TfCD - AmbiHeart: 6 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Úvod

Povědomí o životních funkcích našeho těla může pomoci při odhalování zdravotních problémů. Současná technologie poskytuje nástroje pro měření srdečního tepu v domácím prostředí. V rámci magisterského kurzu Advanced Concept Design (dílčí kurz TfCD) na Technické univerzitě v Delftu jsme vytvořili zařízení pro zpětnou vazbu.

Co potřebuješ?

1 snímač tepu

1 RGB LED

3 odpory (220 ohmů)

Arduino Uno

9V baterie

Prkénko

3D tištěné přílohy

Silné stránky

Prezentace měření světlou barvou je jednodušší na pochopení a interpretaci než nezpracovaná čísla. Mohlo by to být také přenosné. Použití menšího mikrořadiče a prkénka umožní zvětšit velikost skříně. Náš kód používá průměrné hodnoty srdeční frekvence, ale malými změnami v kódu můžete upravit zpětnou vazbu na konkrétnější hodnoty pro vaši věkovou skupinu a zdravotní stav.

Slabé stránky

Hlavní slabinou je citlivost snímače srdečního tepu. Zjištění srdeční frekvence a zobrazení požadované zpětné vazby nějakou dobu trvá. Toto zpoždění může být někdy významné a může vést ke špatnému výkonu.

Krok 1: Příprava elektroniky

Snímač srdečního tepu je založen na principu foto pletysmografie. Měří změnu objemu krve jakýmkoli orgánem těla, která způsobí změnu intenzity světla přes tento orgán (vaskulární oblast). V tomto projektu je načasování impulsů důležitější. O toku krevního objemu rozhoduje rychlost srdečních pulzů a jelikož je světlo absorbováno krví, jsou signální pulsy ekvivalentní srdečnímu tepu.

Za prvé, snímač tepu má být připojen k Arduinu, aby detekoval BPM (údery za minutu). Připojte snímač tepu k A1. LED dioda na desce Arduino by měla synchronizovaně blikat s detekcí BPM.

Za druhé, umístěte RGB LED spolu se 3 odpory 220 Ohm připojenými podle schématu. připojte červený kolík k 10, zelený kolík k 6 a zelený kolík k 9.

Krok 2: Programování

Pomocí měření tepové frekvence pulzujte LED na vypočítané frekvenci. Klidový srdeční tep je u většiny lidí kolem 70 tepů za minutu. Poté, co vám začne fungovat jedna LED, můžete použít další zhasnutí s IBI. Normální klidová srdeční frekvence pro dospělé se pohybuje od 60 do 100 tepů za minutu. BPM v tomto rozsahu můžete kategorizovat podle svého testovaného subjektu.

Zde jsme chtěli testovat na odpočívajících osobách, a proto jsme BPM zařadili nad a pod tento rozsah do pěti kategorií

Alarmující (pod 40) - (modrá)

Varování (40 až 60) - (přechod z modré na zelenou)

Dobrý (60 až 100) - (zelený)

Varování (100 až 120) - (přechod ze zelené na červenou)

Alarmující (nad 120) - (červená)

Logika kategorizace BPM do těchto kategorií je:

if (BPM <40)

R = 0

G = 0

B = 0

if (40 <BPM <60)

R = 0

G = ((((BPM-40)/20)*255)

B = (((60-BPM)/20)*255)

if (60 <BPM <100)

R = 0

G = 255

B = 0

if (100 <BPM <120)

R = ((((BPM-100)/20)*255)

G = ((((120-BPM)/20)*255)

B = 0

if (120 <BPM)

R = 255

G = 0

B = 0

Pomocí aplikace Processing Visualizer můžete ověřit snímač tepu a zjistit, jak se mění BPM a IBI. Použití vizualizéru vyžaduje speciální knihovny, pokud si myslíte, že sériový plotter není užitečný, můžete využít tento program, ve kterém zpracovává data BPM do čitelného vstupu pro Visualizer.

Existuje několik způsobů, jak měřit srdeční tep pomocí snímače tepu bez předinstalovaných knihoven. Použili jsme následující logiku, která byla použita v jedné z podobných aplikací, pomocí pěti pulzů pro výpočet srdečního tepu.

Five_pusle_time = time2-time1;

Single_pulse_time = Five_pusle_time /5;

sazba = 60000/ Single_pulse_time;

kde time1 je první hodnota čítače impulzů

time2 je seznam počitadel impulsů

frekvence je konečná srdeční frekvence.

Krok 3: Modelování a 3D tisk

Pro pohodlí měření a bezpečnost elektroniky je vhodné vytvořit kryt. Navíc zabraňuje zkratování součástí během používání. Navrhli jsme jednoduchý tvar, který se drží, který odpovídá organické estetice. Je rozdělen na dvě části: spodní část s otvorem pro snímač pulsu a přídržnými žebry pro Arduino a prkénko a horní se světlovodem, který poskytuje pěknou vizuální zpětnou vazbu.

Krok 4: Elektromechanický prototyp

Jakmile budete mít skříně připravené, umístěte snímač pulsu do vodicích žeber před otvorem. Ujistěte se, že prst dosáhne senzoru a zcela zakryje povrch. Abyste zvýšili účinek vizuální zpětné vazby, zakryjte vnitřní povrch horního krytu neprůhlednou fólií (použili jsme hliníkovou fólii) a vynechejte otvor uprostřed. Omezí světlo do konkrétního otvoru. Odpojte Arduino od notebooku a připojte baterii více než 5V (zde jsme použili 9V), aby byl přenosný. Nyní umístěte veškerou elektroniku do spodního krytu a zavřete horním krytem.

Krok 5: Testování a odstraňování problémů

Nyní je čas zkontrolovat výsledky! protože snímač byl umístěn uvnitř, těsně před otevřením krytu, mohlo by dojít k malé změně v citlivosti senzoru. Zkontrolujte, zda jsou všechna ostatní připojení neporušená. Pokud se zdá, že je něco špatně, zde uvádíme několik případů, které vám pomohou se s tím vypořádat.

Možné chyby mohou být buď se vstupem ze senzoru, nebo s výstupem pro RGB LED. Při odstraňování problémů se senzorem je třeba dodržovat několik věcí. Pokud snímač detekuje BPM, měla by na desce blikat LED dioda (L) synchronizovaná s vaším BPM. Pokud nevidíte bliknutí, zkontrolujte vstupní svorku na A1. Pokud světlo na senzoru pulsu nesvítí, musíte zkontrolovat další dva terminály (5 V a GND). Sériový plotter nebo sériový monitor vám také mohou pomoci zajistit, aby senzor fungoval.

Pokud na RGB nevidíte žádné světlo, nejprve zkontrolujte vstupní terminál (A1), protože kód funguje pouze v případě, že je detekován BPM. Pokud se vše ze senzorů zdá být v pořádku, hledejte přehlédnuté zkraty na prkénku.

Krok 6: Uživatelské testování

Nyní, když máte připravený prototyp, můžete měřit svůj srdeční tep a přijímat světelnou zpětnou vazbu. Navzdory přijímání informací o vašem zdraví můžete hrát s různými emocemi a kontrolovat odezvu zařízení. Může být také použit jako meditační nástroj.