Pregunta:
¿La forma más pequeña / rentable de detectar cambios de altitud?
Xeon06
2012-01-10 22:47:59 UTC
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Quiero hacer un dispositivo que, cuando se lo coloque sobre alguien que esté esquiando o practicando snowboard, podrá saber si esa persona se está deslizando por la pendiente. El problema es doble. Primero debo detectar si el dispositivo se está moviendo. Entonces, debo saber si el dispositivo está ganando o perdiendo altura, porque quiero hacer algo diferente dependiendo de si alguien se desliza por las pistas o sube por el telesilla. Como tal, habría 3 estados en total:

  • No se mueve (el esquiador se detiene en cualquier lugar)
  • Esquí (el esquiador se mueve hacia el centro de la tierra)
  • En un telesilla (el esquiador se está alejando del centro de la tierra)

No se requiere precisión sobre la altitud, pero solo comprenda las variaciones.

Se han mencionado algunas opciones:

  • Un GPS, que es caro y no se puede relacionar con las métricas de altitud
  • Un acelerómetro
  • Un barómetro

Idealmente, los materiales necesarios para esta detección costarían menos de 20 $. Idealmente, también necesitaría colocarlos en algo más pequeño que el control remoto de un automóvil como este.

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¿Cuánta distancia estás hablando de cubrir? ¿Como una caída de 5 pies o una caída de 50 pies?
@Kellenjb Más como una caída de 5 pies, o menos si es posible. Lo que quiero hacer es comparable a detectar si el objeto está rodando por la ladera de una montaña o no.
@Xeon06, Una parte importante del diseño es adjuntar números a los requisitos. Cuál es su costo más alto factible, qué costo sería un buen objetivo con el que podría lidiar y hacerlo bien, qué tamaño es el máximo, qué tamaño es lo suficientemente pequeño como para que el tamaño ya no valga ningún costo adicional.
@Kortuk gracias por los consejos. Edité mi pregunta.
@Xeon06, esa es una de las cosas más importantes que olvidamos, es muy fácil definir algo con palabras, pero le pagas a un ingeniero porque lo hará con números y lo hará realidad. Gracias por aceptar críticas constructivas.
Otra cosa que no puedo entender, es qué tan rápido quieres saber si está bajando o subiendo; Si puede esperar mucho tiempo, puede ser más fácil detectar el cambio en la presión del aire.
@clabacchio Preferiría que se hiciera en cuestión de segundos. ¿No cree que un sensor de presión lo permita?
Sí, pero depende de la altura que ganes-pierdas en ese tiempo: creo que es difícil separar los cambios debidos al clima de los debidos al cambio: tal vez podrías aplicar un algoritmo de fusión de sensores con acelerómetros, pero se vuelve complicado ...
¿Puede decirnos mejor cuál es exactamente su propósito? Todavía no entiendo bien si quieres que actúe mientras esquías, o simplemente después de un tiempo; este último le daría más tiempo para probar e integrar ...
@clabacchio Dicho de forma abstracta: quiero tener un LED que se encienda cuando el esquiador se esté moviendo por la pendiente. Si se detiene, el LED se apaga. Si vuelve a esquiar, el LED se enciende y permanece encendido hasta que se detiene de nuevo.
@Xeono6 eso podría ser un problema: no importa cuán preciso sea el sensor, de esa manera probablemente tendrá una respuesta de un par de segundos, que es el tiempo que requiere para cambiar la altitud en 2,3 metros; Creo que no es tan bueno para ese propósito.
@clabacchio ¿Quiere decir que la frecuencia de actualización del sensor será demasiado baja?
@Xeon06 no, me refiero a que la velocidad de detección es baja porque necesitas bajar al menos 2 metros para tener una diferencia sensible, y si te mueves lateralmente podría llevar demasiado tiempo: obviamente, depende en gran medida de cuándo quieres esa activa ...
@clabacchio Ya veo. Creo que conseguiré uno solo para probarlo, pero ¿tendrías alguna alternativa?
Estoy pensando en eso, pero ahora es difícil, porque el esquiador es un entorno difícil para el seguimiento inercial, y creo que no quieres preocuparte por la posición del dispositivo en tu bolsillo ...
@clabacchio No, de hecho, no quiero depender de la posición o la orientación del dispositivo.
@Xeono6 parece un problema realmente difícil para un dispositivo electrónico, que puede (digo que puede) se podría abordar con acelerómetros, un barómetro, fusión de sensores y tal vez aprendizaje automático. Pero sugiero pensar en otra cosa :)
Cinco respuestas:
#1
+7
Suboptimus
2012-01-11 02:53:38 UTC
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El EZ430-Chronos de TI es un reloj pirateable que usa su MCU MSP430 y le permite modificar el firmware. Tiene un modo altímetro y usa el sensor de presión VTI Technologies SCP1000.

