Save My Child: Pametno sjedalo koje šalje tekstualne poruke ako zaboravite dijete u automobilu: 8 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Instalira se u automobile, a zahvaljujući detektoru postavljenom na dječije sjedalo, upozorava nas - putem SMS -a ili telefonskog poziva - ako pobjegnemo bez dovođenja djeteta sa sobom

Korak 1: Uvod

Među najtužnijim (i u svakom slučaju, rijetkim) nesrećama u vijestima ima onih roditelja koji - zbog živahnosti, zdravstvenih problema ili nedostatka pažnje - izlaze iz auta i "zaboravljaju" svoju djecu na dječjem sjedalu, u toplom ili hladnom okruženju. Svakako da su se takve nesreće mogle izbjeći da je neko ili nešto podsjetilo vozača da je ostavio dijete u autu; nesumnjivo da tehnologija može pomoći i ponuditi rješenja koja će proizvođač implementirati u vozilo ili “nadogradnje”, poput ovdje opisanog projekta. To je uređaj zasnovan na GSM mobilnom telefonu koji otkriva neke parametre, na osnovu kojih se procjenjuje ponašanje vozača i izvršavaju potrebne radnje: posebno, SMS se šalje na telefon vozača koji bježi iz auta. Uređaj je instaliran u automobilu i pokreće ga električni sistem potonjeg; provjerava da li je dijete na svom sjedalu (pomoću senzora koji se sastoji od nekih tipki niskog profila, postavljenih na ploču koja se stavlja ispod poklopca dječje sjedalice): ako se pokaže da su tipke pritisnute (dakle, dijete je sjedilo), krug će također provjeriti da li se vozilo zaustavilo (pomoću troosnog mjerača ubrzanja), ako je tako i nakon isteka zadanog vremena, poslat će SMS poruku alarma na telefon vozača i ispustit će zvučni signal.

Štaviše, obavlja poziv na isti telefonski broj, a moguće i na druge, tako da roditelji, prijatelji i drugi ljudi mogu nazvati vozača da provjere šta se događa. Iako je gore navedena primjena izbora, projekt je nastao u našoj laboratoriji kao platforma koja se može prilagoditi za druge dvije svrhe. Prvi je uređaj za preostalu struju za starije i krhke osobe, dok je drugi daljinski alarm, koji radi u slučaju nestanka struje (i koristan u svrhu izbjegavanja da se zamrzivač odmrzne i da hrana u njemu postane opasna).

Korak 2: Sačuvajte dijagram kruga mog djeteta

Pogledajmo stoga o čemu se radi i analiziramo električni dijagram kruga, čije je upravljanje povjereno mikrokontroleru PIC18F46K20-I/PT od strane Microchipa, koji je programiran putem našeg firmvera MF1361, tako da očitava status ulazi (na koje je spojen senzor težine dječje sjedalice i mogući uređaj za detekciju), te prima signale koje daje (U5) akcelerometar i razgovara s (U4) vanjskim EEPROM -om (koji sadrži postavke za funkcioniranje sistema)) i povezuje mogući (U6) radio prijemnik i upravlja (GSM) ćelijskim modulom.

