Спасите моего ребенка: умное сиденье, которое отправляет текстовые сообщения, если вы забыли ребенка в машине: 8 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Он установлен в автомобилях и благодаря детектору, установленному на детском сиденье, предупреждает нас - с помощью SMS или телефонного звонка - если мы уходим, не взяв ребенка с собой

Шаг 1. Введение

Среди самых печальных (и, во всяком случае, нечастых) несчастных случаев в новостях есть случаи, когда родители - из-за активности, проблем со здоровьем или невнимательности - выходят из машины и «забывают» своих детей на детском кресле., в жаркой или холодной среде. Конечно, таких аварий можно было бы избежать, если бы кто-то или что-то напомнило водителю, что он оставил ребенка в машине; несомненно, технология может помочь и предложить решения, которые могут быть реализованы в транспортном средстве производителем или в виде «дооснащения», как, например, описанный здесь проект. Это устройство на базе сотового телефона GSM, которое определяет некоторые параметры, на основании которых оценивается поведение водителя и выполняются необходимые действия: в частности, на телефон убегающего водителя отправляется SMS-сообщение. из машины. Устройство устанавливается в автомобиле и питается от электросети последнего; он проверяет, что ребенок находится на своем сиденье (с помощью датчика, который состоит из нескольких низкопрофильных кнопок, установленных на макетной плате для размещения под крышкой детского сиденья): если выясняется, что кнопки нажаты (следовательно, ребенок сидит), схема также проверит, что автомобиль остановился (с помощью трехосного акселерометра), если это так и по истечении установленного времени, она отправит тревожное SMS-сообщение на телефон водителя и издаст звуковой сигнал.

Кроме того, он выполняет вызовы на тот же номер телефона и, возможно, на другие, так что родители, друзья и другие люди могут позвонить водителю, чтобы узнать, что происходит. Несмотря на то, что выбранным приложением является вышеупомянутое, проект был создан в нашей лаборатории как платформа, которую можно адаптировать для двух других целей. Первый - устройство остаточного тока для пожилых и слабых людей, а второй - дистанционная сигнализация, работающая в случае отключения электроэнергии (и полезная для предотвращения размораживания морозильной камеры и превращения содержащихся в ней продуктов в опасную среду).).

Шаг 2. Принципиальная схема Save My Child

Итак, давайте посмотрим, что это такое, и проанализируем электрическую схему схемы, управление которой было поручено микроконтроллеру PIC18F46K20-I / PT компанией Microchip, который был запрограммирован через нашу прошивку MF1361, так что он считывает состояние входы (к которым подключены датчик веса детского кресла и возможное устройство обнаружения), и принимает сигналы, подаваемые акселерометром (U5), и общается с (U4) внешней EEPROM (содержащей настройки для функционирования системы) и взаимодействует с возможным (U6) радиоприемником, а также управляет сотовым модулем (GSM).

Обратите внимание, что схема учитывает элементы, которые могут быть установлены или нет, поскольку мы задумали ее как расширяемую платформу разработки для тех из вас, кто хотел создать собственное приложение, начиная с базовой прошивки. Начнем с описания микроконтроллера, который - после сброса при включении - инициализирует линии RB1 и RB2 как входы, снабженные внутренним подтягивающим резистором, который понадобится для чтения некоторых нормально разомкнутых контактов, подключенных к IN1 и IN2; диоды D2 и D3 защищают микроконтроллер в случае, когда на входы ошибочно подается напряжение выше напряжения источника питания PIC. IN1 в настоящее время используется для датчика веса детского кресла, в то время как IN2 доступен для дополнительных возможных элементов управления: мы можем использовать его, например, для обнаружения открытия и закрытия дверей посредством считывания напряжения на вспомогательных огнях.; В связи с этим учтите, что в некоторых современных автомобилях потолочные светильники управляются (в ШИМ) с помощью распределительной коробки (для обеспечения постепенного включения и выключения), в то время как нам просто нужно считывать состояние мгновенного включения света. и выключено (иначе показание будет ненормальным); после этого нам нужно будет отфильтровать ШИМ с помощью конденсатора, помещенного между входом микроконтроллера и землей (после диода). Другой вход - RB3, все еще снабженный внутренним подтягивающим резистором, который необходим для чтения кнопки P1 (которая используется для принудительного включения сотового модуля, который обычно выключен). Тем не менее во время инициализации входов / выходов RB4 устанавливается как вход с целью считывания - с помощью делителя напряжения R1 и R2 - запуска схемы, выполняемого двойным девиатором SW1b; делитель напряжения необходим, так как микроконтроллер выдерживает напряжение ниже входного напряжения на разъеме питания. Функция RB4 зарезервирована для будущих разработок, это объясняется с учетом того, что схема может питаться как от сетевого источника питания через разъем USB, так и от литиевой батареи, которая подключена к выходу специального регулятора заряда.

