التحكم في الحركة مع Raspberry Pi و LIS3DHTR ، مقياس تسارع ثلاثي المحاور ، باستخدام Python: 6 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

الجمال يحيط بنا ، ولكن عادة ، نحتاج إلى السير في حديقة لمعرفة ذلك. - الرومي

بصفتنا مجموعة مثقفة كما يبدو ، فإننا نستثمر الغالبية العظمى من طاقتنا في العمل قبل أجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة. لذلك ، غالبًا ما نسمح لرفاهيتنا بأخذ الصالة الثانوية ، ولا نجد أبدًا فرصة مثالية للذهاب إلى صالة الألعاب الرياضية أو فصل اللياقة البدنية وكقاعدة عامة ، نختار الوجبات السريعة على خيارات أكثر فائدة. الخبر السار هو ما إذا كان كل ما تحتاجه هو بعض المساعدة في حفظ السجلات أو لمراقبة تقدمك ، يمكنك الاستفادة من ابتكار اليوم لتصنيع بعض الأدوات لمساعدة أنفسكم.

التكنولوجيا تتطور بسرعة. باستمرار ، نلتقط رياح بعض الابتكارات الجديدة التي ستغير العالم والطريقة التي نتعلم بها فيه. عندما تكون في أجهزة الكمبيوتر الشخصية ، والبرمجة ، والروبوتات أو تحب فقط العبث ، فهناك نعمة تقنية هناك. Raspberry Pi ، كمبيوتر Linux الصغير أحادي اللوحة ، مكرس لتحسين طريقة التعلم باستخدام التكنولوجيا المبتكرة وأيضًا المفتاح لتحسين التعلم التعليمي في جميع أنحاء العالم. إذن ما هي النتائج المحتملة لما يمكننا فعله إذا كان لدينا Raspberry Pi ومقياس تسارع ثلاثي المحاور بالقرب منك؟ ماذا لو وجدنا هذا! في هذه المهمة ، سوف نتحقق من التسارع على 3 محاور متعامدة ، X و Y و Z باستخدام Raspberry Pi و LIS3DHTR ، وهو مقياس تسارع ثلاثي المحاور. لذلك يجب علينا أن نرى في هذه الرحلة إنشاء نظام للتحقق من التسارع ثلاثي الأبعاد لأعلى أو G-Force.

الخطوة 1: الأجهزة الأساسية التي نحتاجها

كانت المشكلات أقل بالنسبة لنا نظرًا لأن لدينا قدرًا هائلاً من الأشياء التي يمكن العمل بها. على أي حال ، نحن نعلم كيف أنه من المزعج للآخرين أن يجمعوا الجزء الصحيح في وقت نقي من المكان المفيد ، وهو ما يتم الدفاع عنه مع إيلاء القليل من الاهتمام لكل بنس. لذلك سوف نساعدك. اتبع المرفق للحصول على قائمة أجزاء كاملة.

1. Raspberry Pi

كانت الخطوة الأولى هي الحصول على لوحة Raspberry Pi. Raspberry Pi هو جهاز كمبيوتر يعمل بنظام Linux أحادي اللوحة. يحزم هذا الكمبيوتر الصغير قوة الحوسبة ، ويستخدم كجزء من أنشطة الأدوات الذكية ، والعمليات المباشرة مثل جداول البيانات ، وإعداد الكلمات ، ومسح الويب والبريد الإلكتروني ، والألعاب.

2. I2C Shield لـ Raspberry Pi

الشاغل الأساسي لـ Raspberry Pi غائب حقًا هو منفذ I²C. لذلك ، يمنحك موصل TOUTPI2 I²C الشعور باستخدام Rasp Pi مع أي من أجهزة I²C. إنه متاح في متجر DCUBE

3. 3 محاور التسارع ، LIS3DHTR

LIS3DH هو مقياس تسارع خطي منخفض الطاقة للغاية وعالي الأداء من ثلاثة محاور ينتمي إلى عائلة "نانو" ، مع خرج معياري للواجهة التسلسلية I2C / SPI الرقمية. لقد حصلنا على هذا المستشعر من متجر DCUBE

4. توصيل الكابلات

حصلنا على كابل I2C Connecting من متجر DCUBE

5. كابل USB الصغير

أصغر حيرة في حيرة ، ولكن الأكثر صرامة إلى حد الحاجة إلى الطاقة هو Raspberry Pi! أسهل طريقة للتعامل هي باستخدام كابل Micro USB.

