Como geralmente acontece comigo, quando uma ideia surge, ela é ponderada e, então (Ostapa começa a suportar), ela se torna repleta de funções adicionais nas quais eu não pensei inicialmente. Esses pensamentos acendem a paixão da criatividade e o processo começa.
Então, tudo começou com o fato de que durante uma caminhada era necessário ver a hora atual para saber a hora da caminhada ...
Não é conveniente assistir as horas no telefone todas as vezes, e eu não uso relógio por muito tempo. Isso significa que você precisa de um indicador em um local conveniente que mostre a hora atual, bem como o tempo de caminhada, para não contar todas as vezes. Caminhando no escuro, a criança não fica visível no carrinho, o que significa que o berço deve ser equipado com iluminação. Além disso, ao dirigir em locais sem iluminação artificial, seria bom ter um farol à frente para iluminar o caminho. Na estação fria, gostaria de saber a temperatura do ar no berço, bem como a temperatura do ar externo.
Para garantir a visibilidade do carrinho à noite, quando se desloca nas ruas, surgiu a ideia de equipar a estrutura do carrinho com iluminação LED. E para que a iluminação de fundo não ficasse chata, usei LEDs "inteligentes" no quadro e nas rodas.
O indicador e os botões de controle devem estar em um local acessível e, no meu caso, esta é a estrutura do carrinho.
A fonte de alimentação do dispositivo deve garantir o funcionamento do sistema com a iluminação decorativa e os faróis acesos. Também precisa ser carregado via USB.
Essas eram as principais funções que eu queria dar vida. Mas o pensamento foi mais longe. Queria saber a distância que a cadeira de rodas percorreu durante a caminhada atual, durante o dia, o tempo todo. Também a velocidade de condução atual.
Uma vez, não percebi um pneu furado e dirigi para casa por 4 km com um pneu furado. Pensei em monitorar a pressão dos pneus.
Bem, no final, é hora de pensar na segurança do próprio carrinho. Para isso planejei usar um receptor GPS / GLONASS e um modem GSM.
Funcionalidade totalmente implementada do carrinho de bebê inteligente:
- ;
- GPS/;
- ;
- ;
- ;
- , ;
- ;
- ;
- ;
- ;
- (TPMS);
- ;
- ;
- GPS/ ;
- GSM- .
Como o circuito contém muitos elementos e uma bateria espaçosa, foi decidido implementar o dispositivo em dois blocos - o principal e a unidade de exibição. A unidade principal é mostrada na Fig. 1, a unidade de exibição está na Fig. 2.
Figura 1. Diagrama esquemático da unidade principal do dispositivo
Fig. 2. Diagrama esquemático da unidade de exibição
ARM foi escolhido como o controlador do dispositivo D1. A unidade de carregamento da bateria é implementada nos microcircuitos D3, D4 de acordo com o esquema de comutação padrão. A carga vem do carregador do telefone por meio de um conector USB. Além disso, opcionalmente, a bateria é carregada da rede on-board com uma tensão de 6-20 volts. As temperaturas dentro do berço, fora e na bateria são implementadas no DS18B20. Porque o berço pode ser retirado da estrutura para fins de transporte ou substituição por uma versão de verão, em seguida, um conector é conectado ao berço, que desconecta a unidade do termômetro e a luz de fundo dentro do berço do dispositivo.
Um receptor GPS / GLONASS foi usado para determinar as coordenadas locais e a hora atual exata. Quando um sinal de GPS está disponível, a hora do sistema é registrada em D2. Em caso de má recepção dos sinais GPS / GLONASS, a hora atual não é corrigida, mas o relógio D2 mantém o ritmo.
D14 (EEPROM 24CL16) é usado para armazenar dados de várias estatísticas.
A iluminação decorativa é feita em LEDs WS2812b "inteligentes". Todos os elementos de iluminação, incluindo o farol e as rodas, estão alinhados em uma cadeia de informações.
