Como suele suceder conmigo, cuando surge una idea, se reflexiona sobre ella y luego (Ostapa comienza a soportar) se llena de funciones adicionales en las que inicialmente no pens茅. Estos pensamientos encienden la pasi贸n de la creatividad y comienza el proceso.
Entonces, todo comenz贸 con el hecho de que durante una caminata era necesario ver la hora actual para saber la hora de la caminata ...
No es conveniente mirar la hora en el tel茅fono todo el tiempo y no uso reloj durante mucho tiempo. Esto significa que necesita un indicador en un lugar conveniente que muestre la hora actual, as铆 como el tiempo de caminata, para no contar todo el tiempo. Al caminar en la oscuridad, el ni帽o no es visible en el cochecito, lo que significa que debe equipar la cuna con iluminaci贸n. Adem谩s, al conducir en lugares sin iluminaci贸n artificial, ser铆a bueno tener un faro delante para iluminar el camino. En la estaci贸n fr铆a, me gustar铆a saber la temperatura del aire en la cuna, as铆 como la temperatura del aire en el exterior.
Para garantizar la visibilidad de la carriola por la noche, al moverse por las calles, se plante贸 la idea de equipar el marco de la carriola con iluminaci贸n LED. Y para que la retroiluminaci贸n no fuera aburrida, utilic茅 LED "inteligentes" para el marco y las ruedas.
El indicador y los botones de control deben estar en un lugar accesible, y en mi caso este es el marco de la carriola.
La fuente de alimentaci贸n del dispositivo debe garantizar que el sistema est茅 operativo, teniendo en cuenta la iluminaci贸n decorativa y los faros incluidos. Tambi茅n debe cargarse desde USB.
Estas eran las principales funciones que quer铆a dar vida. Pero el pensamiento fue m谩s all谩. Quer铆a saber la distancia que recorri贸 la silla de ruedas durante la caminata actual, durante el d铆a, durante todo el tiempo. Tambi茅n la velocidad de conducci贸n actual.
Una vez no not茅 un pinchazo y conduje a casa durante 4 km con un pinchazo. Pens茅 en controlar la presi贸n de los neum谩ticos.
Bueno, al final, es hora de pensar en la seguridad del cochecito en s铆. Para esto plane茅 usar un receptor GPS / GLONASS y un m贸dem GSM.
Funcionalidad completa implementada del cochecito de beb茅 inteligente:
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Dado que el circuito contiene muchos elementos y una bater铆a de gran capacidad, se decidi贸 implementar el dispositivo en dos bloques: la unidad principal y la pantalla. La unidad principal se muestra en la Fig.1, la unidad de visualizaci贸n en la Fig.2.
Figura 1. Diagrama esquem谩tico de la unidad principal del dispositivo
Fig.2. Diagrama esquem谩tico de la unidad de visualizaci贸n
Se eligi贸 ARM como controlador del dispositivo D1. La unidad de carga de la bater铆a se implementa en los microcircuitos D3, D4 de acuerdo con el esquema de conmutaci贸n est谩ndar. La carga proviene de un cargador de tel茅fono a trav茅s de un conector USB. Adem谩s, opcionalmente, la bater铆a se carga desde la red de a bordo con un voltaje de 6-20 voltios. Las temperaturas dentro de la base, el exterior y la bater铆a se implementan en el DS18B20. Porque la base se puede quitar del marco con el prop贸sito de transportarla o reemplazarla con una versi贸n de verano, luego se conecta un conector a la base, que desconecta la unidad del term贸metro y la luz de fondo dentro de la base del dispositivo.
Se utiliz贸 un receptor GPS / GLONASS para determinar las coordenadas locales y la hora exacta actual. Cuando hay una se帽al de GPS disponible, la hora del sistema se registra en D2. En caso de mala recepci贸n de se帽ales GPS / GLONASS, la hora actual no se corrige, pero el reloj D2 mantiene el ritmo.
D14 (EEPROM 24CL16) se utiliza para almacenar datos de varias estad铆sticas.
La iluminaci贸n decorativa se realiza sobre LED WS2812b "inteligentes". Todos los elementos de iluminaci贸n, incluidos el faro y las ruedas, est谩n alineados en una cadena de informaci贸n.
El bloque informante se ensambla sobre los elementos D6, D7, D8. El circuito se copia de un m贸dulo MP3 chino basado en el JQ6500. Los fragmentos de m煤sica MP3 se cosen en Flash D7 a trav茅s de USB.
ADXL345 se utiliza como aceler贸metro D9. Los datos del aceler贸metro se utilizan para monitorear irregularidades en la carretera, as铆 como por motivos de seguridad.