Шаг 3: принципиальная схема

Когда SW1 перемещается на контакты, отмеченные крестиком на принципиальной схеме, остальная часть цепи изолируется от батареи и, следовательно, отключается; если на входе источника питания (USB) подано напряжение 5 вольт, то будет работать только каскад зарядного устройства (питание осуществляется через диод D1, который защищает его от инверсии полярности). Перемещая SW1 во включенное положение, SW1b подает входное напряжение на линию RB4, а SW1a питает микроконтроллер и еще много чего, посредством напряжения на концах батареи (около 4 В при полной зарядке) в дополнение к включению. повышающий переключающий преобразователь, обозначенный как U3, который вырабатывает 5 В, необходимые для остальной части схемы.

Что касается работы схемы с питанием от USB, SWb подает входное напряжение на RB4, что - путем реализации его считывания в прошивке - позволяет понять, обнаружен ли сетевой источник питания; такая функция полезна для создания сигнала тревоги, предотвращающего затемнение. С другой стороны, во время работы от батареи RB4 позволяет микроконтроллеру знать об этом и выполнять возможные стратегии по снижению потребления энергии (например, путем сокращения интервалов включения сотового телефона). Линия RB4 - единственный способ, которым прошивка должна понимать, когда схема работает от батареи, поскольку если U1 получает питание, даже если RB4 имеет нулевое напряжение, это означает, что схема работает от батареи, а если есть другой источник питания, он будет работать благодаря питанию от USB. Давайте теперь вернемся к инициализации ввода / вывода и увидим, что линии RC0, RE1, RE2 и RA7 инициализированы как входы, что они снабжены внешним подтягивающим резистором, учитывая, что мы не можем активировать его внутренне для таких линий; они понадобятся для чтения каналов гибридного приемника, который в любом случае является аксессуаром, зарезервированным для будущих разработок. Такой приемник может оказаться полезным для домашнего использования в качестве удаленной сигнализации для тех, кто затруднен в движении или вынужден лечь на кровать; обнаружив отклонения на выходах приемного радиомодуля, он выполнит телефонный звонок с просьбой о помощи или отправит аналогичное SMS-сообщение. Это возможное приложение, но есть и другие; во всяком случае, это должно быть реализовано в прошивке. RC3, RC4, RB0 и RD4 - это линии, которые были назначены акселерометру U4, а точнее - коммутационной плате на основе трехосного акселерометра MMA8452 от NXP: RC3 - это выход, и он необходим для отправки тактового сигнала. RC4 - это двунаправленный ввод-вывод, который управляет SDA, в то время как два других контакта являются входами, зарезервированными для чтения прерываний INT1 и INT2, которые генерируются акселерометром при возникновении определенных событий. Линии RA1, RA2 и RA0 по-прежнему являются входами, но они были мультиплексированы на аналого-цифровом преобразователе и используются для считывания показаний трехосного акселерометра U5, который также находится на коммутационной плате и основан на модуле акселерометра MMA7361.; такой компонент предназначен как альтернатива U4 (который в настоящее время ожидается нашей прошивкой) и предоставляет информацию об ускорениях, обнаруженных на осях X, Y, Z, посредством аналоговых напряжений, исходящих из соответствующих линий. В этом случае микропрограммное обеспечение упрощается, поскольку процедура управления MMA8452 не требуется (требуется чтение регистров, реализация протокола I²C-Bus и т. Д.). Что касается АЦП, линия An0 используется для считывания уровня напряжения, которое вырабатывается литиевой батареей, питающей микроконтроллер и остальную схему (за исключением радиоприемника); если прошивка учитывает это, это дает возможность выключить все, когда батарея разряжена или когда она ниже определенного порога напряжения. Линия RC2 инициализируется как выход и генерирует серию цифровых импульсов, когда пьезоэлектрический зуммер BUZ1 должен издать предупреждающий звуковой сигнал, указанный в прошивке; два других выхода - это RD6 и RD7, которым поручено зажигать светодиоды LD1 и LD2.

