Frage:
Der kleinste / kostengünstigste Weg, um Höhenänderungen zu erkennen?
Xeon06
2012-01-10 22:47:59 UTC
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Ich möchte ein Gerät herstellen, mit dem beim Skifahren oder Snowboarden festgestellt werden kann, ob diese Person den Hang hinunterrutscht. Das Problem ist zweifach. Ich muss zuerst feststellen, ob sich das Gerät bewegt. Dann muss ich wissen, ob das Gerät an Höhe gewinnt oder verliert, weil ich etwas anderes machen möchte, je nachdem, ob jemand die Piste hinunterrutscht oder den Sessellift hinaufsteigt. Als solches würde es 3 Gesamtzustände geben:

  • Nicht bewegen (der Skifahrer wird irgendwo angehalten)
  • Skifahren (der Skifahrer bewegt sich in Richtung Erdmittelpunkt)
  • In einem Sessellift (der Skifahrer bewegt sich vom Erdmittelpunkt weg)

Es ist nicht erforderlich, die Höhe genau zu bestimmen, sondern nur die Variationen zu verstehen.

Einige Optionen wurden erwähnt:

  • Ein GPS, das teuer und für die Höhenmetriken unzuverlässig ist.
  • Ein Beschleunigungsmesser
  • Ein Barometer

Idealerweise würden die für diese Erkennung erforderlichen Materialien weniger als 20 USD kosten. Idealerweise müsste ich sie auch in etwas Kleinerem als einer Auto-Fernbedienung wie dieser anordnen.

enter image description here

Wie viel Distanz redest du? Wie ein 5-Fuß-Sturz oder ein 50-Fuß-Sturz?
@Kellenjb Mehr wie 5 Fuß fallen oder weniger, wenn möglich. Was ich tun möchte, ist vergleichbar mit der Feststellung, ob das Objekt einen Berghang hinunter rollt oder nicht.
@Xeon06, Ein wichtiger Teil des Designs ist das Anhängen von Nummern an Anforderungen. Was sind Ihre höchsten realisierbaren Kosten, welche Kosten wären ein gutes Ziel, mit dem Sie gut umgehen können, welche Größe maximal ist, welche Größe klein genug ist, dass die Größe keine erhöhten Kosten mehr wert ist.
@Kortuk danke für die Tipps. Ich habe meine Frage bearbeitet.
@Xeon06,, das ist eines der wichtigsten Dinge, die wir vergessen. Es ist sehr einfach, etwas mit Worten zu definieren, aber Sie bezahlen einen Ingenieur, weil er es sowohl mit Zahlen macht als auch umsetzt. Vielen Dank für Ihre konstruktive Kritik.
Eine andere Sache, die ich nicht verstehen kann, wenn wie schnell Sie verstehen wollen, ob es runter oder rauf geht; Wenn Sie lange warten können, kann es einfacher sein, die Änderung des Luftdrucks zu erkennen.
@clabacchio Ich würde es vorziehen, wenn es in Sekundenschnelle erledigt ist. Sie glauben nicht, dass ein Drucksensor dies zulässt?
Ja, aber es hängt von der Höhe ab, die Sie in dieser Zeit gewinnen / verlieren: Ich denke, es ist schwierig, die Änderungen aufgrund des Wetters von denen aufgrund der Änderung zu trennen: Vielleicht könnten Sie einen Sensor-Fusions-Algorithmus mit Beschleunigungsmessern anwenden, aber es wird knifflig ...
Können Sie uns besser sagen, was genau Ihr Zweck ist? Ich verstehe immer noch nicht gut, ob es beim Skifahren oder kurz nach einiger Zeit funktionieren soll. Letzteres gibt Ihnen mehr Zeit zum Probieren und Integrieren ...
@clabacchio Abstrakt ausgedrückt: Ich möchte eine LED, die aufleuchtet, wenn sich der Skifahrer gerade den Hang hinunter bewegt. Wenn er anhält, erlischt die LED. Wenn er wieder mit dem Skifahren beginnt, leuchtet die LED auf und leuchtet weiter, bis er wieder anhält.
@Xeono6 das könnte ein Problem sein: Egal wie genau der Sensor ist, auf diese Weise haben Sie wahrscheinlich eine Antwort von ein paar Sekunden, das ist die Zeit, die erforderlich ist, um die Höhe um 2,3 Meter zu ändern; Ich denke, es ist nicht so gut für diesen Zweck.
@clabacchio Sie meinen, dass die Bildwiederholfrequenz des Sensors zu niedrig ist?
@Xeon06 nein, ich meine, dass die Erkennungsgeschwindigkeit niedrig ist, weil Sie mindestens 2 Meter nach unten gehen müssen, um einen spürbaren Unterschied zu erzielen. Wenn Sie sich seitlich bewegen, kann dies zu lange dauern. Dies hängt natürlich stark davon ab, wann Sie diese Aktivität wünschen ...
@clabacchio Ich verstehe. Ich denke, ich werde eine bekommen, um es auszuprobieren, aber hätten Sie Alternativen?
Ich denke darüber nach, aber jetzt ist es schwierig, weil der Skifahrer eine schwierige Umgebung für die Trägheitsverfolgung ist, und ich denke, dass Sie sich nicht um die Position des Geräts in Ihrer Tasche kümmern möchten ...
@clabacchio Nein, ich möchte mich nicht auf die Position oder Ausrichtung des Geräts verlassen.
@Xeono6 scheint ein wirklich schwieriges Problem für ein elektronisches Gerät zu sein, das (ich sage vielleicht) mit Beschleunigungsmessern, einem Barometer, Sensorfusion und möglicherweise maschinellem Lernen angegangen werden kann. Aber ich schlage vor, über etwas anderes nachzudenken :)
Fünf antworten:
Suboptimus
2012-01-11 02:53:38 UTC
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TIs EZ430-Chronos ist eine hackbare Uhr, die ihre MSP430-MCU verwendet und es Ihnen ermöglicht, die Firmware zu ändern. Es verfügt über einen Höhenmessermodus und verwendet den Drucksensor VTI Technologies SCP1000.