El subsistema de control de la presi贸n de los neum谩ticos me ha fascinado durante mucho tiempo y, por lo tanto, se le otorg贸 un art铆culo aparte [1]... El hecho es que el TPMS chino que utilizo en mi dispositivo tiene una unidad receptora, que est谩 dise帽ada para controlar la presi贸n en el rango de 1.1 atm - 3.2 atm. El sistema est谩ndar notifica la presi贸n fuera de este rango con un chirrido cada vez que se sondean los sensores. Los sensores se sondean peri贸dicamente despu茅s de aproximadamente 30-60 segundos en funcionamiento normal. Por lo tanto, no es posible colocar simplemente la unidad est谩ndar en el cochecito. Y no es interesante. Es mucho m谩s interesante estudiar el protocolo e implementarlo en su sistema, lo cual se hizo. El sistema consta de cuatro sensores externos que se atornillan al racor de la rueda.
Los sensores son inal谩mbricos; transmiten peri贸dicamente informaci贸n sobre la presi贸n de la rueda y la temperatura del aire en la rueda. Frecuencia de emisi贸n del transmisor 433,92 MHz con modulaci贸n FSK. Para capturar se帽ales de los sensores, se utiliz贸 un m贸dulo transceptor en un microcircuito SI4432.
Para transferir datos al sitio de rastreo GPS, se utiliza un m贸dem GSM SIM800C. El seguimiento se utiliza para el sistema de seguridad antirrobo de la silla de ruedas, as铆 como para almacenar pistas para caminar para la historia.
La unidad principal y la unidad de visualizaci贸n est谩n hechas en placas de circuito impreso y se muestran en la Fig.3. y fig.4.
Fig. 3. Aspecto del tablero de la unidad principal de un cochecito de beb茅 "inteligente"
Fig.4. Apariencia del tablero de visualizaci贸n
El dispositivo utiliza una pantalla OLED en el controlador SSD1306. La pantalla es peque帽a y cabe en el asa del cochecito. Pero esto tambi茅n es un gran inconveniente, porque cuando el cochecito vibra durante el movimiento, la letra peque帽a no es visible. Por lo tanto, las pantallas de informaci贸n principales se muestran en letras grandes.
La unidad principal y la unidad de visualizaci贸n est谩n conectadas mediante un puerto serie, lo que reduce la cantidad de cables.
Los sensores Hall se utilizan como sensor de velocidad y como sensor para activar el sistema de frenos. Los sensores est谩n montados en una placa separada en la rueda, barnizados contra la humedad y sellados.
Los LED de iluminaci贸n decorativa est谩n montados sobre un marco en perfiles de aluminio con filtros de luz y tambi茅n est谩n sellados desde el exterior. Los anillos LED tienen clasificaci贸n IP30, por lo que deb铆an sellarse contra la humedad.
Todos los cables se colocan dentro del perfil del marco de la carriola, hay transiciones en los puntos de flexi贸n cuando la carriola est谩 plegada.
El sistema est谩 constantemente en modo de espera. Todos los dispositivos menores se desactivan con la tecla VT3. Los controladores de ambos bloques operan a una frecuencia reducida y los perif茅ricos ARM innecesarios tambi茅n se desactivan. Tan pronto como se presiona una determinada secuencia de botones (protecci贸n para que un extra帽o lo encienda), el sistema se despierta, la tecla VT3 se enciende y los m贸dulos se inicializan.
Todos los eventos de emergencia van acompa帽ados de mensajes emergentes en la pantalla y la correspondiente melod铆a del informante.
Descripci贸n de la parte de software del dispositivo
El sistema se enciende inicialmente mediante un interruptor de palanca oculto y se pone en modo de espera. El encendido y apagado adicional del sistema se realiza presionando una cierta combinaci贸n de botones de la unidad de visualizaci贸n.
Cuando el sistema se enciende en el modo de funcionamiento, los controladores cambian a una frecuencia m谩s alta, se inicializan varios subsistemas y se reproduce una melod铆a de inicio.
Adem谩s, cada bloque comienza su trabajo, se procesan los datos y se generan eventos para informar sobre alarmas o cuando los valores superan los l铆mites especificados.
Los puntos de ajuste para la presi贸n de los neum谩ticos, la aceleraci贸n del eje, el exceso de velocidad y otros se establecen una vez en el programa. No tiene sentido cambiar din谩micamente estos valores desde el men煤.
Todos los datos recopilados por el sistema se transmiten a la unidad de visualizaci贸n, que forma im谩genes de pantallas de informaci贸n. Adem谩s, los comandos de la unidad principal para controlar los perif茅ricos provienen de la unidad de visualizaci贸n.