6. الوصول إلى الويب حاجة

أطفال الإنترنت لا ينامون

احصل على Raspberry Pi الخاص بك مرتبطًا بكابل Ethernet (LAN) وقم بتوصيله بجهاز توجيه الشبكة. اختياري ، ابحث عن موصل WiFi واستخدم أحد منافذ USB للوصول إلى النظام البعيد. إنه قرار حاسم وبسيط وصغير ورديء!

7. كابل HDMI / الوصول عن بعد

يحتوي Raspberry Pi على منفذ HDMI يمكنك توصيله بشكل خاص بشاشة أو تلفزيون باستخدام كابل HDMI. اختياري ، يمكنك استخدام SSH لربط Raspberry Pi الخاص بك من كمبيوتر Linux أو Macintosh من الجهاز. وبالمثل ، يبدو PuTTY ، وهو محاكي طرفي مجاني ومفتوح المصدر ، بديلاً لائقًا.

الخطوة 2: توصيل الجهاز

جعل الدائرة وفقا للتخطيطي ظهرت. ارسم مخططًا وخذ بعد المخطط بدقة ، فالخيال أهم من المعرفة.

اتصال Raspberry Pi و I2C Shield

قبل كل شيء ، خذ Raspberry Pi واكتشف I2C Shield عليه. اضغط على Shield بدقة فوق دبابيس GPIO الخاصة بـ Pi وانتهينا من هذا التقدم البسيط مثل الفطيرة (انظر الخاطف).

اتصال المستشعر و Raspberry Pi

خذ المستشعر وواجهة كابل I2C معه. للتشغيل المناسب لهذا الكبل ، يرجى تذكر شركاء إخراج I2C دائمًا مع مدخلات I2C. يجب أخذ نفس الشيء بعد ذلك بالنسبة لـ Raspberry Pi مع درع I2C المثبت فوقه دبابيس GPIO.

نحن نؤيد استخدام كبل I2C لأنه ينفي ضرورة فحص المسامير ، والتثبيت ، وعدم الراحة التي يسببها حتى أصغر المسمار. باستخدام هذا المرفق الأساسي وكابل التشغيل ، يمكنك تقديم الأدوات أو تبديلها أو إضافة المزيد من الأدوات إلى أحد التطبيقات بشكل فعال. هذا يسهل وزن العمل حتى مستوى كبير.

ملحوظة: يجب أن يتبع السلك البني اتصال الأرض (GND) بشكل موثوق بين خرج أحد الأجهزة ومدخل جهاز آخر

شبكة الويب هي المفتاح

لجعل مسعانا مكسبًا ، نحتاج إلى ارتباط عبر الإنترنت لـ Raspberry Pi الخاص بنا. لهذا ، لديك خيارات مثل ربط كبل Ethernet (LAN) بالشبكة المنزلية. علاوة على ذلك ، كبديل ، مهما كان الأمر ، فإن الدورة التدريبية الملائمة هي استخدام موصل WiFi USB. كقاعدة لهذا ، تحتاج إلى سائق لجعله يعمل. لذا اتجه نحو نظام Linux في الوصف.

مزود الطاقة

قم بتوصيل كابل Micro USB بمقبس الطاقة الخاص بـ Raspberry Pi. لكمة ونحن مستعدون.

