رازبيري باي إمباكت فورس مونيتور!: 16 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

ما مدى التأثير الذي يمكن لجسم الإنسان التعامل معه؟ سواء كان الأمر يتعلق بكرة القدم ، أو تسلق الصخور ، أو حادث دراجة ، فإن معرفة متى يجب الحصول على رعاية طبية فورية بعد الاصطدام أمر مهم للغاية ، خاصة إذا لم تكن هناك علامات واضحة على الصدمة. سيعلمك هذا البرنامج التعليمي كيفية إنشاء مراقب قوة التأثير الخاص بك!

وقت القراءة: ~ 15 دقيقة

وقت البناء: ~ 60-90 دقيقة

يستخدم هذا المشروع مفتوح المصدر Raspberry Pi Zero W ومقياس تسارع LIS331 لمراقبة وتنبيه المستخدم بشأن قوى G التي يحتمل أن تكون خطرة. بالطبع ، لا تتردد في تعديل النظام وتكييفه ليناسب احتياجاتك العلمية المتنوعة للمواطنين.

ملاحظة: قم ببناء أشياء ممتعة باستخدام Impact Force Monitor! ومع ذلك ، يرجى عدم استخدامه كبديل للنصيحة والتشخيص الطبي المتخصص. إذا شعرت أنك تعرضت لسقوط خطير ، فيرجى زيارة أحد المتخصصين المؤهلين والمرخص لهم للحصول على العلاج المناسب.

الخطوة 1: القراءة المقترحة

للحفاظ على هذا البرنامج التعليمي قصيرًا (حسنًا ، قدر الإمكان) ، أفترض أنك تبدأ بـ Pi Zero W. هل تحتاج إلى بعض المساعدة؟ لا مشكلة! إليك برنامج تعليمي كامل عن الإعداد.

سنقوم أيضًا بالاتصال بـ Pi عن بُعد (المعروف أيضًا باسم لاسلكيًا). للحصول على نظرة عامة أكثر شمولاً حول هذه العملية ، راجع هذا البرنامج التعليمي.

** عالق أو تريد معرفة المزيد؟ فيما يلي بعض الموارد المفيدة: **

1. دليل "الخطوات الأولى" الممتاز لـ Pi.

2. دليل التوصيل الكامل للوحة اندلاع مقياس التسارع LIS331.

3. المزيد عن مقاييس التسارع!

4. نظرة عامة على دبابيس Raspberry Pi GPIO.

5. استخدام الحافلات التسلسلية SPI و I2C على Pi.

6. ورقة بيانات LIS331

الخطوة 2: المواد

• مجموعة Raspberry Pi Zero W Basic

  • تتضمن هذه المجموعة ما يلي: بطاقة SD مع نظام تشغيل NOOBS ؛ كابل USB OTG (microUSB إلى USB أنثى) ؛ HDMI صغير إلى HDMI ؛ مصدر طاقة MicroUSB (~ 5 فولت)
  • يوصى أيضًا بما يلي: محور USB
• دبابيس رأس Raspberry Pi 3
• لوحة اندلاع مقياس التسارع LIS331
• حزمة بطارية مع موصل MicroUSB
• 5mm الأحمر الصمام
• 1 كيلو المقاوم
• 6 أنبوب يتقلص بالحرارة أو شريط كهربائي
• دبابيس الرأس لمقياس التسارع (4-8) و LED (2)
• أسلاك العبور من أنثى إلى أنثى (6)

أدوات

• لحام الحديد والاكسسوارات
• الإيبوكسي (أو مادة لاصقة سائلة دائمة وغير موصلة)
• ربما أيضا مقص:)

الخطوة 3: لكن انتظر! ما هي قوة التأثير؟

لحسن الحظ ، فإن مصطلح "قوة التأثير" واضح ومباشر: مقدار القوة في التأثير. مثل معظم الأشياء ، يتطلب قياسه تعريفًا أكثر دقة. معادلة قوة التأثير هي:

F = KE / د

حيث F هي قوة التأثير ، KE هي الطاقة الحركية (طاقة الحركة) ، و d هي مسافة التأثير ، أو مقدار جرح الجسم. هناك نوعان من الوجبات السريعة الرئيسية من هذه المعادلة:

1. قوة التأثير تتناسب طرديًا مع الطاقة الحركية ، مما يعني أن قوة التأثير تزداد إذا زادت الطاقة الحركية.