No sé nada específico sobre cómo resolver este problema o cuán precisa es su implementación, pero VTI tiene una nota de la aplicación sobre el uso de su parte en un altímetro, y la guía del usuario de la herramienta de desarrollo EZ430-Chronos incluye esquemas para el reloj, por lo que al menos tiene acceso a un hardware completo y implementación de software que puede evaluar y posiblemente transferir a su propio diseño.

--- Editar:

Cuando publiqué mi respuesta, en realidad ni siquiera estaba pensando en usar un EZ430, pero en términos de usarlo como referencia de diseño ya que se publican los esquemas y la fuente. Pero supongo que podría tener sentido usar uno y modificar el firmware. Ya tiene un factor de forma portátil y tiene RF para comunicaciones inalámbricas, alguien hace un monitor de frecuencia cardíaca que se sincroniza con él, pero más allá de eso, no estoy seguro de qué haría con la transmisión o el registro de datos. Tiene una pantalla segmentada, no una pantalla de píxeles, por lo que la interfaz de usuario también podría ser un problema. No dijiste exactamente qué hará el dispositivo con los datos, si se mostrarán en tiempo real, se registrarán, se transmitirán, etc.

Muy interesante, incluso si no lo uso en este proyecto. ¡Gracias por los enlaces!
ver también módulo MS5540b. Ambas partes son adecuadas para el funcionamiento con pilas de botón.
El comentario de Caleb sobre la respuesta de Caleb sugiere usar acelerómetro y presión para proporcionar una hora de inicio del evento más precisa. El EZ430 tiene todo eso y una interfaz de usuario.
@Xeon06 Lo que es fácil pasar por alto es el hecho de que el Chronos tiene todos los periféricos que podrías desear, conectados de una manera que sería casi ideal para el desarrollo. Creo que sería difícil obtener un kit de desarrollo empaquetado a un mejor precio. Probé mi Chronos, y tenía una resolución de alrededor de 4 pies y se actualizó a aproximadamente 0.5Hz. Podría identificar de manera confiable una diferencia de 6 a 7 pies en elevación. Una vez que termine de escribir el código y vaya hacia un dispositivo de producción, puede omitir la RF, la pantalla LCD y cualquier otra cosa que no necesite para bajar el precio.
@W5VO de hecho, se ve muy bien para el desarrollo, pero eventualmente necesitaré usar otros componentes completamente, así que también podría comenzar con esos componentes.
#2
+5
Caleb
2012-01-11 01:40:52 UTC
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Un sensor como el Bosch BMP085 debería tener una resolución lo suficientemente fina para detectar cambios en la presión del aire debido a una caída, y es tan pequeño que probablemente querrá pedir la placa de conexión en su lugar. El problema de detectar cambios de presión en lugar de detectar directamente la aceleración es que puede ser difícil diferenciar entre un cambio debido a una caída y un cambio debido a que alguien abre una ventana o puerta, una brisa ligera, el sistema de ventilación que se enciende, un persona o animal corriendo, etc.