Ich weiß nichts Spezifisches über die Lösung dieses Problems oder wie genau ihre Implementierung ist, aber VTI hat einen Anwendungshinweis zur Verwendung ihres Teils in einem Höhenmesser und das EZ430-Chronos Development Tool-Benutzerhandbuch enthalten Schaltpläne für die Uhr, sodass Sie zumindest Zugriff auf eine vollständige Hardware und haben Software-Implementierung, die Sie bewerten und möglicherweise auf Ihr eigenes Design übertragen können.

--- Bearbeiten:

Als ich meine Antwort veröffentlichte, dachte ich nicht einmal daran, nur eine zu verwenden EZ430, jedoch in Bezug auf die Verwendung als Entwurfsreferenz, da die Schaltpläne und die Quelle veröffentlicht werden. Aber ich denke, es könnte sinnvoll sein, nur eine zu verwenden und die Firmware zu optimieren. Es hat bereits einen tragbaren Formfaktor und RF für die drahtlose Kommunikation. Jemand stellt einen Herzfrequenzmesser her, der mit ihm synchronisiert wird. Darüber hinaus bin ich mir nicht sicher, was Sie beim Daten-Streaming oder bei der Protokollierung tun würden. Es hat eine segmentierte Anzeige, keine Pixelanzeige, daher könnte auch die Benutzeroberfläche ein Problem sein. Sie haben nicht genau angegeben, was das Gerät mit den Daten tun soll, wenn sie in Echtzeit angezeigt, protokolliert, übertragen usw. werden.

