रास्पबेरी पाई इम्पैक्ट फोर्स मॉनिटर!: 16 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

मानव शरीर कितना प्रभाव संभाल सकता है? चाहे वह फ़ुटबॉल हो, रॉक क्लाइम्बिंग हो, या साइकिल दुर्घटना हो, यह जानना कि टक्कर के बाद तत्काल चिकित्सा की तलाश कब करनी चाहिए, यह अविश्वसनीय रूप से महत्वपूर्ण है, खासकर अगर आघात के कोई स्पष्ट संकेत नहीं हैं। यह ट्यूटोरियल आपको सिखाएगा कि कैसे अपने स्वयं के प्रभाव बल मॉनिटर का निर्माण करें!

पढ़ने का समय: ~15 मिनट

निर्माण समय: ~ 60-90 मिनट

यह ओपन-सोर्स प्रोजेक्ट संभावित खतरनाक जी-बलों के उपयोगकर्ता की निगरानी और सतर्क करने के लिए रास्पबेरी पाई ज़ीरो डब्ल्यू और एलआईएस 331 एक्सेलेरोमीटर का उपयोग करता है। बेशक, अपनी विभिन्न नागरिक विज्ञान आवश्यकताओं के अनुरूप सिस्टम को संशोधित और अनुकूलित करने के लिए स्वतंत्र महसूस करें।

नोट: इम्पैक्ट फ़ोर्स मॉनिटर के साथ मज़ेदार चीज़ें बनाएँ! हालांकि, कृपया इसे पेशेवर चिकित्सा सलाह और निदान के विकल्प के रूप में उपयोग न करें। यदि आपको लगता है कि आप गंभीर रूप से गिर गए हैं, तो कृपया उचित उपचार के लिए किसी योग्य और लाइसेंस प्राप्त पेशेवर से मिलें।

चरण 1: सुझाया गया पढ़ना

इस ट्यूटोरियल को छोटा n' मीठा (एर, वेल, जितना संभव हो सके) रखने के लिए, मुझे लगता है कि आप एक कार्यात्मक पाई ज़ीरो डब्ल्यू से शुरू कर रहे हैं। कुछ मदद चाहिए? कोई दिक्कत नहीं है! यहां एक पूर्ण सेटअप ट्यूटोरियल है।

हम दूर से पाई से भी जुड़ रहे हैं (उर्फ वायरलेस तरीके से)। इस प्रक्रिया पर अधिक विस्तृत अवलोकन के लिए इस ट्यूटोरियल को देखें।

**अटक गए या अधिक सीखना चाहते हैं? यहां कुछ उपयोगी संसाधन दिए गए हैं:**

1. पीआई के लिए उत्कृष्ट "आरंभ करना" मार्गदर्शिका।

2. LIS331 एक्सेलेरोमीटर ब्रेकआउट बोर्ड के लिए पूर्ण हुकअप गाइड।

3. एक्सेलेरोमीटर के बारे में अधिक जानकारी!

4. रास्पबेरी पाई GPIO पिन का अवलोकन।

5. पाई पर SPI और I2C सीरियल बसों का उपयोग करना।

6. LIS331 डेटाशीट

चरण 2: सामग्री

• रास्पबेरी पाई जीरो डब्ल्यू बेसिक किट

  • इस किट में निम्नलिखित शामिल हैं: एसडी कार्ड डब्ल्यू/एनओओबीएस ऑपरेटिंग सिस्टम; यूएसबी ओटीजी केबल (माइक्रो यूएसबी से यूएसबी मादा); मिनी एचडीएमआई से एचडीएमआई; माइक्रोयूएसबी बिजली की आपूर्ति (~ 5 वी)
  • यह भी अनुशंसित: यूएसबी हब
• रास्पबेरी पाई 3 हैडर पिन
• LIS331 एक्सेलेरोमीटर ब्रेकआउट बोर्ड
• बैटरी पैक w / माइक्रोयूएसबी कनेक्टर
• 5 मिमी लाल एलईडी
• 1k रोकनेवाला
• 6 "हीट हटना ट्यूब या विद्युत टेप
• एक्सेलेरोमीटर (4 - 8) और एलईडी (2) के लिए हैडर पिन
• महिला-से-महिला जम्पर तार(6)

उपकरण

• सोल्डरिंग आयरन और एक्सेसरीज
• एपॉक्सी (या अन्य स्थायी, गैर-प्रवाहकीय तरल चिपकने वाला)
• शायद कैंची भी:)

चरण 3: लेकिन रुको! प्रभाव बल क्या है?