Cuando se suministra energ铆a al m贸dulo GPS / GLONASS, comienza a recopilar informaci贸n de los sat茅lites y, una vez recopilados los datos necesarios, comienza el an谩lisis. Cuando el receptor emite una bandera de validez de datos, la hora, fecha y coordenadas actuales se toman del paquete GPRMC / GNRMC. El tiempo se registra en el RTC DS3231. A cielo abierto, cuando se enciende por primera vez, la b煤squeda de sat茅lites tarda unos dos minutos. El receptor GPS / GLONASS utilizado tiene un "procedimiento de predicci贸n" durante dos semanas. Cada vez que se enciende, no necesita recopilar una gran cantidad de datos, por lo que se emiten las coordenadas adecuadas en unos pocos segundos. Esto siempre que durante el tiempo transcurrido desde el 煤ltimo encendido el receptor no se haya movido una gran distancia del punto anterior, y tambi茅n si hay una bater铆a de respaldo.
El sistema de carga de la bater铆a est谩 basado en hardware y no depende del estado del sistema. Pero las se帽ales sobre el proceso de carga van al controlador para su an谩lisis. Cuando el cargador est谩 conectado, el controlador ve que la carga ha comenzado. Para calcular la duraci贸n de la carga, as铆 como el tiempo de la 煤ltima carga, con el fin de mantener las estad铆sticas de la bater铆a, el controlador enciende brevemente la llave de habilitaci贸n de perif茅ricos, lee la hora, accede a la EEPROM y apaga la llave. Una vez completada la carga, se realizan acciones similares, pero la hora de finalizaci贸n de la carga ya est谩 registrada y se considera la duraci贸n de la carga.
La temperatura de la fuente de alimentaci贸n, dentro y fuera de la base, es monitoreada por un sensor DS18B20. El procedimiento de sondeo utiliza el modo semid煤plex del puerto UART y un controlador DMA.
Se utiliza un m贸dem para transferir datos a Internet. Para ahorrar energ铆a, el m贸dem se enciende solo cuando se necesita transmisi贸n de datos. Esto sucede en el modo "antirrobo" o cuando se activa manualmente.
Inicialmente, el m贸dem no estaba planeado, pero como el esquema ya conten铆a todo lo necesario para el rastreo, el m贸dem simplemente suplic贸 por su uso. Pero lo m谩s interesante de todo es el sistema "antirrobo". Lo fundamental es informar discretamente que se est谩 produciendo un "secuestro" y transmitir las coordenadas de la silla de ruedas en tiempo real. Si el cochecito est谩 en casa, entonces no hay necesidad de "antirrobo", pero si est谩 en el sitio fuera de la puerta y los extra帽os pueden tener acceso, entonces este modo es relevante.
Entonces, el cochecito est谩 parado afuera de la puerta en modo de espera. Solo aquellos usuarios que conocen la secuencia de presionar los botones pueden encender la carriola desde el panel. El atacante desconoce la presencia de alg煤n sistema en la silla de ruedas. Simplemente toma el cochecito y lo aparta. El controlador ve la presencia de vibraci贸n del aceler贸metro, tambi茅n ve la rotaci贸n no autorizada de la rueda y activa un modo de alarma silenciosa. Suministra energ铆a a todos los m贸dulos, inicializa el m贸dem y env铆a un SMS de alarma al tel茅fono del propietario. Est谩 registrado en la celda # 1 de la tarjeta SIM. Luego comienza a enviar informaci贸n sobre el LAC y CID de las estaciones base del operador celular al sitio de seguimiento. Tras la llegada de datos adecuados sobre coordenadas del receptor GPS / GLONASS, se incluyen en el paquete de transmisi贸n.
La pantalla est谩 apagada en este momento y no se escuchan se帽ales de sonido.
Si un usuario autorizado olvid贸 accidentalmente encender el sistema antes de caminar, puede apagar el sistema encendi茅ndolo correctamente desde el panel de visualizaci贸n y detener manualmente el seguimiento.
Se pens贸 en hacer se帽ales breves durante la vibraci贸n en el modo de espera o decir alguna frase, pero entonces el atacante sabr谩 que el cochecito no es f谩cil y el apetito aumentar谩, pero ya estar谩 preparado. Por lo tanto, me detuve en modo silencioso.