Sehr interessant, auch wenn ich das in diesem Projekt nicht benutze. Danke für die Links!
siehe auch MS5540b-Modul. Beide Teile eignen sich gut für den Betrieb von Knopfzellen.
Calebs Kommentar zu Calebs Antwort schlägt vor, Beschleunigungsmesser und Druck zu verwenden, um eine genauere Ereignisstartzeit bereitzustellen. Das EZ430 hat all das und eine Benutzeroberfläche.
@Xeon06 Was leicht zu übersehen ist, ist die Tatsache, dass der Chronos über alle Peripheriegeräte verfügt, die Sie sich wünschen können, und zwar auf eine Weise, die für die Entwicklung nahezu ideal wäre. Ich denke, es würde Ihnen schwer fallen, ein verpacktes Entwicklungskit zu einem besseren Preis zu bekommen. Ich habe meinen Chronos getestet und er hatte eine Auflösung von ungefähr 4 Fuß und wurde bei ungefähr 0,5 Hz aktualisiert. Es konnte zuverlässig einen Höhenunterschied von 6 bis 7 Fuß feststellen. Wenn Sie mit dem Schreiben des Codes fertig sind und zu einem Produktionsgerät gehen, können Sie RF, LCD und alles andere weglassen, was Sie nicht benötigen, um den Preis zu senken.
@W5VO sieht in der Tat gut für die Entwicklung aus, aber ich werde irgendwann ganz andere Komponenten verwenden müssen, also könnte ich genauso gut mit diesen Komponenten beginnen.
Olin Lathrop
2012-01-11 00:36:05 UTC
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Es hört sich so an, als ob Sie nur die Größe der scheinbaren Beschleunigung benötigen. Beim Fallen (im Allgemeinen, wenn ballistisch) ist das 0. Wenn Sie nur herumsitzen, beträgt es 1 g. Kleine MEMS-Beschleunigungsmesser sind sowohl billig als auch klein. Sie werden in großen Mengen für Handys und Autoairbags hergestellt. Ich verstehe nicht, warum diese nicht Ihren Anforderungen entsprechen würden. Schauen Sie sich in den Freescale-Angeboten um.

Hinzugefügt:

Nachdem Sie nun gesagt haben, dass Sie einen Skifahrer erkennen möchten, der bergauf oder bergab fährt, ist klar, dass Beschleunigungsmesser nicht geeignet sind. Sie können immer noch nützlich sein, um Bewegungen zu erkennen. Sie könnten einen Rolling-Ball-Sensor verwenden, aber diese reagieren sehr empfindlich auf kleine Bewegungen. Jemand, der nur sitzt und spricht, könnte regelmäßig einen rollenden Ballsensor auslösen. Die tiefpassgefilterte Beschleunigung wäre jedoch ziemlich konstant.

Für die Erkennung von Abfahrts- und Bergaufbewegungen halte ich eine Art Barometer für die beste Wahl. Ich weiß nicht, was es mit kleinen elektronischen Barometern gibt. Jetzt, da Sie wissen, wonach Sie suchen, kann eine enge Suche etwas ergeben.

