Zařízení fitness motivátoru: 22 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Jsme studenti inženýrství, kteří se snaží být fyzicky zdatní.

Víme, jaké to je mít zdánlivě příliš mnoho školní práce na to, abychom ven a cvičili. Abychom vyvezli dva ptáky jedním kamenem, rozhodli jsme se použít závěrečný projekt v jedné z našich technických tříd, abychom při cvičení provedli základní čtení biosenzoru. Přesněji řečeno, tento projekt umožňuje uživateli provádět odečty z akcelerometru (ACC) a elektromyogramu (EMG) a současně přenášet výstupní informace na dvě LED diody a malý digitální displej.

Pokud vás baví obvody, Arduino, zpracování dřeva, kódování, biomedicínské inženýrství nebo pájení, tento projekt může být pro vás!

Podívejte se, co děláte

Než se pustíte do tohoto projektu, věnujte prosím chvíli pozornost tomu, co ve výše uvedeném videu děláte.

Tento projekt vám v podstatě umožňuje kombinovat více aspektů toho, co znáte. Pokud jste v biomedicínském inženýrství (BME) nebo biosenzorech noví, žádný problém. V tomto projektu jsou použity dva primární senzory. Tyto senzory jsou akcelerometr a elektromyogram (EMG). Jak by název mohl napovídat, akcelerometr je jednoduše senzor, který měří zrychlení. Méně intuitivně elektromyogram měří elektrickou aktivitu ve svalu, ke kterému jsou připojeny jeho odpovídající elektrody. V tomto projektu byly použity tři povrchové gelové bioelektrody z elektrického vedení, které měřilo signály přicházející z lýtka připojeného subjektu.

Materiály a nástroje

Materiály

K vytvoření tohoto projektu budete potřebovat následující:

• deska Arduino Uno (kterou lze zakoupit na
• napájení 9V baterií (lze zakoupit na
• zapojená sada Bitalino (kterou lze zakoupit na www.bitalino.com)
• 1,8palcový TFT displej Adafruit a štít navíc k polovičnímu perma-protoboardu (lze zakoupit na www.adafruit.com)
• různé propojovací vodiče, LED diody, rezistory 220 Ohm, pájka a tok (lze zakoupit na www.radioshack.com)
• Šrouby do dřeva 1/2 ", 5/8" dokončovací hřebíky, kus ocelového plechu o rozměrech 28 x 28 cm, dva malé závěsy a jednoduchý západkový mechanismus (lze zakoupit na www.lowes.com)
• pět desek stop dřeva

  Poznámka: Tvrdé dřevo lze zakoupit na www.lowes.com, ale doporučujeme vyhledat místního pilaře a použít dřevo od této osoby. Rozměry dřeva použité v tomto projektu nejsou úžasně běžné, takže šance na nalezení dřeva předřezaného na potřebné rozměry tloušťky je velmi malá

  Nástroje

• páječku (lze zakoupit na www.radioshack.com)

• mnoho nástrojů pro zpracování dřeva, které jsou obsaženy na fotografiích výše a jsou zde uvedeny

  • pokosová pila (kterou lze zakoupit na www.lowes.com)
  • Shopsmith nebo ekvivalentní stolní pila (kterou lze zakoupit na www.shopsmith.com)
  • hoblovač tloušťky (lze zakoupit na www.sears.com)
  • kladivo, vrtáky, měřicí pásmo a tužku (lze zakoupit na www.lowes.com)
  • akumulátorová vrtačka a baterie (lze zakoupit na www.sears.com)
  • pásová pila (lze zakoupit na www.grizzly.com)

Volitelné nástroje

• páječka (lze zakoupit na www.radioshack.com)
• hoblovací hoblík (lze zakoupit na www.sears.com)

Příprava

I když to není nejnáročnější pokyn k provedení, není to ani nejjednodušší. Předpokladem jsou znalosti v oblasti kódování, zapojení obvodů, pájení a zpracování dřeva. Pomůže také předchozí práce s Arduino nebo Adafruit.