सौभाग्य से "प्रभाव बल" शब्द बहुत सीधा है: एक प्रभाव में बल की मात्रा। हालांकि अधिकांश चीजों की तरह, इसे मापने के लिए अधिक सटीक परिभाषा की आवश्यकता होती है। प्रभाव बल के लिए समीकरण है:

एफ = केई / डी

जहां एफ प्रभाव बल है, केई गतिज ऊर्जा (गति की ऊर्जा) है, और डी प्रभाव दूरी है, या वस्तु कितनी क्रंच करती है। इस समीकरण से दो प्रमुख निष्कर्ष हैं:

1. प्रभाव बल गतिज ऊर्जा के सीधे आनुपातिक होता है, जिसका अर्थ है कि गतिज ऊर्जा बढ़ने पर प्रभाव बल बढ़ता है।

2. प्रभाव बल प्रभाव दूरी के व्युत्क्रमानुपाती होता है, जिसका अर्थ है कि प्रभाव दूरी बढ़ने पर प्रभाव बल कम हो जाता है। (यही कारण है कि हमारे पास एयरबैग हैं: हमारे प्रभाव की दूरी बढ़ाने के लिए।)

बल को आमतौर पर न्यूटन (एन) में मापा जाता है, लेकिन प्रभाव बल की चर्चा "जी-फोर्स" के संदर्भ में की जा सकती है, एक संख्या जिसे जी के गुणक के रूप में व्यक्त किया जाता है, या पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण त्वरण (9.8 मी/से^2)। जब हम जी-बल की इकाइयों का उपयोग करते हैं, तो हम पृथ्वी की ओर मुक्त रूप से गिरने के सापेक्ष एक वस्तु त्वरण को माप रहे हैं।

तकनीकी रूप से, जी एक त्वरण है, बल नहीं, लेकिन टकराव के बारे में बात करते समय यह उपयोगी होता है क्योंकि त्वरण * मानव शरीर को नुकसान पहुंचाता है।

इस परियोजना के लिए, हम यह निर्धारित करने के लिए जी-फोर्स इकाइयों का उपयोग करेंगे कि क्या कोई प्रभाव संभावित रूप से खतरनाक है और चिकित्सा ध्यान देने योग्य है। शोध में पाया गया है कि 9G से ऊपर की जी-बल अधिकांश मनुष्यों के लिए घातक हो सकती है (बिना विशेष प्रशिक्षण के), और 4-6G कुछ सेकंड से अधिक समय तक बने रहने पर खतरनाक हो सकती है।

यह जानने के बाद, हम अपने प्रभाव बल मॉनिटर को हमें सतर्क करने के लिए प्रोग्राम कर सकते हैं यदि हमारा एक्सेलेरोमीटर इन थ्रेसहोल्ड में से किसी एक जी-बल को मापता है। हुर्रे, विज्ञान!

अधिक जानकारी के लिए, विकिपीडिया पर प्रभाव बल और जी-बल के बारे में पढ़ें!

त्वरण गति और/या दिशा में परिवर्तन है

चरण 4: पाई ज़ीरो W. को कॉन्फ़िगर करें

पाई को हेडलेस बनाने के लिए कॉन्फ़िगर करने के लिए अपने रास्पबेरी पाई ज़ीरो और बाह्य उपकरणों को इकट्ठा करें!

