Salvați-mi copilul: scaunul inteligent care trimite mesaje text dacă uitați copilul în mașină: 8 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Este instalat în mașini și, datorită unui detector plasat pe scaunul pentru copii, ne avertizează - prin SMS sau apel telefonic - dacă scăpăm fără să aducem copilul cu noi

Pasul 1: Introducere

Printre cele mai întristante (și, în orice caz, mai puțin frecvente) accidente din știri, se numără cele ale părinților care - din cauza rapidității, a problemelor de sănătate sau a lipsei de atenție - ies din mașină și își „uită” copiii pe scaunul pentru copii, într-un mediu cald sau rece. Cu siguranță, astfel de accidente ar fi putut fi evitate dacă cineva sau ceva i-ar reaminti șoferului că a lăsat copilul în mașină; fără îndoială, tehnologia poate ajuta și oferi soluții, care să fie implementate în vehicul de către producător sau de tipul „modernizării”, cum ar fi proiectul descris aici. Acesta este un dispozitiv bazat pe un telefon mobil GSM care detectează unii parametri, pe baza cărora se evaluează comportamentul șoferului și se execută acțiunile necesare: în special, un SMS este trimis la telefonul șoferului care scapă din mașină. Dispozitivul este instalat în mașină și este alimentat de sistemul electric al acestuia; verifică dacă copilul se află pe scaunul său (prin intermediul unui senzor care este compus din niște butoane cu profil redus, montate pe o placă pentru a fi așezate sub capacul scaunului pentru copii): dacă se dovedește că butoanele sunt apăsate (prin urmare, copilul este așezat), circuitul va verifica, de asemenea, dacă vehiculul s-a oprit (prin intermediul unui accelerometru triaxial), dacă da și după ce s-a scurs timpul stabilit, va trimite un mesaj SMS de alarmă la telefonul șoferului și va scoate un sunet sonor.

Mai mult, efectuează un apel către același număr de telefon și, eventual, către altele, astfel încât părinții, prietenii și alte persoane să poată apela șoferul pentru a verifica ce se întâmplă. Chiar dacă aplicația la alegere este cea menționată mai sus, proiectul a fost creat în laboratorul nostru ca o platformă care poate fi adaptată pentru celelalte două scopuri. Primul este un dispozitiv de curent rezidual pentru persoanele în vârstă și fragile, în timp ce al doilea este o alarmă de la distanță, care funcționează în caz de întrerupere (și este utilă pentru a evita ca congelatorul să se dezghețe și că alimentele conținute în acesta devin periculoase).

Pasul 2: Salvați diagrama circuitului copilului meu

Să vedem, prin urmare, despre ce este vorba și să analizăm schema electrică a circuitului, a cărui gestionare a fost încredințată unui microcontroler PIC18F46K20-I / PT de către Microchip, care a fost programat prin firmware-ul nostru MF1361, astfel încât să citească starea intrările (la care sunt conectați senzorul de greutate al scaunului pentru copii și un posibil dispozitiv de detectare) și capătă semnalele furnizate de accelerometrul (U5) și vorbește cu EEPROM externă (U4) (care conține setările pentru funcționarea sistemului) și interfață un posibil receptor radio (U6) și gestionează un modul celular (GSM).