K rozsahu tohoto pokynu by měl stačit jednoduchý kurz programování nebo praktické zkušenosti z předmětu.

Pájecí a zapojovací obvody se nejlépe naučíte provedením těchto akcí. Kurz teoretických obvodů může být užitečný v technickém porozumění obvodů, ale je k ničemu, pokud v něm nevybudujete nějaké obvody! Při zapojování se snažte, aby zapojení bylo co nejjednodušší. Kdykoli je to možné, vyhněte se křížení vodičů nebo používání delších vodičů, než je nutné. To vám pomůže při odstraňování problémů s obvodem, když se zdá, že je dokončen a nefunguje správně. Při pájení se ujistěte, že používáte dostatek tavidla, aby pájka tekla tam, kam chcete. Použití příliš malého toku jednoduše způsobí, že proces pájení bude více frustrující, než by měl být. Nicméně nepoužívejte příliš mnoho pájky. Pokud jde o pájení, přidání příliš velkého množství pájecího materiálu obecně nepomůže k lepšímu pájenému spojení. Příliš mnoho pájky může způsobit, že vaše připojení bude vypadat rozumně, i když bylo vytvořeno nesprávně.

Zpracování dřeva je praktický obchod. Určitě to chce trochu cviku. Pomáhá pozadí materiálových vlastností dřeva, jaké poskytuje například Wood od Erica Meiera, zvláště pokud se v budoucnu chystáte dělat více dřevozpracujících projektů. Není to však nutné. Sledování řemeslníka při práci se dřevem nebo práce na dřevě by mělo být dostatečným zázemím pro tento projekt. Znalost orientace v obchodě se dřevem je také nezbytná. Pochopení toho, jaké nástroje plní dané funkce, vám pomůže provést projekt rychleji a bezpečněji, než by bylo možné jinak.

Užitečné stránky

• www.github.com; tento web pomáhá manipulovat s kódem
• www.adafruit.com; tento web vám řekne, jak zapojit obrazovku TFT
• www.fritzing.com; tato stránka vám pomůže nakreslit a konceptualizovat obvody

Bezpečnost

Než budeme pokračovat, musíme si promluvit o bezpečnosti. Bezpečnost musí zůstat v první řadě v provádění pokynů nebo téměř čehokoli jiného v životě, protože pokud se někdo zraní, není to pro nikoho zábavné.

Přestože tento návod obsahuje biosenzory, ani části ani sestavené zařízení nejsou zdravotnickým zařízením. Neměly by být používány pro lékařské účely ani by s nimi nemělo být zacházeno jako s takovými.

Tento návod zahrnuje použití elektřiny, páječky a elektrického nářadí. Při nedbalosti nebo nepochopení se tyto věci mohou stát nebezpečnými.

K napájení displeje Arduino, Adafruit a LED je nutná elektřina. Je napájen 9V baterií. Obecně řečeno, při interakci s elektřinou je těžké být příliš v bezpečí.

Přesto následuje několik užitečných rad ohledně elektrické bezpečnosti:

• Ruce mějte suché a ujistěte se, že je kůže na nich neporušená.
• Pokud přes vás musí procházet proud, snažte se, aby body vstupu a výstupu byly na stejné končetině.
• Pro všechny obvody zajistěte uzemňovací prostředky, jističe a přerušovače poruch. Pomáhají předcházet přetížení obvodů nebo úniku proudu, pokud se něco pokazí se zařízením nebo cestou elektrického proudu.
• Nepoužívejte elektrická zařízení během bouřky nebo v jiných případech, kde mají přepětí vyšší výskyt než obvykle.
• Neponořujte elektrická zařízení ani se je nepokoušejte používat ve vodním prostředí.
• Obvody upravujte pouze při odpojeném napájení.

