Wie es normalerweise bei mir der Fall ist, wird eine Idee, wenn sie auftaucht, überlegt und dann (Ostapa beginnt zu ertragen) mit zusätzlichen Funktionen überwachsen, über die ich anfangs nicht nachgedacht habe. Diese Gedanken entzünden die Leidenschaft für Kreativität und der Prozess beginnt.
Alles begann mit der Tatsache, dass es während eines Spaziergangs notwendig war, die aktuelle Zeit zu sehen, um die Zeit des Spaziergangs zu kennen ...
Es ist nicht bequem, die Uhrzeit jedes Mal am Telefon zu sehen, und ich trage lange Zeit keine Uhr. Dies bedeutet, dass Sie an einem geeigneten Ort eine Anzeige benötigen, die die aktuelle Uhrzeit sowie die Gehzeit anzeigt, um nicht jedes Mal zu zählen. Wenn das Kind im Dunkeln geht, ist es im Kinderwagen nicht sichtbar, was bedeutet, dass Sie die Wiege mit Licht ausstatten müssen. Auch wenn Sie an Orten ohne künstliche Beleuchtung fahren, wäre es schön, einen Scheinwerfer vor sich zu haben, um den Weg zu beleuchten. In der kalten Jahreszeit möchte ich die Lufttemperatur in der Wiege sowie die Lufttemperatur draußen wissen.
Um die Sichtbarkeit des Kinderwagens nachts zu gewährleisten, wenn man sich auf der Straße bewegt, sollte der Kinderwagenrahmen mit LED-Beleuchtung ausgestattet werden. Und damit die Hintergrundbeleuchtung nicht langweilig wurde, habe ich "intelligente" LEDs für den Rahmen und die Räder verwendet.
Die Anzeige- und Steuertasten sollten sich an einem zugänglichen Ort befinden, und in meinem Fall ist dies der Kinderwagenrahmen.
Die Stromquelle des Geräts muss sicherstellen, dass das System bei eingeschalteter dekorativer Beleuchtung und eingeschalteten Scheinwerfern betriebsbereit ist. Muss auch über USB aufgeladen werden.
Dies waren die Hauptfunktionen, die ich zum Leben erwecken wollte. Aber der Gedanke ging noch weiter. Ich wollte wissen, wie weit der Rollstuhl während des aktuellen Spaziergangs für den Tag und die gesamte Zeit gefahren ist. Auch die aktuelle Fahrgeschwindigkeit.
Einmal bemerkte ich keinen platten Reifen und fuhr 4 km mit einem platten Reifen nach Hause. Ich dachte darüber nach, den Reifendruck zu überwachen.
Nun, am Ende ist es Zeit, über die Sicherheit des Kinderwagens selbst nachzudenken. Dafür wollte ich einen GPS / GLONASS-Empfänger und ein GSM-Modem verwenden.
Voll implementierte Funktionalität des intelligenten Kinderwagens:
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Da die Schaltung viele Elemente und eine große Batterie enthält, wurde beschlossen, das Gerät in zwei Blöcken zu implementieren - der Haupt- und der Anzeigeeinheit. Die Haupteinheit ist in Fig. 1 gezeigt, die Anzeigeeinheit ist in Fig. 2 gezeigt.
Abb. 1. Schematische Darstellung der Haupteinheit des Gerätes
Abb. 2. Schematische Darstellung der Anzeigeeinheit
ARM wurde als Controller des D1-Geräts ausgewählt. Die Batterieladeeinheit ist in Mikroschaltungen D3, D4 gemäß dem Standardschaltschema implementiert. Die Ladung erfolgt über ein Telefonladegerät über einen USB-Anschluss. Optional wird der Akku auch über das Bordnetz mit einer Spannung von 6-20 Volt aufgeladen. Die Temperaturen innerhalb der Ladestation, außerhalb und der Batterie werden beim DS18B20 implementiert. weil Die Halterung kann zum Zweck des Transports oder des Austauschs durch eine Sommerversion aus dem Rahmen entfernt werden. Anschließend wird ein Stecker an der Halterung angebracht, der die Thermometereinheit und die Hintergrundbeleuchtung in der Halterung vom Gerät trennt.