Vă rugăm să rețineți că circuitul ia în considerare elemente care pot fi montate sau nu, deoarece l-am conceput ca o platformă de dezvoltare extensibilă, pentru cei dintre voi care au dorit să își creeze propria aplicație, începând de la firmware-ul de bază. Să începem prin a descrie microcontrolerul, care - după pornire-resetare - inițializează liniile RB1 și RB2 ca intrări furnizate cu un rezistor de tragere intern, care va fi necesar pentru a citi unele contacte normal deschise care sunt conectate la IN1 și IN2; diodele D2 și D3 protejează microcontrolerul în cazul în care la intrări se aplică eronat o tensiune peste cea a sursei de alimentare PIC. IN1 este utilizat în prezent pentru senzorul de greutate al scaunului pentru copii, în timp ce IN2 este disponibil pentru alte posibile controale: îl putem folosi, de exemplu, pentru detectarea deschiderii și închiderii ușilor, prin citirea tensiunii pe luminile de curtoazie; în acest sens, vă rugăm să luați în considerare faptul că, în unele mașini moderne, plafoanele sunt gestionate (în PWM) de o cutie de conexiuni (pentru a asigura o pornire și o oprire treptată), în timp ce trebuie doar să citim starea luminilor aprinse instantaneu și oprit (altfel citirea va fi una anormală); după aceea, va trebui să filtrăm PWM prin intermediul unui condensator plasat între intrarea microcontrolerului și masă (după diodă). O altă intrare este RB3, încă furnizat cu un rezistor de tragere intern, care este necesar pentru a citi butonul P1 (care este utilizat pentru a porni cu forța modulul celular, care este normal oprit). Totuși, în timpul inițializării I / Os, RB4 este setat ca intrare în scopul citirii - prin intermediul divizorului de tensiune R1 și R2 - pornirea circuitului, efectuată de dublul deviator SW1b; divizorul de tensiune este necesar, deoarece microcontrolerul tolerează o tensiune mai mică decât cea de intrare găsită pe conectorul de alimentare. Funcția RB4 a fost rezervată pentru dezvoltările viitoare, se explică având în vedere că circuitul poate fi alimentat atât de o sursă de alimentare de rețea prin priză USB, cât și de o baterie cu litiu care este conectată la ieșirea regulatorului de încărcare dedicat.

Pasul 3: Diagrama circuitului

Când SW1 este deplasat pe contactele marcate cu o cruce în schema circuitului, restul circuitului este izolat de baterie și, prin urmare, este oprit; dacă la intrarea sursei de alimentare (USB) se aplică o tensiune de 5 volți, doar etapa încărcătorului va funcționa (este alimentată prin dioda D1, care o protejează de inversiunile de polaritate). Prin mutarea SW1 în poziția pornită, SW1b aduce tensiunea de intrare pe linia RB4 și SW1a alimentează microcontrolerul și ce nu, prin intermediul tensiunii de la capetele bateriei (aproximativ 4V când este la încărcare completă) în plus față de pornire convertorul de comutare step-up semnat ca U3, care generează 5V necesari pentru restul circuitului.

În ceea ce privește funcționarea circuitului alimentat prin USB, SWb aduce tensiunea de intrare la RB4, care - prin implementarea citirii sale în firmware - permite să înțeleagă dacă se găsește sursa de alimentare a rețelei; o astfel de funcție este utilă în scopul creării alarmei anti-blackout. Pe de altă parte, în timpul funcționării bateriei, RB4 permite microcontrolerului să știe acest lucru și să efectueze strategii posibile pentru a reduce consumul de energie (de exemplu, prin reducerea intervalelor în care telefonul mobil este pornit). Linia RB4 este singura modalitate prin care firmware-ul trebuie să înțeleagă când circuitul funcționează pe baterie, deoarece dacă U1 primește energie chiar dacă RB4 este la zero volți, înseamnă că circuitul funcționează pe baterie, în timp ce dacă există o altă sursă de alimentare, va funcționa datorită tensiunii extrase de pe USB. Să ne întoarcem acum la inițializarea I / Os și să vedem că liniile RC0, RE1, RE2 și RA7 sunt inițializate ca intrări, că au fost prevăzute cu un rezistor de tragere extern, dat fiind că nu îl putem activa intern pentru astfel de linii; vor fi necesare pentru a citi canalele receptorului hibrid, care este oricum un accesoriu, rezervat dezvoltărilor viitoare. Un astfel de receptor s-ar putea dovedi util pentru utilizarea acasă ca alarmă de la distanță, pentru cei care sunt afectați de mișcare sau forțați pe pat; prin detectarea variației la ieșirile radioului RX, acesta va efectua un apel telefonic pentru a cere ajutor sau va trimite un SMS similar. Aceasta este o posibilă aplicație, dar există și alte aplicații; oricum, trebuie să fie implementat în firmware. RC3, RC4, RB0 și RD4 sunt liniile care au fost atribuite accelerometrului U4, mai precis o placă de breakout bazată pe accelerometrul triaxial MMA8452 de NXP: RC3 este o ieșire și este necesar pentru a trimite un semnal de ceas, RC4 este o I / O bidirecțională și acționează SDA, în timp ce ceilalți doi pini sunt intrări rezervate citirii întreruperilor INT1 și INT2, care sunt generate de accelerometru atunci când apar anumite evenimente. Liniile RA1, RA2 și RA0 sunt încă intrări, dar au fost multiplexate pe convertorul A / D și sunt utilizate pentru a citi accelerometrul triaxial U5, care este, de asemenea, pe placa de breakout și care se bazează pe modulul accelerometrului MMA7361; o astfel de componentă este intenționată ca o alternativă la U4 (care este cea așteptată în prezent de firmware-ul nostru) și furnizează informații referitoare la accelerațiile detectate pe axele X, Y, Z prin intermediul unor tensiuni analogice care ies din liniile corespunzătoare. În acest caz, firmware-ul este simplificat, deoarece rutina de gestionare a MMA8452 nu este necesară (necesită citirea registrelor, implementarea protocolului I²C-Bus și așa mai departe). Încă subiectul ADC-urilor, linia An0 este utilizată pentru a citi nivelul de tensiune, care este alimentat de bateria cu litiu, care alimentează microcontrolerul și restul circuitului (cu excepția receptorului radio); dacă firmware-ul îl ia în considerare, permite posibilitatea de a opri ansamblul atunci când bateria se descarcă sau când se află sub un anumit prag de tensiune. Linia RC2 este inițializată ca ieșire și generează o serie de impulsuri digitale atunci când buzzerul piezoelectric BUZ1 trebuie să scoată nota acustică de avertizare care a fost indicată de firmware; alte două ieșiri sunt RD6 și RD7, cărora le-a fost încredințată sarcina de a aprinde LED-urile LD1 și LD2.

