדוק שערכי ההאצה בכיוון x, y ו- z מדפיסים לחלון הטרמינל, הם סבירים והדליק את נורית ה- LED אם כוח ה- g נמצא מעל הסף שלנו.

• כדי לבדוק, סובבו את מד התאוצה כך שכל ציר יורה כלפי כדור הארץ ובדוק שהערכים הנמדדים הם 1 או -1 (תואם תאוצה עקב כוח הכבידה).
• לנער את מד התאוצה כדי לוודא שהקריאות גדלות (הסימן מציין את כיוון הציר, אנו מעוניינים ביותר בגודל הקריאה).

שלב 13: אבטחת חיבורי חשמל והתקנתו

ברגע שהכל פועל כראוי, בואו לוודא שמוניטור כוח ההשפעה יכול לעמוד בפגיעה למעשה!

• השתמש בצינור כיווץ חום ו/או ציפה את החיבורים החשמליים עבור מד התאוצה וה- LED באפוקסי.

• עבור התקנות סופר עמידות וקבועות, שקול לצבוע את כל השבנג באפוקסי: ה- Pi Zero, ה- LED ומד התאוצה (אך לא את מחברי הכבלים של Pi או את כרטיס ה- SD).

  אַזהָרָה! אתה עדיין יכול לגשת ל- Pi ולעשות את כל הדברים במחשב, אך שכבה מלאה של אפוקסי תמנע את השימוש בסיכות GPIO לפרויקטים עתידיים. לחלופין, אתה יכול לייצר או לרכוש מארז מותאם אישית ל- Pi Zero, אם כי לבדוק אם הוא עמיד

מאובטח לקסדה, לאדם שלך או לאמצעי תחבורה כמו הסקייטבורד, האופניים או החתול שלך*!

בדוק היטב שה- Pi מחובר היטב או שסיכות ה- GPIO עלולות להתרופף ולגרום לתוכנית לקרוס.

*הערה: במקור התכוונתי להקליד "מכונית", אך חשבתי שמסך כוח השפעה לחתול עשוי להניב גם נתונים מעניינים (בהסכמת קיטי, כמובן).

שלב 14: הטמעת המעגל בקסדה

ישנן מספר שיטות להטמעת המעגל בקסדה. להלן גישתי להתקנת קסדה:

• אם עדיין לא עשית זאת, חבר את הסוללה ל- Pi (כשהסוללה כבויה). אבטח את מד התאוצה בחלק האחורי של הפי עם בידוד בלתי מוליך בין לבין (כמו מעטפת בועות או קצף אריזה דק).
• מדוד את הממדים של שילוב מחברי ה- Pi Zero, מד התאוצה, ה- LED ומחבר הסוללה. הוסף 10% משני הצדדים.
• צייר חיתוך לפרויקט בצד אחד של הקסדה, כאשר מחבר הסוללה פונה כלפי החלק העליון של הקסדה. חותכים את הריפוד בקסדה ומשאירים כמה מילימטרים (~ 1/8 אינץ ').
• מקם את החיישן, ה- Pi וה- LED בחתך. חותכים חתיכות של ריפוד הקסדה העודפת או משתמשים בקצף אריזה לבידוד, הגנה והחזקת האלקטרוניקה במקומה.
• מדוד את מידות הסוללה, הוסף 10%ועקוב אחר אותו הפסקת הסוללה. הכנס את הסוללה לכיס.
• חזור על טכניקת הבידוד של הסוללה בצד השני של הקסדה.
• החזק את ריפוד הקסדה במקומו בעזרת סרט (הראש שלך ישמור אותם במקום כאשר אתה חובש אותו).

שלב 15: לפרוס

הפעל את מארז הסוללות!

עכשיו אתה יכול להיכנס מרחוק ל- Pi דרך SSH או שולחן עבודה מרוחק ולהפעיל את התוכנית דרך הטרמינל. לאחר הפעלת התוכנית, היא מתחילה להקליט נתונים.

כאשר אתה מתנתק מה- WiFi הביתי שלך, חיבור ה- SSH יינתק, אך התוכנית עדיין צריכה לרשום נתונים. שקול לחבר את ה- Pi ל- WiFi הנקודה החמה של הטלפון החכם שלך, או פשוט היכנס שוב ותפוס את הנתונים כשאתה חוזר הביתה.

כדי לגשת לנתונים, היכנס מרחוק אל ה- Pi וקרא את קבצי הטקסט. התוכנית הנוכחית תמיד תוסיף נתונים לקבצים הקיימים - אם ברצונך למחוק נתונים (כמו מבדיקה), מחק את קובץ הטקסט (באמצעות שולחן העבודה או השתמש בפקודה rm במסוף) או צור שם קובץ חדש בתוכנית קוד (בפרמטרי משתמש).

אם הנורית דולקת, הפעלה מחדש של התוכנית תכבה אותה.

עכשיו צא, תהנה בחיים, ובדוק את הנתונים מדי פעם אם אתה נתקל במשהו. אני מקווה שזו מכה קטנה אבל לפחות תדע!

שלב 16: הוספת תכונות נוספות

מחפש שיפורים במסך כוח ההשפעה? זה מחוץ להיקף ההדרכה אבל נסה לחפש ברשימה להלן רעיונות!

בצע ניתוח על נתוני כוח ה- g שלך בפייתון!

ל- Pi Zero יש יכולות Bluetooth ו- WiFi - כתוב אפליקציה לשליחת נתוני מד התאוצה לסמארטפון שלך! כדי להתחיל, הנה הדרכה לצג טוויטר של Pi.

הוסף חיישנים אחרים, כמו חיישן טמפרטורה או מיקרופון*!

בניין שמח

*הערה: כדי לשמוע את קולות הצעקה הקשורים להאצה שלך!: ד