Ein GPS / GLONASS-Empfänger wurde verwendet, um lokale Koordinaten und die genaue aktuelle Zeit zu bestimmen. Wenn ein GPS-Signal verfügbar ist, wird die Systemzeit in D2 aufgezeichnet. Bei schlechtem Empfang von GPS / GLONASS-Signalen wird die aktuelle Zeit nicht korrigiert, aber die D2-Uhr hält Schritt.
D14 (EEPROM 24CL16) dient zum Speichern von Daten verschiedener Statistiken.
Die dekorative Beleuchtung erfolgt über "intelligente" WS2812b-LEDs. Alle Beleuchtungselemente, einschließlich Scheinwerfer und Räder, sind in einer Informationskette angeordnet.
Der Informantenblock ist auf den Elementen D6, D7, D8 zusammengesetzt. Die Schaltung wird von einem chinesischen MP3-Modul kopiert, das auf dem JQ6500 basiert. MP3-Musikfragmente werden über USB in Flash D7 eingenäht.
ADXL345 wird als Beschleunigungsmesser D9 verwendet. Daten vom Beschleunigungsmesser werden zur Überwachung von Unregelmäßigkeiten auf der Straße sowie zu Sicherheitszwecken verwendet.
Das Reifendruckkontroll-Subsystem hat mich schon lange fasziniert und wurde daher mit einem separaten Artikel ausgezeichnet [1]... Tatsache ist, dass das chinesische TPMS, das ich in meinem Gerät verwende, über eine Empfangseinheit verfügt, mit der der Druck im Bereich von 1,1 atm bis 3,2 atm geregelt werden kann. Das Standardsystem meldet Druck außerhalb dieses Bereichs jedes Mal, wenn die Sensoren abgefragt werden, mit einem Quietschen. Die Sensoren werden im Normalbetrieb nach ca. 30-60 Sekunden regelmäßig abgefragt. Daher ist es nicht möglich, die Standardeinheit einfach in den Kinderwagen zu setzen. Und es ist nicht interessant. Es ist viel interessanter, das Protokoll zu studieren und es in Ihr System zu implementieren, was getan wurde. Das System besteht aus vier externen Sensoren, die an der Radarmatur angeschraubt sind.
Die Sensoren sind drahtlos und übertragen regelmäßig Informationen über den Raddruck und die Lufttemperatur im Rad. Sender-Sendefrequenz 433,92 MHz mit FSK-Modulation. Zur Erfassung von Signalen von Sensoren wurde ein Transceiver-Modul auf einer SI4432-Mikroschaltung verwendet.
Um Daten an die GPS-Tracking-Site zu übertragen, wird ein GSM-Modem SIM800C verwendet. Tracking wird für das Diebstahlsicherungssystem des Rollstuhls sowie zum Speichern von Laufstrecken für die Geschichte verwendet.
Die Haupteinheit und die Anzeigeeinheit werden auf Leiterplatten hergestellt und sind in Fig. 3 gezeigt. und Abb. 4.
Abb. 3. Aussehen der Platine der Haupteinheit eines "intelligenten" Kinderwagens
Abb.4. Erscheinungsbild der Anzeigetafel
Das Gerät verwendet ein OLED-Display auf dem SSD1306-Controller. Das Display ist klein und passt auf den Griff des Kinderwagens. Das ist aber auch ein großes Minus, denn Wenn der Kinderwagen während der Bewegung vibriert, ist das Kleingedruckte nicht sichtbar. Daher werden die Hauptinformationsbildschirme in Großdruck angezeigt.
Die Haupteinheit und die Anzeigeeinheit sind über eine serielle Schnittstelle verbunden, wodurch die Anzahl der Drähte verringert wird.
Hallsensoren werden als Geschwindigkeitssensor und Sensor zur Aktivierung des Bremssystems verwendet. Die Sensoren sind auf einer separaten Platine am Rad montiert, feuchtigkeitslackiert und versiegelt.
Die dekorativen Beleuchtungs-LEDs sind in Aluminiumprofilen mit Lichtfiltern auf einem Rahmen montiert und auch von außen abgedichtet. Die LED-Ringe haben die Schutzart IP30 und mussten daher gegen Feuchtigkeit abgedichtet werden.