• पाई को एक मॉनिटर और संबंधित बाह्य उपकरणों (कीबोर्ड, माउस) से कनेक्ट करें, बिजली की आपूर्ति में प्लग करें और लॉग इन करें।

• अपने पाई को तेज़ और सुरक्षित रखने के लिए सॉफ़्टवेयर अपडेट करें। टर्मिनल विंडो खोलें और ये कमांड टाइप करें:

  टाइप करें और दर्ज करें:

सुडो एपीटी-अपडेट प्राप्त करें

टाइप करें और दर्ज करें:

सुडो एपीटी-अपग्रेड प्राप्त करें

रीसेट:

सुडो शटडाउन -आर अब

चरण 5: वाईफाई और I2C सक्षम करें

• डेस्कटॉप के ऊपरी दाएं कोने पर वाईफाई आइकन पर क्लिक करें और अपने वाईफाई नेटवर्क से कनेक्ट करें।
• टर्मिनल में पाई के सॉफ्टवेयर कॉन्फ़िगरेशन टूल को लाने के लिए यह कमांड टाइप करें:

सुडो रास्पि-कॉन्फ़िगरेशन

• "इंटरफेसिंग विकल्प" चुनें, फिर "एसएसएच", और सक्षम करने के लिए नीचे "हां" चुनें।
• "इंटरफेसिंग विकल्प" पर वापस जाएं, फिर "I2C", और सक्षम करने के लिए "हां" चुनें।
• टर्मिनल में, दूरस्थ डेस्कटॉप कनेक्शन सॉफ़्टवेयर स्थापित करें:

sudo apt-xrdp स्थापित करें

• दोनों संकेतों के लिए अपने कीबोर्ड पर 'Y' (हां) टाइप करें।
• वाईफाई कनेक्शन पर होवर करके पाई का आईपी पता खोजें (आप इसे लिखना भी चाह सकते हैं)।
• पासवार्ड कमांड से पाई का पासवर्ड बदलें।

चरण 6: पाई को पुनरारंभ करें और दूरस्थ रूप से लॉग इन करें

अब हम एचडीएमआई और बाह्य उपकरणों को छोड़ सकते हैं, वाह!

• एक दूरस्थ डेस्कटॉप कनेक्शन सेटअप करें।

  • एक पीसी पर, रिमोट डेस्कटॉप कनेक्शन खोलें (या यदि आप इसके साथ सहज हैं तो पुटी)।
  • Mac/Linux के लिए, आप इस प्रोग्राम को स्थापित कर सकते हैं या VNC प्रोग्राम का उपयोग कर सकते हैं।
• पाई के लिए आईपी दर्ज करें और "कनेक्ट" पर क्लिक करें (अज्ञात डिवाइस के बारे में चेतावनियों पर ध्यान न दें)।
• अपने क्रेडेंशियल्स का उपयोग करके पाई में लॉग इन करें और हम चले!

चरण 7: इसे बनाएं: इलेक्ट्रॉनिक्स

ऊपर दी गई दो तस्वीरें इस परियोजना और पाई ज़ीरो पिनआउट के लिए विद्युत योजनाबद्ध दिखाती हैं। हार्डवेयर कनेक्शन से निपटने के लिए हमें दोनों की आवश्यकता होगी।

नोट: योजनाबद्ध में LIS331 ब्रेकआउट बोर्ड एक पुराना संस्करण है -- मार्गदर्शन के लिए पिन लेबल का उपयोग करें

चरण 8: एक्सेलेरोमीटर को पाई के GPIO से कनेक्ट करें

• मिलाप करें और एक्सेलेरोमीटर और पाई GPIO के हेडर पिन पर किसी भी फ्लक्स अवशेष को सावधानीपूर्वक हटा दें।
• फिर निम्नलिखित पिनों के बीच LIS331 ब्रेकआउट बोर्ड और पाई के बीच जम्पर तारों को कनेक्ट करें:

LIS331 ब्रेकआउट बोर्ड रास्पबेरी पाई GPIO पिन

जीएनडी जीपीआईओ 9 (जीएनडी)

वीसीसी जीपीआईओ 1 (3.3वी)

एसडीए जीपीआईओ 3 (एसडीए)

एससीएल जीपीआईओ 5 (एससीएल)

सेंसर को पाई ज़ीरो से कनेक्ट करना आसान बनाने के लिए, एक महिला हेडर और जम्पर तारों का उपयोग करके एक कस्टम एडेप्टर बनाया गया था। कनेक्शनों के परीक्षण के बाद हीट सिकुड़न जोड़ा गया।

