Save My Child : le siège intelligent qui envoie des SMS si vous oubliez l'enfant dans la voiture : 8 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Il est installé dans les voitures, et grâce à un détecteur placé sur le siège enfant, il nous prévient – par SMS ou appel téléphonique – si nous partons sans emmener l'enfant avec nous

Étape 1: Présentation

Parmi les accidents les plus tristes (et en tout cas les moins fréquents) de l'actualité, il y a ceux de parents qui – à cause de leur vivacité, de problèmes de santé ou de manque d'attention – sortent de la voiture et « oublient » leurs enfants sur le siège enfant., dans un environnement chaud ou froid. Certes, de tels accidents auraient pu être évités si quelqu'un ou quelque chose rappelait au conducteur qu'il avait laissé l'enfant dans la voiture; sans aucun doute la technologie peut aider et offrir des solutions, à mettre en œuvre dans le véhicule par le constructeur ou de type « retrofit », comme le projet ici décrit ici. C'est un appareil basé sur un téléphone portable GSM qui détecte certains paramètres, sur la base desquels le comportement du conducteur est évalué et les actions nécessaires sont exécutées: en particulier, un SMS est envoyé sur le téléphone du conducteur qui s'éloigne de la voiture. Le dispositif est installé dans la voiture et est alimenté par le système électrique de cette dernière; il vérifie que l'enfant est sur son siège (au moyen d'un capteur composé de quelques boutons discrets, montés sur une maquette à placer sous la housse du siège enfant): s'il s'avère que les boutons sont enfoncés (donc, l'enfant est assis), le circuit vérifiera également que le véhicule s'est arrêté (au moyen d'un accéléromètre triaxial), si c'est le cas et une fois le temps réglé écoulé, il enverra un SMS d'alarme sur le téléphone du conducteur et émettra un son de buzzer.

De plus, il effectue un appel vers le même numéro de téléphone et éventuellement vers d'autres, afin que les parents, amis et autres personnes puissent appeler le chauffeur pour vérifier ce qui se passe. Même si l'application de choix est celle mentionnée ci-dessus, le projet a été créé dans notre laboratoire comme une plate-forme qui peut être adaptée pour les deux autres objectifs. Le premier est un dispositif à courant résiduel pour les personnes âgées et fragiles, tandis que le second est une alarme à distance, fonctionnant en cas de coupure de courant (et utile dans le but d'éviter que le congélateur dégivre et que les aliments qu'il contient deviennent dangereux).

Étape 2: Enregistrer mon schéma de circuit enfant

Voyons donc de quoi il s'agit, et analysons le schéma électrique du circuit, dont la gestion a été confiée à un microcontrôleur PIC18F46K20-I/PT de Microchip, qui a été programmé via notre firmware MF1361, afin qu'il lise l'état de les entrées (auxquels sont connectés le capteur de poids du siège enfant, et un éventuel dispositif de détection), et acquiert les signaux fournis par l'accéléromètre (U5), et communique avec l'EEPROM externe (U4) (contenant les paramètres de fonctionnement du système) et interface un éventuel récepteur radio (U6), et gère un module cellulaire (GSM).