O bloco de informantes é montado nos elementos D6, D7, D8. O circuito é copiado de um módulo MP3 chinês baseado no JQ6500. Fragmentos de música MP3 são costurados no Flash D7 via USB.
ADXL345 é usado como acelerômetro D9. Os dados do acelerômetro são usados para monitorar irregularidades na via, bem como para fins de segurança.
O subsistema de monitoramento da pressão dos pneus me fascinou por muito tempo e, portanto, foi premiado com um artigo separado [1]... O fato é que o TPMS chinês que utilizo no meu aparelho possui uma unidade receptora, que é projetada para controlar a pressão na faixa de 1,1 atm - 3,2 atm. O sistema padrão notifica a pressão fora dessa faixa com um bipe sempre que os sensores são consultados. Os sensores são monitorados periodicamente após cerca de 30-60 segundos em operação normal. Portanto, não é possível simplesmente colocar a unidade padrão no carrinho. E não é interessante. É muito mais interessante estudar o protocolo e implementá-lo em seu sistema, o que foi feito. O sistema consiste em quatro sensores externos que são aparafusados no encaixe da roda.
Os sensores são sem fio; eles transmitem informações periodicamente sobre a pressão da roda e a temperatura do ar na roda. Frequência de transmissão do transmissor 433,92 MHz com modulação FSK. Para capturar sinais de sensores, um módulo transceptor em um microcircuito SI4432 foi usado.
Para transferir dados para o site de rastreamento GPS, um modem GSM SIM800C é usado. O rastreamento é usado para o sistema de segurança antifurto de uma cadeira de rodas, bem como para armazenar trilhas de caminhada para a história.
A unidade principal e a unidade de exibição são feitas em placas de circuito impresso e são mostradas na Fig. 3. e fig. 4.
Fig. 3. Aspecto da placa da unidade principal de um carrinho de bebê "inteligente"
Fig.4. Aparência do painel de exibição
O dispositivo usa um display OLED no controlador SSD1306. A tela é pequena e cabe na alça do carrinho. Mas isso também é uma grande desvantagem, porque quando o carrinho vibra durante o movimento, as letras pequenas não são visíveis. Portanto, as telas de informações principais são exibidas em letras grandes.
A unidade principal e a unidade de exibição são conectadas por uma porta serial, o que reduz o número de fios.
Os sensores Hall são usados como um sensor de velocidade e um sensor para ativar o sistema de freio. Os sensores são montados em uma placa separada na roda, envernizados de umidade e selados.
Os LEDs de iluminação decorativa são montados em uma moldura em perfis de alumínio com filtros de luz e também são vedados externamente. Os anéis de LED são classificados como IP30, portanto, eles devem ser vedados contra umidade.
Todos os fios são colocados dentro do perfil da estrutura do carrinho, há transições nos pontos de curvatura quando o carrinho é dobrado.
O sistema está constantemente em modo de espera. Todos os dispositivos menores são desabilitados com a tecla VT3. Os controladores de ambos os blocos operam em uma frequência reduzida e periféricos ARM desnecessários também são desabilitados. Assim que uma determinada sequência de botões é pressionada (proteção contra acionamento por estranho), o sistema é ativado, a chave VT3 é acionada e os módulos são inicializados.
Todos os eventos de emergência são acompanhados por mensagens pop-up no visor e a melodia do informante correspondente.
Descrição da parte do software do dispositivo
O sistema é inicialmente ligado por uma chave seletora oculta e o sistema é colocado no modo de espera. Ligar e desligar o sistema é feito pressionando uma certa combinação de botões da unidade de exibição.
Quando o sistema é ligado no modo operacional, os controladores mudam para uma frequência mais alta, vários subsistemas são inicializados e uma melodia inicial é reproduzida.
Além disso, cada bloco inicia seu trabalho, os dados são processados e os eventos são gerados para informar sobre alarmes ou quando os valores ultrapassam os limites especificados.
