「スマート」ベビーキャリッジ「マクシムカ」

ベビーカーで赤ちゃんと散歩をしていると、脳は日常の悩みから少し解放され、創造的に考え始めます。だから、散歩の1つで、スマートなベビーベビーカーのアイデアが生まれました。これは、両親にいくつかの情報を提供し、路上での移動の安全性をある程度確保し、ベビーカーを他の多くの人から際立たせることができます。

いつものように、アイデアが浮かんだら熟考し、（オスタパが耐え始めて）当初は考えもしなかった機能が生い茂ります。これらの考えは創造性の情熱に火をつけ、プロセスが始まります。







だから、それはすべて、散歩中に散歩の時間を知るために現在の時間を見る必要があるという事実から始まりました...



毎回電話で時間を見るのは不便で、長い間時計をつけていません。これは、毎回カウントされないように、現在の時刻と歩行時間を表示する便利な場所にインジケーターが必要であることを意味します。暗闇の中を歩いていると、子供はベビーカーに見えません。つまり、クレードルに照明を装備する必要があります。また、人工照明のない場所で運転するときは、前にヘッドライトを置いて道を照らすとよいでしょう。寒い季節には、クレードル内の気温と外の気温を知りたいのですが。



夜間のベビーカーの視認性を確保するため、街中を移動する際に、ベビーカーのフレームにLED照明を装備するというアイデアがありました。そして、バックライトが退屈にならないように、フレームとホイールに「スマート」LEDを使用しました。



インジケーターとコントロールボタンはアクセス可能な場所にある必要があります。私の場合、これはベビーカーフレームです。



デバイスの電源は、装飾照明とヘッドライトがオンの状態でシステムが動作していることを確認する必要があります。また、USBから充電する必要があります。



これらは私が実現したかった主な機能でした。しかし、考えはさらに進んだ。現在の散歩中に車椅子が一日中、ずっと移動した距離を知りたかったのです。また、現在の運転速度。



かつて私は平らなタイヤに気づかず、平らなタイヤで4km家に帰りました。タイヤの圧力を監視することを考えました。



さて、最後に、ベビーカー自体の安全性について考える時が来ました。このために、GPS / GLONASSレシーバーとGSMモデムを使用することを計画しました。



スマートベビーベビーカーの完全に実装された機能：

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回路には多くの要素と大容量のバッテリーが含まれているため、メインとディスプレイユニットの2つのブロックにデバイスを実装することにしました。本体を図1に、表示部を図2に示します。





図1。デバイス本体の





概略図図2。ディスプレイユニットの概略図



D1デバイスのコントローラーとしてARMが選択されました。バッテリー充電ユニットは、標準のスイッチング方式に従ってマイクロ回路D3、D4に実装されています。充電は、USBコネクタを介して電話の充電器から行われます。また、オプションで、バッテリーはオンボードネットワークから6〜20ボルトの電圧で充電されます。クレードルの内側、外側、およびバッテリーの温度は、DS18B20に実装されています。なぜならクレードルは、輸送またはサマーバージョンとの交換の目的でフレームから取り外すことができます。次に、コネクタがクレードルに取り付けられ、温度計ユニットとクレードル内のバックライトがデバイスから切断されます。



GPS / GLONASS受信機を使用して、ローカル座標と正確な現在時刻を決定しました。 GPS信号が利用可能な場合、システム時間はD2に記録されます。 GPS / GLONASS信号の受信状態が悪い場合、現在の時刻は修正されませんが、D2ウォッチはペースを維持します。

D14（EEPROM 24CL16）は、さまざまな統計のデータを格納するために使用されます。



装飾照明は「スマート」なWS2812bLEDで作られています。ヘッドライトとホイールを含むすべての照明要素は、1つの情報チェーンに並んでいます。



情報ブロックは、要素D6、D7、D8で組み立てられます。回路は、JQ6500に基づく中国のMP3モジュールからコピーされます。 MP3音楽フラグメントはUSB経由でFlashD7に縫い付けられます。

ADXL345は加速度計D9として使用されます。加速度計からのデータは、道路の不規則性を監視するため、およびセキュリティの目的で使用されます。



タイヤ圧力監視サブシステムは長い間私を魅了してきたので、別の記事を授与されました[1]..。実際、私のデバイスで使用している中国のTPMSには、1.1 atm〜3.2atmの範囲で圧力を制御するように設計された受信ユニットがあります。標準システムは、センサーがポーリングされるたびに、この範囲外の圧力をビープ音で通知します。センサーは、通常の操作で約30〜60秒後に定期的にポーリングされます。そのため、標準ユニットを単にベビーカーに入れることはできません。そして、それは面白くありません。プロトコルを研究し、それをシステムに実装することは、はるかに興味深いことです。このシステムは、ホイールフィッティングにねじ込まれた4つの外部センサーで構成されています。







