Notification System

Autor:	Viktor Lučkanič
Študijný odbor:	Robotika a kybernetika	3. Bc. (2019)

Opis projektu

Cieľom projektu je vytvoriť model úložného priestoru v aute, konkrétne miesto na mobil a miesto na vodu/pohár. Pri simulovanom odchode človeka z auta (zoberie mobil), ho notifikačný systém v prípade zabudnutia vecí na to svetelne aj zvukovo upozorní.

Prečo?

V budúcnosti, teda o 20 - 30 rokov sa predpokladá, že bude naplno fungovať "carsharing", teda zdieľanie áut. Auto teda za jeden deň môže zmeniť hneď niekoľko používateľov. Práve na zabezpečenie komfortu a čistoty pri používaní takýchto áut sa môže využiť tento notifikačný systém, ktorý upozorní užívateľa na znečistenie auta pri odchode.

Ako ?

Na výrobu modelu budeme potrebovať nasledujúce komponenty:

1. vytlačený 3D model skladajúci sa z niekoľkých častí
2. niekoľko drevených častí vyrezaných na laseri z preglejky, ktoré sú použité na zostavenie váhového senzoru
3. Arduino Nano
4. 2 x AD prevodník HX711
5. 2 x váhový senzor pre maximálnu hmotnosť 1 kg
6. niekoľko prepojovacích káblov
7. nepájivé kontaktné pole
8. sirénka
9. RGB led pásik
10. USB mini kábel na napájanie

Postup výroby:

• ako prvé si na laseri vyrežeme kusy z preglejky (pre každý senzor obdĺžnik 5 x 10 cm, kruh s priemerom 7 cm a dve kúsky 2.5 x 1 cm) na zostavenie váhového senzoru a zlepíme ich dokopy ako vidíme na obrázku:

• na 3D tlačiarni vytlačíme model, na ktorý následne nanesieme tmel a nastriekame farbou

• led pásik nalepíme po obvode miesta na pohár

• napájkujeme kábliky z váhového senzora na prevodník HX711 a podľa schémy v časti "Popis riešenia" zapojíme Arduino Nano a všetky periférie do nepájivého kontaktného poľa

• na váhové senzory nalepíme nosné plochy tak, aby zaťažovaný bod senzoru bol približne v strede nosných plôch a prilepíme ich do vnútra modelu (je potrebné ich vypodložkovať, aby sme dosiahli potrebnú výšku). Taktiež prilepíme aj kontaktné pole so zvyšnou elektronikou

• všetky časti modelu dáme dokopy

• v tejto fáze nakalibrujeme oba snímače podľa návodu: https://www.youtube.com/watch?v=nGUpzwEa4vg

• do Arduina nahráme kód (s nakalibrovanými hodnotami)

Použité zdroje:

• Zdroj kódu a návod kalibrácie: https://www.youtube.com/watch?v=nGUpzwEa4vg
• STL súbory tlačeného modelu:

    Držiak dolný diel
    Držiak horný diel
    Krúžok platnička svetlo
    Veľká časť

Analýza

Pre identifikáciu istého predmetu na mieste sa dajú použiť rôzne senzory na meranie vzdialenosti ako napr. ultrazvukový senzor alebo rôzne druhy spínačov. V našom projekte sme sa rozhodli použiť váhový senzor, pretože sme nechceli, aby bolo navonok vidieť akúkoľvek elektroniku ako by to bolo napr. pri ultrazvukovom senzore. Spínač sme nepoužili preto, lebo vtedy by bolo cítiť/počuť spínanie.

Váhový senzor + AD prevodník HX711

Váhový senzor vracia analogovú hodnotu v závislosti od zaťaženia koncového bodu senzora. V AD prevodníku sa tento signál prevedie na signál (konkrétne Data a Clock), ktorý ide do dvoch digitálnych vstupov Arduina. Prevodník ma ešte ďalšie 2 vstupy na napájanie 5V a GND.