Шаг 4: принципиальная схема печатной платы

Давайте завершим анализ входов / выходов с помощью RD0, RD2, RD3, RC5, а также RX и TX UART от интерфейса к модулю сотовой связи SIM800C от SIMCom; в схеме последний установлен на специальной плате, которая вставляется в специальный разъем на печатной плате. Модуль обменивается данными об отправленных сообщениях (тревожных) и полученных (конфигурационных) с микроконтроллером через UART PIC, что также необходимо для команд для настройки сотового телефона; остальные строки относятся к некоторым сигналам состояния: RD2 считывает выход для «сигнального» светодиода, который повторяется LD4, в то время как RD3 считывает индикатор звонка, то есть контакт сотового телефона, который обеспечивает высокий логический уровень, когда телефонный звонок получен. Линия RD0 позволяет перезагрузить модуль, а RC5 отвечает за включение и выключение; сброс и включение / выключение осуществляются схемой на плате, на которой установлен SIM800C.

Плата, принципиальная схема которой вместе с распиновкой вставного разъема показана на рис.1, содержит сотовый телефон SIM800C, антенный разъем MMX 90 ° и 2-миллиметровую вилку 2 × 10, на которую подается питание. источник, линия управления зажиганием (PWR), все сигналы и линии последовательной связи от и к модулю GSM, как показано на рисунке 1.

Шаг 5: принципиальная схема печатной платы

Поскольку входы и выходы микроконтроллера определены, мы можем взглянуть на две части, участвующие в питании схемы: зарядное устройство и повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный.

Зарядное устройство построено на интегральной схеме MCP73831T (U2) производства Microchip; в качестве входа он обычно принимает 5 В (допустимый диапазон от 3,75 В до 6 В), поступающие в эту схему от разъема USB; он подает на выходе ток, необходимый для зарядки литий-ионных или литий-полимерных (Li-Po) элементов, и обеспечивает до 550 мА. Батарея (которая должна быть подключена к контактам +/- BAT) может иметь теоретически неограниченную емкость, так как в лучшем случае она будет заряжаться в течение очень долгого времени, однако учтите, что при токе 550 мА элемент на 550 мАч заряжается за час; Поскольку мы выбрали аккумулятор емкостью 500 мАч, он будет заряжаться менее чем за час. Интегральная схема работает в типичной конфигурации, в которой светодиод LD3 управляется выходом STAT, который переводится на низкий логический уровень при зарядке, в то время как он остается на высоком логическом уровне, когда он прекращает зарядку; то же самое происходит с высоким импедансом (разомкнутым), когда MCP73831T выключен или когда выясняется, что к выходу VB не подключена батарея. VB (контакт 3) - это выход, который используется для литиевой батареи. Интегральная схема осуществляет зарядку постоянным током и напряжением. Зарядный ток (Ireg) устанавливается с помощью резистора, подключенного к выводу 5 (в нашем случае это R6); его значение связано с сопротивлением следующим соотношением:

Ireg = 1 000 / R

в котором значение R выражается в омах, если ток Ireg выражен в A. Например, при 4,7 кОм получается ограничение 212 мА, а при R, равном 2,2 кОм, ток составляет около 454 мА. если контакт 5 разомкнут, интегральная схема переводится в состояние холостого хода и потребляет только 2 мкА (отключение); штифт, следовательно, может использоваться как разрешающий. Завершим описание принципиальной схемы повышающим преобразователем, который снимает 5 стабилизированных вольт с напряжения аккумуляторной батареи; каскад построен на интегральной схеме MCP1640BT-I / CHY, которая представляет собой синхронный наддув. Внутри него находится ШИМ-генератор, который управляет транзистором, коллектор которого периодически замыкает катушку L1 на землю, с помощью вывода SW, он заряжает его и позволяет высвобождать накопленную энергию во время пауз - с помощью вывода 5 - для конденсаторы фильтра C2, C3, C4, C7 и C9. Диодный фиксатор, защищающий внутренний транзистор, также является внутренним, что позволяет сократить количество необходимых внешних компонентов до минимума: фактически, есть конденсаторы фильтра между Vout и землей, катушка индуктивности L1 и резистивный делитель между Vout и FB, который имеет дело с с реактивацией генератора ШИМ через усилитель внутренней ошибки путем стабилизации выходного напряжения на желаемом значении. Таким образом, изменяя соотношение между R7 и R8, можно изменить напряжение, подаваемое на вывод Vout, но это не в наших интересах.

Шаг 6: настройки и команды для Save My Child

После завершения установки вам нужно будет настроить устройство; такая операция выполняется с помощью SMS, поэтому вставьте действующую SIM-карту в держатель SIM-карты модуля 7100-FT1308M и запишите соответствующий номер телефона. После этого введите все необходимые команды по мобильному телефону: все они показаны в таблице 1.

