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Autor Tópico: Alarme portátil para surf  (Lida 2178 vezes)

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Offline samc

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Alarme portátil para surf
« em: 09 de Março de 2016, 02:06 »
Viva, ando com uma ideia de fazer um dia destes um pequeno projeto que me seria bastante útil. Como nunca fiz nada similar, vou colocar aqui a minha ideia para poderem dar-me sugestões:
O objetivo é criar um pequeno alarme para proteger os pertences que a pessoa deixa na areia quando está na água e como todos os meus pequenos projetos, procurava algo de baixo custo/sem exigir muitas horas de desenvolvimento (o dia só tem 24 horas).
A minha ideia em linhas gerais, seria utilizar do lado do emissor (saco que se deixa na areia) um módulo 433Mhz ou 315Mhz que custam cêntimos e têm um alcance de entre 20 a 200m (segundo os dados do fabricante). Acoplado a esse módulo estaria um pequeno microcontrolador (talvez um attiny) ligado a um acelerómetro e um buzzer.

A comunicação seria unidirecional. O receptor estaria ligado a outro uC de baixo consumo e um LED que serviria de informação de estado para o ACK do sinal.
Nesta parte do projeto há alguns possíveis problemas que identifico:
- será preciso isolar muito bem o circuito (waterproof) talvez com um molde em silicone (terei de estudar como se fará com respeito ao connector para o carregamento da bateria)
- obrigatoriamente terá de ser algo portátil (não vou poder utilizar uma antena muito grande) de forma a não ser incomodo no pulso. O circuito e a bateria terão de ter um tamanho e "peso" reduzido.
- como possivelmente será difícil ver o LED com a luz solar a incidir diretamente talvez fosse boa ideia ter um pequeno buzzer de alarme que neste caso, tocaria caso houvesse uma atividade anormal no acelerómetro do lado do emissor.


Têm sugestões para um projeto deste género?
Será que estou a fazer uma boa escolha ao optar por esses módulos

Obrigado desde já pelas sugestões :-)

Online jm_araujo

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Re: Alarme portátil para surf
« Responder #1 em: 09 de Março de 2016, 10:31 »
Várias ideias que me surgem ao ler o teu texto:
Esses módulos parecem-me para o grandes para o fim que pretendes, e o consumo do recetor não deve ser nada amigável.

Em vez de um acelerometro podes usar um sensor de tilt (https://learn.adafruit.com/tilt-sensor), muito mais simples de fazer o interface, mais poupadinho em termos de consumos e preço e extremamente fiável.

Já pensaste para o recetor usar um destes http://www.ti.com/tool/EZ430-CHRONOS ?
Já tem quase tudo o que precisas: pilha que dura uns meses, rádio, buzzer, tudo no formato de um relógio e com display e teclas e outros extras. Desvantagem é que em vez de desenvolver HW terias de desenvolver SW.




Offline Sérgio_Sena

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Re: Alarme portátil para surf
« Responder #2 em: 09 de Março de 2016, 13:51 »
Salvo erro ja existe uma aplicacao dessas no mercado. Ou ja existe ou estah para sair.

Lembro-me de ter encontrado dois investigadores da uni de St Andrews na Escocia q estavam de volta de algo parecido ligado a surfistas e pessoal do outdoor, no mesmo formato q descreveste.


Para fazeres algo assim, o desenvolvimento tem q comecar no "guardanapo", tem q haver design completo de electronica, software e UI, mechanico, sistemas e integracao... p nao falar de marketing, PR e vendas.

Normalmente eh necessaria uma pequena equipa p um projecto desses, e mesmo assim pode demorar cerca de 3 anos se se tratar de um projecto comercial.


Nao te querendo desmotivar pois acho a aprendizagem excelente, para esses casos eu usaria Sub-GHz em 868MHz, para tornar a antena e o radio mais pequenos. Talvez TI, mas muito provavelmente os chips EZ-Radio-Pro da Silabs, sao excelentes  baixo consumo. Tudo o resto estah mt batido pois eh integracao de embedded systems.


good luck ! :)