Páječka je elektrické zařízení. Zde platí všechna bezpečnostní opatření pro elektrická zařízení. Špička žehličky se však také velmi zahřívá. Aby nedošlo k popálení, vyhněte se kontaktu se špičkou žehličky. Držte žehličku a pájku tak, aby vám jeden z předmětů vyklouzl z rukojeti, aby se vaše ruce nedotkly hrotu žehličky.

Elektrické nářadí také vyžaduje elektřinu. V tomto případě dodržujte výše uvedená elektrická bezpečnostní opatření. Kromě toho vězte, že elektrické nářadí má mnoho pohyblivých částí. Když jsou nástroje používány, držte své tělo a vše ostatní, na čem vám záleží, mimo tyto části. Pamatujte, že nástroj neví, co řeže nebo obrábí. Jako provozovatel jste zodpovědní za bezpečný provoz elektrického nářadí. Při používání elektrického nářadí mějte na místě ochranné kryty a štíty.

Tipy a triky

Následující informace by mohly být užitečné v celém tomto pokynu. Ne každý náznak nebo tip platí pro každý krok, ale zdravý rozum by měl být vodítkem, které rady a tipy platí v každém případě.

• Při zapojení nezáleží na barvě drátu. Může však být užitečné vytvořit barevné schéma a být s ním v celém projektu konzistentní. Může být užitečné například použití červeného vodiče pro kladné napájecí napětí v obvodu.
• Bioelektrody musí být umístěny na čistě oholené části těla. Vlasy vedou ve shromážděných signálech k nadměrnému hluku a artefaktu pohybu.
• Drátům připojeným k bioelektrodám musí být zabráněno v pohybu více, než je nutné, aby se zabránilo artefaktu pohybu. Při zajišťování těchto vodičů dobře funguje kompresní ponožka nebo páska.
• Vhodně pájet. Ujistěte se, že každé pájené připojení je dostatečné, a zkontrolujte tato připojení, pokud se zdá, že obvod je úplný, ale nefunguje správně.
• Při hoblování hoblujte kusy materiálu o délce nejméně šest palců. Hoblování kusů menších než tato délka může způsobit ostřelování nebo nadměrný zpětný ráz obrobků.
• Podobně nestůjte přímo před hoblíkem. Postavte se raději vedle něj, když se do hoblíků vkládají a přijímají obrobky.
• Při používání pil se ujistěte, že obrobky zůstávají proti příslušným ochranným krytům nebo plotům. To pomáhá zajistit bezpečné a přesné řezání.
• Při upevňování šrouby nebo hřebíky zajistěte pilotní otvory. Pilotní bit by měl mít menší průměr než zamýšlený upevňovací prvek, ale ne méně než polovinu průměru spojovacího prvku. To pomáhá vyhnout se štěpení a odštěpování upevňovaného dřeva uvolněním nadměrného napětí v důsledku přítomnosti spojovacího prvku.
• Pokud vrtáte pilotní otvory pro hřebíky, snažte se udržet pilotní otvor o osminu palce mělčí, než je předpokládaná délka hřebu. To pomáhá dát hřebíku něco, do čeho se ponoří, a poskytuje dostatečné tření, které pomáhá držet nehet na místě, když je zapuštěn.
• Při zatloukání najeďte přímo na hlavu hřebíku středem hlavy kladiva. Vezměte mírné výkyvy, na rozdíl od výlučně konzervativních výkyvů, protože konzervativní výkyvy obecně neposkytují dostatek energie k zatlačení hřebíku, ale spíše dodávají pouze tolik energie, aby se nehet přerostl a ohnul nechtěnými způsoby.
• Pomocí drápu kladiva odstraňte hřebíky, které nejezdí podle očekávání.
• . Udržujte ruce mimo linii řezání pilových kotoučů. Pokud se něco pokazí, nechcete, aby se vám pořezala ruka.
• Chcete -li ušetřit čas, dvakrát měřte a jednou řežte. Pokud tak neučiníte, budete muset některé kousky vyrobit vícekrát.
• Na hoblovací hoblík a pily používejte ostré kotouče. Na pilách jsou kotouče s vyšším počtem zubů dobré pro zajištění hladkého řezu blízko kvality povrchu. Při realizaci tohoto projektu jsme použili 96 zubový 12 “přesně řezaný kotouč na pokosové pile Dewalt s dvojitým úkosem a kotouč s minimálně 6 zuby na lineární palec na pásové pile.
• Udržujte Shopsmithův motor v doporučeném rozsahu otáček pro konfiguraci stolní pily. Ujistěte se, že je stůl seřízen na vhodnou výšku a neodhalí více čepele, než je nutné pro každý řez.