Alle Drähte sind innerhalb des Kinderwagenrahmenprofils verlegt, es gibt Übergänge an den Biegepunkten, wenn der Kinderwagen zusammengeklappt ist.
Das System befindet sich ständig im Standby-Modus. Alle kleineren Geräte werden mit der VT3-Taste deaktiviert. Die Steuerungen beider Blöcke arbeiten mit einer reduzierten Frequenz und unnötige ARM-Peripheriegeräte sind ebenfalls deaktiviert. Sobald eine bestimmte Tastenfolge gedrückt wird (Schutz vor dem Einschalten durch einen Fremden), wird das System aktiviert, die VT3-Taste wird eingeschaltet und die Module werden initialisiert.
Alle Notfallereignisse werden von Popup-Meldungen auf dem Display und der entsprechenden Informantenmelodie begleitet.
Beschreibung des Softwareteils des Geräts
Das System wird zunächst durch einen versteckten Kippschalter eingeschaltet und das System in den Standby-Modus versetzt. Das weitere Ein- und Ausschalten des Systems erfolgt durch Drücken einer bestimmten Tastenkombination auf der Anzeigeeinheit.
Wenn das System im Betriebsmodus eingeschaltet wird, schalten die Steuerungen auf eine höhere Frequenz um, verschiedene Subsysteme werden initialisiert und eine Startmelodie wird abgespielt.
Ferner beginnt jeder Block seine Arbeit, die Daten werden verarbeitet und Ereignisse werden generiert, um über Alarme zu informieren oder wenn Werte die angegebenen Grenzen überschreiten.
Die Einstellungen für Reifendruck, Achsbeschleunigung, Überdrehzahl und andere werden einmal im Programm festgelegt. Es macht keinen Sinn, diese Werte dynamisch über das Menü zu ändern.
Alle vom System erfassten Daten werden an die Anzeigeeinheit übertragen, die Bilder von Informationsbildschirmen erzeugt. Außerdem kommen Befehle für die Haupteinheit zur Steuerung von Peripheriegeräten von der Anzeigeeinheit.
Wenn das GPS / GLONASS-Modul mit Strom versorgt wird, beginnt es mit der Erfassung von Informationen von Satelliten und beginnt mit der Analyse, nachdem die erforderlichen Daten erfasst wurden. Wenn der Empfänger ein Flag für die Datengültigkeit ausstellt, werden die aktuelle Uhrzeit, das Datum und die Koordinaten aus dem GPRMC / GNRMC-Paket entnommen. Die Zeit wird in der RTC DS3231 aufgezeichnet. Unter freiem Himmel dauert die Suche nach Satelliten beim ersten Einschalten etwa zwei Minuten. Der verwendete GPS / GLONASS-Empfänger verfügt über ein zweiwöchiges "Vorhersageverfahren". Bei jedem Einschalten muss keine große Datenmenge erfasst werden. Daher werden innerhalb weniger Sekunden angemessene Koordinaten ausgegeben. Dies ist vorgesehen, dass sich der Empfänger in der Zeit seit dem letzten Einschalten nicht weit vom vorherigen Punkt entfernt hat und auch wenn eine Pufferbatterie vorhanden ist.
Das Batterieladesystem ist hardwarebasiert und hängt nicht vom Zustand des Systems ab. Signale über den Ladevorgang werden jedoch zur Analyse an die Steuerung gesendet. Wenn das Ladegerät angeschlossen ist, sieht der Controller, dass der Ladevorgang gestartet wurde. Um die Ladedauer sowie die Zeit der letzten Ladung zu berechnen und Statistiken über den Akku zu führen, schaltet der Controller kurz die Peripherie-Freigabetaste ein, liest die Uhrzeit, greift auf das EEPROM zu und schaltet die Taste aus. Nach Abschluss des Ladevorgangs werden ähnliche Aktionen ausgeführt, aber die Endzeit des Ladevorgangs wird bereits aufgezeichnet und die Ladedauer wird berücksichtigt.
Die Temperatur des Netzteils innerhalb und außerhalb der Ladestation wird von einem DS18B20-Sensor überwacht. Das Abfrageverfahren verwendet den UART-Port-Halbduplexmodus und einen DMA-Controller.