Pasul 4: Schema circuitului PCB

Să finalizăm analiza I / O cu RD0, RD2, RD3, RC5, care împreună cu RX-urile și TX-urile UART de la interfața către modulul celular SIM800C de către SIMCom; în circuit, acesta din urmă este montat pe o placă dedicată pentru a fi introdusă în conectorul specific găsit pe placa de circuit imprimat. Modulul schimbă datele referitoare la mesajele trimise (cele de alarmă) și cele primite (cele de configurare) cu microcontrolerul, prin intermediul UART al PIC, care este, de asemenea, necesar pentru comenzile pentru setările telefonului mobil; restul liniilor se referă la unele semnale de stare: RD2 citește ieșirea pentru LED-ul „semnal” care este repetat de LD4, în timp ce RD3 citește Indicatorul de sonerie, adică contactul telefonului mobil care furnizează nivelul logic ridicat atunci când un apelul telefonic este primit. Linia RD0 permite resetarea modulului și RC5 se ocupă de pornire și oprire; resetarea și ON / OFF sunt implementate de circuitele de pe placa pe care este montat SIM800C.

Placa, a cărei schemă de circuite a fost prezentată - împreună cu pinout-ul conectorului de inserție - în Fig. 1, conține telefonul mobil SIM800C, un conector MMX 90 ° pentru antenă și un pin de 2 mm tată 2 × 10 pe care se conectează sursa, linia de control a aprinderii (PWR), toate semnalele și liniile de comunicații seriale de la și către modulul GSM, așa cum se arată în Fig. 1.

Pasul 5: Diagrama circuitului PCB

Deoarece I / O-urile microcontrolerului au fost definite, putem arunca o privire asupra celor două secțiuni implicate în alimentarea circuitului: încărcătorul și convertorul DC / DC step-up converter.

