Sestra: 7 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

„Nurse Box“je osobní vitální skener, který by jednotlivec mohl používat v domácím prostředí k pravidelné kontrole své teploty a tepové frekvence s malým až žádným úsilím. Sestra box zaznamenává a ukládá vaše údaje o teplotě a tepové frekvenci a dokonce jde ještě o krok dále, aby vám zaslala upozornění, když vitální organismy překročily bezpečnostní úrovně. Toto zařízení v ideální verzi vám pomůže uchovat důležitá zdravotní data pro analýzu a dá vám vědět, když je něco špatně. „Nurse Box“v žádném případě nenahrazuje lékaře nebo záchranáře, ale spíše automatizovanou sestru, která vás kontroluje tak často, jak chcete, a sděluje vám, kdykoli jsou některá důležitá data mimo grafy.

Krok 1: Původní plány a jejich vývoj:

Původním plánem bylo navrhnout Nurse Box, jak je popsáno výše, s plně funkčním obvodem pro snímání teploty a snímání tepové frekvence. Zpočátku jsem chtěl začlenit aplikaci pro Android, která vizualizuje tato data odeslaná ze sesterské schránky.

Abych poskytl určitý kontext, kromě „vytváření“minimálních obvodů, jak je požadováno v laboratorních hodinách na střední škole, jsem do tohoto semestru nikdy nevytvořil žádné obvody. Byl jsem spíše programátor a cítil jsem se pohodlně při řešení složitého kódu než jednoduchých obvodů. Když jsem se zaregistroval na 297DP u profesora Charlese Mallocha, věděl jsem, že to bude mimo moji komfortní zónu, kde jsem měl velkou šanci na selhání. Snažil jsem se udržet svůj cílový projekt přiměřeně tvrdý, protože jsem věděl, že kdybych mířil na něco těžšího jen proto, že moji vrstevníci pracovali na sofistikovanějších projektech, skončil bych krátký a zklamaný. Původní plán tedy nebyl na papíře nic důmyslného, ale pro mě osobně stál na vrcholu strmé křivky učení. Vyzkoušel jsem mnoho mini obvodů a snažil jsem se pochopit ovládání, které na obvodu mělo arduino, a jak jsem s ním mohl manipulovat pomocí kódu. Hodně jsem si přečetl o Arduinu a prošel celou stavebnici vynálezce SparkFun. Byl to proces, ale fantastický způsob, jak skutečně porozumět obvodům a kódu. Po několika týdnech průzkumu soupravy vynálezce jsem se vydal na svou misi. Pracoval jsem na teplotním okruhu, jehož pochopení a kódování trvalo několik týdnů. Přestože přímé implementace existovaly online, chtěl jsem porozumět a udělat každý řádek kódu sám. Obvod tepové frekvence byl náročnější, protože pojednával o různých typech kondenzátorů a IC-LM324. To zkomplikovalo můj obvod a musel jsem omezit své plány na začlenění modulu bluetooth a aplikace pro Android k vizualizaci dat. Je to proveditelné a už jsem hodně četl a naučil se, co jsem potřeboval k implementaci, ale čas byl omezený.

Krok 2: Proveden výzkum:

Výzkum byl jedním z nejvíce integrálních a časově náročných aspektů tohoto projektu a tohoto kurzu. Strávil jsem tolik hodin, kolik jsem mohl ušetřit, abych porozuměl jinak abstrahovaným konceptům arduina a obvodů. Pohled na schéma zapojení a umístění komponent není nejtěžší- přichází se schématem zapojení nebo pochopením toho, proč se na Googlu objevilo schéma tak, jak se zobrazilo. Klíčové při formování mých cílů a vize pro tento projekt bylo přečíst si o vitálech a porozumět tomu, co data znamenala a jak je nejlépe prezentovat uživateli sesterského boxu. Nenašel jsem vědecké články tak užitečné jako zjednodušené texty a videa z youtube, které narušovaly tok v okruhu. Většinou si po přečtení vzpomenu, jak jsem zíral na svůj obvod a uvědomil si, že „funguje, ale ne tak, jak si myslím, že funguje“. Znalost teorie ve třídě se velmi lišila od čtení teorie hledáním způsobu, jak ji implementovat na projektu. Všechno, co na schématu v učebnici vypadalo stejně bezvýznamné jako odpor, se stalo významným. Pojmy, které jsem se naučil, byly neocenitelné. Dokonce jsem se dostal do králičí nory bezdrátové komunikace a bezpečnostního šifrování výměny klíčů Diffie-helman, abych implementoval zabezpečený způsob odesílání dat ze systému do telefonu. Upřímně řečeno, nejzajímavější částí celého projektu bylo pět hodin, které jsem strávil porozuměním kryptografii, Ceasarově šifře, algoritmu RSA a algoritmu Diffie-Helman. Nemohl jsem však projekt dostat na úroveň, kde bych mohl implementovat některou z těchto úžasných nových věcí, které jsem se během projektu naučil.

