Monitor Dress - Připojte srdeční signály k IoT: 18 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Monitor Dress je experiment při zkoumání různých způsobů digitalizace srdeční činnosti nositele a zpracování dat.

Tři elektrody uvnitř šatů měří elektrické signály procházející tělem nositele. Tyto analogové impulsy, které vycházejí ze svalové aktivity srdce, jsou převedeny na digitální signály. Mikrokontrolér pak rozsvítí kruh diod v přední části šatů a při každém úderu srdce bliká purpurově. Mikrokontrolér také odesílá data přes bezdrátovou síť pro další použití. Data odeslaná přes bezdrátovou síť jsou shromažďována počítačem, který data monitoruje, aby je oživil. Elektrické signály srdce jsou nyní viditelné na displeji i samotných šatech.

Monitor Dress vytváří bezproblémové rozhraní mezi lidským tělem, oděvem a elektronickými součástmi - digitalizuje a zaznamenává naše přechodné biosignály.

Krok 1: Přehled návrhu a obvodu

Horní část šatů je vyrobena z černých a čirých akrylových kousků - řezaných laserovou řezačkou. Pod průhledný akrylový kruh uprostřed je nalepen prsten NeoPixel. Dráty vedou za horním dílem k látkovému proužku, který je připevněn k hornímu dílu v zadní části šatů. Látkový proužek se připojuje k malé kapse, která drží mikrokontrolér, monitor srdečního tepu a baterii. Do podšívky šatů jsou všité tři e-textilní elektrody. Vodiče spojující elektrody a mikrokontrolér vedou mezi dvěma vrstvami látky.

Krok 2: Spotřební materiál:

Materiály:

• Tkanina
• Zip
• Dráty
• Smršťování teplem
• 1/8 "černý akryl
• Difúzní akryl 1/8"
• NeoPixel Ring (24 LED) (Adafruit)
• Foton (částice)
• Monitor srdečního tepu (Sparkfun)
• Biomediální senzorové podložky (Sparkfun)
• Kabel senzoru (Sparkfun)
• Vodivá tkanina (Sparkfun nebo Adafruit)
• 5 západek na knoflíky
• Perma-Proto Board (Adafruit)
• Propojovací vodiče pro ženy a muže
• Smršťování teplem
• 5V napájecí banka (Amazon)

Nástroje:

• Nůžky
• Jehla
• Vlákno
• Pinzeta
• Páječka
• Pájka
• Horké lepidlo
• Horkovzdušná pistole
• Šicí stroj
• Laserová řezačka
• Kladivo
• Papír
• Pravítko
• Tužka

Krok 3: Foton - vývojová sada Wi -Fi

Photon je výkonná vývojová sada Wi-Fi, která propojí váš projekt s internetem věcí (IoT). Deska je docela malá, což je skvělé pro nositelné projekty IoT.

Particle, výrobce fotonu, připravil skvělý datový list fotonu a také velmi podrobnou příručku Začínáme se všemi informacemi, které potřebujete vědět, abyste mohli začít.

Stačí si stáhnout aplikaci Particle do svého smartphonu a podle pokynů připojit svůj Photon k vaší Wi-Fi síti. Můžete si také stáhnout aplikaci Particle Dev pro svůj počítač nebo začít programovat pomocí prohlížeče. V kroku 15 se vrátíme k fotonu.

Krok 4: Monitor srdečního tepu

Na obrázku můžete vidět desku monitoru srdečního tepu a také kabel senzoru se 3 konektory elektrodové podložky a 3 odpovídajícími biomedicínskými senzorovými podložkami. Protože si budeme vyrábět vlastní vodivé látkové elektrody pro naše šaty, není nutné používat kabely a podložky senzoru. Jsou však skvělé pro prototypování a testování.

Než začnete, také doporučuji přečíst si příručku Sparkfun's Heart Rate Monitor. Obsahuje mnoho podrobností o tom, jak funguje monitor srdečního tepu a jak je třeba uspořádat elektrody.

Krok 5: Laserový řez horního dílu

Nejprve jsem pomocí Illustratoru navrhl 2D horní díl, který jsem vystřihl laserovým řezačem z černého akrylového listu o průměru 1/8 ". Protože se kruh uprostřed návrhu rozsvítí, vystřihl jsem odpovídající okvětní lístky z 1 /8 "difuzní akrylový list. Také jsem vystřihl tři různě velké rozptýlené akrylové kruhy. Budeme je lepit mezi okvětní lístky a prsten NeoPixel, abychom získali rozptýlenější světlo. Jinak byste na prstenu viděli jednotlivé LED diody.

Krok 6: Tvarování akrylátu

Po rozřezání akrylu je čas jej vytvarovat a dát mu trojrozměrný tvar. Můžete použít horkovzdušnou pistoli, vysoušeč vlasů nebo cokoli, co funguje nejrychleji, například plynový sporák. Při zahřívání buďte opatrní a horkých částí se vždy dotýkejte ručníkem. Jakmile začne být poddajná, vytvarujte ji, jak chcete, a počkejte, až vychladne a znovu ztuhne.