Offline samc

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Re: Alarme portátil para surf
« Responder #3 em: 10 de Março de 2016, 04:20 »
Obrigado pelas sugestões jm-araujo, nunca usei um sensor de tilt e por isso não sei como se comporta bem quando é "mexido" de uma determinada forma. Terei de estudar bem se dá para evitar falsos positivos (exemplo saco a mexer um pouco com o vento).
Quanto aos módulos, o tamanho do RX ainda está dentro do tamanho do aceitável para uma aplicação portátil (sei que se quiser miniaturizar bastante um circuito vou ter de afastar-me das soluções já pre-feitas e além de isso aumentar os custos, não tenho equipamentos e conhecimentos técnicos para me aventurar por SMD com  packages mais pequenos)

Código: [Seleccione]
Receiver module parameters

Product Model: XY-MK-5V

Operating voltage : DC5V                quiescent current: 4MA                 

Receiving frequency: 433.92MHZ   

Receiver sensitivity: - 105DB

Size : 30 * 14 * 7mm   external antenna: 32CM single core wire wound into a spiral

Technical parameters of the transmitter head

Product Model: XY-FS

Launch distance: 20 -200 meters (different voltage, different results)    Operating voltage: 3.5-12V     Dimensions: 19 * 19mm
Ways of working: AM                transfer rate: 4KB / S          transmit power: 10mW             
Transmitting frequency: 433M
An external antenna: 25cm ordinary multi-core or single-core line
Pinout from left ? right: ( DATA ; VCC ; GND )

Conforme dá para ver pelos detalhes o consumo de corrente é aceitável (a maior limitação está no lado do RX que tem de ser mais portátil e não pode utilizar uma bateria de grande capacidade).

O relógio da TI também era uma coisa que desconhecia completamente, se calhar até ficava mais bem servido com algo assim com um aspeto mais profissional, mas o preço é completamente proibitivo ;-)

Offline samc

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Alarme portátil para surf
« Responder #4 em: 10 de Março de 2016, 04:44 »
Sérgio_Sena, obrigado pelas sugestões. Por acaso, antes de começar a pesquisar mais sobre este assunto, andei à procura de uma solução comercial ou DIY (praticamente está tudo inventado e o que estou a falar não envolve "tecnologia aeroespacial" que precise de sair de um laboratório da NASA :-p ).
O objetivo é completamente pessoal, e caso corra bem, tencionava disponibilizar o projeto como Open Source.

Compreendo que no caso de um projeto comercial, iriam existir muitos desafios e não teria nenhuma hipótese de criar uma solução minimamente viável, além disso, iam surgir depois outros problemas, como maior preocupação com a certificação de um equipamento de rádio, problemas adjacentes a uma utilização de vários dispositivos iguais na mesma área, etc.
Por isso, a abordagem a este projeto tem mesmo de ser DIY.

Fui pesquisar sobre os chips da silabs como o Si4055 e realmente para uma solução mais profissional parece-me uma plataforma excelente e muito estruturada para se prototipar.

Por acaso abordaste um ponto que eu também andava preocupado que era a frequência. Com uma solução a 8xx MHz o tamanho da antena era reduzido para metade o que seria mesmo muito vantajoso para tornar o RX mais portátil.
« Última modificação: 10 de Março de 2016, 05:30 por samc »

Offline samc

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Alarme portátil para surf
« Responder #5 em: 10 de Março de 2016, 05:10 »
Como a ideia ainda está numa fase muito inicial (ainda ando a decidir se vale a pena iniciar o seu planeamento), há muitos detalhes que começam a aparecer que podem depois complicar ou impedir um resultado positivo. Deixo aqui algumas notas do que me lembrei:

- isolamento térmico do Tx, é muito provável que as temperaturas de algo deixado dentro de um saco (mesmo com algum isolamento térmico como é o caso dos sacos das pranchas) cheguem a valores bem altos num dia de sol e céu limpo. Neste caso, não sei como vou ter baterias de lítio que aguentem durante um tempo razoável.

- como estou a pensar em usar um comunicação unidirecional para simplificar, vou ter de adicionar um qualquer sistema para poder ativar desativar o alarme (para já lembrei-me de um código numérico ou de um interruptor ativado por uma chave ou qualquer outro "segredo" - exemplo interruptor magnético -> são nestes pormenores que começam depois a existir desvantagens caso disponibilize o projeto num formato Open Source... Fica mais fácil encontrar as falhas de segurança da solução). Para ativar o alarme terei de usar uma histerese no código.