Krok 3: Došlo k obtížím:

Výzvy přicházely ve dvou částech: osobní a vývojové. Související osobní problémy podcenily časovou náročnost vyžadovanou pro ostatní třídy, které žraly čas, který jsem zamýšlel dodržet pro tento projekt. Lepší schopnosti řízení času a čistší pohled na celkový obraz by mi pomohly dokončit celý projekt včas, a ne jeho zmenšenou verzi.

Vývojové výzvy byly četné. Porozumění pojmům si vyžádalo čas a spoustu čtení. Implementace byla ještě těžší, protože zakřivené koule, jako je popraskané prkénko a díly, které musely být nahrazeny základními částmi, dělaly průzkum těžší, ale zábavnější. Uvedení kódu do provozu bylo v pořádku, ale zajistit, aby fungovalo to, co jsem si myslel, zahrnovalo hodně šťourat se v multimetrech a nejtěžší na tom bylo, že jsem nevěděl, co hledám. Ke konci se vývojové výzvy staly významnějšími, když jsem se pokusil implementovat bluetooth modul a ten zahrnoval předělání celého obvodu. Dalším problémem je přesnost, kterou nabízí Nurse Box. Hodnoty teploty jsou vypnuté a je třeba s nimi počítat. Pokud bychom měli získat teplotu z uzavřené části těla, budeme muset obvod strukturovat pomocí vrstev použití a vrhání pro senzor tak, aby byl hygienický a přesný.

Krok 4: Potřebná změna v M5:

Makerspace M5 byl ideálním prostorem pro vývoj tohoto projektu. Když jsem se dostal do prvního týdne poté, co jsem si vybral projekt, na kterém jsem chtěl pracovat, nebylo mnoho, co jsem očekával, že se naučím mimo specializované téma životních funkcí a obvodů, které s ním souvisejí. Makerspace mi však umožnil diskutovat se svými vrstevníky o jejich projektech, stejně jako jsem o svých přemýšlel a věřím, že jsem se v tomto procesu naučil mnohem více, než bych měl. Projekt Ayana Sengupty ohledně párování vzorů mě tolik naučil o strojovém učení, výcviku robotů a používání vlastních vektorů (konečně!). Projekt Stephena Lendla týkající se zobrazení počasí na zrcadle mě seznámil s Raspberry Pi a pomohl mi uvědomit si sílu API a Pythonu pro získání aktualizací systému v reálném čase. S Benem Buttonem jsme se posadili, abychom zjistili tranzistory a jak by to šlo použít k otáčení rotoru sekvenčním tokem proudu. Z toho tvůrčího prostoru jsem vytěžil víc než to, co jsem vložil, a bylo to hlavně kvůli kultuře, kterou místo zastávalo, kde jsme se mohli od kohokoli něco naučit. Osobně bych v tomto prostoru nic nezjednodušil, ale určitě bych si přál vytěžit z hojnosti znalostí v této místnosti tím, že je přimím, aby se vyjádřili a navrhli nápady ohledně mého projektu.