Încărcătorul se bazează pe circuitul integrat MCP73831T (U2), fabricat de Microchip; ca intrare acceptă de obicei 5V (intervalul tolerabil este între 3,75V și 6V), venind în acest circuit de la conectorul USB; furnizează - la ieșire - curentul necesar pentru a încărca elemente de litiu ion sau litiu polimer (Li-Po) și alimentează până la 550mA. O baterie (care trebuie conectată la contactele +/- BAT) poate avea o capacitate teoretic nelimitată, deoarece cel mult ar fi încărcată într-un timp foarte lung, totuși vă rugăm să luați în considerare faptul că, prin intermediul unui curent de 550mA, un element de 550 mAh este încărcat într-o oră; deoarece am ales o celulă de 500 mAh, va fi încărcată în mai puțin de o oră. Circuitul integrat funcționează în configurația tipică, în care dioda de lumină LD3 este acționată de ieșirea STAT, care este adusă la un nivel logic scăzut la încărcare, în timp ce rămâne la un nivel logic ridicat când încetează încărcarea; același lucru este adus la o impedanță ridicată (deschisă) când MCP73831T este oprit sau când se dovedește că nu este conectată nicio baterie la ieșirea VB. VB (pinul 3) este ieșirea utilizată pentru bateria cu litiu. Circuitul integrat efectuează încărcarea cu curent și tensiune constantă. Curentul de încărcare (Ireg) este setat cu ajutorul unui rezistor conectat la pinul 5 (în cazul nostru, acesta este R6); valoarea sa este legată de rezistență prin următoarea relație:

Ireg = 1, 000 / R

în care valoarea R este exprimată în ohm dacă curentul Ireg este exprimat în A. De exemplu, cu 4,7 kohm se obține o limitare de 212 mA, în timp ce cu R fiind de 2,2 kohm curentul valorează aproximativ 454 mA. dacă pinul 5 este deschis, circuitul integrat este adus la starea de repaus și absoarbe doar 2 µA (oprire); pinul poate fi, prin urmare, utilizat ca activare. Să completăm descrierea schemei de circuite cu convertorul step-up, care extrage 5 volți stabilizați din tensiunea bateriei; etapa se bazează pe circuitul integrat MCP1640BT-I / CHY, care este un regulator de impuls sincron. Există un generator PWM în interiorul său, care acționează un tranzistor al cărui colector închide periodic bobina L1 la sol, prin intermediul pinului SW, îl încarcă și îl lasă să elibereze energia acumulată în timpul pauzelor - prin intermediul pinului 5 - la condensatoarele de filtrare C2, C3, C4, C7 și C9. Clema de diode care protejează tranzistorul intern este, de asemenea, una internă, reducând astfel componentele externe necesare la minim: de fapt, există condensatori de filtrare între Vout și masă, inductorul L1 și divizorul rezistiv între Vout și FB care se ocupă cu reactivarea generatorului PWM prin amplificatorul de eroare intern, prin stabilizarea tensiunii de ieșire la valoarea dorită. Prin urmare, modificând raportul dintre R7 și R8, este posibil, prin urmare, să modificăm tensiunea furnizată de pinul Vout, dar acest lucru nu este în interesul nostru.

Pasul 6: Setări și comenzi pentru Salvează-mi copilul

Odată ce instalarea a fost finalizată, va trebui să configurați unitatea; o astfel de operațiune se efectuează prin SMS, prin urmare vă rugăm să introduceți un SIM operațional în suportul SIM al modulului 7100-FT1308M și să luați notă de numărul de telefon corespunzător. După aceea, vă rugăm să dați toate comenzile necesare printr-un telefon mobil: toate sunt prezentate în Tabelul 1.

Printre primele lucruri de făcut se numără configurarea numerelor de telefon din lista celor pe care sistemul le va apela sau la care vor fi trimise mesajele SMS de alarmă, în cazul unui copil pe scaunul pentru copii care a fost posibil „ uitat abandonat”. Pentru a facilita procedura, având în vedere că sistemul este protejat de parolă ca pentru această operațiune, a fost proiectat un mod de configurare ușoară: la prima pornire, sistemul va salva primul număr de telefon care îl apelează și consideră că este primul număr din listă. Acest număr va putea efectua modificări, chiar și fără parole; oricum comenzile pot fi trimise de orice telefon, atâta timp cât SMS-ul corespunzător include parola și chiar dacă - pentru a accelera unele comenzi - am permis ca cele trimise de numerele de telefon din listă să fie date fără a fi nevoie de parole. În ceea ce privește comenzile referitoare la adăugarea și ștergerea numerelor de telefon din listă, solicitarea unei parole face ca lista să fie gestionată doar de o persoană abilitată să o facă. Să trecem acum la descrierea comenzilor și la sintaxa corespunzătoare, cu premisa că circuitul acceptă și mesaje SMS care conțin mai mult decât o comandă; în acest caz, comenzile trebuie separate de următoarea, prin intermediul unei virgule. Prima comandă examinată este cea care modifică parola, constă într-un SMS precum PWDxxxxx; pwd, în care noua parolă (compusă din cinci numere) trebuie să fie scrisă în locul lui xxxxx, în timp ce pwd indică parola curentă. Parola implicită este 12345.