Über ein Modem werden Daten ins Internet übertragen. Um Energie zu sparen, wird das Modem nur dann eingeschaltet, wenn eine Datenübertragung erforderlich ist. Dies geschieht entweder im Diebstahlschutzmodus oder beim manuellen Einschalten.
Ursprünglich war das Modem nicht geplant, aber da das Schema bereits alles enthielt, was für die Verfolgung erforderlich war, bat das Modem lediglich um seine Verwendung. Am interessantesten ist jedoch das Diebstahlsicherungssystem. Unter dem Strich soll diskret darüber informiert werden, dass "Hijacking" stattfindet, und die Koordinaten des Rollstuhls in Echtzeit übertragen werden. Wenn der Kinderwagen zu Hause ist, besteht keine Notwendigkeit für "Diebstahlsicherung". Wenn er sich jedoch auf der Baustelle vor der Tür befindet und Fremde Zugang haben, ist dieser Modus relevant.
Der Kinderwagen steht also im Standby-Modus vor der Tür. Nur Benutzer, die die Reihenfolge des Drücken der Tasten kennen, können den Kinderwagen über das Bedienfeld einschalten. Dem Angreifer ist das Vorhandensein eines Systems im Rollstuhl nicht bekannt. Er nimmt einfach den Kinderwagen und rollt ihn weg. Die Steuerung erkennt das Vorhandensein von Vibrationen vom Beschleunigungsmesser, erkennt auch eine nicht autorisierte Raddrehung und aktiviert einen stillen Alarmmodus. Es versorgt alle Module mit Strom, initialisiert das Modem und sendet eine Alarm-SMS an das Telefon des Besitzers. Es wird in Zelle 1 der SIM-Karte aufgezeichnet. Anschließend werden Informationen über den LAC und die CID der Basisstationen des Mobilfunkbetreibers an die Verfolgungsstelle gesendet. Wenn vom GPS / GLONASS-Empfänger ausreichende Daten zu den Koordinaten eingehen, werden diese in das Übertragungspaket aufgenommen.
Das Display ist zu diesem Zeitpunkt ausgeschaltet und es sind keine Tonsignale zu hören.
Wenn ein autorisierter Benutzer versehentlich vergessen hat, das System vor dem Gehen einzuschalten, können Sie das System ausschalten, indem Sie es über das Anzeigefeld richtig einschalten und die Verfolgung manuell beenden.
Es gab den Gedanken, während der Vibration im Standby-Modus kurze Signale zu geben oder einen Satz zu sagen, aber dann wird der Angreifer wissen, dass der Kinderwagen nicht einfach ist und der Appetit zunimmt, aber er wird bereits vorbereitet sein. Deshalb habe ich im stillen Modus angehalten.
Es bestand kein Wunsch, eine eigene Website für die Nachverfolgung zu erstellen. Es ist nicht genug Zeit für irgendetwas. Deshalb habe ich mich entschlossen zu sehen, was gerade fertig ist. Ich war sehr überrascht, als ich viele Tracking-Sites fand, mit denen Sie eine Vielzahl von Protokollen vorgefertigter GPS-Tracker verbinden können, und die auch Ihr einzigartiges Tracker-Protokoll an ihr System binden können. Die Administratoren werden Ihnen dabei helfen. Ich wollte die Administratoren nicht so belasten, dass sie sich an mein Protokoll anpassen. Daher wurde beschlossen, ein Austauschprotokoll zu erstellen, das von Websites bereits unterstützt wird. Trotzdem ist alles von Grund auf neu geschrieben. Obwohl die Administratoren auf der von mir ausgewählten Site ihr hausgemachtes Paketformat gesendet haben, das ihre Site akzeptiert, habe ich mich entschlossen, bei einem der Standardformate zu bleiben. Mir hat das Format des MegaStek GPS-Trackers gefallen.
Das Format des Datenübertragungspakets vom Tracker zur Site ist frei verfügbar. Ich habe ein Paket wie dieses bekommen:
$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;!Es überträgt eine eindeutige Geräte-ID, einen Gerätenamen, Koordinaten, Zeit, Bewegungsrichtung, LAC, CID und mehr.