Krok 1: Začněme

Nejprve sestavte součást obvodu. Začněte zapojením napájení a uzemnění k perma-protoboardu.

Krok 2: Přidání biosenzorů

Připojte biosenzory na perma-protoboard a poznamenejte si, který senzor je který. Jako akcelerometr jsme v diagramu použili signál vlevo.

Krok 3: Včetně LED diod

Dále přidejte LED diody. Mějte na paměti, že na směru LED záleží.

Krok 4: Přidání displeje

Přidejte digitální displej. Pomozte použít kabeláž uvedenou na tomto webu:

Krok 5: Čas kódování

Protože je obvod nyní dokončen, nahrajte do něj kód. Připojený kód je kód, který jsme použili při dokončení tohoto projektu. Obrázek je ukázkou toho, jak by měl kód vypadat při správném otevření. Zde může řešení problémů plně začít. Pokud věci fungují správně, nejprve se načtou signály z akcelerometru. Pokud je signál pod prahovou hodnotou, rozsvítí se červená LED, zelená LED nesvítí a na displeji se zobrazí „Vstaň!“. Pokud je signál akcelerometru nad prahovou hodnotou, červená LED dioda zhasne, zelená LED dioda se rozsvítí a na obrazovce se zobrazí „Pojď!“. Kromě toho je potom načten signál EMG. Pokud je signál EMG nad nastavenou prahovou hodnotou, na digitálním displeji se zobrazí „Skvělá práce!“Pokud je však signál EMG pod prahovou hodnotou, na obrazovce se zobrazí „Začínáme!“. To se v průběhu času opakuje a stav LED a obrazovky se mění podle toho, jak to vyžadují vstupy z akcelerometru a EMG. Prahové hodnoty nastavené pro akcelerometr a EMG by měly být nastaveny na základě kalibrace s konkrétním subjektem po ruce během klidových stavů a cvičit.

Chcete -li získat přístup k tomuto kódu na GitHubu, klikněte prosím ZDE!

Krok 6: Hoblování

Začněte vyrábět krabice tak, aby obsahovaly obvod a baterii.

Pokud není uvedeno jinak, všechny níže uvedené výkresy mají rozměry uvedené v palcích.

Začněte hoblováním dřeva potřebného pro projekt na správnou tloušťku hoblíkem tloušťky. Asi tři a půl desky by měly být hoblovány na tloušťku 1/2 ". Půl desky by měla být hoblována na tloušťku 3/8". Další polovina desky by měla být hoblována na tloušťku 1/4 ". Poslední polovina desky by měla být taková, aby u-kanál tvořící tělo krabice na baterie mohl být vyroben, jak je popsáno v pozdějším kroku.

Krok 7: Spodní část primárního pole

Vytvořte spodní část primární krabice na zobrazené rozměry a připevněte k ní desku s obvody a Arduino. Kliknutím na obrázek odhalíte tyto rozměry.

Krok 8: Konce primárního pole

Konce primárního boxu proveďte podle uvedených rozměrů a připevněte je ke spodní části primárního boxu.

Krok 9: Strany strany snímače primárního boxu

Pokračujte tím, že senzorovou stranu primární krabice nastavíte na zobrazené rozměry a připevníte ji ke zbytku krabice dokončovacími hřebíky.