センサーはワイヤレスで、ホイールの圧力とホイール内の気温に関する情報を定期的に送信します。 FSK変調を使用した送信機のブロードキャスト周波数433.92MHz。センサーからの信号をキャプチャするために、SI4432マイクロ回路上のトランシーバーモジュールが使用されました。



GPS追跡サイトにデータを転送するには、GSMモデムSIM800Cを使用します。追跡は、車椅子の盗難防止セキュリティシステム、および履歴用のウォーキングトラックの保存に使用されます。



本体とディスプレイユニットはプリント回路基板上に作成されており、図3に示されています。および図4。





図3。 「スマート」ベビーキャリッジ本体本体の外観





図4。ディスプレイボードの外観



このデバイスは、SSD1306コントローラーのOLEDディスプレイを使用します。ディスプレイは小さく、ベビーカーのハンドルにフィットします。しかし、これも大きなマイナスです。移動中にベビーカーが振動すると、小さなプリントは見えなくなります。そのため、メイン情報画面は大きく表示されます。











本体とディスプレイユニットはシリアルポートで接続されているため、配線回数が少なくて済みます。



ホールセンサーは、速度センサーおよびブレーキシステムを作動させるためのセンサーとして使用されます。センサーはホイールの別のボードに取り付けられ、湿気を取り除き、密封されています。









装飾照明LEDは、光フィルター付きのアルミニウムプロファイルのフレームに取り付けられており、外側からも密閉されています。 LEDリングはIP30定格であるため、湿気から密閉する必要がありました。











すべてのワイヤーはベビーカーのフレームプロファイルの内側に配置されており、ベビーカーを折りたたむとベンドポイントに遷移があります。







システムは常にスタンバイモードになっています。VT3キーを使用すると、すべてのマイナーデバイスが無効になります。両方のブロックのコントローラーは低い周波数で動作し、不要なARMペリフェラルも無効になります。ボタンの特定のシーケンスが押されるとすぐに（見知らぬ人によってオンにされないように保護）、システムが起動し、VT3キーがオンになり、モジュールが初期化されます。



すべての緊急イベントには、ディスプレイ上のポップアップメッセージと対応する情報提供者のメロディーが付随しています。

デバイスのソフトウェア部分の説明

システムは最初に非表示のトグルスイッチによってオンになり、システムはスタンバイモードになります。システムのオンとオフをさらに切り替えるには、ディスプレイユニットのボタンの特定の組み合わせを押します。



システムが動作モードでオンになると、コントローラーはより高い周波数に切り替わり、さまざまなサブシステムが初期化され、開始メロディーが再生されます。



さらに、各ブロックはその作業を開始し、データが処理され、イベントが生成されて、アラームについて、または値が指定された制限を超えたときに通知します。



タイヤ圧、車軸加速、速度超過などの設定値は、プログラムで一度設定されます。メニューからこれらの値を動的に変更することは意味がありません。



システムによって収集されたすべてのデータは、情報画面の画像を形成するディスプレイユニットに送信されます。また、本体が周辺機器を制御するためのコマンドは、ディスプレイユニットから送信されます。



GPS / GLONASSモジュールに電力が供給されると、衛星からの情報収集を開始し、必要なデータを収集した後、分析を開始します。受信者がデータ有効性のフラグを発行すると、現在の時刻、日付、および座標がGPRMC / GNRMCパッケージから取得されます。時間はRTCDS3231に記録されます。オープンスカイでは、最初に電源を入れたとき、衛星の検索に約2分かかります。使用したGPS / GLONASS受信機は、2週間の「予測手順」があります。オンにするたびに大量のデータを収集する必要がないため、数秒以内に適切な座標が発行されます。これは、レシーバーが最後にオンになってからの間に、前のポイントから大きな距離を移動していない場合、およびバックアップバッテリーがある場合に提供されます。



バッテリー充電システムはハードウェアベースであり、システムの状態に依存しません。ただし、充電プロセスに関する信号は、分析のためにコントローラーに送られます。充電器が接続されると、コントローラーは充電が開始されたことを確認します。充電時間と最後の充電時間を計算するために、バッテリーの統計を保持するために、コントローラーは周辺のイネーブルキーを短時間オンにし、時間を読み取り、EEPROMにアクセスして、キーをオフにします。充電が完了すると、同様のアクションが実行されますが、充電の終了時刻はすでに記録されており、充電の期間が考慮されます。







クレードルの内側と外側の電源の温度は、DS18B20センサーによって監視されます。ポーリング手順では、UARTポートの半二重モードとDMAコントローラーを使用します。