الاتصال بالشاشة

يمكننا ربط كابل HDMI بشاشة أخرى. في بعض الحالات ، يجب عليك الوصول إلى Raspberry Pi دون ربطه بشاشة أو قد تحتاج إلى عرض بعض البيانات منه من مكان آخر. من المتصور أن هناك مناهج مبتكرة وذكية مالياً للقيام بذلك على هذا النحو. أحدها يستخدم -SSH (تسجيل دخول سطر الأوامر عن بعد). يمكنك أيضًا استخدام برنامج PUTTY لذلك. هذه للمستخدمين المتقدمين. لذلك لم يتم تضمين التفاصيل هنا.

الخطوة 3: Python Coding for Raspberry Pi

يمكن الوصول إلى كود Python الخاص بمستشعر Raspberry Pi و LIS3DHTR في مستودع Github.

قبل المتابعة إلى الكود ، تأكد من قراءة القواعد الواردة في أرشيف الملف التمهيدي وقم بإعداد Raspberry Pi وفقًا لذلك. ستستريح للحظة للقيام بكل الأشياء التي تم وضعها في الاعتبار.

مقياس التسارع هو أداة كهروميكانيكية تقيس قوى التسارع. قد تكون هذه القوى ثابتة ، على غرار قوة الجاذبية الثابتة التي تسحب عند قدميك ، أو يمكن أن تكون قابلة للتغيير - بسبب تحريك مقياس التسارع أو اهتزازه.

المصاحب هو رمز Python ويمكنك استنساخ الكود وضبطه بأي طريقة تميل إليها.

# موزعة بترخيص الإرادة الحرة. # استخدمها بالطريقة التي تريدها ، أو الربح أو المجاني ، بشرط أن تتناسب مع تراخيص الأعمال المرتبطة بها. # LIS3DHTR # تم تصميم هذا الكود للعمل مع LIS3DHTR_I2CS I2C Mini Module المتاح من dcubestore.com # https://dcubestore.com/product/lis3dhtr-3-axis-accelerometer-digital-output-sensor-i٪C2 ٪ B2c- وحدة صغيرة /

استيراد smbus

وقت الاستيراد

# احصل على حافلة I2C

الحافلة = smbus. SMBus (1)

# عنوان LIS3DHTR ، 0x18 (24)

# حدد سجل التحكم 1 ، 0x20 (32) # 0x27 (39) وضع التشغيل ، تحديد معدل البيانات = 10 هرتز # X ، Y ، المحور Z تمكين bus.write_byte_data (0x18 ، 0x20 ، 0x27) # عنوان LIS3DHTR ، 0x18 (24) # حدد سجل التحكم 4 ، 0x23 (35) # 0x00 (00) تحديث مستمر ، تحديد كامل النطاق = +/- 2G bus.write_byte_data (0x18 ، 0x23 ، 0x00)

وقت النوم (0.5)

# عنوان LIS3DHTR ، 0x18 (24)

# قراءة البيانات مرة أخرى من 0x28 (40) ، 2 بايت # X-Axis LSB ، X-Axis MSB data0 = bus.read_byte_data (0x18، 0x28) data1 = bus.read_byte_data (0x18، 0x29)

# تحويل البيانات

xAccl = data1 * 256 + data0 إذا كانت xAccl> 32767: xAccl - = 65536

# عنوان LIS3DHTR ، 0x18 (24)

# قراءة البيانات مرة أخرى من 0x2A (42) ، 2 بايت # Y-Axis LSB ، Y-Axis MSB data0 = bus.read_byte_data (0x18، 0x2A) data1 = bus.read_byte_data (0x18، 0x2B)

# تحويل البيانات

yAccl = data1 * 256 + data0 إذا كان yAccl> 32767: yAccl - = 65536

# عنوان LIS3DHTR ، 0x18 (24)

# قراءة البيانات مرة أخرى من 0x2C (44) ، 2 بايت # Z-Axis LSB ، Z-Axis MSB data0 = bus.read_byte_data (0x18، 0x2C) data1 = bus.read_byte_data (0x18، 0x2D)

# تحويل البيانات

zAccl = data1 * 256 + data0 إذا كان zAccl> 32767: zAccl - = 65536

# إخراج البيانات إلى الشاشة

طباعة "تسريع في المحور س:٪ d"٪ xAccl print "تسريع في المحور ص:٪ d"٪ yAccl print "تسريع في المحور Z:٪ d"٪ zAccl

الخطوة 4: قابلية عمل المدونة

قم بتنزيل (أو git pull) الكود من Github وافتحه في Raspberry Pi.