Veuillez noter que le circuit considère des éléments qui peuvent être montés ou non, puisque nous l'avons conçu comme une plate-forme de développement extensible, pour ceux d'entre vous qui souhaitaient créer leur propre application, à partir du firmware de base. Commençons par décrire le microcontrôleur, qui – après la réinitialisation de la mise sous tension – initialise les lignes RB1 et RB2 en tant qu'entrées alimentées par une résistance de rappel interne, qui sera nécessaire pour lire certains contacts normalement ouverts connectés à IN1 et IN2; les diodes D2 et D3 protègent le microcontrôleur dans le cas où une tension supérieure à celle de la source d'alimentation PIC est appliquée par erreur aux entrées. IN1 est actuellement utilisé pour le capteur de poids du siège enfant, tandis que IN2 est disponible pour d'autres commandes possibles: nous pouvons l'utiliser, par exemple, pour la détection de l'ouverture et de la fermeture des portes, via la lecture de la tension sur les plafonniers; à ce sujet, sachez que dans certaines voitures modernes les plafonniers sont gérés (en PWM) par une boîte de jonction (afin d'assurer un allumage et un extinction progressifs), alors qu'il suffit de lire l'état des feux allumés instantanément et éteint (sinon la lecture sera anormale); après cela, nous devrons filtrer le PWM au moyen d'un condensateur placé entre l'entrée du microcontrôleur et la masse (après la diode). Une autre entrée est RB3, toujours fournie avec une résistance de rappel interne, qui est nécessaire pour lire le bouton P1 (qui est utilisé pour forcer l'allumage du module cellulaire, qui est normalement éteint). Toujours lors de l'initialisation des E/S, RB4 est mis en entrée pour lire – au moyen des diviseurs de tension R1 et R2 – le démarrage du circuit, effectué par le double déviateur SW1b; le diviseur de tension est nécessaire car le microcontrôleur tolère une tension inférieure à celle d'entrée trouvée sur le connecteur d'alimentation. La fonction du RB4 a été réservée pour des développements futurs, il est expliqué en considérant que le circuit peut être alimenté à la fois par une alimentation réseau via une prise USB et au moyen d'une batterie au lithium qui est connectée à la sortie du régulateur de charge dédié.

Étape 3: schéma de circuit

Lorsque SW1 est déplacé sur les contacts marqués d'une croix dans le schéma électrique, le reste du circuit est isolé de la batterie et donc éteint; si à l'entrée de la source d'alimentation (USB) une tension de 5 volts est appliquée, seul l'étage chargeur fonctionnera (il est alimenté via la diode D1, qui le protège des inversions de polarité). En déplaçant SW1 vers la position allumée, SW1b apporte la tension d'entrée à la ligne RB4 et SW1a alimente le microcontrôleur et ainsi de suite, au moyen de la tension aux extrémités de la batterie (environ 4V à pleine charge) en plus d'allumer le convertisseur élévateur de commutation signé U3, qui génère les 5V nécessaires au reste du circuit.

En ce qui concerne le fonctionnement du circuit alimenté via USB, SWb apporte la tension d'entrée au RB4, qui – en implémentant sa lecture dans le firmware – permet de comprendre si la source d'alimentation du réseau est trouvée; une telle fonction est utile dans le but de créer l'alarme anti-black-out. D'autre part, pendant le fonctionnement sur batterie, RB4 permet au microcontrôleur de le savoir et de mettre en œuvre des stratégies possibles pour diminuer la consommation d'énergie (par exemple, en réduisant les intervalles d'allumage du téléphone portable). La ligne RB4 est le seul moyen pour le micrologiciel de comprendre quand le circuit fonctionne sur batterie, car si U1 est alimenté même si RB4 est à zéro volt, cela signifie que le circuit fonctionne sur batterie, tandis que s'il y a une autre source d'alimentation, il fonctionnera grâce à la tension tirée de l'USB. Revenons maintenant à l'initialisation des E/S et voyons que les lignes RC0, RE1, RE2 et RA7 sont initialisées en entrées, qu'elles ont été pourvues d'une résistance de rappel externe, étant donné qu'on ne peut pas l'activer en interne pour de telles lignes; ils seront nécessaires pour lire les canaux du récepteur hybride, qui est de toute façon un accessoire, réservé aux développements futurs. Un tel récepteur pourrait s'avérer utile pour l'usage domestique en tant qu'alarme à distance, pour ceux qui sont altérés dans leurs mouvements ou forcés à s'allonger sur leur lit; en détectant la variation aux sorties de la radio RX, il effectuera un appel téléphonique pour demander de l'aide ou il enverra un SMS similaire. C'est une application possible, mais il y en a d'autres; de toute façon, il doit être implémenté dans le firmware. RC3, RC4, RB0 et RD4 sont les lignes qui ont été affectées à l'accéléromètre U4, qui est plus précisément une carte de dérivation basée sur l'accéléromètre triaxial MMA8452 de NXP: RC3 est une sortie et elle est nécessaire pour envoyer un signal d'horloge, RC4 est une E/S bidirectionnelle et pilote le SDA, tandis que les deux autres broches sont des entrées réservées à la lecture des interruptions INT1 et INT2, qui sont générées par l'accéléromètre lorsque certains événements se produisent. Les lignes RA1, RA2 et RA0 sont toujours des entrées, mais elles ont été multiplexées sur le convertisseur A/N et sont utilisées pour lire l'accéléromètre triaxial U5, qui se trouve également sur la carte de dérivation et qui est basé sur le module accéléromètre MMA7361; un tel composant se veut une alternative au U4 (c'est-à-dire celui actuellement attendu par notre firmware) et fournit des informations concernant les accélérations détectées sur les axes X, Y, Z au moyen de tensions analogiques sortant des lignes correspondantes. Dans ce cas, le firmware est simplifié, puisque la routine de gestion du MMA8452 n'est pas nécessaire (elle nécessite la lecture de registres, la mise en place du protocole I²C-Bus, etc.). Toujours au sujet des CAN, la ligne An0 est utilisée pour lire le niveau de tension, qui est fourni par la pile au lithium, qui alimente le microcontrôleur et le reste du circuit (sauf pour le récepteur radio); si le firmware le considère, il permet la possibilité d'arrêter l'ensemble lorsque la batterie est faible, ou lorsqu'elle est sous un certain seuil de tension. La ligne RC2 est initialisée en tant que sortie et génère une série d'impulsions numériques lorsque le buzzer piézoélectrique BUZ1 doit émettre la note acoustique d'avertissement qui a été indiquée par le firmware; les deux autres sorties sont RD6 et RD7, qui ont été chargées d'allumer les LED LD1 et LD2.