В первую очередь необходимо настроить телефонные номера в списке тех, по которым система будет звонить или на которые будут отправляться тревожные SMS-сообщения, в случае ребенка на детском кресле, который, возможно, был « забытое заброшенное ». Для облегчения процедуры, учитывая, что система защищена паролем для этой операции, был разработан режим простой настройки: при первом запуске система сохранит первый телефонный номер, который вызывает ее, и считает его первым номером в списке. По этому номеру можно будет вносить изменения даже без паролей; в любом случае команды могут быть отправлены с любого телефона, если соответствующее SMS-сообщение содержит пароль, и даже несмотря на то, что - для ускорения некоторых команд - мы разрешили, чтобы те, которые отправлялись по телефонным номерам в списке, могли отправляться без необходимости пароли. Что касается команд, касающихся добавления и удаления телефонных номеров из списка, запрос пароля делает так, что список управляется только лицом, которому это разрешено. Теперь перейдем к описанию команд и к соответствующему синтаксису, исходя из предположения, что схема также принимает SMS-сообщения, содержащие не только команду; в этом случае команды должны быть отделены от следующей запятой. Первая проверяемая команда - это команда, которая изменяет пароль, она состоит из SMS, такого как PWDxxxxx; pwd, в котором новый пароль (состоящий из пяти цифр) должен быть написан вместо xxxxx, а pwd указывает текущий пароль. Пароль по умолчанию - 12345.

Запоминание одного из восьми номеров, для которых разрешена отправка команд конфигурации, осуществляется путем отправки SMS-сообщения, текст которого содержит текст NUMx + nnnnnnnnnnnnn; pwd, в котором вместо x, номер телефона идет вместо ns, а pwd - текущий пароль. Все это должно быть написано без пробелов. Разрешены номера, состоящие из 19 цифр, в то время как + заменяет 00 в качестве префикса международного вызова на сотовых телефонах. Например, чтобы добавить телефонный номер 00398911512 в третью позицию, вам нужно будет отправить такую команду: NUM3 + 398911512; pwd. Пароль нужен только тогда, когда вы пытаетесь сохранить номер телефона на месте, которое уже было занято другим; с другой стороны, если вам нужно добавить номер в пустую позицию, вам просто нужно будет отправить SMS со следующим текстом: NUMx + nnnnnnnnnnnnn. Удаление номера выполняется с помощью SMS, содержащего текст NUMx; pwd; вместо x вам нужно будет написать позицию удаляемого телефонного номера, а pwd - это обычный пароль. Например, чтобы удалить четвертый телефонный номер из сохраненного списка, необходимо сообщение, содержащее текст NUM4; pwd. Чтобы запросить список телефонных номеров, сохраненных в схеме, вам нужно будет отправить SMS, содержащее следующий текст: NUM?; Pwd. Доска отвечает на номер телефона, с которого идет допрос. Можно ли узнать качество сигнала GSM, отправив запрос QUAL? команда; система ответит SMS-сообщением о текущей ситуации. Сообщение будет отправлено на телефон, отправивший команду. Теперь перейдем к сообщениям о состоянии ввода и конфигурации: LIV? позволяет узнать состояние входов; IN2 может работать как на уровне напряжения (он задается через LIV2: b, который вызывает тревогу, когда вход открыт), так и на вариационном (устанавливается через LIV: v). Что касается входов, можно установить время запрета с помощью команды INI1: mm (минуты запрета идут вместо mm) для IN1 и через INI2: mm для IN2; блокировка необходима для того, чтобы избежать отправки непрерывных предупреждений, если вход - в режиме уровня - остается открытым. Чтобы определить, какие номера в списке должны принимать телефонные звонки, вы должны отправить сообщение VOCxxxxxxxx: ON; pwd с теми же правилами, которые используются для управления телефонными номерами, на которые следует отправлять SMS-сообщения. Ответное сообщение очень похоже: «Запомненный номер: Posx V + nnnnnnnnnnnn, Posy V + nnnnnnnnnnn». Буква S SMS заменена буквой V голоса. Даже в этом случае есть две разные команды для деактивации: SMSxxxxxxxx: OFF; pwd деактивирует отправку сообщений, а VOCxxxxxxxx: OFF; pwd отключает возможность совершать телефонные звонки. Xs обозначают позиции чисел, которые не должны получать предупреждения о тревоге. Нам нужно кое-что прояснить относительно команды для установки телефонных номеров для звонков или для отправки тревожных SMS-сообщений: согласно настройкам прошивки по умолчанию и после каждого полного сброса система будет направлять как звонки, так и SMS. сообщения, на все запомненные номера. Следовательно, чтобы исключить некоторые из них, необходимо отправить команды деактивации: SMSxxxxxxxx: OFF; pwd или VOCxxxxxxxx: OFF; pwd, а также указать позиции, которые следует исключить. Система отправляет SMS-сообщение на телефонный номер, занимающий первое место в списке, при каждом новом включении питания. Такую функцию можно отключить / включить с помощью команд AVV0 (деактивировать) и AVV1 (активировать); текст по умолчанию - ЗАПУСК СИСТЕМЫ. Теперь перейдем к командам, которые позволяют запоминать или перезаписывать отправляемые SMS-сообщения: синтаксис аналогичен синтаксису TINn: xxxxxxxxx, где n - номер входа, на который ссылается сообщение, а xs соответствуют текстовому сообщению, длина которого не должна превышать 100 символов. Важной настройкой является настройка времени наблюдения IN1, которая выполняется с помощью команды OSS1: ss, в которой время (в диапазоне от 0 до 59 секунд) идет вместо ss: оно указывает схеме, сколько время, когда кнопки должны оставаться нажатыми с момента обнаружения остановки автомобиля и до срабатывания сигнализации. Задержка очень важна, чтобы избежать ложной тревоги при кратковременной остановке. С этой точки зрения микропрограммное обеспечение, когда на цепь подается питание (когда приборная панель включена), ожидает в течение времени, которое вдвое превышает установленное, чтобы позволить водителю выполнить такие операции, как закрытие двери гаража или пристегивание ремней безопасности и т. д. Время наблюдения для IN2 также можно определить с помощью тех же процедур, подав команду OSS2: ss; также можно запросить текущее установленное время с помощью SMS (команда OSS?). Давайте завершим этот обзор команд той, которая возвращает настройки по умолчанию: это RES; pwd. Ответное сообщение - «Сброс». Остальные команды описаны в таблице 1.

