Čelenka do režimu spánku: 24 kroků (s obrázky)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

Přemýšleli jste někdy nad tím, jak v noci spíte? Zařízení jako FitBit sledují spánek tím, že analyzují váš pohyb po celou noc, ale nedokážou se podívat na to, co dělá váš mozek.

Po semestru učení o lékařských přístrojích byla naše třída postavena před úkol vytvořit nositelné zařízení pro měření nějaké biologické proměnné. Můj partner a já jsme se rozhodli vyvinout čelenku, která dokáže sledovat, co váš mozek dělá, když spíte. Čelenka čte signály mozkových vln a sleduje spánkové vzorce. Identifikuje, jak mozkové vlny uživatele postupují během noci fázemi alfa, beta, gama a delta. Data lze poté exportovat a analyzovat v aplikaci Excel.

Zmínili jsme také jeho styl?

Krok 1: Materiály a nástroje

K sestavení čelenky pro čtení ze spánku budete potřebovat následující materiály:

1. Čelenka (pro tento projekt byla použita čelenka HOTER Sportline)
2. Mikrokontrolér Adafruit Flora
3. Modul Flora Wearable Bluefruit LE
4. Flora RGB Neo Pixel LED
5. Zaskočí
6. Vodivé vlákno
7. Dráty
8. Vlákno
9. Balíček baterií
10. Bitalino EEG s kabelem UC-E6 a 3vodičovým elektrodovým kabelem
11. Tkanina
12. Elastický popruh

Při konstrukci čelenky vám pomohou následující nástroje:

1. Šicí čep
2. Nůžky
3. Odstraňovače drátů
4. Páječka a výplňový kov

Krok 2: Příprava

Než si postavíte čelenku ke čtečce spánku, věnujte trochu času seznámení s mozkovými vlnami a některými základními obvody. V mozku speciální buňky známé jako neurony organizují různé činnosti v těle. Tyto neurony provozují show vysíláním malých elektrických signálů, které mají podobu vln. O mozku je známo, že produkuje čtyři různé typy vln - alfa, beta, theta a delta. Tyto vlny jsou rozlišitelné podle specifických rozsahů frekvencí a každý rozsah odpovídá určitým úrovním mentální aktivity. Vaše čelenka bude používat zařízení zvané elektroencefalogram nebo EEG k identifikaci těchto vln, když je váš mozek produkuje během spánku.

Abyste si mohli vytvořit čtečku spánku, budete muset k čelence připojit několik zařízení. Hlavními zařízeními jsou mikroprocesor, což je malý počítač; modul Bluetooth, což je čip, který umožňuje čelence komunikovat s vaším počítačem; NeoPixel, což je světlo měnící barvu; EEG; a baterie.

Kompletní systém je vytvořen propojením každého zařízení na konkrétních místech pomocí vodivého závitu. Pokud jste s používáním těchto vláken neměli žádné zkušenosti, je zde k dispozici návod. Vlákna jsou svázána do patentek, které vám umožní snadno připojit a vyjmout mikroprocesor Flora a modul bluetooth. Jeden konec západky půjde do látky a druhý do elektrického zařízení. Zde je k dispozici návod k implementaci těchto snímků.

Jakmile je systém sestaven, musí mu být poskytnut kód. Tento projekt konkrétně používá kód Arduino. Pokud se chcete seznámit s kódem Arduino, https://www.arduino.cc je plné užitečných návodů. Abyste mohli implementovat kód použitý pro tento projekt, budete si muset stáhnout aplikaci Arduino na https://www.arduino.cc/en/Main/Software. To bude nutné doplnit o desku Flora, která je k dispozici zde. Budete také muset stáhnout hrst dalších knihoven, abyste rozšířili možnosti svého mikroprocesoru; to lze provést pomocí www.github.com. Potřebné knihovny jsou:

• Rychlá Fourierova transformace (FFT)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Adafruit NeoPixel

Nakonec byste si měli do svého chytrého telefonu stáhnout aplikaci Adafruit Bluefruit LE Connect pro použití s čelenkou.