Imajte na umu da kolo razmatra elemente koji se mogu montirati ili ne, budući da smo ga zamislili kao proširivu razvojnu platformu, za one od vas koji su htjeli stvoriti vlastitu aplikaciju, počevši od osnovnog firmvera. Započnimo opisom mikrokontrolera koji-nakon ponovnog uključivanja-inicijalizira linije RB1 i RB2 kao ulaze isporučene s unutarnjim pull-up otpornikom, koji će biti potrebni za očitavanje nekih normalno otvorenih kontakata koji su spojeni na IN1 i IN2; diode D2 i D3 štite mikrokontroler u slučaju da se napon iznad onog iz izvora napajanja PIC -a pogrešno primijeni na ulazima. IN1 se trenutno koristi za senzor težine dječje sjedalice, dok je IN2 dostupan za daljnje moguće kontrole: možemo ga koristiti, na primjer, za otkrivanje otvaranja i zatvaranja vrata, putem očitanja napona na svjetlima kabine; u vezi s tim, imajte na umu da u nekim modernim automobilima stropnim svjetlima upravlja (u PWM -u) razvodna kutija (kako bi se osiguralo postupno uključivanje i isključivanje), dok mi samo moramo pročitati stanje svjetla koja su trenutno uključena i isključeno (inače će čitanje biti abnormalno); nakon toga ćemo morati filtrirati PWM pomoću kondenzatora smještenog između ulaza mikrokontrolera i mase (nakon diode). Drugi ulaz je RB3, još uvijek isporučen s unutarnjim pull-up otpornikom, koji je potreban za čitanje tipke P1 (koristi se za prisilno uključivanje ćelijskog modula, koji je inače isključen). Još tijekom inicijalizacije U/I, RB4 je postavljen kao ulaz u svrhu čitanja - pomoću razdjelnika napona R1 i R2 - pokretanja kruga, izvedenog dvostrukim odstupanjem SW1b; razdjelnik napona je potreban jer mikrokontroler tolerira napon niži od ulaznog na konektoru za napajanje. Funkcija RB4 je rezervirana za buduće događaje, objašnjeno je s obzirom na to da se krug može napajati i mrežnim napajanjem putem USB utičnice i pomoću litijske baterije koja je spojena na izlaz namjenskog regulatora punjenja.

Korak 3: Dijagram kola

Kada se SW1 pomakne na kontakte označene križem u dijagramu kruga, ostatak kruga je izoliran od baterije i stoga je isključen; ako se na ulazu izvora napajanja (USB) primijeni napon od 5 V, radit će samo stupanj punjača (napaja se preko D1 diode, koja ga štiti od inverzije polariteta). Pomicanjem SW1 u uključeni položaj, SW1b dovodi ulazni napon na liniju RB4 i SW1a napaja mikrokontroler i sve ostalo, pomoću napona na krajevima baterije (oko 4 V pri punom punjenju), pored uključivanja pojačani sklopni pretvarač označen kao U3, koji generira 5V potrebnih ostatku kruga.

Što se tiče funkcioniranja kruga koji se napaja putem USB -a, SWb dovodi ulazni napon na RB4, što - implementacijom čitanja u firmver - omogućuje razumijevanje je li pronađen mrežni izvor napajanja; takva funkcija je korisna u svrhu stvaranja alarma protiv zatamnjenja. S druge strane, tokom rada na bateriji, RB4 omogućava mikrokontroleru da to zna i da sprovede moguće strategije za smanjenje potrošnje energije (na primjer, smanjenjem intervala u kojima je mobitel uključen). RB4 linija je jedini način na koji firmver mora razumjeti kada krug radi na bateriju, jer ako U1 prima napajanje čak i ako je RB4 na nuli volti, to znači da krug radi na bateriju, dok ako postoji drugi izvor napajanja, funkcionirat će zahvaljujući naponu izvučenom s USB -a. Vratimo se sada inicijalizaciji I/O i vidimo da su linije RC0, RE1, RE2 i RA7 inicijalizirane kao ulazi, da su opremljene vanjskim pull-up otpornikom, s obzirom da ga ne možemo interno aktivirati za takve vodove; oni će biti potrebni za čitanje kanala hibridnog prijemnika, koji je u svakom slučaju dodatak, rezerviran za buduća razvoja. Takav prijemnik mogao bi se pokazati korisnim za kućnu upotrebu kao daljinski alarm, za one koji su ometeni u kretanju ili prisiljeni na krevet; otkrivanjem varijacije na izlazima RX radija, obavit će telefonski poziv za pomoć ili će poslati sličan SMS. Ovo je moguća primjena, ali postoje i druge; u svakom slučaju, mora se implementirati u firmver. RC3, RC4, RB0 i RD4 su linije koje su dodijeljene U4 akcelerometru, tačnije ploča za razbijanje zasnovana na troosnom akcelemetru MMA8452 kompanije NXP: RC3 je izlaz i potreban je za slanje takta, RC4 je dvosmjerni I/O i pokreće SDA, dok su druga dva pina ulazi koji su rezervirani za očitavanje prekida INT1 i INT2, koje generira akcelerometar kada se dogode određeni događaji. Linije RA1, RA2 i RA0 i dalje su ulazi, ali su multipleksirane na A/D pretvaraču i koriste se za čitanje U5 troosnog akcelerometra, koji se također nalazi na probojnoj ploči, a zasnovan je na modulu akcelerometra MMA7361; takva komponenta je namijenjena kao alternativa U4 (to je ona koju trenutno očekuje naš firmver) i pruža informacije o ubrzanjima otkrivenim na osi X, Y, Z pomoću analognih napona koji izlaze iz odgovarajućih linija. U ovom slučaju, firmver je pojednostavljen, budući da rutina upravljanja MMA8452 nije potrebna (zahtijeva čitanje registara, implementaciju protokola I²C-Bus itd.). Još uvijek u vezi s ADC -ovima, linija An0 se koristi za očitavanje nivoa napona, koji se napaja litijumskom baterijom, koji napaja mikrokontroler i ostatak kola (osim radio prijemnika); ako firmver to razmatra, omogućava mogućnost isključivanja cjeline kada se baterija isprazni ili kada je ispod određenog praga napona. Linija RC2 je inicijalizirana kao izlaz i generira niz digitalnih impulsa kada piezoelektrični zujalica BUZ1 mora ispustiti zvučnu notu upozorenja koju je naznačio firmver; druga dva izlaza su RD6 i RD7, kojima je povjeren zadatak da pale LED LD1 i LD2.