Étape 4: Schéma de circuit PCB

Complétons l'analyse des E/S avec RD0, RD2, RD3, RC5, ainsi que les RX et TX de l'UART de l'interface vers le module cellulaire SIM800C par SIMCom; dans le circuit, ce dernier est monté sur une carte dédiée à insérer dans le connecteur spécifique présent sur la carte de circuit imprimé. Le module échange les données concernant les messages envoyés (ceux d'alarme) et reçus (ceux de configuration) avec le microcontrôleur, via l'UART du PIC, qui est également nécessaire pour les commandes de paramétrage du téléphone portable; le reste des lignes concerne des signaux d'état: RD2 lit la sortie de la LED « signal » qui est répétée par LD4, tandis que RD3 lit le Ring Indicator, c'est-à-dire le contact du téléphone portable qui fournit le niveau logique haut lorsqu'un un appel téléphonique est reçu. La ligne RD0 permet de réinitialiser le module et RC5 s'occupe de l'allumage et de l'extinction; reset et ON/OFF sont mis en œuvre par les circuits de la carte sur laquelle le SIM800C est monté.

La carte, dont le schéma de circuit a été montré – ainsi que le brochage du connecteur d'insertion – sur la Fig. 1, contient le téléphone portable SIM800C, un connecteur d'antenne MMX 90° et une bande 2 mm mâle 2×10 sur laquelle l'alimentation source, la ligne de commande d'allumage (PWR), tous les signaux et les lignes de communication série depuis et vers le module GSM, comme indiqué sur la Fig. 1.

Étape 5: Schéma du circuit PCB

Les E/S du microcontrôleur étant définies, on peut s'intéresser aux deux parties impliquées dans l'alimentation du circuit: le chargeur et le convertisseur élévateur DC/DC.

Le chargeur est basé sur le circuit intégré MCP73831T (U2), fabriqué par Microchip; en tant qu'entrée, il accepte généralement 5V (la plage tolérable est comprise entre 3,75V et 6V), provenant de ce circuit depuis le connecteur USB; il fournit en sortie le courant nécessaire à la charge des éléments lithium ion ou lithium polymère (Li-Po) et fournit jusqu'à 550 mA. Une batterie (à brancher sur les contacts +/- BAT) peut avoir une capacité théoriquement illimitée, puisqu'elle serait au maximum chargée dans un temps très long, cependant sachez qu'au moyen d'un courant de 550mA, un élément de 550 mAh est chargé en une heure; puisque nous avons choisi une cellule de 500 mAh, elle se chargera en moins d'une heure. Le circuit intégré fonctionne dans la configuration typique, dans laquelle la diode lumineuse LD3 est pilotée par la sortie STAT, qui est portée au niveau logique bas lors de la charge, alors qu'elle reste à un niveau logique haut lorsqu'elle arrête de charger; la même chose est portée à une haute impédance (ouverte) lorsque le MCP73831T est éteint ou lorsqu'il s'avère qu'aucune batterie n'est connectée à la sortie VB. VB (broche 3) est la sortie utilisée pour la batterie au lithium. Le circuit intégré effectue la charge avec un courant et une tension constants. Le courant de charge (Ireg) est réglé au moyen d'une résistance connectée à la broche 5 (dans notre cas, c'est R6); sa valeur est reliée à la résistance par la relation suivante:

Ireg = 1 000/R

dans laquelle la valeur R est exprimée en ohm si le courant Ireg est exprimé en A. Par exemple, avec 4,7 kohm on obtient une limitation à 212 mA, tandis qu'avec R étant de 2,2 kohm le courant vaut environ 454 mA. si la broche 5 est ouverte, le circuit intégré est amené à l'état de repos et il n'absorbe que 2 µA (arrêt); la broche peut donc être utilisée comme validation. Complétons la description du schéma de circuit avec le convertisseur élévateur, qui tire 5 volts stabilisés de la tension de la batterie; l'étage est basé sur le circuit intégré MCP1640BT-I/CHY, c'est un régulateur de suralimentation synchrone. Il y a un générateur PWM à l'intérieur, qui entraîne un transistor dont le collecteur ferme périodiquement la bobine L1 à la terre, au moyen de la broche SW, il la charge et lui permet de libérer l'énergie accumulée pendant les pauses - au moyen de la broche 5 - pour les condensateurs de filtrage C2, C3, C4, C7 et C9. La pince à diode protégeant le transistor interne est également interne, réduisant ainsi les composants externes nécessaires au strict minimum: en effet, il y a les condensateurs de filtrage entre Vout et la masse, l'inductance L1 et le diviseur résistif entre Vout et FB qui traite avec la réactivation du générateur PWM via l'amplificateur d'erreur interne, en stabilisant la tension de sortie à la valeur souhaitée. En modifiant le rapport entre R7 et R8 il est donc possible de modifier la tension fournie par la broche Vout, mais ce n'est pas dans notre intérêt de le faire.

Étape 6: Paramètres et commandes pour Save My Child

Une fois l'installation terminée, vous devrez configurer l'unité; une telle opération s'effectue par SMS, veuillez donc insérer une SIM opérationnelle dans le support SIM du module 7100-FT1308M, et noter le numéro de téléphone correspondant. Après cela, veuillez donner toutes les commandes requises via un téléphone portable: elles sont toutes indiquées dans le tableau 1.

Parmi les premières choses à faire, il y a la configuration des numéros de téléphone dans la liste de ceux que le système appellera ou auxquels les messages SMS d'alarme seront envoyés, dans le cas d'un enfant sur le siège enfant qui a éventuellement été oublié abandonné ». Afin de faciliter la procédure, étant donné que le système est protégé par le mot de passe comme pour cette opération, un mode Easy Setup a été conçu: lors du premier démarrage, le système mémorisera le premier numéro de téléphone qui l'appelle, et le considère comme le premier numéro de la liste. Ce numéro pourra effectuer des modifications, même sans mots de passe; de toute façon les commandes peuvent être envoyées par n'importe quel téléphone, tant que le SMS correspondant comprend le mot de passe, et même si - afin d'accélérer certaines commandes - nous avons autorisé que celles envoyées par les numéros de téléphone de la liste puissent être données sans besoin de mots de passe. Quant aux commandes concernant l'ajout et la suppression de numéros de téléphone de la liste, la demande d'un mot de passe fait en sorte que la liste n'est gérée que par une personne habilitée à le faire. Passons maintenant à la description des commandes et à la syntaxe correspondante, en partant du principe que le circuit accepte également les SMS contenant plus qu'une commande; dans ce cas, les commandes doivent être séparées de la suivante, au moyen d'une virgule. La première commande examinée est celle qui modifie le mot de passe, elle consiste en un SMS tel que PWDxxxxx;pwd, dans lequel le nouveau mot de passe (composé de cinq chiffres) doit être écrit à la place de xxxxx, tandis que pwd indique le mot de passe actuel. Le mot de passe par défaut est 12345.