Krok 5: Úspěchy:

Úspěchy týkající se Nurse Boxu byly pokorné. Obvod teplotního a pulzního senzoru od nuly je upřímně vše, co mohu ukázat na demo jako úspěch, který nic moc neříká. Tento proces mě však naučil více než jakýkoli text, který jsem přečetl za poslední dva měsíce. Hodně jsem se naučil o lidských životních schopnostech, biologii za nimi a fyzice při jejím měření. Obvody jsem vyvinul od nuly a porovnal je se stávajícími modely a během procesu jsem se dozvěděl o úskalích, která při vytváření obvodů narážím. Konečně jsem pochopil spojení a používání arduina a jak lépe číst datové listy pro IC zapojené do projektu. Jak již bylo zmíněno, pro tuto třídu jsem se naučil téměř vše, co vím o kryptografii od nuly, a myslím, že právě teď mám základní znalosti k vývoji hrubého bezpečnostního systému v Pythonu. Dokonce jsem se cítil tak motivovaný, že jsem začal psát algoritmus pro kryptografii Diffie-Hellman. Kromě toho jsem se během svého kurzu dozvěděl spoustu informací o strojovém učení, párování vzorů, malinových Pi a tranzistorech od svých vrstevníků. Také jsem studoval aplikaci Android pro Android Studio a vím, že v létě mohu pokračovat tam, kde jsem skončil vizualizovat shromážděná data.

Krok 6: Jak si vytvořit vlastní sesterský box

Pochopení cíle je nejvyšší prioritou. Měl jsem obrovskou nesprávnou interpretaci konceptu pulsu a tlaku, což mě vrátilo o dva týdny zpět. Jakmile koncepty klesnou, doporučil bych začít na velmi rudimentárních obvodech, pokud nejste obeznámeni s obvody jako já. Než se vrhnete do vytváření komplikovaného obvodu, je důležité se seznámit s fungováním částí a zařízení a obecným tokem systému. Jakmile to bude hotové, bude důležité rozdělit projekt na etapy a projít je. Rozbil jsem projekt na teplotní senzor, snímač tepové frekvence, modul bluetooth, aplikaci pro Android. etapy. Velmi rychle jsem si uvědomil, čeho bych mohl doufat, že v omezeném čase, kterého jsem měl, dosáhnout a čeho ne. To pomáhá pracovat velmi realisticky a celý projekt nepůsobí skličujícím dojmem. Slepé dodržování kroků na webu by vedlo ke spoustě problémů a extrémně omezené funkčnosti. Chtěli byste pochopit, jak se váš obvod chová, abyste jej mohli upravit tak, jak si představujete. Pokud jde o části projektu, které jsou rozpracovány- modul bluetooth a aplikace pro Android, chystám se na to tím, že pracuji na nastavení a příjmu modulu bluetooth samostatně a poté jej integruji do obvodu s nezbytnými vylepšeními.

Kód Arduino zahrnuje sekvenční tok aktivace, přijímání a manipulace s daty ve smyčce. Jakmile to pochopíte, stačí vyhledat aktivaci portu nebo příjem dat. Existuje jednoznačné logické členění a ladění kódu a analýza obvodu pomocí multimetrů je skvělý způsob, jak toho dosáhnout.

Krok 7: Další kroky:

Nurse Box má z uživatelského hlediska významnou roli. V současné podobě však omezujeme přenos dat Nurse Box na bezdrátový přenos na blízko pomocí bluetooth. Pokud dokážeme upgradovat arduino na Raspberry Pi, se kterým bych měl zpětně začít, můžeme snadno použít Wifi pro dlouhodobý přenos dat, v důsledku čehož by mohl být osobní lékař uživatele nebo řekněme blízký příbuzný drženi ve smyčce s ohledem na vitály. Lze přidat více životních funkcí, jako je tlak, a díky tomu bude Nurse Box o to silnější. Začlenění komponenty použití a přehození přes teplotní senzor bez kompromisů v přesnosti bude důležité, pokud bychom měli měřit teplotu z uzavřených částí těla. Jemné doladění účinnosti a přesnosti a optimalizace toku dat a zabezpečení přenosu dat budou konečnými kroky, než bude možné Nurse Box uživateli představit. Ve společnosti existuje určitá potřeba a prostor pro koncept osobního vitálního skeneru, který nabízí tolik, co dělá Nurse Box. Čeká nás spousta výzev, ale věřím, že to stojí za vyzkoušení.