Korak 4: Dijagram spojne ploče

Završimo analizu U/I sa RD0, RD2, RD3, RC5, da zajedno sa UART -ovim RX -ovima i TX -ovima od sučelja prema mobilnom modulu SIM800C od strane SIMCom -a; u kolu se ovo drugo montira na namjensku ploču koja se umeće u određeni konektor koji se nalazi na štampanoj ploči. Modul razmjenjuje podatke o poslanim porukama (alarmnim) i primljenim (konfiguracijskim) s mikrokontrolerom, putem PIC -ovog UART -a, što je također potrebno za naredbe za postavke mobilnog telefona; ostatak redaka odnosi se na neke signale stanja: RD2 čita izlaz za "signalnu" LED koju ponavlja LD4, dok RD3 čita indikator zvona, odnosno kontakt mobitela koji opskrbljuje visoki logički nivo kada telefonski poziv je primljen. Linija RD0 omogućuje resetiranje modula, a RC5 se bavi uključivanjem i isključivanjem; resetiranje i UKLJUČIVANJE/ISKLJUČIVANJE implementirano je pomoću kola na ploči na koju je montiran SIM800C.

Ploča, čiji je dijagram spoja prikazan-zajedno s pinoutom konektora za umetanje-na slici 1, sadrži mobilni telefon SIM800C, MMX 90 ° antenski konektor i 2 mm muški 2 × 10 pin-strip na koji je napajanje izvor, linija za kontrolu paljenja (PWR), svi signali i serijske komunikacijske linije od i prema GSM modulu, kao što je prikazano na slici 1.

Korak 5: Dijagram kola

Budući da su U/I mikrokontrolera definirani, možemo pogledati dva odjeljka uključena u napajanje kola: punjač i DC/DC pretvarač.

Punjač je baziran na integriranom krugu MCP73831T (U2), proizvođača Microchip; kao ulaz obično prihvaća 5V (prihvatljivi raspon je između 3.75V i 6V), koji dolazi u ovo kolo iz USB konektora; napaja-na izlazu-struju potrebnu za punjenje litij-ionskih ili litij-polimernih (Li-Po) elemenata i napaja do 550mA. Baterija (koja se spaja na kontakte +/- BAT) može imati teoretski neograničen kapacitet, jer bi se najviše punila jako dugo, međutim imajte na umu da je pomoću struje od 550 mA element od 550 mAh naplaćuje se za sat vremena; budući da smo odabrali ćeliju od 500 mAh, bit će napunjena za manje od sat vremena. Integrirano kolo radi u tipičnoj konfiguraciji, u kojoj LD3 svjetlosna dioda pokreće izlaz STAT, koji se dovodi do niskog logičkog nivoa pri punjenju, dok ostaje na visokom logičkom nivou kada prestane s punjenjem; ista se dovodi do velike impedancije (otvorena) kada se MCP73831T isključi ili kada se ispostavi da nije baterija spojena na VB izlaz. VB (pin 3) je izlaz koji se koristi za litijumsku bateriju. Integrirano kolo vrši punjenje konstantnom strujom i naponom. Struja punjenja (Ireg) podešava se pomoću otpornika spojenog na pin 5 (u našem slučaju to je R6); njegova vrijednost je povezana s otporom sljedećim odnosom:

Ireg = 1 000/R

u kojem je vrijednost R izražena u ohmima ako je Ireg struja izražena u A. Na primjer, s 4,7 kohm dobiva se ograničenje od 212 mA, dok s R iznosi 2,2 kohma struja vrijedi oko 454 mA. ako se pin 5 otvori, integrirano kolo se dovodi u stanje mirovanja i apsorbira samo 2 µA (isključenje); pin se, prema tome, može koristiti kao omogućavanje. Dovršimo opis sheme kruga s pojačanim pretvaračem koji iz napona baterije crpi 5 stabiliziranih volti; faza se temelji na integriranom krugu MCP1640BT-I/CHY, to je sinkroni regulator pojačanja. Unutra se nalazi PWM generator koji pokreće tranzistor čiji kolektor povremeno zatvara zavojnicu L1 na masu, pomoću SW pina, puni je i pušta da oslobodi akumuliranu energiju tijekom pauza - pomoću pina 5 - do kondenzatori filtera C2, C3, C4, C7 i C9. Stezaljka diode koja štiti unutarnji tranzistor također je unutarnja, čime se potrebne vanjske komponente svode na najmanju moguću mjeru: u stvari, postoje kondenzatori filtera između Vout -a i mase, L1 induktor i otpornički razdjelnik između Vout -a i FB -a koji se bavi ponovnim aktiviranjem PWM generatora putem internog pojačala greške, stabilizacijom izlaznog napona na željenu vrijednost. Mijenjanjem omjera između R7 i R8, stoga je moguće promijeniti napon koji napaja Vout pin, ali to nije u našem interesu za to.

Korak 6: Postavke i naredbe za Save My Child

Nakon što je instalacija dovršena, morat ćete konfigurirati jedinicu; takva operacija se vrši putem SMS-a, stoga umetnite operativnu SIM karticu u držač SIM kartice modula 7100-FT1308M i uzmite u obzir odgovarajući telefonski broj. Nakon toga, molimo vas da date sve potrebne komande putem mobilnog telefona: sve su prikazane u Tabeli 1.

Među prvim stvarima koje treba učiniti je konfiguracija telefonskih brojeva na popisu onih koje će sistem pozvati ili na koje će se slati alarmne SMS poruke, u slučaju djeteta na dječjem sjedalu koje je možda bilo “zaboravljeno napušteno”. Kako bi se olakšala procedura, s obzirom na to da je sistem zaštićen lozinkom za ovu operaciju, osmišljen je način jednostavnog postavljanja: prilikom prvog pokretanja sistem će spremiti prvi telefonski broj koji ga pozove i smatra ga prvim brojem na listi. Ovaj broj će moći izvesti izmjene, čak i bez lozinki; u svakom slučaju, komande se mogu slati s bilo kojeg telefona, sve dok odgovarajući SMS sadrži lozinku, pa čak i ako smo - da bismo ubrzali neke naredbe - dopustili da se one koje se pošalju telefonskim brojevima na popisu mogu dati bez potrebe za lozinke. Što se tiče naredbi koje se odnose na dodavanje i brisanje telefonskih brojeva sa liste, zahtjev za lozinkom čini da listom upravlja samo osoba kojoj je to omogućeno. Prijeđimo sada na opis naredbi i na odgovarajuću sintaksu, s premisom da kolo prihvaća i SMS poruke koje sadrže više od naredbe; u tom slučaju naredbe se moraju odvojiti od sljedeće pomoću zareza. Prva naredba koja se ispituje je ona koja mijenja lozinku, sastoji se od SMS -a poput PWDxxxxx; pwd, u kojem nova lozinka (sastavljena od pet brojeva) mora biti napisana na mjestu xxxxx, dok pwd označava trenutnu lozinku. Zadana lozinka je 12345.