Memorarea unuia dintre cele opt numere activate pentru trimiterea comenzilor de configurare se efectuează prin trimiterea unui SMS, al cărui text conține NUMx + nnnnnnnnnnnnn; text pwd, în care poziția (care număr este memorat) trebuie să fie scrisă în locul x, numărul de telefon merge în locul ns, în timp ce pwd este parola curentă. Toate acestea trebuie să fie scrise fără spații. Sunt permise numerele cu lungimea de 19 cifre, în timp ce + înlocuiește 00 cu prefixul apelului internațional, pe telefoanele mobile. De exemplu, pentru a adăuga numărul de telefon 00398911512 în a treia poziție, va trebui să trimiteți o comandă ca aceasta: NUM3 + 398911512; pwd. Parola este necesară numai atunci când încercați să salvați un număr de telefon într-o poziție care a fost deja ocupată de altul; pe de altă parte, dacă trebuie să adăugați un număr într-o poziție goală, va trebui doar să trimiteți un SMS cu următorul text: NUMx + nnnnnnnnnnnnn. Ștergerea unui număr se execută printr-un SMS care conține textul NUMx; pwd; în locul x va trebui să scrieți poziția numărului de telefon care urmează să fie șters, în timp ce pwd este parola obișnuită. De exemplu, pentru a șterge al patrulea număr de telefon din lista memorată, este necesar un mesaj care să conțină textul NUM4; pwd. Pentru a solicita lista numărului de telefon memorat în circuit, va trebui să trimiteți un SMS conținând următorul text: NUM?; Pwd. Consiliul răspunde la numărul de telefon de la care provine interogatoriul. Este posibil să cunoașteți calitatea semnalului GSM prin trimiterea QUAL? comanda; sistemul va răspunde cu un SMS care conține situația actuală. Mesajul va fi trimis la telefonul care a trimis comanda. Să trecem acum la starea de intrare și la mesajele de configurare: LIV? permite cunoașterea stării intrărilor; IN2 poate funcționa atât la un nivel de tensiune (este setat prin LIV2: b, care declanșează alarma când intrarea este deschisă), cât și la unul variabil (este setat prin LIV: v). În ceea ce privește intrările, este posibil să setați un timp de inhibare, prin comanda INI1: mm (minutele de interdicție merg în locul mm) pentru IN1 și prin INI2: mm pentru IN2; inhibiția este necesară pentru a evita trimiterea de avertismente continue dacă intrarea - în modul nivel - rămâne deschisă. Pentru a defini ce numere din listă trebuie să primească apeluri telefonice, trebuie să trimiteți mesajul VOCxxxxxxxx: ON; pwd, cu aceleași reguli utilizate pentru gestionarea numerelor de telefon către care să trimiteți mesajele SMS. Mesajul de răspuns este unul foarte similar: „Număr memorat: Posx V + nnnnnnnnnnnn, Posy V + nnnnnnnnnnn”. S-ul SMS-ului a fost înlocuit cu V-ul vocii. Chiar și în acest caz, există două comenzi diferite pentru dezactivare: SMSxxxxxxxx: OFF; pwd dezactivează trimiterea mesajelor și VOCxxxxxxxx: OFF; pwd dezactivează posibilitatea de a efectua apeluri telefonice. X-urile reprezintă pozițiile numerelor care nu trebuie să primească avertismentele de alarmă. Trebuie să clarificăm ceva referitor la comanda pentru setarea numerelor de telefon de apelat sau la care să trimitem mesajele SMS de alarmă: conform setărilor implicite ale firmware-ului și după fiecare resetare totală, sistemul va direcționa atât apelurile, cât și mesajele SMS mesaje, către toate numerele memorate. În consecință, pentru a omite unele dintre ele, este necesar să trimiteți comenzile de dezactivare: SMSxxxxxxxx: OFF; pwd sau VOCxxxxxxxx: OFF; pwd și pentru a indica pozițiile de lăsat în afara. Sistemul trimite un SMS către numărul de telefon care ocupă primul loc în listă, de fiecare dată când este nou alimentat. O astfel de funcție poate fi dezactivată / activată prin comenzile AVV0 (dezactivare) și AVV1 (activare); textul implicit este PORNIREA SISTEMULUI. Să trecem acum la comenzile care permit memorarea sau suprascrierea mesajelor SMS pentru a fi trimise: sintaxa este ca cea a TINn: xxxxxxxxx, în care n este numărul de intrare la care se referă mesajul, în timp ce xs corespunde mesajului text, care nu trebuie să depășească o lungime de 100 de caractere. O setare esențială este cea referitoare la timpul de observare IN1, care se efectuează prin comanda OSS1: ss, în care timpul (cuprins între 0 și 59 de secunde) merge în locul lui ss: indică circuitului cât de mult timp în care butoanele trebuie să rămână apăsate din momentul în care s-a detectat că mașina sa oprit și înainte de generarea alarmei. Întârzierea este esențială, pentru a evita apariția unei alarme false atunci când vă opriți pentru o perioadă scurtă de timp. În acest punct de vedere, firmware-ul, când circuitul este alimentat (când tabloul de bord este pornit), așteaptă un timp care este de două ori mai mare decât cel stabilit, pentru a permite șoferului să efectueze operațiuni precum închiderea ușii garajului sau fixarea centurilor de siguranță etc. Se poate defini, de asemenea, un timp de observare pentru IN2, cu aceleași proceduri, dând comanda OSS2: ss; de asemenea, este posibil să solicitați ora setată în prezent prin SMS (comanda OSS?). Să completăm această prezentare generală a comenzilor cu cea care returnează setările implicite: acesta este RES; pwd. Mesajul de răspuns este „Reset”. Restul comenzilor au fost descrise în Tabelul 1.

