Opaska czytnika uśpienia: 24 kroki (ze zdjęciami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:03

Czy zastanawiałeś się kiedyś, jak śpisz w nocy? Urządzenia takie jak FitBit śledzą sen, analizując Twój ruch przez całą noc, ale nie mogą patrzeć na to, co robi Twój mózg.

Po semestrze nauki o oprzyrządowaniu medycznym przed naszą klasą stanęło zadanie stworzenia urządzenia do noszenia na ciele do pomiaru pewnej zmiennej biologicznej. Mój partner i ja zdecydowaliśmy się opracować opaskę na głowę, która pozwoli zobaczyć, co robi twój mózg podczas snu. Opaska odczytuje sygnały fal mózgowych w celu monitorowania wzorców snu. Określa, jak fale mózgowe użytkownika przechodzą przez fazy alfa, beta, gamma i delta w nocy. Dane można następnie wyeksportować i przeanalizować w programie Excel.

Czy wspominaliśmy też o jego stylowym?

Krok 1: Materiały i narzędzia

Aby zbudować opaskę Sleep Reader, będziesz potrzebować następujących materiałów:

1. Opaska na głowę (w tym projekcie użyto opaski HOTER Sportline)
2. Mikrokontroler Adafruit Flora
3. Flora Wearable Bluefruit LE moduł
4. Flora RGB Neo Pixel LED
5. Zatrzaski
6. Wątek przewodzący
7. Przewody
8. Wątek
9. Paczka baterii
10. Bitalino EEG z kablem UC-E6 i 3-przewodowym kablem elektrod
11. Tkanina
12. Elastyczny pasek

Poniższe narzędzia pomogą Ci w konstruowaniu opaski:

1. Szpilka do szycia
2. Nożyce
3. Narzędzia do ściągania izolacji
4. Lutownica i spoiwo

Krok 2: Przygotowanie

Zanim zbudujesz opaskę Sleep Reader, poświęć trochę czasu na zapoznanie się z falami mózgowymi i podstawowymi obwodami. W mózgu specjalne komórki zwane neuronami koordynują różne czynności w ciele. Te neurony prowadzą program, wysyłając niewielkie sygnały elektryczne, które przybierają formę fal. Wiadomo, że mózg wytwarza cztery różne typy fal - alfa, beta, theta i delta. Fale te są rozróżnialne przez określone zakresy częstotliwości, a każdy zakres odpowiada określonym poziomom aktywności umysłowej. Opaska na głowę użyje urządzenia zwanego elektroencefalogramem lub EEG, aby zidentyfikować te fale, gdy mózg wytwarza je podczas snu.

Aby zrobić swój Sleep Reader, będziesz musiał podłączyć kilka urządzeń do pałąka. Głównymi urządzeniami są mikroprocesor, czyli mały komputer; moduł Bluetooth, który jest chipem umożliwiającym komunikację pałąka z komputerem; NeoPixel, czyli światło zmieniające kolor; EEG; i baterię.

Kompletny system jest budowany poprzez połączenie każdego urządzenia ze sobą w określonych miejscach za pomocą przewodzącego gwintu. Jeśli nie masz żadnego doświadczenia w korzystaniu z tych wątków, samouczek jest dostępny tutaj. Gwinty zawiązywane są na zatrzaski, które umożliwiają łatwe wpinanie i zdejmowanie mikroprocesora Flora oraz modułu bluetooth. Jeden koniec zatrzasku wejdzie w tkaninę, a drugi w urządzenie elektryczne. Samouczek dotyczący wdrażania tych przystawek jest dostępny tutaj.

Po zbudowaniu systemu należy go wyposażyć w kod. Ten projekt wykorzystuje w szczególności kod Arduino. Jeśli chcesz zapoznać się z kodem Arduino, https://www.arduino.cc jest pełen przydatnych samouczków. Aby zaimplementować kod użyty w tym projekcie, musisz pobrać aplikację Arduino ze strony https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Będzie to musiało być uzupełnione tablicą Flora, dostępną tutaj. Będziesz także musiał pobrać kilka innych bibliotek, aby rozszerzyć możliwości swojego mikroprocesora; można to zrobić za pomocą www.github.com. Niezbędne biblioteki to:

• Szybka transformata Fouriera (FFT)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Adafruit NeoPixel

Na koniec należy pobrać aplikację Adafruit Bluefruit LE Connect na smartfona do użytku z opaską na głowę.