Digitálny RGB Led pásik

Tento RGB pásik má 3 vstupy: 5V, GND a Dátový vstup. Dátovým vstupom sa posiela signál o tom, ktoré konkrétne ledky majú byť rozsvietené a akou farbou. Na ovládanie tohoto pásika bola použitá knižnica FastLED

Popis riešenia

Požiadavky na tento model sú také, že pri neprítomnosti pohára v odkladacom mieste bude led pásik svietiť na modro. Pri prítomnosti pohára aj mobilu na zeleno. Pri odchode z auta, teda pri odobratí mobilu a nechaní pohára začnú ledky blikať na červeno a po 2 bliknutiach začne aj zvukové upozornenie pípaním sirénky.

Ako hlavný riadiaci prvok bolo pre jeho malé rozmery použité Arduino Nano, na ktoré boli pripojené ďalšie periférie. Boli použité 2 váhové senzory na zisťovanie prítomnosti mobilu resp. pohára spolu s dvoma prevodníkmi, ktoré zabrali na Arduine každé po 2 digitálne piny. Ďalej bola pripojená jedna sirénka na jeden digitálny pin a taktiež RGB led pásik so samostatne adresovateľnými ledkami s jedným dátovým vstupom. Celá táto elektronika bola umiestnená do vnútra vytlačeného modelu.

Schéma zapojenia Arduina s perifériami

Algoritmus a program

Program bol vytvorený v prostredí Arduino IDE. Ako základ pre získanie hodnôt z váhových senzorov bol použitý kód (súbory HX711.cpp a HX711.h) z návodu na kalibráciu senzoru uvedený v zdrojoch ako Zdroj kódu. Celý program sa skladá z 3 zdrojových súborov (dve pôvodné zo zdroja a jeden mnou upravený a doplnený - LoadCell.ino).

Algoritmus

• Podmienky pre modrú farbu: ak nie je na senzore pohára prítomná hmotnosť pohára, na mobile nezáleží
• Podmienky pre zelenú farbu: ak je na senzore mobilu prítomná hmotnosť mobilu a na senzore pohára hmotnosť pohára
• Podmienky pre červenú farbu: ak na senzore mobilu nie je prítomná hmotnosť mobilu a na senzore pohára je hmotnosť pohára

Ďalej je uvedený vývojový diagram:

Pre fungovanie nasledujúceho kódu je potrebné do Arduino IDE importovať knižnicu FastLED

#define FASTLED_INTERRUPT_RETRY_COUNT 0
#define FASTLED_ESP8266_RAW_PIN_ORDER

#include "HX711.h"
#include <FastLED.h>

#define NUM_LEDS 8

HX711 cellM(9, 10); //DT,SCK   //senzor pre mobil
HX711 cellP(4, 5); //DT,SCK    //senzor pre pohar
CRGB leds[8];
const int ledPin = 7;
const int sirenPin = 12;
const int mobil = 80;
const int pohar = 15;
const int rychlost = 4;
const int krok = 1;

//long val=0;
long valM = 0;
long valP = 0;
float count = 0;
float vahaM = 0;
float vahaP = 0;


void setup() {

  Serial.begin(9600);
  FastLED.addLeds<WS2812B, ledPin, RGB>(leds, NUM_LEDS);

  pinMode(sirenPin, OUTPUT);
}


void loop() {

  char farba ;
  int pocetCImp = 0;

  while (1) {

    count = count + 1;

    //vyrazy na kalibraciu vahovych senzorov
    //val = ((count-1)/count) * val    +  (1/count) * cellP.read();   // dlhodoby priemer
    //val = 0.8 * val    +   0.2 * cell.read();                       // kratkodoby priemer
    valM = cellM.read(); // most recent reading
    valP = cellP.read(); // most recent reading

    //vypocet aktualnej vahy na senzoroch v [g]
    vahaM = ((valM - 8572579) / 31748.0f) * 32.6;
    vahaP = ((valP - 8230240) / 33190.0f) * 32.6;
    Serial.print("Mobil:  ");
    Serial.print(vahaM);
    Serial.print(" [g] \t\t");
    Serial.print("Pohar:  ");
    Serial.print(vahaP);
    Serial.println(" [g]");

    ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


    // situacia ked je tam mobil a aj pohar
    if (vahaM > mobil && vahaP > pohar) {      //ZELENA ZIADANA

      if (farba != 'z') {

        if (farba == 'm') {
          for (int j = 255; j >= 0; j -= krok) {
            for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
              leds[i] = CRGB(0, 0, j);        //MODRA stmievanie                  //GRB
            }

            FastLED.show();
            delay(rychlost);
          }
        }


        for (int j = 0; j <= 255; j += krok) {
          for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
            leds[i] = CRGB(j, 0, 0);      //ZELENA rozsvecovanie                  //GRB
          }

          FastLED.show();
          delay(rychlost);
        }
      }
      farba = 'z';

      //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

    // situacia ked mobil nie je na mieste a pohar je
    } else if (vahaP > pohar && vahaM < mobil) {        //CERVENA ZIADANA

      pocetCImp = 0;

      if (farba != 'c') {
        for (int j = 255; j >= 0; j -= krok) {
          for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
            if (farba == 'm') {
              
              leds[i] = CRGB(0, 0, j);      //MODRA stmievanie                  //GRB
            }
            else if (farba == 'z') {

              leds[i] = CRGB(j, 0, 0);      //ZELENA stmievanie                  //GRB
            }
          }

          FastLED.show();
          delay(rychlost);
        }

        // blikanie cervenej
        while (1) {  //cervena

          if (pocetCImp > 1) {
            siren();
          }

          for (int j = 0; j <= 255; j += krok) {
            for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
              leds[i] = CRGB(0, j, 0);      //CERVENA rozsvecovanie
            }

            FastLED.show();
            delay(rychlost);
          }


          if (pocetCImp > 1) {
            siren();
          }

          for (int j = 255; j >= 0; j -= krok) {
            for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
              leds[i] = CRGB(0, j, 0);      //CERVENA stmievanie
            }

            FastLED.show();
            delay(rychlost);
          }

          pocetCImp++;

          // kontrola vahy pre vyskocenie z cyklu blikania cervenej 
          valM = cellM.read(); // most recent reading
          valP = cellP.read(); // most recent reading
          vahaM = ((valM - 8572579) / 31748.0f) * 32.6;
          vahaP = ((valP - 8230240) / 33190.0f) * 32.6;
          Serial.print("Mobil:  ");
          Serial.print(vahaM);
          Serial.print(" [g] \t\t");
          Serial.print("Pohar:  ");
          Serial.print(vahaP);
          Serial.println(" [g]");

          if (vahaM > mobil || vahaP < pohar) {
            break;
          }
        }

        pocetCImp = 0;
        farba = 'c';
      }

      ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

    // situacia ked pohar nie je pritomny, na mobile nezalezi
    } else {                //MODRA ZIADANA

      if (farba != 'm') {
        if (farba == 'z') {
          for (int j = 255; j >= 0; j -= krok) {
            for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
              leds[i] = CRGB(j, 0, 0);      //ZELENA stmievanie                  //GRB
            }

            FastLED.show();
            delay(rychlost);
          }
        }

        for (int j = 0; j <= 255; j += krok) {
          for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
            leds[i] = CRGB(0, 0, j);      //MODRA rozsvecovanie                      //GRB
          }

          FastLED.show();
          delay(rychlost);
        }

        farba = 'm';
      }
    }
  }
}


//funkcia pipania sireny
void siren() {

  digitalWrite(sirenPin, HIGH);
  delay(50);
  digitalWrite(sirenPin, LOW);
  delay(50);
  digitalWrite(sirenPin, HIGH);
  delay(50);
  digitalWrite(sirenPin, LOW);

}

Zdrojové kódy: HX711.cpp, HX711.h a LoadCell.ino

Výsledok

Môžeme skonštatovať, že sa podarilo vytvoriť model, ktorý funguje podľa očakávaní a stanovených požiadaviek.

Fotka výsledného modelu

Video interakcie

videoInterakcia.mp4