Pasul 7: Lista componentelor

C1, C8, C10: condensator ceramic 1 µF (0805)

C2, C6, C7, C9: condensator ceramic 100 nF (0805)

C3, C4: 470 µF 6.3 VL condensator de tantal (D)

C5: 4, 7 µF 6.3 VL condensator de tantal (A)

R1, R2, R4: 10 kohm (0805)

R3, R12: 1 kohm (0805)

R5: 470 ohm (0805) R6: 3,3 kohm (0805)

R7: 470 kohm (0805) 1%

R8: 150 kohm (0805) 1%

R9 ÷ R11: 470 ohm (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: cod de bord Breakout. 7300-MMA7361 (neutilizat)

P1: Microswitch la 90 °

P2: -

LD1: LED galben de 3 mm

LD2, LD4: LED-uri verzi de 3 mm

LD5: - LD3: LED roșu de 3 mm

D1 ÷ D3: MBRA140T3G

D4: MMSD4148

DZ1: 2,7V 500mW diodă Zener

L1: 4,7 µH 770mA inductor bobinat

BUZ1: Buzzer fără electronică

Despărțitor de benzi feminin cu 8 căi

Despărțitor de benzi feminin cu 9 căi

Despărțitor de benzi masculin cu 6 căi

2mm pas 2 × 10 conector mamă

Terminal cu 2 căi de 2,54 pas (3 buc.)

Conector JST cu 2 căi cu pas de 2 mm pentru PCB-uri

Baterie LiPo de 500 mA cu conector JST de 2 mm

Placă de circuite imprimate S1361 (85 × 51 mm)

Pasul 8: Concluzie

Proiectul pe care l-am propus aici este o platformă deschisă; este posibil să-l folosiți pentru a crea multe aplicații, printre care se numără: alarma pentru a preveni uitarea copiilor în mașină, sistemul de îngrijire la distanță și alarma la distanță pe care le-am menționat anterior. Mai general, acesta este un sistem capabil să genereze avertismente și notificări prin telefon, atunci când apar anumite evenimente - care nu sunt neapărat urgențe - și, prin urmare, servesc și în scopuri de monitorizare la distanță.