Krok 3: Bezpečnost

Lidské tělo snese pouze omezenou expozici elektřině, proto je při používání elektronických zařízení nutná náležitá péče. Hlavním principem elektrické bezpečnosti je vyhnout se tomu, aby se vaše tělo stalo dráhou pro protékání elektrického proudu v napájeném obvodu. Některé obecné postupy, jak se tomu vyhnout, jsou:

• Dotkněte se vodičů a jiných kovových obvodů pouze při vypnutém napájení
• Používejte nástroje s izolovanými držadly
• Při stavbě okruhu se snažte držet vodu mimo pracovní oblast
• Pokuste se co nejvíce pracovat jednou rukou místo dvěma, abyste snížili riziko elektrického proudu protékajícího vaším srdcem

Další starostí, kterou je třeba si uvědomit při budování obvodu, je, že elektrický proud může zapálit hořlavé materiály, takže musíte zajistit, aby byly v obvodu zcela zapojeny vodiče. Jinak byste si mohli zapálit vlasy nebo čelenku.

Varování: Tato čelenka není certifikovaným zdravotnickým zařízením a neměla by se používat k diagnostice neurologických stavů.

Krok 4: Rady a tipy

Zde je několik tipů, které je třeba mít na paměti při stavbě čelenky ke čtečce spánku:

• Poté, co je svázáte, zajistěte, aby se konce vodivého vlákna navzájem nedotýkaly

• Pokud není port v Arduinu po připojení mikrořadiče k Arduinu nedostupný, odešlete svůj kód následujícím způsobem:

  1. Když je mikrokontrolér připojen, nahrajte kód a podržte tlačítko reset na mikrokontroléru
  2. Když se stavový řádek přepne z kompilace na nahrávání, pusťte tlačítko reset
  3. Kód by se měl nahrát a port by měl být nyní rozpoznán
• Při pájení na patentky dávejte pozor, abyste se vyhnuli pájení dvou pinů k sobě, abyste nezkratovali váš obvod. Multimetr lze použít k testování, zda bylo mezi piny vytvořeno spojení
• Při nasazování čelenky dbejte na to, aby západky zůstaly spojené
• Ujistěte se, že je modul bluetooth v datovém režimu a ne v příkazovém režimu
• Jakmile bude čelenka zkonstruována, budete chtít zajistit, aby fungovala efektivně! Abyste dosáhli dobrého signálu, ujistěte se, že máte čistý kontakt mezi elektrodami a čelem, setřením prachu, uvolněných nití, vlasů nebo jiných interferencí.

Krok 5: Začněte budovat svůj obvod

Nyní, když jste byli vybaveni znalostmi a bezpečnostními postupy, jste připraveni postavit si hodinovou čelenku. Přečtěte si pozorně následující pokyny a všimněte si komentářů k obrázkům s dalšími pokyny.

Krok 6: Schéma zapojení

Výše uvedené schéma zapojení ukazuje zapojení v dokončeném obvodu. Toto schéma zapojení použijte jako referenci, abyste se ujistili, že váš obvod byl správně zapojen.

Krok 7: Pájka se přichytí k mikroprocesoru Flora

Pokud jste si v kroku „Příprava“nevyzkoušeli odkaz na návod, jak používat přichycení, podívejte se na něj hned teď. V tomto okamžiku připojíte západky k mikroprocesoru a modulu bluetooth. Nechcete tuto část pokazit, protože špinavá pájka může zničit váš obvod.

Mikroprocesor bude vyžadovat zaklapnutí na následujících pinech:

• Všechny 3 zemní (GND) piny
• Oba napájecí kolíky 3,3 V.
• SCL #3
• RX #0
• TX #1
• Digitální pin #9

Krok 8: Pájka se přichytí k modulu Bluetooth

A modul bluetooth bude vyžadovat přichycení na těchto pinech:

• Napájení 3,3V
• TX
• RX
• GND

Krok 9: Přišijte patentky do látky pro mikroprocesor Flora

Nyní můžete druhý konec patentek přišít na látku. Ujistěte se, že používáte modul bluetooth a mikroprocesor s jejich připojenými západkami k řádnému zarovnání těchto západek!

Krok 10: Přišijte patentky do látky pro modul Bluetooth

Nyní našijte patentky pro Bluetooth.