Hmm. La razón por la que quiero esto es para detectar si un esquiador o un snowboarder está bajando una pendiente. Está al aire libre, por lo que no hay problemas con las instalaciones humanas, pero podría haber otros esquiadores cerca y todo eso.
En ese caso, estás hablando de una caída vertical de cientos o miles de pies, por lo que si tu objetivo es solo contar la cantidad de carreras en un día, eso debería ser bastante simple. Si desea saber exactamente cuándo comienza y se detiene una carrera para poder cronometrar de forma precisa y automática cada carrera, eso sería más difícil.
De hecho, mi objetivo es contar cuando alguien se detiene y comienza.
Según la hoja de datos (que puedes encontrar en la página vinculada de Sparkfun) ese sensor tiene una resolución de 3 pascales, lo que creo que se traduce en una caída vertical de unos 10 metros. Puede caer tan rápido esquiando rápido en una pendiente empinada, por lo que obtendrá una precisión razonable (pero nada como las centésimas de segundo en las que se cronometran las carreras). Sin embargo, en una pendiente de conejo, se tarda mucho más en caer tan lejos. Es posible que desee combinar la presión barométrica y la aceleración: use la presión para determinar que ha comenzado, la aceleración para averiguar exactamente cuándo comenzó.
Flyer parece reclamar 0,25 m
@Caleb Estaba revisando la hoja de datos del BMP085 y descubrí que el ruido RMS con la resolución máxima es 0.25m al nivel del mar, y calculando que debería estar en un bolsillo, no sé cuál sería el rendimiento
@clabacchio Ese grado de precisión me parece bastante bueno. Dudo que estar dentro de un bolsillo tenga algún efecto. El contenido de un bolsillo está sujeto a cambios en la presión atmosférica tanto como cualquier otra cosa. Siempre que el dispositivo no esté sellado dentro de un recipiente rígido, debería funcionar bien. En algún momento, la mejor manera de decidir si funcionará o no para sus propósitos es comprar uno y probarlo.
@Caleb No te estaba contradiciendo, solo planteaba una duda debido al hecho de que necesita una respuesta muy rápida, y me pareció que esto era demasiado lento en la detección; esto no significa que siga siendo la idea más plausible para mí.
@clabacchio Estoy con ustedes: obtener tiempos de muy alta resolución de esta manera será complicado, pero parece que vale la pena explorarlo.
#3
+5
Olin Lathrop
2012-01-11 00:36:05 UTC
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Parece que la magnitud de la aceleración aparente es todo lo que necesita. Al caer (en general, cuando es balístico), será 0. Cuando esté sentado, será 1g. Los acelerómetros MEMS pequeños son baratos y pequeños. Se fabrican en grandes cantidades para teléfonos móviles y bolsas de aire para automóviles. No veo por qué esos no se ajustan a sus requisitos. Mire a su alrededor las ofertas de Freescale.

Agregado:

Ahora que ha dicho que desea detectar un esquiador que va cuesta arriba o cuesta abajo, está claro que los acelerómetros no son apropiados. Todavía pueden resultar útiles para detectar movimiento. Podría usar un sensor de bola rodante, pero esos tienden a ser muy sensibles incluso a pequeños movimientos. Alguien simplemente sentado y hablando podría disparar regularmente un sensor de bola rodante. Sin embargo, la aceleración filtrada de paso bajo sería bastante constante.

Para detectar el movimiento cuesta abajo o cuesta arriba, creo que la mejor opción es algún tipo de barómetro. No sé qué hay en términos de pequeños barómetros electrónicos. Ahora que sabe lo que está buscando, una búsqueda limitada puede dar como resultado algo.