Um die Position Ihres Trackers zu sehen, müssen Sie sich auf der Website registrieren. Sie können über die Website oder über die Anwendung auf dem Telefon ansehen. Die Anwendung hat mir sehr gut gefallen, sie ist nicht groß, einfach zu navigieren, es gibt eine Auswahl an Karten. Die Hauptsache ist jedoch, dass Sie mehrere Tracker kostenlos registrieren können. Wenn Sie für ein Konto bezahlen, erhalten Sie Zugriff auf erweiterte Funktionen. Im Allgemeinen haben mich die Tracking-Dienste heute im Vergleich zur Vorperiode sehr glücklich gemacht.
Die Arbeit mit dem MP3-Informanten erfolgt über den UART mittels Befehlen. MP3-Dateien werden über die Software eines chinesischen Entwicklers über eine USB-Verbindung in den Flash-Informanten geschrieben. Dateien auswählen und senden. Mehr als genug. Ich initialisiere den JQ6500, stelle die Lautstärke ein und bei Eintreffen von Ereignissen wird ein Befehl gesendet, um die Datei mit der gewünschten Nummer abzuspielen. Vor dem Abspielen der Datei wird das Stummschaltungssignal vom digitalen Leistungsverstärker D8 entfernt.
Die Befehle sind in der Beschreibung für die Mikroschaltung sowie in Bibliotheken von Drittanbietern vollständig beschrieben, daher werde ich nicht weiter darauf eingehen.
Das oben beschriebene Reifendrucküberwachungssystem basiert auf drahtlosen Standardsensoren, deren Signal über den Transceiver SI4432 im System empfangen wird. Der Transceiver ist auf Frequenz, Modulation und Sensorabweichung abgestimmt. Dann sollte das Signal programmgesteuert analysiert werden, wobei das Rohpaket aus der Luft entnommen wurde. Das Vorhandensein einer Paketverarbeitung in diesem Transceiver erleichterte jedoch die Lebensdauer des Hauptcontrollers erheblich. Ich konnte den Transceiver so einstellen, dass er Bursts empfängt. Der Transceiver selbst hat alle notwendigen Operationen ausgeführt, um die Präambel, das Synchronisationswort und die Daten selbst zu empfangen, und beim Empfang des gesamten Pakets hat er einen Interrupt erzeugt. Bei einer Unterbrechung las die Hauptsteuerung gerade das empfangene Paket, analysierte die Prüfsumme und decodierte die empfangenen Daten.
Wenn die Batterie schwach ist, werden die dekorative Beleuchtung und der Scheinwerfer ausgeschaltet, um Energie zu sparen.
Wenn im Standby-Modus ein Signal zum Schütteln des Rollstuhls vom Beschleunigungsmesser kommt und die Drehung der Räder erkannt wird, das Gerät jedoch nicht im normalen Betriebsmodus enthalten ist, wird der Alarmmodus aktiviert. Alle Module sind aktiviert, die Anzeige bleibt ausgeschaltet. Jene. von außen sieht es so aus, als wäre alles ausgeschaltet. Sobald ein Signal vom GPS angezeigt wird, sendet das GSM-Modem eine SMS über den Alarm an das Telefon und sendet Daten zu den aktuellen Koordinaten an die Tracking-Site. Reifendruckdaten werden ebenfalls übertragen.
Die aktuelle Geschwindigkeit wird von einem Hallsensor am Rad bestimmt. Die Geschwindigkeit wird auch vom GPS / GLONASS-Modul übernommen.
Wenn der Kinderwagen auf der Bremse steht, schaltet die externe Beleuchtung in den Modus des abwechselnden Blinkens des linken und rechten Lichts.
Das Gerät informiert mit einer Popup-Meldung auf dem Display und einem Tonsignal über das Überschreiten der Geschwindigkeit von mehr als 7 km / h, über Unregelmäßigkeiten auf der Straße und über niedrigen Luftdruck in den Rädern. Klangmelodien markieren jede Stunde des Spaziergangs und jede neue astronomische Stunde.
Die Beleuchtung in der Wiege des Kinderwagens kann die Helligkeit durch langes Drücken und Halten des Lichtschalters ändern, aber für meine Bedürfnisse verwende ich ihn nicht.