La mémorisation d'un des huit numéros autorisés à envoyer des commandes de configuration s'effectue par l'envoi d'un SMS, dont le texte contient le texte NUMx+nnnnnnnnnnnnnn;pwd, dans lequel la position (quel numéro est en cours de mémorisation) doit être écrite à la place de le x, le numéro de téléphone va à la place du ns, tandis que pwd est le mot de passe actuel. Le tout doit être écrit sans espaces. Les numéros de 19 chiffres sont autorisés, tandis que le + remplace 00 comme préfixe d'appel international, sur les téléphones portables. Par exemple, pour ajouter le numéro de téléphone 00398911512 en troisième position, vous devrez envoyer une commande comme celle-ci: NUM3+398911512;pwd. Le mot de passe n'est nécessaire que lorsque vous essayez d'enregistrer un numéro de téléphone dans une position qui a déjà été occupée par un autre; en revanche, si vous devez ajouter un numéro dans une position vide, il vous suffira d'envoyer un SMS avec le texte suivant: NUMx+nnnnnnnnnnnnnn. La suppression d'un numéro est exécutée via un SMS contenant le texte NUMx;pwd; à la place du x, vous devrez écrire la position du numéro de téléphone à supprimer, tandis que pwd est le mot de passe habituel. Par exemple, pour supprimer le quatrième numéro de téléphone de la liste mémorisée, un message contenant le texte NUM4;pwd est nécessaire. Afin de demander la liste du numéro de téléphone mémorisé dans le circuit, vous devrez envoyer un SMS contenant le texte suivant: NUM?;pwd. Le tableau répond au numéro de téléphone d'où provient l'interrogation. Il est possible de connaître la qualité du signal GSM en envoyant le QUAL? commander; le système répondra avec un SMS contenant la situation actuelle. Le message sera envoyé au téléphone qui a envoyé la commande. Passons maintenant aux messages d'état d'entrée et de configuration: LIV ? permet de connaître l'état des entrées; IN2 peut fonctionner à la fois à un niveau de tension (il est défini via LIV2:b, qui déclenche l'alarme lorsque l'entrée est ouverte) et à un niveau de variation (il est défini via LIV:v). En ce qui concerne les entrées, il est possible de paramétrer un temps d'inhibition, via la commande INI1:mm (les minutes d'interdiction vont à la place de mm) pour IN1 et via INI2:mm pour IN2; l'inhibition est nécessaire afin d'éviter l'envoi d'avertissements continus si l'entrée – en mode niveau – reste ouverte. Afin de définir quels numéros de la liste doivent recevoir des appels téléphoniques, vous devez envoyer le message VOCxxxxxxxx:ON;pwd, avec les mêmes règles que celles utilisées pour la gestion des numéros de téléphone auxquels envoyer les messages SMS. Le message de réponse est très similaire: « Numéro mémorisé: Posx V+nnnnnnnnnnnn, Posy V+nnnnnnnnnnnn. » Le S de SMS a été remplacé par le V de voix. Même dans ce cas, il existe deux commandes différentes pour la désactivation: SMSxxxxxxxx:OFF;pwd désactive l'envoi de messages et VOCxxxxxxxx:OFF;pwd désactive la possibilité de passer des appels téléphoniques. Les x représentent les positions des chiffres qui ne doivent pas recevoir les avertissements d'alarme. Nous devons clarifier quelque chose concernant la commande pour le réglage des numéros de téléphone à appeler ou auxquels envoyer les messages SMS d'alarme: selon les paramètres par défaut du firmware et après chaque réinitialisation totale, le système dirigera à la fois les appels et les SMS messages, à tous les numéros mémorisés. Par conséquent, pour en omettre certaines, il faut envoyer les commandes de désactivation: SMSxxxxxxxx:OFF;pwd ou VOCxxxxxxxx:OFF;pwd, et indiquer les positions à omettre. Le système envoie un SMS au numéro de téléphone occupant la première place de la liste, à chaque nouvelle mise sous tension. Une telle fonction peut être désactivée/activée via les commandes AVV0 (désactiver) et AVV1 (activer); le texte par défaut est SYSTEM STARTUP. Passons maintenant aux commandes qui permettent la mémorisation ou l'écrasement des messages SMS à envoyer: la syntaxe est celle de TINn:xxxxxxxxx, dans laquelle n est le numéro de l'entrée à laquelle le message fait référence, tandis que le xs correspondent au message texte, qui ne doit pas dépasser une longueur de 100 caractères. Un réglage essentiel est celui concernant le temps d'observation IN1, qui s'effectue via la commande OSS1:ss, dans lequel le temps (compris entre 0 et 59 secondes) va à la place de ss: il indique au circuit pour combien moment où les boutons doivent rester enfoncés à partir du moment où il a été détecté que la voiture s'est arrêtée et avant la génération de l'alarme. Le délai est de l'essentiel, afin d'éviter qu'une fausse alarme ne se déclenche lors d'un arrêt de courte durée. De ce point de vue, le firmware, lorsque le circuit est alimenté (lorsque le tableau de bord est allumé), attend un temps double de celui réglé, afin de permettre au conducteur d'effectuer des opérations telles que la fermeture de la porte du garage ou boucler les ceintures de sécurité, etc. Un temps d'observation pour IN2 peut également être défini, avec les mêmes procédures, en donnant la commande OSS2:ss; il est également possible de demander les heures actuellement réglées par SMS (commande OSS?). Complétons cet aperçu des commandes par celle qui renvoie les paramètres par défaut: c'est RES;pwd. Le message de réponse est « Réinitialiser ». Le reste des commandes a été décrit dans le tableau 1.