モデムは、データをインターネットに転送するために使用されます。エネルギーを節約するために、モデムはデータ送信が必要な場合にのみオンになります。これは、「盗難防止」モードで、または手動でオンにしたときに発生します。



当初、モデムは計画されていませんでしたが、スキームには追跡に必要なすべてのものがすでに含まれているため、モデムは単にその使用を懇願しました。しかし、最も興味深いのは「盗難防止」システムです。肝心なのは、「ハイジャック」が行われていることを慎重に通知し、車椅子の座標をリアルタイムで送信することです。ベビーカーが家にいる場合は「盗難防止」の必要はありませんが、ドアの外のサイトにあり、見知らぬ人がアクセスできる場合は、このモードが適切です。



そのため、ベビーカーはスタンバイモードでドアの外に立っています。パネルからベビーカーをオンにできるのは、ボタンを押す順序を知っているユーザーだけです。攻撃者は、車椅子にシステムが存在することに気づいていません。彼はただベビーカーを持って行き、それを転がします。コントローラは、加速度計からの振動の存在を確認し、不正なホイールの回転も確認して、サイレントアラームモードをアクティブにします。すべてのモジュールに電力を供給し、モデムを初期化し、所有者の電話にアラームSMSを送信します。 SIMカードのセル＃1に記録されます。次に、携帯電話事業者の基地局のLACとCIDに関する情報を追跡サイトに送信し始めます。 GPS / GLONASS受信機から座標に関する適切なデータが到着すると、それらは送信パケットに含まれます。



このときディスプレイはオフになっており、音声信号は聞こえません。



許可されたユーザーが歩く前に誤ってシステムの電源を入れるのを忘れた場合は、ディスプレイパネルから正しく電源を入れてシステムの電源を切り、手動で追跡を停止してください。



スタンバイモードで振動するときに短い信号を出すか、なんらかの言い回しをするというアイデアがありましたが、攻撃者はベビーカーが簡単ではなく、食欲が増すことを知っていますが、彼はすでに準備ができています。そのため、サイレントモードで停止しました。



追跡用に自分のサイトを作成する必要はありませんでした。何かをするのに十分な時間がありません。そのため、現時点で何が準備できているかを確認することにしました。既製のGPSトラッカーの膨大な数のプロトコルを接続できる多くの追跡サイトを見つけたとき、私は非常に驚きました。また、独自のトラッカープロトコルをシステムにバインドすることもでき、管理者がこれを支援します。管理者が私のプロトコルに適応するように負担をかけたくなかったので、サイトがすでにサポートしている交換プロトコルを作成することにしました。それでも、すべてがゼロから書かれています。私が選んだサイトでは、管理者は自分のサイトで受け入れられる自家製のパッケージ形式を送信しましたが、私は標準の1つを使用することにしました。 MegaStekGPSトラッカーのフォーマットが気に入りました。



トラッカーからサイトへのデータ転送パッケージの形式は自由に利用できます。私はこのようなパッケージを手に入れました：

$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;!

一意のデバイスID、デバイス名、座標、時間、移動方向、LAC、CIDなどを送信します。



トラッカーの位置を確認するには、サイトに登録する必要があります。あなたはそれをウェブサイトまたはあなたの電話のアプリケーションを通して見ることができます。私はこのアプリケーションが本当に気に入りました。大きくなく、ナビゲートしやすく、マップの選択肢があります。ただし、重要なのは、複数のトラッカーを無料で登録できることです。アカウントの料金を支払うと、高度な機能にアクセスできます。一般的に、今日の追跡サービスは、前の期間と比較して、私をとても幸せにしました。







MP3インフォーマーの操作は、コマンドを使用してUARTを介して行われます。 MP3ファイルは、USB接続を使用して中国の開発者のソフトウェアを介してFlash情報提供者に書き込まれます。ファイルを選択して送信します。十二分に。 JQ6500を初期化し、音量レベルを設定し、イベントが到着すると、コマンドが送信されて、目的の番号でファイルを再生します。ファイルを再生する前に、ミュート信号がD8デジタルパワーアンプから削除されます。



コマンドは、マイクロサーキットの説明とサードパーティのライブラリで完全に説明されているので、ここでは詳しく説明しません。



上記のタイヤ圧力監視システムは、標準のワイヤレスセンサーに基づいており、その信号はSI4432トランシーバーを介してシステムで受信されます。トランシーバーは、周波数、変調、センサー偏差に合わせて調整されています。次に、信号は、空中から生のパケットを取得して、プログラムで分析されるように計画されました。しかし、このトランシーバーにパケット処理が存在することで、メインコントローラーの寿命が大幅に延びました。バーストを受信するようにトランシーバーを調整することができました。トランシーバー自体は、プリアンブル、同期ワード、データ自体を受信するために必要なすべての操作を実行し、パケット全体を受信すると、割り込みを生成しました。割り込み時には、メインコントローラーは受信したパケットを読み取り、チェックサムを分析し、受信したデータをデコードしました。