Os pontos de ajuste para pressão dos pneus, aceleração do eixo, velocidade excessiva e outros são definidos uma vez no programa. Não faz sentido alterar dinamicamente esses valores no menu.
Todos os dados coletados pelo sistema são transmitidos para o display, que forma imagens das telas de informações. Além disso, os comandos da unidade principal para controlar os periféricos vêm da unidade de exibição.
Quando a energia é fornecida ao módulo GPS / GLONASS, ele começa a coletar informações dos satélites e, após coletar os dados necessários, inicia a análise. Quando o receptor emite um sinalizador de validade de dados, a hora, a data e as coordenadas atuais são obtidas do pacote GPRMC / GNRMC. A hora é registrada no RTC DS3231. Em céu aberto, quando você o liga pela primeira vez, a busca por satélites leva cerca de dois minutos. O receptor GPS / GLONASS utilizado possui um "procedimento de previsão" por duas semanas. Cada vez que é ligado, ele não precisa coletar uma grande quantidade de dados, portanto, as coordenadas adequadas são emitidas em alguns segundos. Isso é feito desde que durante o tempo desde a última vez em que o receptor não tenha se movido muito do ponto anterior, e também se houver uma bateria de reserva.
O sistema de carregamento da bateria é baseado em hardware e não depende do estado do sistema. Mas os sinais sobre o processo de carregamento vão para o controlador para análise. Quando o carregador é conectado, o controlador vê que o carregamento foi iniciado. Para calcular a duração do carregamento, bem como o tempo da última carga, para manter as estatísticas da bateria, o controlador liga brevemente a chave de habilitação periférica, lê a hora, acessa a EEPROM e desliga a chave. Após a conclusão da cobrança, ações semelhantes são realizadas, mas o horário de término da cobrança já está registrado e a duração da cobrança é considerada.
A temperatura da fonte de alimentação, dentro e fora do berço, é monitorada por um sensor DS18B20. O procedimento de pesquisa usa o modo half-duplex da porta UART e um controlador DMA.
Um modem é usado para transferir dados para a Internet. Para economizar energia, o modem é ligado apenas quando a transmissão de dados é necessária. Isso acontece no modo "antirroubo" ou quando é ligado manualmente.
Inicialmente, o modem não foi planejado, mas como o esquema já continha todo o necessário para o rastreamento, o modem simplesmente implorou por seu uso. Mas o mais interessante de tudo é o sistema "anti-roubo". O fundamental é informar discretamente que está ocorrendo um "sequestro" e transmitir as coordenadas da cadeira de rodas em tempo real. Se o carrinho estiver em casa, não há necessidade de "anti-roubo", mas se estiver no local fora da porta e estranhos possam ter acesso, então este modo é relevante.
Portanto, o carrinho está do lado de fora da porta em modo de espera. Somente os usuários que conhecem a seqüência de pressionamento dos botões podem ligar o carrinho a partir do painel. O atacante não tem conhecimento da presença de qualquer sistema na cadeira de rodas. Ele apenas pega o carrinho e o empurra para longe. O controlador vê a presença de vibração do acelerômetro, também vê a rotação não autorizada da roda e ativa um modo de alarme silencioso. Ele fornece energia para todos os módulos, inicializa o modem e envia um SMS de alarme para o telefone do proprietário. É registrado na célula # 1 do cartão SIM. Em seguida, ele começa a enviar informações sobre o LAC e CID das estações base da operadora de celular para o site de rastreamento. Após a chegada de dados adequados nas coordenadas do receptor GPS / GLONASS, eles são incluídos no pacote de transmissão.
O display está desligado neste momento e nenhum sinal de som é ouvido.
Se um usuário autorizado acidentalmente se esquecer de ligar o sistema antes de caminhar, desligue o sistema ligando-o corretamente no painel de exibição e pare manualmente o rastreamento.
