Sukienka monitora - Podłącz sygnały serca do IoT: 18 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Sukienka Monitor to eksperyment polegający na badaniu różnych sposobów digitalizacji czynności serca użytkownika, a także przetwarzania danych.

Trzy elektrody wewnątrz sukienki mierzą sygnały elektryczne przechodzące przez ciało użytkownika. Te impulsy analogowe, które pochodzą z aktywności mięśni serca, są przekształcane na sygnały cyfrowe. Mikrokontroler następnie zapala krąg diod LED z przodu sukienki, migając na fioletowo z każdym uderzeniem serca. Mikrokontroler przesyła również dane przez sieć bezprzewodową do innych zastosowań. Dane przesyłane przez sieć bezprzewodową są odbierane przez komputer, który monitoruje dane w celu ich animacji. Sygnały elektryczne serca są teraz widoczne na wyświetlaczu, a także na samej sukience.

Sukienka Monitor tworzy bezproblemowy interfejs między ludzkim ciałem, ubraniem i komponentami elektronicznymi – digitalizując i rejestrując nasze przejściowe biosygnały.

Krok 1: Przegląd projektu i obwodu

Górna część sukienki wykonana jest z czarnego i przezroczystego akrylu - wyciętego wycinarką laserową. Pierścień NeoPixel jest przyklejony pod przezroczystym akrylowym kołem pośrodku. Druty biegną za górną częścią do paska tkaniny, który jest przymocowany do górnej części z tyłu sukienki. Pasek tkaniny łączy się z małą kieszonką, w której mieści się mikrokontroler, pulsometr i bateria. W podszewkę sukienki wszyte są trzy elektrody z e-tekstyliów. Przewody łączące elektrody i mikrokontroler przebiegają pomiędzy dwiema warstwami tkaniny.

Krok 2: Materiały eksploatacyjne:

Materiały:

• Tkanina
• Zamek błyskawiczny
• Przewody
• Termokurczliwe
• 1/8 "czarny akryl
• Akryl rozproszony 1/8"
• Pierścień NeoPixel (24 diody LED) (Adafruit)
• Foton (cząsteczka)
• Monitor pracy serca (Sparkfun)
• Biomedialne podkładki sensoryczne (Sparkfun)
• Kabel czujnika (Sparkfun)
• Tkanina przewodząca (Sparkfun lub Adafruit)
• 5 zatrzasków przycisków
• Płyta Perma-Proto (Adafruit)
• Przewody połączeniowe żeńskie + męskie
• Termokurczliwe
• Powerbank 5V (Amazonka)

Narzędzia:

• Nożyce
• Igła
• Wątek
• Pinceta
• Lutownica
• Lutować
• Gorący klej
• Opalarka
• Maszyna do szycia
• Wycinarka laserowa
• Młotek
• Papier
• Linijka
• Ołówek

Krok 3: Photon - zestaw rozwojowy Wi-Fi

Photon to potężny zestaw deweloperski Wi-Fi, który łączy Twój projekt z Internetem Rzeczy (IoT). Płyta jest dość mała, co sprawia, że świetnie nadaje się do noszenia w projektach IoT.

Particle, twórca Photona, przygotował świetną kartę katalogową Photona, a także bardzo szczegółowy przewodnik dla początkujących ze wszystkimi informacjami, które musisz znać, aby zacząć.

Wystarczy pobrać aplikację Particle na smartfona i postępować zgodnie z instrukcjami, aby podłączyć Photona do sieci Wi-Fi. Możesz również pobrać aplikację Particle Dev na swój komputer lub rozpocząć programowanie za pomocą przeglądarki. Wrócimy do Photona w kroku 15.

Krok 4: Monitor pracy serca

Na zdjęciu widać płytkę monitora tętna oraz kabel czujnika z 3 złączami elektrod i 3 pasującymi elektrodami biomedycznymi. Ponieważ będziemy produkować własne przewodzące elektrody z tkaniny do naszej sukienki, nie ma potrzeby używania kabli czujników i podkładek. Jednak świetnie nadają się do prototypowania i testowania.

Przed rozpoczęciem zalecam również przeczytanie Przewodnika podłączania monitora tętna Sparkfun. Zawiera wiele szczegółów dotyczących działania czujnika tętna i sposobu rozmieszczenia elektrod.