Krok 3: Bezpieczeństwo

Organizm ludzki może wytrzymać jedynie ograniczoną ekspozycję na elektryczność, dlatego podczas korzystania z urządzeń elektronicznych wymagana jest odpowiednia ostrożność. Główną zasadą bezpieczeństwa elektrycznego jest unikanie tworzenia dla ciała ścieżki przepływu prądu elektrycznego w zasilanym obwodzie. Oto kilka ogólnych praktyk, aby tego uniknąć:

• Dotykaj tylko przewodów i innych metalowych obwodów, gdy zasilanie jest wyłączone
• Używaj narzędzi z izolowanymi uchwytami
• Staraj się trzymać wodę z dala od obszaru roboczego podczas budowania obwodu
• Staraj się pracować jedną ręką zamiast dwóch, aby zmniejszyć ryzyko przepływu prądu elektrycznego przez serce

Inną kwestią, o której należy pamiętać podczas budowania obwodu, jest to, że prąd elektryczny może zapalić materiały łatwopalne, dlatego należy upewnić się, że przewody są całkowicie połączone w obwodzie. W przeciwnym razie możesz podpalić włosy lub opaskę.

Ostrzeżenie: Ta opaska na głowę nie jest certyfikowanym wyrobem medycznym i nie powinna być używana do diagnozowania stanów neurologicznych.

Krok 4: Wskazówki i porady

Oto kilka wskazówek, o których należy pamiętać podczas konstruowania opaski Sleep Reader Headband:

• Upewnij się, że końce przewodzącej nici nie stykają się ze sobą po ich związaniu

• Jeśli port jest niedostępny w Arduino po podłączeniu mikrokontrolera do Arduino, wykonaj następujące czynności, aby wgrać swój kod:

  1. Gdy mikrokontroler jest podłączony, wgraj kod trzymając wciśnięty przycisk resetowania na mikrokontrolerze
  2. Gdy pasek stanu zmieni się z kompilowania na przesyłanie, puść przycisk resetowania
  3. Kod powinien zostać przesłany, a port powinien zostać rozpoznany
• Podczas lutowania na zatrzaskach uważaj, aby nie lutować razem dwóch pinów, aby nie zwierać obwodu. Do sprawdzenia, czy między pinami zostało utworzone połączenie, można użyć multimetru
• Upewnij się, że zatrzaski pozostają połączone podczas zakładania pałąka
• Upewnij się, że moduł bluetooth jest w trybie danych, a nie w trybie poleceń
• Po skonstruowaniu pałąka będziesz chciał upewnić się, że działa skutecznie! Aby uzyskać dobry sygnał, upewnij się, że masz czysty kontakt między elektrodami a czołem, wycierając kurz, luźne nitki, włosy lub inne zakłócenia.

Krok 5: Zacznij budować swój obwód

Teraz, gdy zostałeś wyposażony w podstawową wiedzę i procedury bezpieczeństwa, jesteś gotowy, aby zbudować godzinną opaskę na głowę. Przeczytaj uważnie poniższe instrukcje i zwróć uwagę na komentarze pozostawione na obrazach wraz z dalszymi instrukcjami.

Krok 6: Schemat obwodu

Powyższy schemat połączeń przedstawia połączenia w zakończonym obwodzie. Użyj tego schematu obwodu jako odniesienia, aby upewnić się, że obwód został prawidłowo podłączony.

Krok 7: Lutowane zatrzaski w mikroprocesorze Flora

Jeśli nie sprawdziłeś linku do samouczka na temat korzystania z przyciągania w kroku „Przygotowanie”, sprawdź go teraz. W tym momencie połączysz zatrzaski z mikroprocesorem i modułem bluetooth. Nie chcesz zepsuć tej części, ponieważ niechlujna praca lutownicza może zrujnować obwód.

Mikroprocesor będzie wymagał zatrzasków na następujących pinach:

• Wszystkie 3 piny uziemienia (GND)
• Oba piny zasilania 3,3 V
• SCL #3
• Odbiór #0
• TX #1
• Cyfrowa szpilka #9

Krok 8: Lutowane zatrzaski do modułu Bluetooth

A moduł bluetooth będzie wymagał zatrzasków na tych pinach:

• Moc 3,3 V
• TX
• RX
• GND

Krok 9: Przyszyj zatrzaski do tkaniny dla mikroprocesora Flora

Teraz możesz przyszyć drugi koniec zatrzasków do tkaniny. Upewnij się, że używasz modułu bluetooth i mikroprocesora z dołączonymi zatrzaskami, aby prawidłowo je ustawić!

