ELEC-D0301 Protopaja

2018 Ryhmä 16
Alvar de Wit
Harri Aaltonen
Tuukka Uimonen
Yami Verducci

Topper/Hylje – Paikanninlaite

Tiivistelmä

Ryhmän 16 projektina oli toteuttaa turvallisuutta edistävä ratkaisu Suomalaisen Topper- vaatevalmistajan Hylje-tuoteperheeseen. Hylje-tuoteperhe koostuu pääosin erilaisista haalareista. Käyttäjäryhmäanalyysissa selvisi, että vuosittain joitain turisteja eksyy omatoimisilla moottorikelkkasafareilla. Ongelmana eksymisten kohdalla on ollut se, että eksynyt turisti ei ole kyennyt antamaan selvitystä omasta olinpaikastaan, edes summittaisesti. Lisähaasteen pohjoisen olosuhteisiin antaa kylmä ja märkä ympäristö, joka vaikuttaa elektroniikan toimintaan, etenkin akun osalta.

Konseptin toiminnallinen idea pääpiirteittäin oli, että eksyttyään käyttäjä kiinnittää hihassaan olevaan laitteeseen kuulokemikrofonin, jotka löytyvät laiteen kotelosta ja painaa hälytyspainiketta. Hälytyspainike aktivoi gps-paikannuksen ja hakee sijainnin. Sijainnin saatuaan laite lähettää gps-paikkatiedon sekä soittaa vastuuhenkilöille. Näin käyttäjälle annettava laite ja siihen liittyvä koulutus on mahdollisimman yksinkertainen, mikä on tärkeää turvallisuutta edistävässä laitteessa, etenkin jos on kielimuurin mahdollisuus.

Kotelo on kiinnitettynä haalarin hihaan velcrolla ja neppareilla, jolloin laitteen ja haalarin huolto eivät vaadi suuria ponnisteluja (vrt. haalarin sisään ommeltu laite). Koteloa voidaan pitää haalarin toimintaympäristössä ihonmyötäisenä, jolloin se ei häiritse päivittäistä toimintaa.

Tekninen toteutus

Tarvittavat komponentit:

• Adafruit Flora, mikrokontrolleri
• Adafruit FONA 808, GSM/GPS-moduuli
• GPS- ja GSM-antennit
• 1S LiPo -akku

Adafruit Fona 808 vaatii toimiakseen 3,7 voltin akun. Tässä projektissa käytettiin 750 mAH LiPo-akkua. Piirilevyä testatessa tuli yrityksen ja erehdyksen kautta huomattua, että piirilevyn virtapinnit ovat toisin päin kuin akkujen liittimissä yleensä. Akusta tulevat johdot oli kuitenkin mahdollista irrottaa liittimestä ja kytkeä siihen toisin päin. Fona 808 sisältää akun latauspiirin ja antaa myös virran Floralle. Ryhmän suunnittelemassa piirilevyssä sekä mikrokontrolleri, GSM-piirilevy sekä GPS-piiri toimivat 3.7 voltin akulla ilman muuta virtalähdettä. Piirilevyssä on jännitteennostin joka nostaa akun jännitteen viiteen volttiin mikrokontrollerille, sekä regulaattorit jotka laskevat jännitteen GSM-piirille sopivaksi. Piirilevyn lopullinen toteutus jäi kuitenkin matalana prioriteettina vaiheeseen. Fona ja Flora kytketään toisiinsa seuraavasti:

Flora 3.3V – Fona Vio
Flora D6 – Fona RST
Flora GND – Fona Key
Flora RX – Fona TX
Flora TX – Fona RX
Flora JST-liitin – Fona GND ja BAT

Akku liitetään Fonan JST porttin niin, että akun miinusnapa kulkee 700mA kestävän katkaisimen läpi. Näin katkaisin hallitsee koko laitteen käynnistymistä.

Ohjelmiston puolesta laitteesta toteutettiin alkuperäisen idean lisäksi versio, jossa laite päivittää palvelimelle käyttäjän sijaintia jatkuvasti tietyin väliajoin. Sijainti lähetetään GPRS-yhteyden avulla PHP-pohjaiselle palvelimelle HTTP:n GET-parametrien kautta. Palvelin tallentaa datan XML-tiedostoon, ja käyttäjä näkee sijaintitiedot erillisellä sivulla Google Maps -pohjalla. Alkuperäinen versio välittää sijainnin tekstiviestitse Google Maps -pohjaisen koordinaattilinkin sisältäen. Useimmilla puhelimilla tämän linkki avaa suoraan karttasovelluksen. Laitteelle ”rekisteröidytään” puhelinnumerolistalle lähettämällä laitteen numeroon tekstiviesti ”A”, ja listalta poistutaan viestillä ”B”. Laitteelle saapuneet viestit tallentuvat automaattisesti SIM-kortille, jossa on tilaa 10 viestille. Koodi käy perustoiminnallisuudet alustettuaan läpi saapuneet viestit, lisää numerolistaan A-viestilliset numerot ja poistaa muut viestit, kuin myös B-viestilliset numerot numerolistalta. Numeroiden hakemisen jälkeen laite lukee akun jännitteen ja lähettää numeroihin viestin akun tilanteesta, mikäli varausta on jäljellä alle 20%. Puhelut soitetaan kaikkiin rekisteröityihin numeroihin, sillä FONA ei pysty tulkitsemaan onnistuiko puhelu vai ei. Viesteillä voisi toki myös erikseen määrittää, mihin numeroihin puhelut tehtäisiin.

Arduino-koodissa käytetään FONA 808:lle tehtyä Adafruit_FONA-kirjastoa, jossa on valmiit funktiot useimpiin tarvittaviin toimintoihin, ja lisäksi funktiot AT-komentojen lähettämiseen ja niiden vastauksien käsittelyyn.

Kotelossa tavoiteltiin iskunkestoa ja suojaa sääolosuhteilta, kuitenkin helpon akun lataamisen sallien. Kotelon tuli kuitenkin olla profiililtaan matala, ettei se tule tielle olkavarteen kiinnitettynä. Päädyimme 3D-tulostamaan testikomponenttien kokoon juuri sopivan, toleransseiltaan kiinni napsahtavan saippuakotelomaisen kotelon.

Yhteenveto

Kurssin aikana kaikki ryhmän jäsenet pääsivät oppimaan uusia taitoja niin ohjelmoinnin, kolvauksen, piirisuunnittelun, 3D-tulostuksen kuin dokumentaation lukemisenkin parissa. Projektin tavoitteisiin päästiin ja laite toimii.
Vaikka tavoite tuntui aluksi selkeältä, sen parissa työskennellessä tuli vastaan paljon yksityiskohtia ja toiminnan periaatteisiin liittyviä kysymyksiä, joita piti pohtia useaan otteeseen eri ryhmäläisten kanssa ennen kuin saatiin aikaiseksi yhteinen näkemys mitä monista vaihtoehdoista lopulta aletaan toteuttamaan.
Projektin toteuttamisessa oli mielenkiintoista päästä rakentamaan sovellusta niinkin yleisten järjestelmien kuin GSM-verkko ja GPS-paikannus ympärille. Hieman yllättäen näitä järjestelmiä käyttävillä moduuleilla perusominaisuudet on melko yksinkertaista toteuttaa.

Liitteenä kurssin raportti (P16-topper-loppuraportti) ja lähdekoodit.