2. تتناسب قوة التأثير عكسًا مع مسافة التأثير ، مما يعني أن قوة التأثير تقل إذا زادت مسافة التأثير. (لهذا السبب لدينا وسائد هوائية: لزيادة مسافة تأثيرنا).

تُقاس القوة عادةً بالنيوتن (N) ، ولكن يمكن مناقشة قوة التأثير من حيث "قوة جي" ، وهو رقم يتم التعبير عنه بمضاعفات g ، أو تسارع الجاذبية الأرضية (9.8 م / ث ^ 2). عندما نستخدم وحدات G-force ، فإننا نقيس تسارع الأجسام بالنسبة للسقوط الحر نحو الأرض.

من الناحية الفنية ، تعتبر g تسارعًا وليست قوة ولكنها مفيدة عند الحديث عن الاصطدامات لأن التسارع * هو ما يضر بجسم الإنسان.

بالنسبة لهذا المشروع ، سنستخدم وحدات G-Force لتحديد ما إذا كان التأثير خطيرًا ويستحق العناية الطبية. وجدت الأبحاث أن قوى التسارع التي تزيد عن 9 ج يمكن أن تكون قاتلة لمعظم البشر (بدون تدريب خاص) ، وأن 4-6 جي يمكن أن تكون خطيرة إذا استمرت لأكثر من بضع ثوانٍ.

بمعرفة ذلك ، يمكننا برمجة مراقب قوة التأثير الخاص بنا لتنبيهنا إذا كان مقياس التسارع لدينا يقيس قوة G فوق أي من هذه العتبات. الصيحة العلم!

لمزيد من المعلومات ، اقرأ عن قوة التأثير و g-force على ويكيبيديا!

التسارع هو تغيير السرعة و / أو الاتجاه

الخطوة 4: قم بتكوين Pi Zero W

اجمع Raspberry Pi Zero والأجهزة الطرفية لتكوين Pi ليكون مقطوع الرأس!

• قم بتوصيل Pi بشاشة والأجهزة الطرفية المرتبطة بها (لوحة المفاتيح والماوس) ، وقم بتوصيل مصدر الطاقة وتسجيل الدخول.

• قم بتحديث البرنامج لإبقاء Pi الخاص بك سريعًا وآمنًا. افتح نافذة المحطة واكتب هذه الأوامر:

  اكتب وأدخل:

sudo apt-get update

اكتب وأدخل:

sudo apt-get ترقية

إعادة ضبط:

sudo الاغلاق -r الآن

الخطوة 5: تفعيل WiFi & I2C

• انقر فوق رمز WiFi في الزاوية اليمنى العليا من سطح المكتب واتصل بشبكة WiFi الخاصة بك.
• في المحطة ، اكتب هذا الأمر لإحضار أداة تكوين البرامج الخاصة بـ Pi:

sudo raspi-config

• حدد "Interfacing Options" ، ثم "SSH" ، واختر "Yes" في الجزء السفلي للتمكين.
• ارجع إلى "Interfacing Options" ، ثم "I2C" ، وحدد "Yes" للتمكين.
• في المحطة ، قم بتثبيت برنامج اتصال سطح المكتب البعيد:

sudo apt-get install xrdp

• اكتب "Y" (نعم) على لوحة المفاتيح لكلا المطالبين.
• ابحث عن عنوان IP الخاص بـ Pi بالمرور فوق اتصال WiFi (قد ترغب أيضًا في كتابته).
• قم بتغيير كلمة مرور Pi باستخدام الأمر passwd.

الخطوة 6: أعد تشغيل Pi وقم بتسجيل الدخول عن بُعد

يمكننا الآن التخلص من HDMI والأجهزة الطرفية ، رائع!