- o ambiente a que esta solução vai estar exposta é muito pouco "amigável". Não sei qual será a duração de um conector metálico (mais barato) após estar exposto constantemente à água salgada. Neste caso refiro-me ao conector  para carregamento da bateria do módulo de pulso (RX).

- para miniaturizar todo o circuito, o controlador de carga da bateria de lítio do receptor seria externo (integrado no carregador)

- o Tx emitiria em intervalos regulares um sinal de "Ping" com um código pre-definido (com um bit de controlo) para fazer o ACK do alarme ativo. Em caso de atividade anormal no lado dos sensores do Tx emitiria um código de alarme. Talvez não fosse má ideia emitir um sinal de bateria fraca (a possibilidade de a bateria de maior capacidade falhar no lado do Tx é mais baixa, mas acho que mais vale prevenir essa situação visto que não adiciona muita complexidade ao projeto final).

- terei de estudar bastante sobre as antenas impressas em PCB. No caso da solução da silabs, a documentação é excelente e estou a aprender bastante só de ler as recomendação técnicas.
« Última modificação: 10 de Março de 2016, 05:12 por samc »

Offline KammutierSpule

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Re: Alarme portátil para surf
« Responder #6 em: 10 de Março de 2016, 08:59 »
Viva samc

- isolamento térmico do Tx, é muito provável que as temperaturas de algo deixado dentro de um saco (mesmo com algum isolamento térmico como é o caso dos sacos das pranchas) cheguem a valores bem altos num dia de sol e céu limpo. Neste caso, não sei como vou ter baterias de lítio que aguentem durante um tempo razoável.

Talvez nao seja assim tao critico, deve ser raros os casos que o plastico faca efeito de estufa e os sacos sao de pano ou que.. anyway... tens de simplificar :)


- como estou a pensar em usar um comunicação unidirecional para simplificar, vou ter de adicionar um qualquer sistema para poder ativar desativar o alarme (para já lembrei-me de um código numérico ou de um interruptor ativado por uma chave ou qualquer outro "segredo" - exemplo interruptor magnético -> são nestes pormenores que começam depois a existir desvantagens caso disponibilize o projeto num formato Open Source... Fica mais fácil encontrar as falhas de segurança da solução). Para ativar o alarme terei de usar uma histerese no código.

Podes criar um emparelhamento entre os radios, em que eh gerado um codigo aleatorio "on the fly", depois o TX usa sempre esse. Terias de ter uma opcao learning.


- o ambiente a que esta solução vai estar exposta é muito pouco "amigável". Não sei qual será a duração de um conector metálico (mais barato) após estar exposto constantemente à água salgada. Neste caso refiro-me ao conector  para carregamento da bateria do módulo de pulso (RX).

Teria de ser tudo estanque :/ .. e mesmo assim

- para miniaturizar todo o circuito, o controlador de carga da bateria de lítio do receptor seria externo (integrado no carregador)

Depende do tamanho que procures, mas o chip de carregamento eh baste pequeno.

- o Tx emitiria em intervalos regulares um sinal de "Ping" com um código pre-definido (com um bit de controlo) para fazer o ACK do alarme ativo. Em caso de atividade anormal no lado dos sensores do Tx emitiria um código de alarme. Talvez não fosse má ideia emitir um sinal de bateria fraca (a possibilidade de a bateria de maior capacidade falhar no lado do Tx é mais baixa, mas acho que mais vale prevenir essa situação visto que não adiciona muita complexidade ao projeto final).

Se estiveres a transmitir com grande regularidade vai ser um problema nos consumos :/
Tera de ser mensagens mt curtas.


- terei de estudar bastante sobre as antenas impressas em PCB. No caso da solução da silabs, a documentação é excelente e estou a aprender bastante só de ler as recomendação técnicas.

Para o caso de antenas subGhz, e como falaste em tamanho da solucao, pode-te ser um problema, porque quanto menor a frequencia maior e' a antena. Entao ao coloca-la no PCB vais ficar com imensas restricoes de espaco. Talvez podesses colocar um fio enrrolado. Com essa minuturizacao nao vais ter uma boa solucao de antena.. mas eh o que eh!

Bom brainstorming ai!