Zapamćivanje jednog od osam brojeva omogućenih za slanje konfiguracijskih naredbi vrši se slanjem SMS -a, čiji tekst sadrži NUMx+nnnnnnnnnnnnn; pwd tekst, u kojem pozicija (koji se broj pamti) mora biti napisana na mjestu x, telefonski broj ide na mjesto ns, dok je pwd trenutna lozinka. Sve to mora biti napisano bez razmaka. Dozvoljeni su brojevi od 19 cifara, dok + zamjenjuje 00 kao međunarodni pozivni broj na mobilnim telefonima. Na primjer, da biste dodali telefonski broj 00398911512 na treću poziciju, morat ćete poslati naredbu poput ove: NUM3+398911512; pwd. Lozinka je potrebna samo kada pokušate sačuvati telefonski broj na mjestu koje je već zauzelo neko drugo; s druge strane, ako morate dodati broj na prazno mjesto, samo ćete morati poslati SMS sa sljedećim tekstom: NUMx+nnnnnnnnnnnnn. Brisanje broja se vrši putem SMS -a koji sadrži NUMx; pwd tekst; na mjestu x ćete morati napisati poziciju telefonskog broja za brisanje, dok je pwd uobičajena lozinka. Na primjer, za brisanje četvrtog telefonskog broja sa memorisane liste potrebna je poruka koja sadrži NUM4; pwd tekst. Da biste zatražili listu telefonskih brojeva zapamćenih u krugu, morat ćete poslati SMS koji sadrži sljedeći tekst: NUM?; Pwd. Odbor odgovara na telefonski broj sa kojeg dolazi ispitivanje. Da li je moguće saznati kvalitet GSM signala slanjem QUAL -a? komanda; sistem će odgovoriti SMS -om koji sadrži trenutnu situaciju. Poruka će biti poslana na telefon koji je poslao naredbu. Prijeđimo sada na stanje unosa i poruke o konfiguraciji: LIV? omogućava da se zna stanje ulaza; IN2 može raditi i na naponskom nivou (postavlja se preko LIV2: b, koji aktivira alarm kada je ulaz otvoren) i na varijaciji jedan (podešava se putem LIV: v). Što se tiče ulaza, moguće je postaviti vrijeme inhibicije, putem naredbe INI1: mm (minute zabrane idu na mjesto mm) za IN1 i putem INI2: mm za IN2; inhibicija je potrebna kako bi se izbjeglo slanje kontinuiranih upozorenja ako ulaz - u načinu rada na nivou - ostane otvoren. Da biste odredili koji brojevi na listi moraju primati telefonske pozive, morate poslati poruku VOCxxxxxxxx: ON; pwd, sa istim pravilima koja se koriste za upravljanje telefonskim brojevima na koje se šalju SMS poruke. Poruka za odgovor je vrlo slična: "Broj zapamćen: Posx V+nnnnnnnnnnnn, Posy V+nnnnnnnnnnn." S SMS je zamijenjen V glasom. Čak i u ovom slučaju postoje dvije različite naredbe za deaktiviranje: SMSxxxxxxxx: OFF; pwd deaktivira slanje poruka i VOCxxxxxxxx: OFF; pwd onemogućuje mogućnost upućivanja telefonskih poziva. X predstavljaju položaje brojeva koji ne smiju primati upozorenja o alarmu. Moramo razjasniti nešto u vezi sa naredbom za postavljanje telefonskih brojeva za pozivanje ili na koje se šalju alarmne SMS poruke: prema zadanim postavkama firmvera i nakon svakog potpunog resetiranja, sistem će uputiti i pozive i SMS poruke, na sve memorisane brojeve. Slijedom toga, kako bi neke od njih izostavili, potrebno je poslati naredbe za deaktivaciju: SMSxxxxxxxx: OFF; pwd ili VOCxxxxxxxx: OFF; pwd i naznačiti pozicije koje treba izostaviti. Sistem šalje SMS na telefonski broj koji zauzima prvo mjesto na listi, svaki put kada se ponovo uključi. Takva se funkcija može onemogućiti/omogućiti pomoću naredbi AVV0 (deaktiviranje) i AVV1 (aktiviranje); zadani tekst je SYSTEM STARTUP. Prijeđimo sada na naredbe koje omogućavaju memoriranje ili prepisivanje SMS poruka: sintaksa je poput one TINn: xxxxxxxxx, u kojoj je n broj unosa na koji se poruka odnosi, dok je xs odgovaraju tekstualnoj poruci, koja ne smije prelaziti dužinu od 100 znakova. Bitna postavka je ona koja se odnosi na vrijeme promatranja IN1, koja se provodi pomoću naredbe OSS1: ss, u kojoj vrijeme (u rasponu od 0 do 59 sekundi) ide na mjesto ss: pokazuje krugu za koliko vrijeme dok tipke moraju ostati pritisnute od trenutka kada je otkriveno da se automobil zaustavio i prije generiranja alarma. Kašnjenje je bitno, kako biste izbjegli da se lažni alarm pojavi kada se zaustavite na kratko vrijeme. S ove točke gledišta, firmver, kada se krug napaja (kada je upravljačka ploča uključena), čeka vrijeme koje je dvostruko veće od zadanog, kako bi se vozaču omogućilo da izvrši operacije poput zatvaranja garažnih vrata ili pričvršćivanje sigurnosnih pojaseva itd. Vrijeme promatranja za IN2 može se, prema istim postupcima, definirati davanjem naredbe OSS2: ss; moguće je zatražiti trenutno podešena vremena putem SMS -a (naredba OSS?). Završimo ovaj pregled naredbi s onom koja vraća zadane postavke: to je RES; pwd. Odgovorna poruka je “Reset”. Ostatak naredbi opisan je u tablici 1.