चरण 9: एक अलर्ट एलईडी जोड़ें

• नकारात्मक एलईडी लेग (छोटा पैर) के लिए एक वर्तमान सीमित रोकनेवाला मिलाप और इन्सुलेशन के लिए सिकुड़ रैप (या विद्युत टेप) जोड़ें।
• पॉजिटिव LED लेग को GPIO26 से और रेसिस्टर को GND (हेडर पोजीशन 37 और 39, क्रमशः) से जोड़ने के लिए दो जम्पर केबल या हेडर पिन का उपयोग करें।
• सेटअप पूरा करने के लिए बैटरी पैक को Pi की इनपुट पावर से कनेक्ट करें!

चरण 10: इसे प्रोग्राम करें

इस परियोजना के लिए पायथन कोड ओपन-सोर्स है! यहाँ GitHub रिपॉजिटरी का लिंक दिया गया है।

प्रोग्रामिंग के लिए नए लोगों के लिए:

प्रोग्राम कोड और टिप्पणियों के माध्यम से पढ़ें। जिन चीजों को संशोधित करना आसान है, वे शीर्ष पर "उपयोगकर्ता पैरामीटर" अनुभाग में हैं।

लोगों के लिए अधिक आरामदायक w / तकनीकी 'Deets:

यह प्रोग्राम LIS331 एक्सेलेरोमीटर को डिफ़ॉल्ट सेटिंग्स के साथ इनिशियलाइज़ करता है, जिसमें सामान्य पावर मोड और 50Hz डेटा दर शामिल है। LIS331 डेटाशीट के माध्यम से पढ़ें और वांछित के रूप में आरंभीकरण सेटिंग्स को संशोधित करें।

सभी

• इस परियोजना में उपयोग किया जाने वाला अधिकतम त्वरण पैमाना 24G है, क्योंकि प्रभाव बल बड़ा वास्तविक त्वरित हो जाता है!
• जब आप पूर्ण परिनियोजन के लिए तैयार हों तो मुख्य फ़ंक्शन में एक्सेलेरेशन प्रिंट स्टेटमेंट पर टिप्पणी करने की अनुशंसा की जाती है।

प्रोग्राम चलाने से पहले, दोबारा जांचें कि एक्सेलेरोमीटर पता 0x19 है। टर्मिनल विंडो खोलें और इस कमांड के साथ कुछ सहायक उपकरण स्थापित करें:

sudo apt-get install -y i2c-tools

फिर i2cdetect प्रोग्राम चलाएँ:

i2cdetect -y 1

जैसा कि ऊपर की छवि में दिखाया गया है, आपको I2C पतों की एक तालिका दिखाई देगी। यह मानते हुए कि यह एकमात्र I2C डिवाइस जुड़ा हुआ है, जो नंबर आप देखते हैं (इस मामले में: 19) एक्सेलेरोमीटर पता है! यदि आप एक अलग संख्या देखते हैं, तो ध्यान दें और कार्यक्रम में परिवर्तन करें (चर योजक)।

चरण 11: कार्यक्रम का त्वरित अवलोकन

प्रोग्राम x, y, और z त्वरण को पढ़ता है, g-बल की गणना करता है, और फिर डेटा को दो फ़ाइलों (प्रोग्राम कोड के समान फ़ोल्डर में) में उपयुक्त के रूप में सहेजता है:

• AllSensorData.txt - x, y और z अक्षों में g-बल के बाद टाइमस्टैम्प देता है।
• AlertData.txt - ऊपर के समान लेकिन केवल उन रीडिंग के लिए जो हमारी सुरक्षा सीमा से ऊपर हैं (3 सेकंड से अधिक के लिए 9G या 4G की पूर्ण सीमा)।

हमारी सुरक्षा सीमा से ऊपर के जी-बल भी हमारे अलर्ट एलईडी को चालू करेंगे और इसे तब तक चालू रखेंगे जब तक हम कार्यक्रम को फिर से शुरू नहीं करते। कमांड टर्मिनल में "CTRL+c" (कीबोर्ड इंटरप्ट) लिखकर प्रोग्राम को रोकें।