バッテリーが少なくなると、エネルギーを節約するために装飾照明とヘッドライトがオフになります。



スタンバイモードで、車椅子の揺れに関する信号が加速度計から送信され、ホイールの回転が検出されたが、デバイスが通常の動作モードに含まれていない場合、アラームモードがアクティブになります。すべてのモジュールがアクティブになり、ディスプレイはオフのままになります。それら。外から見ると、すべてがオフになっているように見えます。 GPSからの信号が表示されるとすぐに、GSMモデムはアラームに関するSMSを電話に送信し、現在の座標に関するデータを追跡サイトにブロードキャストし始めます。タイヤ圧データも送信されます。







現在の速度は、ホイールのホールセンサーによって決定されます。また、速度はGPS / GLONASSモジュールから取得されます。



ベビーカーがブレーキをかけているとき、外部照明は左右のライトの交互のストロボのモードに切り替わります。



デバイスは、ディスプレイ上のポップアップメッセージと、7 km / hを超える速度の超過、道路の不規則性、ホイールの空気圧の低下についての音声信号で通知します。健全なメロディーは、散歩の1時間ごと、および新しい天文学的時間ごとにマークを付けます。



ベビーカーのクレードル内の照明は、ライトスイッチを長押しすることで明るさを変えることができますが、私の必要性のためにそれを使用しません。







ディスプレイユニットには、短押しと長押しに対応する3つのボタンがあります。アンビエントライトボタンを短く押すとヘッドライトがオンになり、長押しするとフレームとホイールの照明の​​さまざまなカラースキームが制御されます。



ディスプレイには、デバイスの操作に必要なすべての情報が表示されます。ディスプレイのサイズが小さいため、情報は複数の画面に表示されます。画面の切り替えは、表示パネルのボタンで行います。現在時刻が大きなフォントで表示されるメイン画面と、歩行距離、現在の速度、歩行時間、クレードル内の温度を表示する歩行画面の2つのメイン画面があります。残りの画面には、タイヤ圧力監視サブシステムの動作に関する診断情報、加速度計、モデム、バッテリー、および要約情報が表示されます。すべての画像はコントローラーバッファーに形成され、そこからDMAコントローラーを介してディスプレイに同時に転送されます。











タイヤ圧監視画面では、センサーから信号を受信すると、ベビーカーの写真に対応するホイールが点滅します。圧力が設定値を下回ると、温度値が点滅し、情報提供者は定期的な警告信号とディスプレイ上のポップアップウィンドウを発します。











バッテリー充電画面には、現在のバッテリー電圧、充電器の動作モード、および最後の充電の日付に関する情報が含まれています。ベビーカーコントローラーは、スマートフォンの充電器であれ、図に示すようにUSBソケットを備えた屋外ライトからであれ、任意の5V電圧源から充電できます。







ベビーカーには取り外し可能なクレードルがあります。子供が横になるだけの標準と、子供が座ることができるベビーカーです。両方のクレードルには、内部空間のLED照明と、外部および内部の温度センサーが装備されています。クレードルと本体の間に取り外し可能な接続が提供され、標準のUSBコネクタが選択されました。クレードルを取り外したり交換したりするときは、まずコネクタを外し、次にクレードルをベビーカーフレームから取り外します。クレードルを取り付けたら、コネクタを接続します。コントローラは、温度計の一意のシリアル番号によって現在使用されているクレードルを認識しています。

ハウジング

ボディは、ベビーカーのフレーム表面の湾曲に応じてモデル化され、3Dプリントされています。

開発

6..20ボルトのオンボード電源を備えた自転車、子供のおもちゃの車に使用できます。



ディスプレイユニットのみを交換することで、別のタイプのディスプレイを使用できます。

結論

壊滅的な時間の不足のため、このプロジェクトの実施には約8か月かかりました。

システムの開発中、さまざまなモジュールやシステムで多くのことが研究およびテストされました。加速度計の動作、GPSトラッカーの交換プロトコル、GPRSモデムを介したデータ送信、トランシーバーの操作、さまざまなARM周辺機器の操作です。TPMSシステムだけを研究するのに1ヶ月かかりましたが、面白かったです。

システム操作のデモンストレーション

謝辞

このプロジェクトの実施にご協力いただいたご友人やご家族に心より感謝申し上げます。



Eugene、Alexey、Natalia、Olgaに感謝します。

リンク

1.車両タイヤ圧力監視システムのプロトコルの研究。