No hab铆a ning煤n deseo de crear mi propio sitio de seguimiento. No hay tiempo suficiente para nada. Por eso, decid铆 ver qu茅 est谩 listo en este momento. Me sorprendi贸 mucho encontrar muchos sitios de rastreo que le permiten conectar una gran cantidad de protocolos de rastreadores GPS listos para usar, y tambi茅n pueden vincular su protocolo de rastreo 煤nico a su sistema, los administradores lo ayudar谩n con esto. No quer铆a presionar a los administradores para que se adaptaran a mi protocolo y, por lo tanto, se decidi贸 hacer un protocolo de intercambio que los sitios ya soporten. De todos modos, todo est谩 escrito desde cero. Aunque en el sitio que eleg铆, los administradores enviaron su formato de paquete casero que su sitio acepta, pero decid铆 seguir con uno de los est谩ndar. Me gust贸 el formato del rastreador GPS MegaStek.
El formato del paquete de transferencia de datos del rastreador al sitio est谩 disponible gratuitamente. Tengo un paquete como este:
$MGV002,351233456789,_TrackerName,R,200220,092552.000,A,3340.2243,N,02532.3216,E,00,04,00,1.20,02.5,15.9,280.06,02.312,250,02,0000,0000,25,1111,0105,1201 1201, 302 302,0401,23.4,07.2,,10,81.4,Timer;!Transmite un ID de dispositivo 煤nico, nombre de dispositivo, coordenadas, hora, direcci贸n de movimiento, LAC, CID y m谩s.
Para ver la posici贸n de su rastreador, debe registrarse en el sitio. Puede verlo a trav茅s del sitio web o mediante la aplicaci贸n en el tel茅fono. Me gust贸 mucho la aplicaci贸n, no es grande, f谩cil de navegar, hay una variedad de mapas. Pero lo principal es que puede registrar varios rastreadores de forma gratuita, y si paga por una cuenta, obtiene acceso a funciones avanzadas. En general, los servicios de rastreo, hoy, me hicieron muy feliz, en comparaci贸n con el per铆odo anterior.
El trabajo con el informador MP3 se produce a trav茅s de la UART mediante comandos. Los archivos MP3 se escriben en el informante de Flash a trav茅s del software de un desarrollador chino mediante una conexi贸n USB. Seleccione archivos y env铆elos. Mas que suficiente. Inicializo el JQ6500, configuro el nivel de volumen y luego, al llegar los eventos, se env铆a un comando para reproducir el archivo con el n煤mero deseado. Antes de reproducir el archivo, la se帽al de silencio se elimina del amplificador de potencia digital D8.
Los comandos se describen completamente en la descripci贸n del microcircuito, as铆 como en bibliotecas de terceros, por lo que no me detendr茅 en ellos.
El sistema de control de la presi贸n de los neum谩ticos, como se describe anteriormente, se basa en sensores inal谩mbricos est谩ndar, cuya se帽al se recibe en el sistema a trav茅s del transceptor SI4432. El transceptor est谩 sintonizado en frecuencia, modulaci贸n, desviaci贸n del sensor. Luego, se plane贸 analizar la se帽al de manera program谩tica, tomando el paquete sin procesar del aire. Pero la presencia de procesamiento de paquetes en este transceptor facilit贸 enormemente la vida del controlador principal. Pude sintonizar el transceptor para recibir r谩fagas. El propio transceptor hizo todas las operaciones necesarias para recibir el pre谩mbulo, la palabra de sincronizaci贸n, los datos en s铆, y al recibir el paquete completo, gener贸 una interrupci贸n. En caso de interrupci贸n, el controlador principal simplemente ley贸 el paquete recibido, analiz贸 la suma de comprobaci贸n y decodific贸 los datos recibidos.
Cuando la bater铆a est谩 baja, la iluminaci贸n decorativa y los faros delanteros se apagan para ahorrar energ铆a.
Si, en el modo de espera, una se帽al sobre el movimiento de la silla de ruedas proviene del aceler贸metro y si se detecta la rotaci贸n de las ruedas, pero el dispositivo no est谩 incluido en el modo de funcionamiento normal, entonces se activa el modo de alarma. Todos los m贸dulos est谩n activados, la pantalla permanece apagada. Aquellos. desde fuera parece que todo est谩 apagado. Tan pronto como aparece una se帽al del GPS, el m贸dem GSM env铆a un SMS sobre la alarma al tel茅fono y comienza a transmitir datos sobre las coordenadas actuales al sitio de seguimiento. Tambi茅n se transmiten los datos de presi贸n de los neum谩ticos.
La velocidad actual est谩 determinada por un sensor Hall en la rueda. Adem谩s, la velocidad se toma del m贸dulo GPS / GLONASS.