• قم بإعداد اتصال سطح المكتب البعيد.

  • على جهاز الكمبيوتر ، افتح اتصال سطح المكتب البعيد (أو PuTTY إذا كنت مرتاحًا لذلك).
  • بالنسبة لنظام التشغيل Mac / Linux ، يمكنك تثبيت هذا البرنامج أو استخدام برنامج VNC.
• أدخل عنوان IP الخاص بـ Pi وانقر فوق "اتصال" (تجاهل التحذيرات حول جهاز غير معروف).
• قم بتسجيل الدخول إلى Pi باستخدام بيانات الاعتماد الخاصة بك ونذهب بعيدًا!

الخطوة 7: قم ببنائه: الإلكترونيات

تُظهر الصورتان أعلاه المخطط الكهربائي لهذا المشروع و Pi Zero Pinout. سنحتاج كلاهما لمعالجة اتصالات الأجهزة.

ملاحظة: تعد لوحة الفصل LIS331 في التخطيطي إصدارًا قديمًا - استخدم ملصقات الدبابيس للإرشاد

الخطوة 8: قم بتوصيل مقياس التسارع بجهاز Pi GPIO

• قم بلحام وإزالة أي بقايا تدفق على مقياس التسارع ودبابيس رأس Pi GPIO.
• ثم قم بتوصيل أسلاك العبور بين لوحة الفصل LIS331 و Pi بين المسامير التالية:

لوحة اندلاع LIS331 Raspberry Pi GPIO Pin

GND GPIO 9 (GND)

VCC GPIO 1 (3.3 فولت)

SDA GPIO 3 (SDA)

SCL GPIO 5 (SCL)

لتسهيل توصيل المستشعر بـ Pi Zero ، تم صنع محول مخصص باستخدام رأس أنثى وأسلاك توصيل. تمت إضافة الانكماش الحراري بعد اختبار التوصيلات

الخطوة 9: أضف مؤشر LED للتنبيه

• قم بلحام المقاوم المحدد الحالي بساق LED السلبية (ساق أقصر) وأضف غلافًا متقلصًا (أو شريطًا كهربائيًا) للعزل.
• استخدم كبلي توصيل أو دبابيس رأس لتوصيل ساق LED الموجبة بـ GPIO26 والمقاوم بـ GND (مواضع الرأس 37 و 39 ، على التوالي).
• قم بتوصيل حزمة البطارية بطاقة الإدخال الخاصة بـ Pi لإكمال الإعداد!

الخطوة 10: برمجتها

كود Python لهذا المشروع مفتوح المصدر! هذا رابط إلى مستودع GitHub.

للناس الجدد في البرمجة:

اقرأ من خلال رمز البرنامج والتعليقات. الأشياء التي يسهل تعديلها موجودة في قسم "معلمات المستخدم" في الأعلى

للناس الأكثر راحة مع التقنيات التقنية:

يقوم هذا البرنامج بتهيئة مقياس التسارع LIS331 بالإعدادات الافتراضية ، بما في ذلك وضع الطاقة العادي ومعدل بيانات 50 هرتز. اقرأ ورقة البيانات LIS331 وقم بتعديل إعدادات التهيئة حسب الرغبة

الجميع

• الحد الأقصى لمقياس التسارع المستخدم في هذا المشروع هو 24G ، لأن قوة التأثير تصبح كبيرة بسرعة حقيقية!
• يوصى بالتعليق على عبارات تسريع الطباعة في الوظيفة الرئيسية عندما تكون جاهزًا للنشر الكامل.

قبل تشغيل البرنامج ، تحقق جيدًا من أن عنوان مقياس التسارع هو 0x19. افتح نافذة Terminal وقم بتثبيت بعض الأدوات المفيدة باستخدام هذا الأمر:

sudo apt-get install -y i2c-tools

ثم قم بتشغيل برنامج i2cdetect:

i2cdetect -y 1

سترى جدولاً بعناوين I2C معروضًا كما هو موضح في الصورة أعلاه. بافتراض أن هذا هو جهاز I2C الوحيد المتصل ، فإن الرقم الذي تراه (في هذه الحالة: 19) هو عنوان مقياس التسارع! إذا رأيت رقمًا مختلفًا ، فقم بتدوين ملاحظة وتغيير في البرنامج (عنوان متغير).