Korak 7: Lista komponenti

C1, C8, C10: 1 µF keramički kondenzator (0805)

C2, C6, C7, C9: keramički kondenzator od 100 nF (0805)

C3, C4: 470 µF 6,3 VL tantalni kondenzator (D)

C5: 4, 7 µF 6,3 VL tantalni kondenzator (A)

R1, R2, R4: 10 kohm (0805)

R3, R12: 1 kohm (0805)

R5: 470 ohma (0805) R6: 3,3 kohma (0805)

R7: 470 kohm (0805) 1%

R8: 150 kohm (0805) 1%

R9 ÷ R11: 470 ohma (0805)

R13 ÷ R16: 10 kohm (0805)

R17: -

U1: PIC18F46K20-I/PT (MF1361)

U2: MCP73831T

U3: MCP1640BT-I/CHY

U4: Breakout board cod. 2846-MMA8452

U5: Breakout board cod. 7300-MMA7361 (nekorišteno)

P1: Mikroprekidač 90 °

P2: -

LD1: 3 mm žuta LED

LD2, LD4: 3 mm zelene LED diode

LD5: - LD3: 3 mm crvena LED dioda

D1 ÷ D3: MBRA140T3G

D4: MMSD4148

DZ1: Zener dioda 2.7V 500mW

L1: 4,7 µH 770mA induktivno namotani induktor

BUZ1: Zvučni signal bez elektronike

8-kraki ženski razdjelnik traka

9-kraki ženski razdjelnik traka

6-kraki muški razdjelnik traka

2 mm ženski konektor 2 mm koraka

2,54-stezni dvosmjerni terminal (3 kom.)

2-kraki JST konektor sa razmakom od 2 mm za PCB-ove

500mA LiPo baterija sa 2 mm JST konektorom

S1361 (85 × 51 mm) štampana ploča

Korak 8: Zaključak

Projekt koji smo ovdje predložili je otvorena platforma; moguće ga je koristiti za izradu mnogih aplikacija, među kojima su: alarm za sprečavanje zaboravljanja djece u automobilu, sistem daljinske njege i daljinski alarm koji smo ranije spomenuli. Općenito, to je sistem koji je sposoban generirati upozorenja i obavještenja putem telefona, kada se dese određeni događaji - koji nisu nužno hitni - pa služe i za potrebe daljinskog nadzora.