Offline samc

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Re: Alarme portátil para surf
« Responder #7 em: 10 de Março de 2016, 11:16 »
Obrigado pelas dicas nos vários pontos KammutierSpule  ;)

A minha reserva com respeito à temperatura das baterias tem a ver com o facto de achar que muito provavelmente a temperatura dentro do saco rondaria os 40º C
Citar
http://batteryuniversity.com/learn/article/how_to_prolong_lithium_based_batteries
A battery dwelling above 30°C (86°F) is considered elevated temperature. Table 3: Estimated recoverable capacity when storing Li-ion for one year at various temperatures.
65% @ 40ºC


Todos estão a referir o problema dos consumo, mas como não tenho nenhuma experiência em RF não estou a perceber bem se esse factor será critico (pelo menos na parte do transmissor).
Segundo a especificação de vários módulos a potência de transmissão é de 10 mW, imaginando que utilizaria a potência máxima de transmissão (numa situação real faz sentido ter um alcance de bem mais de 100 m). Talvez faça sentido emitir o sinal de "ping" a 1Hz ou 0.5Hz (talvez mais do que 1 segundo seja demasiado tempo para comunicar que houve atividade anormal no acelerómetro). Considerando que facilmente posso utilizar uma bateria de 2000 mAh (ou até superior visto que o espaço não é crítico) e que tenho um consumo do uC de ~12 mA, será que faz sentido preocupar-me com o problema da autonomia do módulo (penso que no máximo necessitaria de 4 horas de autonomia)?


Com respeito à antena se calhar então uma solução viável será aproveitar o "formato pulseira" do módulo para utilizar um "simples" fio como antena.


A ideia do emparelhemento/learning é muito interessante!


Com respeito à porta de carregamento da bateria do RX uma solução que me lembrei para interromper/iniciar a alimentação será utilizar uma solução mecânica similar ao que se usa nos jacks de 3.5 mm que fazem o corte do circuito quando se introduz o jack. Neste caso, poderia utilizar um microswitch dentro do módulo e aproveitar o facto do invólucro do módulo ser flexível -> exemplo ao encaixar o módulo numa "base de carregamento" o microswitch era pressionado e o circuito era fechado.

Offline senso

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Re: Alarme portátil para surf
« Responder #8 em: 11 de Março de 2016, 20:24 »
Atmega RFA ou TI ou Silabs ou um nRF, um acelerómetro da Freescale de 90 centimos, antena+Balun da Jonson, pcb de 20x20mm com uma bateria selada da Renata.
Diversão sem fim a optimizar código para minimo consumo.
Mas basicamente é init primeira vez, configurar acc para mandar um interrupt acorda o micro manda pacote mágico uma duzia de vezes e está feito.
Com bom trabalho consegues consumos na ordem da corrente de descarga da bateria, ou seja podes ter entre 5 a 10 anos de tempo de vida em condições ideais(ou seja, se nunca for accionado).
Um molde simples em silicone(colorido para o emissor), no receptor metes 1-3 leds ou um vibrador e usas silicone ou epoxy semi transparente.

Para desactivar podes usar um código de batidas, tendo um acc é relativamente simples, de fábrica tem um código simples e depois o user insere o código dá-lhe um abanão e introduz o novo 2 vezes, é uma questão de tempos basicamente já que o acc pode gerar interrupções por cada tap que leva, não precisas de andar a fazer dsp nem nada disso.

Falando de hardware nem é dificil, agora conseguir bom alcance metendo água pelo meio é que pode ser complicado.
« Última modificação: 11 de Março de 2016, 20:32 por senso »
Avr fanboy

Offline samc

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Alarme portátil para surf
« Responder #9 em: 12 de Março de 2016, 03:25 »
Boas sugestões senso, muito úteis!
Nas minhas pesquisas, li que esses módulos RF baratos são muito propensos a terem um mau funcionamento. Tipicamente, funcionam bem a alguns metros, mas quando a distancia aumenta o sinal fica demasiado ruidoso para se poder comunicar com eficiência.
Por isso, comecei a pensar na sugestão do sergio_sena sobre os chips da silabs. Terei de ver os custos finais...

No início também pensei em usar interrupts para ativar a emissão do sinal apenas quando houvesse atividade no acelerómetro, mas depois pensei que como o consumo do TX não é crítico e como nesta aplicação é um protótipo  muito propenso a falhas de comunicação e tenho sempre receio sobre o alcance do módulo, preciso ter algum feedback sobre a comunicação. Daí a ideia de "pingar" constantemente (até pode ser a  0,25 Hz).