Die Anzeigeeinheit verfügt über drei Tasten, die auf kurzes und langes Drücken reagieren. Durch kurzes Drücken der Umgebungslichttaste wird der Scheinwerfer eingeschaltet, und durch langes Drücken werden die verschiedenen Farbschemata für die Rahmen- und Radbeleuchtung gesteuert.
Das Display zeigt alle notwendigen Informationen zum Betrieb des Gerätes an. Aufgrund der geringen Größe des Displays werden Informationen auf mehreren Bildschirmen angezeigt. Das Umschalten der Bildschirme erfolgt über eine Taste auf dem Anzeigefeld. Es gibt zwei Hauptbildschirme, auf denen die aktuelle Zeit in großer Schrift angezeigt wird, und den Gehbildschirm, auf dem die während des Gehens zurückgelegte Strecke, die aktuelle Geschwindigkeit, die Gehzeit und die Temperatur in der Ladestation angezeigt werden. Auf den verbleibenden Bildschirmen werden Diagnoseinformationen zum Betrieb der Reifendrucküberwachungs-Subsysteme, des Beschleunigungsmessers, des Modems, der Batterie und zusammenfassende Informationen angezeigt. Alle Bilder werden im Controller-Puffer erzeugt, von wo aus sie mittels des DMA-Controllers sofort auf das Display übertragen werden.
Auf dem Bildschirm zur Überwachung des Reifendrucks blinkt beim Empfang eines Signals von einem Sensor das entsprechende Rad im Bild des Kinderwagens. Wenn der Druck unter dem Sollwert liegt, blinkt der Temperaturwert und der Informant gibt ein periodisches Warnsignal und ein Popup-Fenster auf dem Display aus.
Der Batterieladebildschirm enthält Informationen zur aktuellen Batteriespannung, zur Betriebsart des Ladegeräts und zum Datum der letzten Aufladung. Der Kinderwagen-Controller kann von jeder 5-V-Spannungsquelle geladen werden, sei es ein Smartphone-Ladegerät oder, wie gezeigt, von einer Außenlampe, die mit einer USB-Buchse ausgestattet ist.
Der Kinderwagen hat abnehmbare Wiegen: eine Standardhalterung, in der nur das Kind liegt, und einen Kinderwagen, in dem es auch sitzen kann. Beide Halterungen sind mit LED-Beleuchtung des Innenraums und Temperatursensoren außen und innen ausgestattet. Eine abnehmbare Verbindung zwischen der Ladestation und der Haupteinheit wurde bereitgestellt, und die Wahl fiel auf einen Standard-USB-Anschluss. Wenn Sie die Halterung entfernen oder ersetzen, ziehen Sie zuerst den Stecker ab und entfernen Sie dann die Halterung vom Kinderwagenrahmen. Schließen Sie nach der Installation der Halterung den Stecker an. Die Steuerung weiß anhand der eindeutigen Seriennummern der Thermometer, welche Halterung derzeit verwendet wird.
Gehäuse
Die Körper werden entsprechend der Krümmung der Kinderwagenrahmenoberflächen modelliert und 3D gedruckt.
Entwicklung
Kann für Fahrräder und Kinderspielzeugautos mit 6..20 Volt Bordnetz verwendet werden.
Sie können einen anderen Anzeigetyp verwenden, indem Sie nur die Anzeigeeinheit austauschen.
Fazit
Aufgrund eines katastrophalen Zeitmangels dauerte die Umsetzung dieses Projekts etwa 8 Monate.
Während der Entwicklung des Systems wurde viel an verschiedenen Modulen und Systemen untersucht und getestet: der Betrieb des Beschleunigungsmessers, das Austauschprotokoll des GPS-Trackers, die Datenübertragung über das GPRS-Modem, die Arbeit mit dem Transceiver, die Arbeit mit verschiedenen ARM-Peripheriegeräten. Es dauerte einen Monat, um nur das TPMS-System zu erforschen, aber es war interessant.
Demonstration des Systembetriebs
Danksagung
Ich bedanke mich bei Freunden und meiner Familie, die mir bei der Umsetzung dieses Projekts geholfen haben.
Vielen Dank an Eugene, Alexey, Natalia, Olga.
Links
1. Untersuchung des Protokolls des Fahrzeugreifendrucküberwachungssystems .