Krok 10: Strany na straně primárního boxu- obrazovka

Upravte stranu obrazovky primárního boxu na uvedené rozměry a připevněte jej ke zbytku boxu.

Krok 11: Zkontrolujte, co máte

V tomto okamžiku zkontrolujte, zda je celkový tvar primárního boxu stejný jako zde uvedený, i když se některé rozměry musí lišit kvůli vašemu výběru hardwaru nebo umístění hardwaru.

Krok 12: Horní část primárního pole

Vytvořte horní část primárního pole podle obrázku. Kliknutím na zobrazený obrázek jej rozbalíte na plnou velikost a zobrazíte související rozměry.

Krok 13: To všechno závisí na tom

Upevněte horní část primárního boxu ke zbytku primárního boxu pomocí závěsu na konci s LED diodami. Před připevněním jednoho z malých závěsů se ujistěte, že je horní část krabice čtvercová se zbytkem krabice.

Krok 14: Zajistěte to

Nainstalujte malou západku na přední konec krabice, na konec naproti závěsu. Tím se zabrání otevření primárního boxu kromě případů, kdy je to potřeba.

Krok 15: Připoutejte se

Aby bylo toto zařízení přenosné, ohněte tenký kus ocelového plechu podél jednoho z jeho rozměrů, aby se mezi něj a spodní část primárního boxu vešel pás. Po ohnutí jej připevněte ke dnu primární krabice šrouby do dřeva.

Krok 16: Základna bateriového boxu

Nyní je čas vyrobit bateriový box. Vytvořte základnu tohoto pole podle uvedených rozměrů.

Krok 17: Konce bateriového boxu

Když jsme vyrobili konce bateriového boxu, použili jsme 3/8 materiál. Pomocí uvedených rozměrů proveďte konce a připevněte je k základně bateriového boxu.

Krok 18: Horní část bateriového boxu

Horní část bateriového boxu jsme vyrobili tak, že jsme pokosovou pilou nařezali materiál o délce 1/4 a na správnou šířku pásovou pilou. Rozměry zobrazíte kliknutím na obrázek jej rozbalíte.

Krok 19: Nasaďte víko na bateriový box

Stejným postupem, jakým jste nasadili víko na primární box, připevněte víko boxu na baterie k tělu boxu na baterie.

Krok 20: Zkontrolujte bateriový box

V tomto okamžiku se podívejte na krabici baterie, abyste se ujistili, že vypadá trochu jako zde zobrazený obrázek. Pokud tomu tak není, nyní by byl skvělý čas znovu se podívat na některé z předchozích kroků!

Krok 21: Připevněte bateriový box k primárnímu boxu

Umístěte box na baterie na primární box. Pomocí šroubů do dřeva nebo dokončovacích hřebíků dokončete upevnění bateriového boxu k primárnímu boxu.

Krok 22: Další nápady

Pokud jste postupovali podle těchto kroků, dokázali jste to! Po implementaci hardwaru a softwaru jsme mohli zařízení používat. Ve své současné podobě má zařízení omezené použití, ale stále je zajímavou kombinací různých aspektů designu. Po přijetí signálů ze vstupů biosenzoru výstupy dělají vše, co jsme zamýšleli. Celkově zařízení váží několik liber.

V budoucích vydáních by bylo zajímavé nechat zařízení vážit méně a zabírat méně místa. Pokud by to bylo možné, zařízení by se stalo užitečnějším a dalo by se snadněji nosit během cvičení. Aby to bylo možné dosáhnout, doporučujeme experimentovat s použitím Arduino micro a 3-D tisku krabic. Abychom ušetřili místo, bylo by dobré experimentovat s použitím dobíjecí baterie, která zabírá méně místa než jednoduchá 9V baterie. Velikost bateriového boxu by mohla být odpovídajícím způsobem zmenšena.