Soweit ich weiß, wird in einem Beschleunigungsmesser, wenn sich die Geschwindigkeit stabilisiert, nicht mehr gemeldet, dass sie sich "bewegt", da sie tatsächlich nicht für diesen Zweck hergestellt wurde. Liege ich falsch?
@Xeon06 Ja, wenn die Geschwindigkeit konstant ist, bedeutet dies, dass die Beschleunigung Null ist, sodass der Beschleunigungsmesser keine konstante Geschwindigkeit erkennt.
@Xeon06, gibt die Schwerkraft als Beschleunigung an, wenn Sie sich nicht bewegen, je nachdem, wie sie kalibriert ist. Es wird eine Zustandsänderung zwischen Nichtbewegen, Aufwärtsbewegen, Abwärtsbewegen geben. Es meldet jedoch eine Beschleunigung, die für die Position integriert werden kann, was die Hauptfunktion ist.
Was ist in diesem Fall mit der Richtung? Ich kann die Ausrichtung der Beschleunigung nicht garantieren, und als solche könnte das Gerät ein falsches Positiv liefern, wenn das Objekt klettert anstatt zu fallen, ja?
Die Ausrichtung von @Xeon: spielt keine Rolle, wenn Sie die Größe (oder das Quadrat im Quadrat, um die Berechnung zu vereinfachen) aus drei orthogonalen Achsen ableiten. Sie sagten, Sie wollten "fallen" erkennen, was ich als freien Fall verstehe. Jeder ballistische Weg qualifiziert sich, egal ob auf dem Weg nach oben oder unten. In gewisser Weise sind alle ballistischen Pfade ein "Fall", und die Beschleunigung wird 0 sein. Dies ist ab 1 g ziemlich gut erkennbar, was bei jeder konstanten Geschwindigkeit der Fall sein wird.
@OlinLathrop Es tut mir leid, ich habe mich nicht richtig ausgedrückt. Ich möchte wissen, ob ein Objekt in Richtung Erdmittelpunkt oder weg geht.
@Xeon: Dann korrigieren Sie Ihre Frage und erklären Sie, was Sie wirklich wollen. Verwenden Sie auch echte erwachsene Wörter wie Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung usw., die nicht "in Richtung" gehen. Ich denke, ein guter Teil des Problems ist, dass Sie nicht wirklich darüber nachgedacht haben, was genau Sie messen möchten. Treten Sie zurück und erklären Sie das Gesamtproblem
@OlinLathrop Ich habe mein Bestes getan, um die Frage zu bearbeiten. Ich habe keinen Hintergrund in Physik (oder einer anderen Wissenschaft) und befürchte, dass ich "erwachsene Wörter" missbrauchen würde.
Echter freier Fall (~ 0 g) während des Skifahrens würde nur nach dem Höhepunkt eines Sprunges auftreten, wenn Ihre Abwärtsbewegung nicht mehr durch Interaktion mit dem Boden beeinflusst wird. Beschleunigungsmesser zeigen Spitzen bei Bewegungsänderungen (Kurven, Stopps, Starts, Buckelpisten). Eine Sesselliftfahrt wird möglicherweise erst angezeigt, wenn Sie zum ersten Mal einsteigen. Ein guter 3-Achsen-Beschleunigungsmesser mit Kalman-Filterung kann Ihre Flugbahn ziemlich gut durch den Weltraum abbilden, kann aber bis zu 2500 US-Dollar kosten. Ein Drucksensor kann durch Windscherung aus Ihrer Bewegung hervorgerufen werden, aber ich würde denken, dass die Gesamtänderung von oben nach unten auf dem Hügel leicht herauszufiltern sein sollte.
@Josh, Ich arbeite ziemlich intensiv mit einem Projekt, damit die Schüler mehr über die Beziehungen zwischen Beschleunigung, Geschwindigkeit und Position erfahren können. Wir haben festgestellt, dass unsere 2-Dollar-Beschleunigungsmesser bei der Abbildung von Position und Geschwindigkeit sehr gut abschneiden. Wir hatten auch Drehgeber zur Überprüfung der zurückgelegten Entfernung. Mit zwei Beschleunigungsmessern an verschiedenen Enden konnten wir wirklich sagen, was los war.
Caleb
2012-01-11 01:40:52 UTC
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Ein Sensor wie der Bosch BMP085 sollte eine ausreichende Auflösung haben, um Änderungen des Luftdrucks aufgrund eines Sturzes zu erkennen, und er ist so klein, dass Sie wahrscheinlich das Breakout Board stattdessen. Das Problem beim Erfassen von Druckänderungen anstelle des direkten Erfassens der Beschleunigung besteht darin, dass es schwierig sein kann, den Unterschied zwischen einer Änderung aufgrund eines Sturzes und einer Änderung aufgrund einer Person, die ein Fenster oder eine Tür öffnet, einer leichten Brise, dem Starten des Lüftungssystems, a vorbeirennende Person oder Tier usw.