Pensou-se em fazer sinais curtos durante a vibração no modo de espera ou dizer alguma frase, mas aí o atacante saberá que o carrinho não está fácil e o apetite aumentará, mas já estará preparado. Portanto, parei no modo silencioso.
Não havia desejo de criar meu próprio site para rastreamento. Não há tempo para nada. Portanto, decidi ver o que está pronto no momento. Fiquei muito surpreso quando encontrei muitos sites de rastreamento que permitem que você conecte um grande número de protocolos de rastreadores GPS prontos, e eles também podem vincular seu protocolo rastreador exclusivo ao sistema deles. Os administradores irão ajudar com isso. Não queria forçar os admins para que se adaptassem ao meu protocolo e, por isso, foi decidido fazer um protocolo de troca que os sites já suportem. Ao mesmo tempo, tudo é escrito do zero. Embora no site que escolhi os administradores tenham enviado o formato do pacote caseiro que o site aceita, decidi ficar com um dos padrões. Gostei do formato do rastreador GPS MegaStek.
O formato do pacote de transferência de dados do rastreador para o site está disponível gratuitamente. Eu tenho um pacote 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;!Ele transmite um ID de dispositivo exclusivo, nome do dispositivo, coordenadas, tempo, direção do movimento, LAC, CID e muito mais.
Para ver a posição do seu rastreador, você precisa se cadastrar no site. Você pode assistir pelo site, ou pelo aplicativo no telefone. Gostei muito do aplicativo, não é grande, é fácil de navegar, há opções de mapas. Mas o principal é que você pode cadastrar vários rastreadores gratuitamente, e se você pagar por uma conta, terá acesso a funções avançadas. Em geral, os serviços de rastreamento, hoje, me deixaram muito feliz, em relação ao período anterior.
O trabalho com o informante MP3 ocorre via UART por meio de comandos. Os arquivos MP3 são gravados no informante do Flash por meio do software de um desenvolvedor chinês usando uma conexão USB. Selecione os arquivos e envie. Mais do que o suficiente. Eu inicializo o JQ6500, ajusto o nível de volume e então, na chegada dos eventos, um comando é enviado para tocar o arquivo com o número desejado. Antes de reproduzir o arquivo, o sinal Mute é removido do amplificador de potência digital D8.
Os comandos estão totalmente descritos na descrição do microcircuito, bem como em bibliotecas de terceiros, portanto, não irei me alongar sobre eles.
O sistema de monitoramento da pressão dos pneus, conforme descrito acima, é baseado em sensores sem fio padrão, o sinal do qual é recebido no sistema por meio do transceptor SI4432. O transceptor está sintonizado para frequência, modulação, desvio do sensor. Em seguida, o sinal foi planejado para ser analisado de forma programática, retirando o pacote bruto do ar. Mas a presença de processamento de pacotes neste transceptor facilitou muito a vida do controlador principal. Consegui sintonizar o transceptor para receber rajadas. O próprio transceptor fazia todas as operações necessárias para receber o preâmbulo, a palavra de sincronização, os próprios dados e, ao receber o pacote completo, gerava uma interrupção. Na interrupção, o controlador principal apenas lê o pacote recebido, analisa a soma de verificação e decodifica os dados recebidos.
Quando a bateria está fraca, a iluminação decorativa e o farol são desligados para economizar energia.
Se, no modo de espera, um sinal de vibração da cadeira de rodas vier do acelerômetro e se for detectada a rotação das rodas, mas o dispositivo não estiver incluído no modo de operação normal, então o modo de alarme é ativado. Todos os módulos são ativados, o display permanece desligado. Essa. de fora parece que tudo está desligado. Assim que um sinal do GPS aparece, o modem GSM envia um SMS sobre o alarme para o telefone e começa a transmitir dados nas coordenadas atuais para o local de rastreamento. Os dados da pressão dos pneus também são transmitidos.
A velocidade atual é determinada por um sensor Hall na roda. Além disso, a velocidade é obtida do módulo GPS / GLONASS.