Krok 7: Přidání průsvitných lístků

Nyní přilepíme čiré akrylové lístky dovnitř odpovídajících výřezů. Pokud mají akrylové okvětní lístky na okrajích nějaké stopy po popálení, můžete je zbrousit smirkovým papírem. Smíchejte dohromady dvojdílný epoxid a opatrně naneste lepidlo kolem okrajů okvětních lístků. Pomáhá držet kousky lepicí páskou při jejich umístění uvnitř horního dílu.

Krok 8: Navrhněte si šaty

V následujících několika krocích budeme navrhovat a šit černé kožené šaty.

Při práci na souboru Illustratoru jsem už měl hrubý nápad na design. Poté, co jsem kolem figuríny obtočil látku a vrchní díl, zjistil jsem správný vzor: šaty na krk se dvěma šipkami vpředu a vzadu, stejně jako dělící pas, kapsa na baterie vzadu a neviditelný zip uvnitř levého bočního švu. Než si odstřihnete pěknou látku, vždy se vyplatí šaty nejprve ušít levnější látkou (také nazývanou mušelín). To vám dává šanci upravit vzor a provést malé změny.

Krok 9: Ušijte šaty

Nyní vystopujte vzory a ušijte skutečné šaty. Šipky nejprve přišijte v přední a zadní části šatů. Poté sešijte dva přední a dva zadní díly k sobě, stejně jako podšívku, držák na krk a neviditelný zip. Na konci připojíme kapsu na baterii a popruhy (kroky 10 a 11). Opět jsem pomocí laserové řezačky odstřihl šest textilních popruhů. Není to nutné, ale získáte opravdu čisté hrany, které se snadněji šijí a mnohem rychleji se stříhají!

Krok 10: Připojte zadní kapsu

Z vrchní látky vystřihněte čtverec a na levý a pravý okraj našijte malé proužky na suchý zip. Přeložte okraje suchého zipu a přišijte je na vnitřní stranu kapesního čtverce. Najděte si dobrou pozici pro kapsu na baterii (nejlépe v horní části pasu) a připněte ji na šaty. Našijte spodní část kapsy na šaty a odpovídající proužek na suchý zip na levou a pravou stranu.

Krok 11: Připravte si látkové proužky

Látkové proužky vzadu slouží k připojení vrchního dílu k šatům a ke skrytí všech vodičů vedoucích z kapsy baterie k LED diodám vpředu. Před sešitím dlouhých okrajů k sobě vložte očko do jednoho z proužků. To dodá šatům čistší vzhled při tlačení drátů skrz a ven z pásu. Pak ušijte látkové tunely a obraťte proužky naruby. Je to jednodušší pomocí pinzety.

V dalším kroku protáhněte tři dlouhé dráty (dostatečně dlouhé na to, aby vedly z kapsy baterie k LED diodám vpředu) skrz pásek s očkem a veďte dráty očkem ven z tunelu. Označte každý drát na obou koncích páskou, abyste věděli, který je který. Poté našijte proužky na horní díl, jak je znázorněno na obrázcích.

Krok 12: Dokončete horní část

Nyní připájejte jeden ze tří vodičů ke kolíku GND (uzemnění), jeden ke kolíku vstupu dat a poslední vodič ke kolíku +5 V (napájení). Ujistěte se, že víte, který vodič je připájen k jakému kolíku, protože jej nemůžete vystopovat zpět trubicí. Ke každému ze tří vodičů připájejte zástrčku. Nezapomeňte použít nějaké tepelné smršťování k zajištění snadno rozbitných pájených spojů. Pomocí tavné pistole nebo epoxidového lepidla položte tři mléčné akrylové kruhy na sebe a počkejte, až uschnou. Poté kruhy vycentrujte na vnitřní stranu akrylových lístků a slepte je dohromady. Poté, co lepidlo zaschne, vycentrujte kroužek NeoPixel nahoru a naneste kolem něj lepidlo. Nezapomeňte zajistit dráty vedené kolem prstence k zadní části dílu.

Krok 13: Přišijte látkové proužky na šaty

Nyní oblečte šaty a vrchní díl na figurínu a zjistěte, kam chcete umístit proužky. Opatrně rozevřete švy ve vyznačené oblasti a také pasové švy za vakem na baterie (podšívka a vrchní vrstva). Nyní podejte proužky látky podšívkou a vrchní vrstvou, aby proužky vyšly přes pas. Připněte proužky s požadovanou délkou do správné polohy a prozatím zavřete pouze horní šev.