Hmm. Der Grund, warum ich dies möchte, ist zu erkennen, ob ein Skifahrer oder Snowboarder einen Hang hinunterfährt. Es ist draußen, also keine Probleme mit menschlichen Einrichtungen, aber es könnten andere Skifahrer in der Nähe sein und so weiter.
Sie sprechen in diesem Fall von einem vertikalen Gefälle von Hunderten oder Tausenden von Fuß. Wenn Ihr Ziel also nur darin besteht, die Anzahl der Läufe pro Tag zu zählen, sollte dies ziemlich einfach sein. Wenn Sie genau wissen möchten, wann ein Lauf startet und stoppt, damit Sie jeden Lauf genau und automatisch zeitlich festlegen können, ist dies schwieriger.
Mein Ziel ist es in der Tat zu zählen, wenn jemand anhält und startet.
Laut Datenblatt (das Sie auf der verlinkten Sparkfun-Seite finden) hat dieser Sensor eine Auflösung von 3 Pascal, was meiner Meinung nach einem vertikalen Abfall von etwa 10 Metern entspricht. Sie können das Skifahren schnell weit ziemlich schnell fallen an einem steilen Hang, so dass Sie angemessene Genauigkeit erhalten würde (aber nichts, wie die Hundertstel einer Sekunde, die Rennen in sind zeitlich begrenzten). Auf einem Hasenhang dauert es jedoch viel länger, so weit abzufallen. Möglicherweise möchten Sie Luftdruck und Beschleunigung kombinieren. Verwenden Sie den Druck, um festzustellen, ob Sie begonnen haben, und die Beschleunigung, um genau herauszufinden, wann Sie begonnen haben.
Flyer scheint 0,25 m zu beanspruchen
@Caleb Ich habe gerade das Datenblatt des BMP085 überprüft und festgestellt, dass das RMS-Rauschen mit der maximalen Auflösung auf Meereshöhe 0,25 m beträgt. Wenn ich rechne, dass es in einer Tasche stecken sollte, weiß ich nicht, wie hoch die Leistung sein würde
@clabacchio Dieser Grad an Genauigkeit scheint mir ziemlich gut zu sein. Ich bezweifle, dass es überhaupt Auswirkungen hat, wenn man sich in einer Tasche befindet. Der Inhalt einer Tasche unterliegt wie alles andere Änderungen des Luftdrucks. Solange das Gerät nicht in einem starren Gefäß versiegelt ist, sollte es einwandfrei funktionieren. Irgendwann ist der beste Weg, um zu entscheiden, ob es für Ihre Zwecke funktioniert oder nicht, einen zu kaufen und zu testen.
@Caleb Ich habe Ihnen nicht widersprochen, sondern nur Zweifel geäußert, weil er eine sehr schnelle Antwort benötigt, und es schien mir, dass dies bei der Erkennung einfach zu langsam war. das heißt nicht, dass es für mich die plausibelste Idee bleibt.
@clabacchio Ich bin bei Ihnen - es wird schwierig sein, auf diese Weise ein Timing mit sehr hoher Auflösung zu erhalten, aber es scheint eine Erkundung wert zu sein.
Russell McMahon
2012-01-10 22:59:21 UTC
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(1.) GPS wird sehr klein und würde hervorragende Arbeit leisten, aber die nächste Lösung ist anfälliger.

(2.) Ein kleiner starrer, fast versiegelter Behälter bleibt außen zurück Druck um einen Betrag, der durch die Leckrate und das Behältervolumen bestimmt wird.

Drucksensoren sind in absoluten und differenziellen Versionen erhältlich.
Absoluter Messdruck relativ zu einer internen Referenz.
Differentialsensoren haben zwei "Anschlüsse "und messen Sie die Differenz zwischen ihnen.

Ein Drucksensor mit einem Anschluss innerhalb des Behälters und einem Anschluss außerhalb zeigt zuverlässig an, ob Sie steigen oder fallen.
Wenn der Innendruck über dem Außendruck liegt, befindet sich das Objekt steigt.
Wenn der Innendruck unter dem Außendruck liegt, fällt das Objekt.

Die Anzeige ist ein gewichteter Durchschnitt des Zeitraums für einige Zeitkonstanten, die bis zum gegenwärtigen Moment führen. Wenn beispielsweise ein ansteigendes Objekt kurz und für weniger als eine Zeitkonstante des Behälters eintaucht, steigt der Druck im Inneren aufgrund des Eintauchens kurz an, reicht jedoch nicht aus, um in den fallenden Modus zu wechseln.

Der atmosphärische Druck halbiert sich logarithmisch etwa alle 4500 Meter Druck.
1 Atmosphäre = 100.000 Pa = 100 kPa, also 14 Pa ~ = 0,014% einer Atmosphäre.

Obwohl der Unterschied klein ist, sollte er zuverlässig erkannt werden können.

Ein Blick auf die Digikey-Preise legt nahe, dass ein Mindestpreis von rund 25 USD erforderlich ist. Vielleicht mehr für das, was Sie brauchen. (Aber siehe Sparkfun-Angebot unten für etwa 9 US-Dollar.)

SO


Hier ist eine mögliche Lösung "off the cuff". P. >

Verwenden Sie einen kleinen starren Behälter mit kontrolliertem Leck. Größe tbd.