Quando o carrinho está no freio, a iluminação externa muda para o modo de estroboscópio alternado das luzes esquerda e direita.
O aparelho informa por meio de uma mensagem pop-up no display e um sinal sonoro sobre ultrapassagem da velocidade de mais de 7 km / h, sobre irregularidades na via, sobre baixa pressão do ar nas rodas. Melodias sonoras marcam cada hora da caminhada e cada nova hora astronômica.
A iluminação dentro do berço do carrinho tem a capacidade de alterar o brilho mantendo pressionado o botão para ligar a iluminação, mas não o utilizo para minhas necessidades.
A unidade de exibição tem três botões que respondem a pressionamentos curtos e longos. Um toque curto no botão de luz ambiente liga o farol e um toque longo controla os diferentes esquemas de cores para o quadro e a iluminação das rodas.
O display mostra todas as informações necessárias sobre o funcionamento do dispositivo. Devido ao pequeno tamanho da tela, as informações são exibidas em várias telas. A troca de telas é realizada por um botão no painel de exibição. Existem duas telas principais nas quais a hora atual é exibida em fonte grande e a tela de caminhada, que exibe a distância percorrida durante a caminhada, velocidade atual, tempo de caminhada, temperatura dentro do berço. As telas restantes exibem informações de diagnóstico sobre a operação dos subsistemas de monitoramento da pressão dos pneus, acelerômetro, modem, bateria e informações resumidas. Todas as imagens são formadas no buffer do controlador, de onde são simultaneamente transferidas para o display através do controlador DMA.
Na tela de monitoramento da pressão dos pneus, ao receber o sinal de qualquer sensor, a roda correspondente pisca na imagem do carrinho. Se a pressão estiver abaixo do set point, o valor da temperatura pisca e o informante emite um sinal de advertência periódico e uma janela pop-up no display.
A tela de carregamento da bateria contém informações sobre a tensão atual da bateria, o modo de operação do carregador e a data da última carga. O controlador do carrinho pode ser carregado a partir de qualquer fonte de tensão de 5 V, seja um carregador de smartphone ou, como mostrado, a partir de uma luz externa equipada com uma entrada USB.
O carrinho possui berços removíveis: um padrão, onde a criança apenas se deita, e um carrinho onde ela também pode se sentar. Ambos os berços são equipados com iluminação LED do espaço interno e sensores de temperatura externos e internos. Foi fornecida uma conexão destacável entre o berço e a unidade principal, e a escolha recaiu em um conector USB padrão. Ao remover ou recolocar o berço, primeiro desconecte o conector e, em seguida, remova o berço da estrutura do carrinho. Depois de instalar o berço, conecte o conector. O controlador sabe qual berço está sendo usado atualmente pelos números de série exclusivos dos termômetros.
Habitação
Os corpos são modelados de acordo com a curvatura das superfícies do quadro do carrinho e impressos em 3D.
Desenvolvimento
Pode ser utilizado em bicicletas, carrinhos de brincar para crianças com alimentação a bordo de 6..20 Volt.
Você pode usar um tipo diferente de visor, substituindo apenas a unidade do visor.
Conclusão
Devido a uma catastrófica falta de tempo, a implementação deste projeto demorou cerca de 8 meses.
Durante o desenvolvimento do sistema, muito foi estudado e testado em vários módulos e sistemas: o funcionamento do acelerômetro, o protocolo de troca do rastreador GPS, a transmissão de dados via modem GPRS, trabalhar com o transceptor, trabalhar com vários periféricos ARM. Demorou um mês para pesquisar apenas o sistema TPMS, mas foi interessante.
Demonstração da operação do sistema
Agradecimentos
Expresso minha profunda gratidão aos amigos e familiares que me ajudaram na implementação deste projeto.
Obrigado a Eugene, Alexey, Natalia, Olga.
Links
1. Estudo do protocolo do sistema de monitoramento da pressão dos pneus do veículo .