Cuando el cochecito est谩 en el freno, la iluminaci贸n externa cambia al modo de luz estrobosc贸pica alterna de las luces izquierda y derecha.
El dispositivo informa con un mensaje emergente en la pantalla y una se帽al sonora sobre superar la velocidad de m谩s de 7 km / h, sobre irregularidades en la carretera, sobre baja presi贸n de aire en las ruedas. Las melod铆as sonoras marcan cada hora de la caminata y cada nueva hora astron贸mica.
La iluminaci贸n dentro de la cuna de la carriola tiene la capacidad de cambiar el brillo presionando y manteniendo presionado el interruptor de luz, pero para mis necesidades no lo uso.
La unidad de visualizaci贸n tiene tres botones que responden a pulsaciones cortas y largas. Una pulsaci贸n corta del bot贸n de luz ambiental enciende el faro y una pulsaci贸n larga controla los diferentes esquemas de color para la iluminaci贸n del cuadro y de la rueda.
La pantalla muestra toda la informaci贸n necesaria sobre el funcionamiento del dispositivo. Debido al peque帽o tama帽o de la pantalla, la informaci贸n se muestra en varias pantallas. El cambio de pantalla se realiza mediante un bot贸n en el panel de visualizaci贸n. Hay dos pantallas principales en las que se muestra la hora actual en letra grande y la pantalla de caminata, que muestra la distancia recorrida durante la caminata, la velocidad actual, el tiempo de caminata y la temperatura dentro de la cuna. Las pantallas restantes muestran informaci贸n de diagn贸stico sobre el funcionamiento de los subsistemas de control de la presi贸n de los neum谩ticos, el aceler贸metro, el m贸dem, la bater铆a y la informaci贸n resumida. Todas las im谩genes se forman en el b煤fer del controlador, desde donde se transfieren a la pantalla de una vez por medio del controlador DMA.
En la pantalla de control de presi贸n de los neum谩ticos, al recibir una se帽al de cualquier sensor, la rueda correspondiente parpadea en la imagen del cochecito. Si la presi贸n est谩 por debajo del punto de ajuste, el valor de temperatura parpadea y el informante emite una se帽al de advertencia peri贸dica y una ventana emergente en la pantalla.
La pantalla de carga de la bater铆a contiene informaci贸n sobre el voltaje actual de la bater铆a, el modo de funcionamiento del cargador y la fecha de la 煤ltima carga. El controlador de la carriola se puede cargar desde cualquier fuente de voltaje de 5V, ya sea un cargador de tel茅fono inteligente o, como se muestra, desde una luz exterior equipada con una toma USB.
La carriola tiene cunas extra铆bles: est谩ndar, en la que solo se acuesta el ni帽o, y una carriola donde tambi茅n puede sentarse. Ambas cunas est谩n equipadas con iluminaci贸n LED del espacio interior y sensores de temperatura exterior e interior. Se proporcion贸 una conexi贸n desmontable entre la base y la unidad principal, y la elecci贸n recay贸 en un conector USB est谩ndar. Cuando retire o reemplace la base, primero debe desconectar el conector y luego quitar la base del armaz贸n del cochecito. Despu茅s de instalar la base, conecte el conector. El controlador sabe qu茅 soporte est谩 actualmente en uso mediante los n煤meros de serie 煤nicos de los term贸metros.
Alojamiento
Los cuerpos se modelan de acuerdo con la curvatura de las superficies del marco del cochecito y se imprimen en 3D.
Desarrollo
Se puede utilizar en bicicletas, coches de juguete para ni帽os con fuente de alimentaci贸n a bordo de 6 ... 20 voltios.
Puede usar un tipo diferente de pantalla reemplazando solo la unidad de pantalla.
Conclusi贸n
Debido a una catastr贸fica falta de tiempo, la implementaci贸n de este proyecto tom贸 alrededor de 8 meses.
Durante el desarrollo del sistema, se investig贸 y prob贸 mucho en varios m贸dulos y sistemas: el funcionamiento del aceler贸metro, el protocolo de intercambio del rastreador GPS, la transmisi贸n de datos a trav茅s del m贸dem GPRS, el trabajo con el transceptor, el trabajo con varios perif茅ricos ARM. Me tom贸 un mes investigar solo el sistema TPMS, pero fue interesante.
Demostraci贸n del funcionamiento del sistema
Expresiones de gratitud
Expreso mi profunda gratitud a los amigos y familiares que me ayudaron en la implementaci贸n de este proyecto.
Gracias a Eugene, Alexey, Natalia, Olga.
Enlaces
1. Estudio del protocolo del sistema de control de presi贸n de neum谩ticos de veh铆culos .