Krok 10: Przyszyj zatrzaski do tkaniny dla modułu Bluetooth

Teraz wszyj zatrzaski do Bluetooth.

Krok 11: Podłącz moduł Bluetooth do mikroprocesora Flora

Następnie podłącz moduł Bluetooth do mikroprocesora Flora, wszywając nić przewodzącą między odpowiednie zatrzaski dla każdego urządzenia. Wymagane są następujące połączenia pinów:

1. Bluetooth 3,3 V na mikroprocesor 3,3 V
2. Bluetooth TX do mikroprocesora RX #0
3. Bluetooth RX do mikroprocesora TX #1
4. Bluetooth GND do GND mikroprocesora

Krok 12: Podłącz Neo Pixel do mikroprocesora Flora

Podłącz Neo Pixel do mikroprocesora w następujący sposób:

1. Wejście LED NeoPixel na cyfrowy pin nr 9 mikroprocesora
2. Uziemienie NeoPixel do uziemienia mikroprocesora
3. Od NeoPixel do mocy mikroprocesora

Krok 13: Podłącz akumulator do mikroprocesora Flora

Ta część jest dość ważna; możesz potrzebować źródła zasilania, aby wszystko działało!

Krok 14: Zbuduj kabel EEG

Ten kabel jest skonstruowany przy użyciu chipa EEG, 3-przewodowego kabla elektrody i kabla UC-E6. Chip EEG musi być odpowiednio wyrównany, aby koniec z napisem „EEG” był podłączony do kabla elektrody, jak pokazano na powyższym obrazku.

Krok 15: Połącz EEG z mikroprocesorem Flora

Podłącz kabel EEG do mikroprocesora Flora. Powyższy obrazek jest oznaczony instrukcjami, aby pokazać właściwe punkty do podłączenia przewodów. Wykonane zostaną następujące połączenia:

1. Czerwony przewód do zasilania
2. Czarny przewód do ziemi
3. Fioletowy przewód do SCL #3

Krok 16: Zszyj elektrody w opasce

Przyszyj elektrody do wewnętrznej strony opaski. Upewnij się, że elektrody są umieszczone we właściwych pozycjach. Patrząc na wnętrze opaski, czerwona elektroda powinna znajdować się po lewej stronie, biała powinna znajdować się pośrodku, a czarna po prawej.

Krok 17: Zszyj materiał i pasek do opaski

Teraz ukończyłeś swoją opaskę! Hurra!

Krok 18: Prześlij kod

Teraz możesz przesłać ten kod na swoją opaskę, aby umożliwić mu czytanie w myślach!

Krok 19: Podłącz pałąk do telefonu

Otwórz aplikację Adafruit Bluefruit LE Connect i połącz ze sobą telefon Adafruit Bluefruit LE.

Krok 20: Załóż opaskę i zbieraj dane

Teraz możesz założyć opaskę i ją przetestować! Możesz wybrać "UART" w aplikacji Adafruit Bluefruit LE Connect, aby wyświetlić dane w miarę ich napływania.

Krok 21: Eksportuj dane z telefonu do komputera

Po zebraniu danych możesz je wyeksportować w wielu formatach plików. Zalecamy wyeksportowanie go jako pliku.txt do analizy w programie Excel.

Krok 22: Analiza danych

Oto przykład typu wykresu, który możesz wykonać, aby zwizualizować i zinterpretować dane z opaski na głowę. Mamy zaznaczone zakresy delta, theta, alfa i beta, aby pokazać, do którego zakresu należy każdy punkt.

Krok 23: Dalsze pomysły

Po ukończeniu opaski Sleep Reader możesz zapoznać się z niektórymi modyfikacjami projektu. Może spróbuj zmodyfikować kod, aby automatycznie zbierać dane i generować raport, który ocenia wzorce snu użytkownika. Możesz też podłączyć zegar czasu rzeczywistego, aby monitorować dokładną porę nocy, kiedy użytkownik zasypia, przechodzi przez głęboki sen i sen REM i budzi się. Być może jesteś zainteresowany nagrywaniem rozmów podczas snu, w takim przypadku możesz dołączyć rejestrator dźwięku, który jest aktywowany, gdy użytkownik wejdzie w fazę snu REM. Możliwości są nieskończone!

Krok 24: Rozpoznanie

Część kodu dotycząca transformacji Fouriera dla tego projektu wykorzystywała kod zamieszczony na tej stronie w witrynie Norwegian Creations. Ponadto część kodu dotycząca NeoPixel odwoływała się do przykładów dostarczonych przez Adafruit.