Halten Sie eine Wand mit einem Durchmesser von vielleicht 20 mm fest. Größe tbd.

Platzieren Sie eine sehr leichte Membran über dem Loch in der Wand mit "genug" Spiel, damit sie unter Druckdifferenz ein- oder auskuppelt.

Es sollte möglich sein, eine extrem niedrige Druckanzeige der Richtung der Druckdifferenz zu erhalten. P innen größer = steigend - Kuppel außen. Pinside kleiner = fallend, Kuppel hinein.

Kuppelposition optisch erfassen.


TEST:

Ich habe die Membranmethode ohne sichtbare Ergebnisse ausprobiert - glaube ich.
Ich habe eine einigermaßen starre 500-ml-Tablettenflasche verwendet und ein Blatt " froh wickeln "wie das Zwerchfell. Gladwrap wurde mit etwas Spiel über die Öffnung gezogen und mit mehreren Gummibändern um den Hals befestigt. Der Container wurde in einer Höhe von etwa 10 Metern auf die Straße gebracht (oben auf der Straße von meinem Haus). Die Fotos wurden mit einer Straßenlaterne aufgenommen und blitzten oben und unten. Die visuelle Untersuchung in der Kamera zeigte keine offensichtliche Veränderung. Eine spätere Prüfung auf dem PC-Bildschirm kann etwas anderes zeigen. Also ...

Methode "braucht Arbeit" :-). Ich bin sicher, dass es funktioniert, ABER ein kommerzieller Sensor ist viel einfacher.


Die TI Chronos-Uhren werden gelegentlich von TI zum halben Preis angeboten.


Re Bosch BMP085-Sensor, wie von Caleb vorgeschlagen - Datenblatt hier

Dies ist "nur" für den Job geeignet.

Die Druckschwankung beträgt ca. 12 Pa / m - variiert mit der Höhe.
Bosch-Datenblatt verwendet hPa = HectoPascal - sehr freche Nicht-SI-Einheit !!!.

1 hPa = 100 Pa = 100 N / m ^ 2.
Die Bosch-Einheit hat einen Geräuschpegel - der eine nutzbare Empfindlichkeit von 6 Pa = 0,5 m und in einstellt Low-Power-Modus und 3 pa = 0,25 m im Low-Noise-Modus.

Eine Bewertung auf etwa 1 m sollte in dieser Anwendung möglich sein [tm].

9 US-Dollar von Sparkfun hier und
20 US-Dollar auf Leiterplatte mit 2Rs und Kappe hier

Danke für die Antwort. Ich bin mir nicht sicher, wie Drucksensoren funktionieren. Was meinst du mit "Port"? Müsste ich nicht zwei Sensoren verwenden, einen innen und einen außen? Glaubst du, ich kann kleine und billige Sensoren finden? Hätten Sie Links zum Kauf solcher Sensoren?
@russellMcMahon, glauben Sie, dass der Druckunterschied leicht in der Größenordnung der Bewegungsfüße unterschieden werden kann?
Vielen Dank für die ausführliche Antwort. Ich werde ein bisschen warten, um zu sehen, was auf mich zukommt, bevor ich es akzeptiere.
@Kortuk - Ja. Sollte mit "Seidenpapier" funktionieren, aber ich würde versuchen, einige der "entwickelten Lösungen" vorzuschlagen - die meisten davon sind Variationen des von mir vorgeschlagenen Oressure-Sensors. Die Seidenpapiereinheit würde Spaß machen. -> Nur versucht - nicht überhaupt gut beim ersten Versuch.
@RussellMcMahon, Ja, ich habe wirklich kommentiert, weil die Entfernung nicht in Frage gestellt wurde, sondern in einem Kommentar.
Vielen Dank für die sehr vollständige Antwort und sogar das kleine Experiment!
Dave Nadler
2012-01-12 23:54:32 UTC
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Sie haben Recht, dass GPS nicht funktioniert. Für Informationen zu barometrischen Ansätzen Google "Variometer". In jedem Fall müssen Sie Ihr Problem genauer definieren. Hoffnung, die hilft, Mit freundlichen Grüßen, Dave

Ich glaube, ich habe mein Problem so gut wie möglich definiert. Ich möchte erkennen, ob ein Skifahrer bergab fährt.


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