الخطوة 11: نظرة عامة سريعة على البرنامج

يقرأ البرنامج تسريع x و y و z ، ويحسب قوة g ، ثم يحفظ البيانات في ملفين (في نفس المجلد مثل كود البرنامج) بالشكل المناسب:

• AllSensorData.txt - يعطي طابعًا زمنيًا متبوعًا بالقوة g في محاور x و y و z.
• AlertData.txt - كما هو مذكور أعلاه ولكن فقط للقراءات التي تتجاوز حدود الأمان الخاصة بنا (العتبة المطلقة 9G أو 4G لأكثر من 3 ثوانٍ).

ستعمل قوى G التي تتجاوز حدود الأمان لدينا أيضًا على تشغيل مؤشر LED التنبيه الخاص بنا وإبقائه قيد التشغيل حتى نعيد تشغيل البرنامج. أوقف البرنامج عن طريق كتابة "CTRL + c" (مقاطعة لوحة المفاتيح) في محطة الأوامر.

توضح الصورة أعلاه كلا من ملفات البيانات التي تم إنشاؤها أثناء الاختبار.

الخطوة 12: اختبر النظام

افتح نافذة Terminal ، وانتقل إلى المجلد حيث قمت بحفظ رمز البرنامج باستخدام الأمر cd.

مسار القرص المضغوط / إلى / المجلد

قم بتشغيل البرنامج باستخدام امتيازات الجذر:

سودو بيثون NameOfFile.py

تحقق من أن قيم التسارع في الاتجاه x و y و z تطبع على النافذة الطرفية ، وأنها معقولة ، وقم بتشغيل ضوء LED إذا كانت قوة g أعلى من عتباتنا.

• للاختبار ، قم بتدوير مقياس التسارع بحيث يشير كل محور نحو الأرض وتحقق من أن القيم المقاسة هي إما 1 أو -1 (يتوافق مع التسارع بسبب الجاذبية).
• هز مقياس التسارع للتأكد من زيادة القراءات (تشير العلامة إلى اتجاه المحور ، فنحن مهتمون بدرجة أكبر بحجم القراءة).

الخطوة 13: تأمين التوصيلات الكهربائية وتثبيتها

بمجرد أن يعمل كل شيء بشكل صحيح ، فلنتأكد من أن مراقب قوة التأثير يمكنه في الواقع مقاومة الصدمات!

• استخدم أنبوب الانكماش الحراري و / أو قم بتغطية التوصيلات الكهربائية لمقياس التسارع و LED في الإيبوكسي.

• للتركيبات فائقة التحمل والدائمة ، ضع في اعتبارك طلاء shebang بالكامل بالإيبوكسي: Pi Zero و LED ومقياس التسارع (ولكن ليس موصلات كبل Pi أو بطاقة SD).

  تحذير! لا يزال بإمكانك الوصول إلى Pi والقيام بجميع مهام الكمبيوتر ، ولكن طبقة كاملة من الايبوكسي ستمنع استخدام دبابيس GPIO للمشاريع المستقبلية. بدلاً من ذلك ، يمكنك صنع أو شراء حقيبة مخصصة لـ Pi Zero ، على الرغم من التحقق من المتانة

قم بتأمين خوذة أو شخص أو وسيلة نقل مثل لوح التزلج أو الدراجة أو القط *!

اختبر تمامًا أن Pi مثبتًا بإحكام أو أن دبابيس GPIO قد تصبح فضفاضة مما يتسبب في تعطل البرنامج.

* ملاحظة: قصدت في الأصل كتابة كلمة "سيارة" ، لكنني اعتقدت أن جهاز مراقبة قوة التأثير للقط قد ينتج عنه أيضًا بعض البيانات المثيرة للاهتمام (بموافقة كيتي ، بالطبع).