Por lo que tengo entendido, en un acelerómetro, si la velocidad se estabiliza dejará de informar que se está "moviendo", porque en realidad no está hecho para ese fin. ¿Me equivoco?
@Xeon06 Sí, si la velocidad es constante, eso significa que la aceleración es cero, por lo que el acelerómetro no detectará una velocidad constante.
@Xeon06, informará la gravedad como su aceleración si no se está moviendo, dependiendo de cómo esté calibrada. Habrá un cambio de estado entre no moverse, moverse hacia arriba, moverse hacia abajo. Informa sobre la aceleración que se puede integrar para la posición, que es la función principal.
En ese caso, ¿qué pasa con la dirección? No puedo garantizar la orientación de la aceleración y, como tal, el dispositivo podría proporcionar un falso positivo si el objeto estaba subiendo en lugar de caer, ¿no?
La orientación de @Xeon: no importa si toma la magnitud (o la magnitud al cuadrado para facilitar el cálculo) derivada de tres ejes ortogonales. Dijiste que querías detectar "caída", lo que tomé como caída libre. Cualquier trayectoria balística califica, ya sea hacia arriba o hacia abajo. En cierto sentido, todas las trayectorias balísticas son una "caída" y la aceleración será 0. Eso es bastante bien detectable desde 1g, que será el caso con cualquier velocidad constante.
@OlinLathrop Lo siento, no me expresé correctamente. Quiero saber si un objeto se dirige hacia el centro de la tierra o se aleja.
@Xeon: Luego, solucione su pregunta y explique lo que realmente quiere. También use palabras reales para adultos como posición, velocidad, aceleración, etc., no "yendo hacia". Creo que una buena parte del problema es que realmente no ha pensado qué es exactamente lo que quiere medir. Da un paso atrás y explica el problema general
@OlinLathrop Hice todo lo posible para editar la pregunta. No tengo experiencia en física (ni en ninguna ciencia para el caso) y me temo que usaría mal "palabras de adultos".
La verdadera caída libre (~ 0g) durante el esquí solo ocurriría después del pico de un salto cuando el movimiento hacia abajo ya no se ve afectado por la interacción con el suelo. Los acelerómetros mostrarán picos en los cambios de movimiento (giros, paradas, arranques, magnetos). Es posible que un viaje en telesilla solo aparezca cuando se sube por primera vez. Un buen acelerómetro de 3 ejes con filtrado de Kalman puede mapear su trayectoria a través del espacio bastante bien, pero podría costar hasta $ 2500. Un sensor de presión puede verse afectado por la cizalladura del viento debido a su movimiento, pero creo que el cambio general de arriba a abajo de la colina debería ser fácil de filtrar.
@Josh, Trabajo bastante con un proyecto para permitir que los estudiantes aprendan más sobre las relaciones entre aceleración, velocidad y posición. Descubrimos que a nuestros acelerómetros de 2 dólares les fue muy bien mapeando tanto la posición como la velocidad. También teníamos codificadores rotativos para verificar la distancia aproximada recorrida. Con dos acelerómetros con extremos diferentes, realmente podríamos saber qué estaba pasando.
#4
+3
Russell McMahon
2012-01-10 22:59:21 UTC
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(1.) El GPS se está volviendo muy pequeño y haría un trabajo excelente, pero la siguiente solución es más atractiva.

(2.) Un pequeño contenedor rígido casi sellado se retrasará en el exterior presión por una cantidad determinada por la tasa de fuga y el volumen del recipiente.

Los sensores de presión vienen en versiones absoluta y diferencial.
Presión de medición absoluta relativa a alguna referencia interna.
Los sensores diferenciales tienen dos puertos " "y medir la diferencia entre ellos,

Un sensor de presión con un puerto dentro del contenedor y un puerto afuera indicará de manera confiable si está subiendo o bajando.
Si la presión interna está por encima de la presión externa, el objeto está subiendo.
Si la presión interna está por debajo de la presión externa, el objeto está cayendo.

La indicación será un promedio ponderado del período para algunas constantes de tiempo que conducen al momento presente. Por ejemplo, si un objeto ascendente se sumerge brevemente y durante menos de una constante de tiempo del recipiente y luego vuelve a subir, la presión en el interior aumentaría brevemente debido a la caída, pero no lo suficiente como para pasar al modo descendente.

La presión atmosférica se reduce a la mitad aproximadamente cada 4500 metros de forma logarítmica

Un cálculo rápido que puede ser lamentablemente incorrecto sugiere que cerca del nivel del mar una separación vertical de 1 metro da una diferencia de aproximadamente 14 Pa en presión.
1 atmósfera = 100.000 Pa = 100 kPa por lo que 14 Pa ~ = 0,014% de una atmósfera.

A pesar de ser pequeña, la diferencia debería poder detectarse de forma fiable.

Una mirada a los precios de Digikey sugiere que se requiere un precio mínimo de alrededor de $ 25. Tal vez más para lo que necesita (pero vea la oferta de Sparkfun a continuación por aproximadamente $ 9).