Шаг 7: Список компонентов

C1, C8, C10: керамический конденсатор 1 мкФ (0805)

C2, C6, C7, C9: керамический конденсатор 100 нФ (0805)

C3, C4: танталовый конденсатор емкостью 470 мкФ, 6,3 ВЛ (D)

C5: 4,7 мкФ танталовый конденсатор 6,3 ВЛ (A)

R1, R2, R4: 10 кОм (0805)

R3, R12: 1 кОм (0805)

R5: 470 Ом (0805) R6: 3,3 кОм (0805)

R7: 470 кОм (0805) 1%

R8: 150 кОм (0805) 1%

R9 ÷ R11: 470 Ом (0805)

R13 ÷ R16: 10 кОм (0805)

R17: -

U1: PIC18F46K20-I / PT (MF1361)

U2: MCP73831T

U3: MCP1640BT-I / CHY

U4: Код коммутационной платы. 2846-MMA8452

U5: Код коммутационной платы. 7300-MMA7361 (не используется)

P1: микровыключатель 90 °

P2: -

LD1: желтый светодиод 3 мм

LD2, LD4: зеленые светодиоды 3 мм

LD5: - LD3: красный светодиод 3 мм

D1 ÷ D3: MBRA140T3G

D4: MMSD4148

DZ1: стабилитрон 2,7 В 500 мВт

L1: 4,7 мкГн 770 мА индуктор с проволочной обмоткой

BUZ1: зуммер без электроники

Женский стрип-разветвитель на 8 розеток

Женский стрип-разветвитель на 9 розеток

6-полосный мужской стрип-разветвитель

Штекерный разъем 2 × 10 с шагом 2 мм

2-контактный терминал с шагом 2,54 (3 шт.)

2-контактный разъем JST с шагом 2 мм для печатных плат

Аккумулятор LiPo 500 мА с разъемом JST 2 мм

Печатная плата S1361 (85 × 51 мм)

Шаг 8: Заключение

Предложенный нами проект представляет собой открытую платформу; его можно использовать для создания множества приложений, среди которых: сигнализация для предотвращения забвения детей в машине, система удаленного ухода и удаленная сигнализация, о которой мы упоминали ранее. В общем, это система, которая способна генерировать предупреждения и уведомления по телефону, когда происходят определенные события, которые не обязательно являются чрезвычайными ситуациями, и поэтому они также служат для целей удаленного мониторинга.