الخطوة 14: تضمين الدائرة في خوذة

توجد عدة طرق لتضمين الدائرة في خوذة. هذا هو منهجي في تركيب الخوذة:

• إذا لم تكن قد قمت بذلك بالفعل ، فقم بتوصيل البطارية بـ Pi (مع إيقاف تشغيل البطارية). قم بتأمين مقياس التسارع في الجزء الخلفي من Pi مع عزل غير موصل بينهما (مثل غلاف الفقاعات أو رغوة التعبئة الرقيقة).
• قم بقياس أبعاد مجموعة Pi Zero ومقياس التسارع ومؤشر LED وموصل البطارية. أضف 10٪ على كلا الجانبين.
• ارسم فتحة للمشروع على جانب واحد من الخوذة ، بحيث يكون موصل البطارية متجهًا نحو الجزء العلوي من الخوذة. قطع الحشو في الخوذة وترك بضعة ملليمترات (~ 1/8 بوصة).
• ضع المستشعر و Pi و LED في الفصل. اقطع قطعًا من حشوة الخوذة الزائدة أو استخدم رغوة التغليف لعزل الإلكترونيات وحمايتها وتثبيتها في مكانها.
• قم بقياس أبعاد البطارية وإضافة 10٪ واتبع نفس انقطاع البطارية. أدخل البطارية في الجيب.
• كرر تقنية العزل للبطارية على الجانب الآخر من الخوذة.
• ثبت حشوة الخوذة في مكانها بشريط لاصق (سيحافظ رأسك على ثباته في مكانه عند ارتدائه).

الخطوة 15: النشر

قم بتشغيل حزمة البطارية!

يمكنك الآن تسجيل الدخول عن بُعد إلى Pi من خلال SSH أو سطح المكتب البعيد وتشغيل البرنامج عبر الجهاز. بمجرد تشغيل البرنامج ، يبدأ في تسجيل البيانات.

عند قطع الاتصال بشبكة WiFi المنزلية ، سينقطع اتصال SSH ، ولكن لا يزال يتعين على البرنامج تسجيل البيانات. ضع في اعتبارك توصيل Pi بنقطة اتصال WiFi بهاتفك الذكي ، أو ما عليك سوى تسجيل الدخول مرة أخرى والحصول على البيانات عندما تصل إلى المنزل.

للوصول إلى البيانات ، قم بتسجيل الدخول عن بُعد إلى Pi واقرأ الملفات النصية. سيقوم البرنامج الحالي دائمًا بإلحاق البيانات بالملفات الموجودة - إذا كنت تريد حذف البيانات (مثل من الاختبار) ، فاحذف الملف النصي (عبر سطح المكتب أو استخدم الأمر rm في الجهاز) أو قم بإنشاء اسم ملف جديد في البرنامج كود (في معلمات المستخدم).

إذا كان مؤشر LED قيد التشغيل ، فستؤدي إعادة تشغيل البرنامج إلى إيقاف تشغيله.

انطلق الآن واستمتع بالحياة وتحقق من البيانات بين الحين والآخر إذا صادفت شيئًا ما. نأمل أن تكون نتوءًا صغيرًا ولكن على الأقل ستعرف!

الخطوة 16: إضافة المزيد من الميزات

هل تبحث عن تحسينات لمراقبة قوة التأثير؟ إنه خارج نطاق البرنامج التعليمي ولكن حاول إلقاء نظرة على القائمة أدناه للحصول على أفكار!

قم ببعض التحليلات على بيانات g-Force الخاصة بك في Python!

يحتوي Pi Zero على إمكانيات Bluetooth و WiFi - اكتب تطبيقًا لإرسال بيانات التسارع إلى هاتفك الذكي! لتبدأ ، إليك برنامج تعليمي لـ Pi Twitter Monitor.

أضف مستشعرات أخرى ، مثل مستشعر درجة الحرارة أو ميكروفون *!

بناء سعيد

* ملاحظة: لسماع أصوات الأزيز المرتبطة بالتسارع!:د