ऊपर दी गई तस्वीर परीक्षण के दौरान बनाई गई दोनों डेटा फ़ाइलों को दिखाती है।

चरण 12: सिस्टम का परीक्षण करें

टर्मिनल विंडो खोलें, उस फ़ोल्डर में नेविगेट करें जहां आपने सीडी कमांड का उपयोग करके प्रोग्राम कोड को सहेजा था।

सीडी पथ/से/फ़ोल्डर

रूट विशेषाधिकारों का उपयोग करके प्रोग्राम चलाएँ:

सूडो पायथन NameOfFile.py

जांचें कि एक्स, वाई, और जेड-दिशा में त्वरण मान टर्मिनल विंडो पर प्रिंट कर रहे हैं, उचित हैं, और अगर जी-बल हमारे थ्रेसहोल्ड से ऊपर है तो एलईडी लाइट चालू करें।

• परीक्षण करने के लिए, एक्सेलेरोमीटर को घुमाएं ताकि प्रत्येक अक्ष पृथ्वी की ओर इंगित करे और जांच लें कि मापा मान या तो 1 या -1 है (गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण के अनुरूप)।
• रीडिंग में वृद्धि सुनिश्चित करने के लिए एक्सेलेरोमीटर को हिलाएं (चिह्न अक्ष की दिशा को इंगित करता है, हम रीडिंग के परिमाण में सबसे अधिक रुचि रखते हैं)।

चरण 13: विद्युत कनेक्शन सुरक्षित करें और इसे स्थापित करें

एक बार जब सब कुछ सही ढंग से काम कर रहा हो, तो आइए सुनिश्चित करें कि प्रभाव बल मॉनिटर वास्तव में प्रभाव का सामना कर सकता है!

• हीट सिकुड़न ट्यूब का उपयोग करें और/या एक्सेलेरोमीटर के लिए विद्युत कनेक्शन को कोट करें और एपॉक्सी में एलईडी।

• सुपर टिकाऊ, स्थायी इंस्टॉलेशन के लिए, पूरे शेबैंग को एपॉक्सी में कोटिंग करने पर विचार करें: पाई ज़ीरो, एलईडी और एक्सेलेरोमीटर (लेकिन पाई केबल कनेक्टर या एसडी कार्ड नहीं)।

  चेतावनी! आप अभी भी पीआई तक पहुंच सकते हैं और सभी कंप्यूटर सामान कर सकते हैं, लेकिन एपॉक्सी का एक पूरा कोट भविष्य की परियोजनाओं के लिए जीपीआईओ पिन के उपयोग को रोक देगा। वैकल्पिक रूप से, आप पीआई ज़ीरो के लिए एक कस्टम केस बना या खरीद सकते हैं, हालांकि स्थायित्व की जांच करें।

अपने स्केटबोर्ड, साइकिल, या बिल्ली* जैसे हेलमेट, अपने व्यक्ति, या परिवहन के साधन के लिए सुरक्षित!

पूरी तरह से परीक्षण करें कि पाई सुरक्षित रूप से बन्धन है या GPIO पिन ढीले हो सकते हैं जिससे प्रोग्राम क्रैश हो सकता है।

*नोट: मैं मूल रूप से "कार" टाइप करना चाहता था, लेकिन लगा कि एक बिल्ली के लिए एक प्रभाव बल मॉनिटर भी कुछ दिलचस्प डेटा (किट्टी की सहमति के साथ, निश्चित रूप से) प्राप्त कर सकता है।

चरण 14: सर्किट को हेलमेट में एम्बेड करना

सर्किट को हेलमेट में एम्बेड करने के कुछ तरीके हैं। यहाँ हेलमेट स्थापना के लिए मेरा दृष्टिकोण है:

• यदि आपके पास पहले से नहीं है, तो बैटरी को पाई से कनेक्ट करें (बैटरी बंद होने पर)। बीच में गैर-प्रवाहकीय इन्सुलेशन (जैसे बबल रैप या पतली पैकिंग फोम) के साथ पीआई के पीछे एक्सेलेरोमीटर को सुरक्षित करें।
• पाई ज़ीरो, एक्सेलेरोमीटर, एलईडी और बैटरी कनेक्टर संयोजन के आयामों को मापें। दोनों तरफ 10% डालें।
• हेलमेट के एक तरफ प्रोजेक्ट के लिए एक कटआउट बनाएं, जिसमें बैटरी कनेक्टर हेलमेट के ऊपर की ओर हो। कुछ मिलीमीटर (~ 1/8 इंच) छोड़कर हेलमेट में पैडिंग काट लें।
• कटआउट में सेंसर, पाई और एलईडी लगाएं। अतिरिक्त हेलमेट पैडिंग के टुकड़ों को काटें या इलेक्ट्रॉनिक्स को इंसुलेट, सुरक्षा और रखने के लिए पैकेजिंग फोम का उपयोग करें।
• बैटरी के आयामों को मापें, 10% जोड़ें, और बैटरी के लिए समान कटआउट का पालन करें। बैटरी को जेब में डालें।
• हेलमेट के दूसरी तरफ बैटरी के लिए इन्सुलेशन तकनीक को दोहराएं।
• टेप के साथ हेलमेट पैडिंग को पकड़ें (जब आप इसे पहन रहे हों तो आपका सिर जगह पर रहेगा)।

चरण 15: तैनात करें

बैटरी पैक को पावर दें!

अब आप दूरस्थ रूप से SSH या दूरस्थ डेस्कटॉप के माध्यम से Pi में लॉग इन कर सकते हैं और टर्मिनल के माध्यम से प्रोग्राम चला सकते हैं। एक बार प्रोग्राम चलने के बाद, यह डेटा रिकॉर्ड करना शुरू कर देता है।

जब आप अपने होम वाईफाई से डिस्कनेक्ट करते हैं, तो एसएसएच कनेक्शन टूट जाएगा, लेकिन प्रोग्राम को अभी भी डेटा लॉग करना चाहिए। पाई को अपने स्मार्टफोन हॉटस्पॉट वाईफाई से जोड़ने पर विचार करें, या बस वापस लॉग इन करें और घर पहुंचने पर डेटा को हड़प लें।

डेटा तक पहुंचने के लिए, दूर से पाई में लॉग इन करें और टेक्स्ट फाइलें पढ़ें। वर्तमान प्रोग्राम हमेशा मौजूदा फाइलों में डेटा जोड़ देगा - यदि आप डेटा हटाना चाहते हैं (जैसे परीक्षण से), टेक्स्ट फ़ाइल हटाएं (डेस्कटॉप के माध्यम से या टर्मिनल में आरएम कमांड का उपयोग करें) या प्रोग्राम में एक नया फ़ाइल नाम बनाएं कोड (उपयोगकर्ता पैरामीटर में)।

यदि एलईडी चालू है, तो प्रोग्राम को पुनरारंभ करने से यह बंद हो जाएगा।

अब आगे बढ़ो, जीवन में मज़े करो, और अगर आप किसी चीज़ से टकराते हैं तो डेटा को हर बार जांचें। उम्मीद है, यह एक छोटी सी टक्कर है लेकिन कम से कम आपको पता चल जाएगा!

चरण 16: अधिक सुविधाएँ जोड़ना

प्रभाव बल मॉनिटर में सुधार की तलाश है? यह ट्यूटोरियल के दायरे से बाहर है लेकिन विचारों के लिए नीचे दी गई सूची को देखने का प्रयास करें!

पायथन में अपने जी-फोर्स डेटा पर कुछ विश्लेषण करें!

पाई ज़ीरो में ब्लूटूथ और वाईफाई क्षमताएं हैं - अपने स्मार्टफोन पर एक्सेलेरोमीटर डेटा भेजने के लिए एक ऐप लिखें! आपको आरंभ करने के लिए, यहां एक पाई ट्विटर मॉनिटर के लिए एक ट्यूटोरियल है।

तापमान सेंसर या माइक्रोफ़ोन* जैसे अन्य सेंसर जोड़ें!

हैप्पी बिल्डिंग

*नोट: अपने त्वरण से जुड़ी हूशिंग ध्वनियों को सुनने के लिए!:डी