Krok 14: Integrujte elektrody

Z vodivé látky vystřihněte tři čtverečky. První obrázek ukazuje, kam musíte umístit elektrody uvnitř šatů. Použil jsem cik-cak steh a přišil čtverce na podšívku. Elektrody musí být přitlačeny těsně na vaši holou kůži, aby se zachytil váš srdeční tep. Jinak nemůže vodivá tkanina zachytit elektrické signály procházející vaším tělem. Nyní připájejte vodič (doporučuji pružný silikonový drát) na knoflík. Připravte si celkem tři vodiče, jeden pro každou elektrodu. Sešijte knoflíky za podšívku pomocí vodivé látkové nášivky - mezi podšívkou a vrchní vrstvou. Je důležité použít vodivý závit pro připojení elektrod k drátu a později k mikrokontroléru. Poté veďte všechny tři dráty skrz šaty, až vyjdou z otevřeného místa v pase za bateriovým pytlem. Abych trochu více chránil dráty, vložil jsem je do malého kousku zbylé látkové trubičky přesně tam, kde jsem je přešil, abych zavřel otevřený pas. Uřízněte tři vodiče na požadovanou délku a na každý konec připájejte propojovací kabel. To je nezbytné pro připojení elektrod k desce Hart Rate Monitor Board. Pamatujte, že je důležité vědět, jaký drát se připojuje k jaké elektrodě.

Zatím je vše dobré. Šaty jsou téměř hotové.

Krok 15: Upravte a nahrajte kód

Vraťme se nyní k softwaru a hardwaru:

Po nastavení fotonu a instalaci Particle Dev (krok 3) si stáhněte kód monitoru srdečního tepu. Pokud soubor otevřete, uvidíte dvě složky, jednu s názvem foton a druhou s názvem zpracování.

Pokračujte a otevřete Particle Dev a v rozevírací nabídce zvolte Soubor> Otevřít … Přejděte do složky fotonů a klikněte na Otevřít. Na levé straně otevřete kód kliknutím na WorkingPhotonHeartRateMonitor.ino. Nyní změňte počet diod LED definovaných v kódu na počet diod LED, které používáte ve svém projektu.

#define NUM_LEDS 24

Na šaty jsem použil 24 LED diod. Pokud používáte jiné piny, můžete také změnit číslo pro ostatní piny. Malý graf vám poskytne přehled. Pokud chcete změnit pin tlačítka režimu, klikněte na soubor buttons.h a změňte číslo 6 na pin, který používáte.

#define MODEBUTTON 6

Pokud chcete, můžete na tento pin přidat malé tlačítko pro přepínání mezi živým režimem a některými zaznamenanými údaji o srdečním tepu. Je hezké mít šaty na figurínu. Po připojení elektrod k vašemu tělu (v dalším kroku) stačí otevřít sériový monitor, zaznamenat vlastní data a nahradit čísla tlukotem srdce v souboru zaznamenanýData.h.

Krok 16: Sestavte hardware

Před pájením všech elektronických součástek na „prkénko poloviční velikosti Perma-Proto“nejprve vyzkoušejte svou elektroniku na běžném prkénku. Připojte monitor srdečního tepu, tlačítko a diody LED k pinům fotonů definovaným v kódu. Přilepte elektrody k tělu, jak je znázorněno na obrázku, a zajistěte, aby elektrody odpovídaly správným kolíkům. Nyní můžete otevřít fotonový sériový monitor a získat data o vašem srdečním tepu přes místní WiFi.

Pokud chcete na svém monitoru vidět diagram EKG, musíte si stáhnout Processing. Ve Zpracování otevřete skicu ve složce zpracování a skicu spustíte kliknutím na šipku v levém rohu. Pokud je vše správně nastaveno, otevře se okno a vy můžete vidět aktivitu svého srdce. Pomáhá se pohybovat co nejméně a chvíli trvá, než je biosignál dostatečně stabilní pro čistou vizualizaci. Další informace a/nebo řešení potíží naleznete v Průvodci monitorem srdečního tepu Sparkfun. Možná budete muset upravit řádek v náčrtu, který obsahuje Serial.list () [3], a změnit číslo na jakýkoli port, na kterém je váš sériový monitor. Pokud si nejste jisti číslem, zkuste 0 až 6.

Krok 17: Pájejte na Perma-Proto

Chcete-li k desce připojit vlastní integrované e-textilní elektrody, a nikoli objemné lepivé elektrody, připájejte hlavičku na každý z kolíků RA (pravé rameno), LA (levé rameno) a RL (pravá noha) na desce.

Pokud vše funguje, můžete součásti pájet na desce perma-proto. Začal jsem s fotonem, potom s dráty a nakonec s monitorem srdečního tepu. Namísto trvalého pájení tří vodičů LED na desku jsem použil tři propojovací vodiče (Data, VCC a GND) pro jejich připojení k vodičům LED.

5V napájecí banka jako napájecí zdroj funguje skvěle pro foton, protože je dobíjecí. Můžete jej také použít k nabíjení jiných elektronických zařízení, jako je váš smartphone.

Krok 18: Připojte své srdeční signály k internetu věcí

Nyní jste připraveni a můžete propojit svou srdeční činnost s internetem věcí.

Foton musí být vždy připojen k bezdrátové síti, jinak hledání nepřestane a váš kód se nespustí. V budoucí aktualizaci ji mohu vylepšit, aby bylo připojení k internetu volitelné.

Pokud máte nějaké dotazy, neváhejte se zeptat. Šťastné tvoření.

Druhá cena v soutěži DIY Dress Contest