Krok 11: Připojte modul Bluetooth k mikroprocesoru Flora

Poté připojte modul Bluetooth k mikroprocesoru Flora sešitím vodivého vlákna mezi příslušné západky pro každé zařízení. Jsou vyžadována následující připojení pinů:

1. Bluetooth 3.3V na mikroprocesor 3.3V
2. Bluetooth TX do mikroprocesoru RX #0
3. Bluetooth RX na mikroprocesor TX #1
4. Bluetooth GND na mikroprocesor GND

Krok 12: Připojte Neo Pixel k mikroprocesoru Flora

Připojte Neo Pixel k mikroprocesoru následujícím způsobem:

1. Digitální pin NeoPixel LED do mikroprocesoru č. 9
2. Uzemnění NeoPixel na mikroprocesor
3. Napájení NeoPixel na výkon mikroprocesoru

Krok 13: Připojte bateriový modul k mikroprocesoru Flora

Tato část je svým způsobem důležitá; možná budete potřebovat zdroj energie, aby vše fungovalo!

Krok 14: Sestavte kabel EEG

Tento kabel je konstruován pomocí čipu EEG, třívodičového elektrodového kabelu a kabelu UC-E6. Čip EEG musí být správně zarovnán tak, aby konec, který čte „EEG“, byl připojen ke kabelu elektrody, jak je znázorněno na obrázku výše.

Krok 15: Připojte EEG k mikroprocesoru Flora

Připojte kabel EEG k mikroprocesoru Flora. Výše uvedený obrázek je označen pokyny, které ukazují správné body pro připojení vodičů. Budou provedena následující připojení:

1. Červený vodič k napájení
2. Černý vodič k zemi
3. Fialový vodič k SCL #3

Krok 16: Stehové elektrody do čelenky

Zašijte elektrody do vnitřku čelenky. Ujistěte se, že jsou elektrody umístěny ve správných polohách. Při pohledu na vnitřní stranu čelenky by měla být červená elektroda umístěna vlevo, bílá elektroda by měla být uprostřed a černá elektroda by měla být vpravo.

Krok 17: Stehová tkanina a popruh na čelenku

Nyní jste dokončili čelenku! Woohoo!

Krok 18: Nahrajte kód

Nyní můžete tento kód nahrát na čelenku, aby měl schopnost číst myšlenky!

Krok 19: Připojte čelenku k telefonu

Otevřete aplikaci Adafruit Bluefruit LE Connect a připojte k sobě telefon Adafruit Bluefruit LE.

Krok 20: Nasaďte si čelenku a sbírejte data

Nyní si můžete nasadit čelenku a vyzkoušet si to! V aplikaci Adafruit Bluefruit LE Connect můžete vybrat „UART“a zobrazit data, která přicházejí.

Krok 21: Export dat z telefonu do počítače

Jakmile jsou vaše data shromážděna, můžete je exportovat ve více formátech souborů. Doporučujeme jej exportovat jako soubor.txt pro analýzu v aplikaci Excel.

Krok 22: Analýza dat

Zde je příklad typu grafu, který lze použít k vizualizaci a interpretaci dat z vaší čelenky. Máme rozsahy delta, theta, alfa a beta všechny označené, abychom ukázali, do kterého rozsahu každý bod spadá.

Krok 23: Další nápady

Poté, co dokončíte čelenku ke čtečce spánku, můžete prozkoumat některé úpravy designu. Zkuste zkusit upravit kód tak, aby automaticky shromažďoval data a generoval zprávu, která vyhodnotí vzorce spánku uživatele. Nebo můžete připojit hodiny v reálném čase a sledovat přesný noční čas, kdy uživatel usíná, postupuje hlubokým spánkem a REM spánkem a probouzí se. Možná vás zajímá nahrávání spánku, v takovém případě můžete zahrnout zvukový záznamník, který se aktivuje, když uživatel přejde do režimu spánku REM. Možnosti jsou nekonečné!

Krok 24: Rozpoznání

Fourierova transformační část kódu pro tento projekt použila kód zveřejněný na této stránce na Norwegian Creations. Část kódu NeoPixel také odkazovala na příklady poskytnuté společností Adafruit.