قم بتشغيل الأوامر لتجميع وتحميل الكود في المحطة وشاهد العائد على الشاشة. بعد بضع دقائق ، سيوضح كل معلمة. نتيجة لضمان أن كل شيء يعمل دون عناء ، يمكنك أن تأخذ هذا الجرأة إلى مهمة جديرة بالملاحظة.

الخطوة 5: التطبيقات والميزات

صُنع LIS3DHTR بواسطة STMicroelectronics ، ويتميز بمقاييس كاملة قابلة للتحديد ديناميكيًا من قبل المستخدم تبلغ ± 2g / ± 4g / ± 8g / ± 16g وهو قادر على قياس التسارع بمعدلات بيانات الإخراج من 1 هرتز إلى 5 كيلو هرتز. يعد LIS3DHTR مناسبًا لوظائف تنشيط الحركة واكتشاف السقوط الحر. إنه يحدد مقدار التسارع الثابت للجاذبية في تطبيقات كشف الإمالة ، بالإضافة إلى التسريع الديناميكي القادم بسبب الحركة أو الصدمة. تشمل التطبيقات الأخرى أمثال التعرف على النقر / النقر المزدوج ، التوفير الذكي للطاقة للأجهزة المحمولة ، عداد الخطى ، اتجاه الشاشة ، أجهزة إدخال الألعاب والواقع الافتراضي ، التعرف على التأثير والتسجيل ومراقبة الاهتزاز والتعويض.

الخطوة السادسة: الخاتمة

الثقة في هذا التعهد يحفز المزيد من التجارب. مستشعر I2C هذا قابل للتكيف بشكل مذهل ومتواضع ومتاح. نظرًا لأنه إطار عمل غير دائم إلى درجة رائعة ، فهناك طرق مثيرة للاهتمام يمكنك من خلالها توسيع هذه المهمة وتحسينها.

على سبيل المثال ، يمكنك البدء بفكرة عداد الخطى باستخدام LIS3DHTR و Raspberry Pi. في المهمة أعلاه ، استخدمنا الحسابات الأساسية. يمكن أن يكون التسارع هو المعلمة ذات الصلة لتحليل حكم المشي. يمكنك التحقق من المكونات الثلاثة للحركة للفرد الأمامي (لفة ، X) ، والجانب (خطوة ، Y) والرأسي (محور الانعراج ، Z). يتم تسجيل نمط نموذجي لجميع المحاور الثلاثة. سيكون لمحور واحد على الأقل قيم تسريع دورية كبيرة نسبيًا. لذا فإن اتجاه الذروة والخوارزمية ضروريان. مع الأخذ في الاعتبار معلمة الخطوات (المرشح الرقمي ، واكتشاف الذروة ، والنافذة الزمنية ، وما إلى ذلك) من هذه الخوارزمية ، يمكنك التعرف على الخطوات وحسابها ، بالإضافة إلى قياس المسافة والسرعة والسعرات الحرارية المحروقة إلى حد ما. لذلك يمكنك استخدام هذا المستشعر بعدة طرق يمكنك وضعها في الاعتبار. نحن نثق بكم جميعًا مثل ذلك! سنحاول إجراء عرض عملي لعداد الخطوات هذا عاجلاً وليس آجلاً ، التكوين ، الرمز ، الجزء الذي يحسب الوسائل لفصل المشي والجري والسعرات الحرارية المحروقة.

من أجل عزاءك ، لدينا مقطع فيديو مثير للاهتمام على YouTube قد يساعدك في الفحص. ثق بأن هذا المشروع يحفز المزيد من الاستكشاف. تواصل التفكير! تذكر أن تبحث عنه لأن المزيد يأتي بإصرار.