Étape 7: Liste des composants

C1, C8, C10: 1 µF condensateur céramique (0805)

C2, C6, C7, C9: Condensateur céramique 100 nF (0805)

C3, C4: 470 µF 6,3 VL condensateur au tantale (D)

C5: 4, 7 µF 6,3 VL condensateur tantale (A)

R1, R2, R4: 10 kohms (0805)

R3, R12: 1 kohm (0805)

R5: 470 ohms (0805)R6: 3,3 kohms (0805)

R7: 470 kohms (0805) 1%

R8: 150 kohms (0805) 1%

R9÷R11: 470 ohms (0805)

R13÷R16: 10 kohms (0805)

R17: -

U1: PIC18F46K20-I/PT (MF1361)

U2: MCP73831T

U3: MCP1640BT-I/CHY

U4: Platine de dérivation cod. 2846-MMA8452

U5: Platine de dérivation cod. 7300-MMA7361 (inutilisé)

P1: microrupteur à 90°

P2: -

LD1: LED jaune 3 mm

LD2, LD4: LED vertes 3 mm

LD5: – LD3: LED rouge 3 mm

D1÷D3: MBRA140T3G

D4: MMSD4148

DZ1: diode Zener 2,7 V 500 mW

L1: inductance bobinée 4,7 µH 770 mA

BUZ1: Buzzer sans électronique

Séparateur de bande femelle 8 voies

Séparateur de bande femelle 9 voies

Séparateur de bande mâle 6 voies

Connecteur femelle 2×10 au pas de 2 mm

Borne à 2 voies au pas de 2,54 (3 pièces)

Connecteur JST 2 voies au pas de 2 mm pour PCB

Batterie LiPo 500mA avec connecteur JST 2 mm

Circuit imprimé S1361 (85×51 mm)

Étape 8: Conclusion

Le projet que nous proposons ici est une plateforme ouverte; il est possible de l'utiliser pour créer de nombreuses applications, parmi lesquelles: l'alarme pour éviter d'oublier les enfants dans la voiture, le système de téléassistance et la téléalarme dont nous avons parlé précédemment. Plus généralement, c'est un système capable de générer des avertissements et des notifications par téléphone, lorsque certains événements - qui ne sont pas nécessairement des urgences - se produisent, et donc ils servent également à des fins de surveillance à distance.