SO


Aquí hay una posible solución "improvisada".

Utilice un recipiente rígido pequeño con fuga controlada. Tamaño por determinar.

Sujete una pared de unos 20 mm de ancho. Tamaño tbd.

Coloque un diafragma muy liviano a través del orificio en la pared con una holgura "suficiente" para que se domine hacia adentro o hacia afuera bajo la diferencia de presión.

Debería ser posible obtener una indicación de presión extremadamente baja de la dirección de la diferencia de presión. P adentro mayor = ascendente - domo hacia afuera. Lado de alfiler más pequeño = caída, domo hacia adentro.

Detecta la posición del domo de forma óptica.


PRUEBA:

Probé el método del diafragma sin resultados visibles, creo.
Usé un frasco de pastillas de 500 ml razonablemente rígido y usé una hoja de " alegre envoltura "como el diafragma. Gladwrap se colocó sobre la abertura con algo de holgura y se sujetó con varias bandas de goma alrededor del cuello. El contenedor se llevó por la calle a una altura de unos 10 metros (parte superior de la carretera desde mi casa). Las fotos fueron tomadas con farola y flash en la parte superior e inferior. El examen visual en la cámara no mostró cambios evidentes. El examen posterior en la pantalla de la PC puede mostrar lo contrario. Entonces ...

El método "necesita trabajo" :-). Estoy seguro de que puede funcionar, PERO un sensor comercial es mucho más fácil.


Los relojes TI Chronos se especializan a mitad de precio por TI ocasionalmente


Re sensor Bosch BMP085 como lo sugiere Caleb - hoja de datos aquí

Esto es "simplemente" adecuado para el trabajo.

La variación en la presión es de alrededor de 12 Pa / m - varía con la altitud.
Hoja de datos de Bosch use hPa = HectoPascal - muy ¡¡¡Unidad no SI traviesa !!!.

1 hPa = 100 Pa = 100 N / m ^ 2.
La unidad Bosch tiene un nivel de ruido, que establece la sensibilidad utilizable, de 6 Pa = 0,5 my en modo de bajo consumo y 3 pa = 0,25 m en modo de bajo ruido.

Por lo tanto, la evaluación a aproximadamente 1 m debería ser viable [tm] en esta aplicación.

$ US9 de Sparkfun aquí y
$ 20 en PCB con 2R y límite aquí

Gracias por la respuesta. No estoy seguro de cómo funcionan los sensores de presión. ¿Qué quieres decir con "puerto"? ¿No necesitaría usar dos sensores, uno adentro y otro afuera? ¿Crees que puedo encontrar sensores lo suficientemente pequeños y baratos? ¿Tendría algún vínculo para comprar dichos sensores?
@russellMcMahon,, ¿cree usted que la diferencia de presión se diferenciaría fácilmente en el orden de movimiento de los pies?
Muchas gracias por la respuesta detallada. Esperaré un poco a ver qué surge antes de aceptarlo.
@Kortuk - Sí. Debería funcionar con "papel tisú", pero probaría algunas de las soluciones más "desarrolladas sugeridas; la mayoría de las cuales son variaciones del sensor de presión que sugerí. Sería divertido probar la unidad de papel tisú. nada bueno en el primer intento.
@RussellMcMahon, Sí, realmente comenté porque la distancia no se especificó en la pregunta, sino en un comentario.
¡Gracias por la respuesta tan completa e incluso por el pequeño experimento!
#5
  0
Dave Nadler
2012-01-12 23:54:32 UTC
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Tienes razón en que el GPS no funcionará. Para obtener información sobre enfoques barométricos, "variómetro" de Google. En cualquier caso, debes definir tu problema con mayor precisión. Espero que te ayude, Saludos cordiales, Dave

Creo que definí mi problema tanto como pude. Quiero detectar si un esquiador va cuesta abajo.


Esta pregunta y respuesta fue traducida automáticamente del idioma inglés.El contenido original está disponible en stackexchange, a quien agradecemos la licencia cc by-sa 3.0 bajo la que se distribuye.
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