Também ao pesquisar pelas formas de isolamento à prova de água, li que o silicone tem mais vantagens do que o epoxy (já não me lembro bem da explicação do porquê). Um isolamento à prova de água/humidade é sempre complexo e com o aumento da profundidade/pressão aumentam os desafios. Neste caso, não é para mergulho de profundidade, mas quando se faz um duck dive nalguma onda mais pesada, as forças envolvidas são maiores e não posso apenas imaginar que tenho de fazer algo waterproof até apenas 1m de profundidade por breves instantes.


A ideia dum código secreto (knock) é interessante, mas ainda tenho de pensar na implementação de algo assim que exija o manuseamento do modulo para ser desativado. É que se o alarme irá disparar "imediatamente" após alguma atividade no módulo, não conseguirei desativar o módulo sem fazer soar o alarme. Se um módulo transceiver for económico e pratico, se calhar vou optar por utilizá-lo que assim simplifica a ativação/desativação do alarme.

Quanto à utilização de um motor com vibração, para já não sei se será mais pratico utilizar um buzzer, em espaço físico não sei se será muito maior, consumo elétrico penso ser menor, e não sei como será perceptível uma pequena vibração com um fato de neoprene mais grosso e uma pulseira que fique menos justa ao corpo. (Nota: ao fazer estes comentários não quero que pensem que estou a desconsiderar as vossas sugestões, só estou apenas a "pensar alto" e a expressar as minhas ideias de forma a poderem ser apontadas caso não esteja a ter uma ideia bem clara das coisas e dos possíveis problemas envolvidos).
« Última modificação: 12 de Março de 2016, 03:40 por samc »

Offline samc

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Re: Alarme portátil para surf
« Responder #10 em: 12 de Março de 2016, 03:39 »
Fui pesquisar sobre os produtos que indicaste e bateria da Renata é mesmo o ideal. Com respeito aos nRF estou a pensar fugir dos GHz visto que preciso de um alcance maior. É comum poder estar afastado até cerca de 300 metros do emissor.

Offline senso

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Re: Alarme portátil para surf
« Responder #11 em: 12 de Março de 2016, 10:58 »
Para distâncias dessas, yup, tens de ir para sub Ghz garantidamente.
Não falei em buzzer porque acho improvável que tenhas algo á prova de água(ou seja selado), e que consigas ouvir um buzzer no meio do mar(se bem que perto de ti), devido ao barulho das ondas, vento, etc.
Avr fanboy

Offline samc

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Alarme portátil para surf
« Responder #12 em: 13 de Março de 2016, 01:33 »
Era isso mesmo que eu procurava ao discutir aqui as diferentes ideias. Faz sentido o som ficar mais abafado, embora tipicamente dentro de água o ambiente até é muito silencioso (a maior parte do tempo a pessoa está no outside - atrás da linha de rebentação). A minha opção inicial pelo buzzer é porque eu consigo ouvir o alarme do meu relógio de pulso quando estou na água. Embora tenha de ter em conta que o corpo do relógio é muito rígido e no caso de um encapsulamento em silicone, não vou poder contar tanto com a ressonância natural. Obrigado pela dica senso!

Offline dropes

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Re: Alarme portátil para surf
« Responder #13 em: 13 de Março de 2016, 15:43 »
A solução do motor vibratório não é má, o espaço ocupado é menor que um buzzer, a não ser que sejam daqueles piezos colados à tampa, nada como experimentar. Se bem que ter um motor vibratório no pulso pode ser bastante desconfortável por não saber se está a vibrar ou não e fica-se na dúvida.
Um som agudo também deve ter boa solução.
O consumo seria o menor dos problemas, já que não te safas usar um recetor sem levar uma litium, o consumo maior seria apenas em caso de alarme.

Offline samc

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Re: Alarme portátil para surf
« Responder #14 em: 14 de Março de 2016, 08:30 »
Obrigado dropes.
Ontem estive a ver melhor sobre os chips da silabs que o Sérgio_sena mencionou e eram mesmo a solução ideal, o problema é que só existem num package (QFN)
Seria excelente para uma solução comercial onde seria necessário miniaturizar ao máximo o módulo, mas no meu caso não vou ter hipóteses de trabalhar com isso. Não tenho equipamento nem técnica suficiente para soldar SMD com esse package.
Vou ter de procurar outro chip como alternativa...