Krok 5: Laserowo wytnij górny kawałek

Najpierw zaprojektowałem górną część 2D za pomocą programu Illustrator, który wyciąłem z czarnego arkusza akrylowego 1/8 cala za pomocą wycinarki laserowej. Ponieważ okrąg pośrodku projektu ma się zaświecić, wyciąłem pasujące płatki z 1 Rozproszony arkusz akrylowy /8 . Wyciąłem też trzy różnej wielkości kółka z rozproszonego akrylu. Przykleimy je między płatkami a pierścieniem NeoPixel, aby uzyskać bardziej rozproszone światło. W przeciwnym razie zobaczysz poszczególne diody LED na pierścieniu.

Krok 6: Kształtowanie akrylu

Po pocięciu akrylu nadchodzi czas na jego ukształtowanie i nadanie mu trójwymiarowej formy. Możesz użyć opalarki, suszarki do włosów lub czegokolwiek, co działa najszybciej, na przykład kuchenki gazowej. Zachowaj ostrożność podczas podgrzewania i zawsze dotykaj gorących części ręcznikiem. Gdy zacznie się nabierać, ukształtuj go tak, jak chcesz i poczekaj, aż ostygnie i ponownie się zestali.

Krok 7: Dodawanie półprzezroczystych płatków

Teraz przyklejmy przezroczyste akrylowe płatki do odpowiednich wycięć. Jeśli płatki akrylowe mają ślady przypalenia na krawędziach, możesz je zeszlifować papierem ściernym. Wymieszaj ze sobą dwuskładnikową żywicę epoksydową i ostrożnie nałóż klej wokół krawędzi płatków. Pomaga trzymać kawałki za pomocą taśmy klejącej podczas umieszczania ich wewnątrz górnej części.

Krok 8: Zaprojektuj swoją sukienkę

W kolejnych kilku krokach zaprojektujemy i uszyjemy sukienkę z czarnej skóry.

Podczas pracy nad plikiem Illustrator miałem już wstępny pomysł na projekt. Po udrapowaniu materiału i górnej części wokół manekina wymyśliłam właściwy wzór: sukienka z zapięciem na szyję z dwiema zaszewkami z przodu i z tyłu, szew rozdzielający w talii, kieszenią na baterię z tyłu i niewidocznym zamkiem błyskawicznym wewnątrz lewego szwu bocznego. Przed rozcięciem ładnej tkaniny zawsze warto najpierw uszyć sukienkę z tańszej tkaniny (zwanej też muślinem). Daje to szansę na dostosowanie wzoru i wprowadzenie drobnych zmian.

Krok 9: Uszyj sukienkę

Teraz prześledź wzory i uszyj właściwą sukienkę. Najpierw przyszyj zaszewki z przodu iz tyłu sukienki. Następnie zszyj razem dwa przednie i dwa tylne kawałki, a także podszewkę, uchwyt na szyję i niewidoczny zamek błyskawiczny. Na koniec przymocujemy kieszeń na baterię i paski (kroki 10 i 11). Po raz kolejny użyłem wycinarki laserowej do wycięcia sześciu pasków materiału. Nie jest to konieczne, ale daje naprawdę czyste krawędzie, które są łatwiejsze do szycia i znacznie szybsze do cięcia!

Krok 10: Załóż tylną kieszeń

Wytnij kwadrat z materiału wierzchniego i przyszyj małe paski na rzepy na górze lewej i prawej krawędzi. Zagnij brzegi rzepów i przyszyj je do wewnętrznej strony poszetki. Znajdź odpowiednią pozycję na kieszeń na baterię (najlepiej na górze szwu w talii) i przypnij ją do sukienki. Przyszyj dolną część kieszeni do sukienki oraz odpowiedni pasek z rzepem po lewej i prawej stronie.

Krok 11: Przygotuj paski tkaniny

Paski tkaniny z tyłu służą do połączenia topu z sukienką i do ukrycia wszystkich przewodów biegnących od kieszeni na baterie do diod LED z przodu. Przed zszyciem długich krawędzi razem włóż oczko w jeden z pasków. Dzięki temu suknia będzie wyglądać czyściej podczas przepychania przewodów przez pasek i z niego. Następnie zszyj tunele z tkaniny i odwróć paski na lewą stronę. Łatwiej jest używać pęsety.

W następnym kroku poprowadź trzy długie przewody (wystarczająco długie, aby biegły od kieszeni akumulatora do diod LED z przodu) przez pasek oczkowy, wyprowadzając przewody przez oczko z tunelu. Oznacz każdy przewód na obu końcach taśmą, aby wiedzieć, który jest który. Następnie przyszyj paski do górnej części, jak pokazano na zdjęciach.

Krok 12: Zakończ górną część

Teraz przylutuj jeden z trzech przewodów do styku GND (uziemienie), jeden do styku wejścia danych, a ostatni przewód do styku +5 V (zasilanie). Upewnij się, że wiesz, który drut jest przylutowany do którego pinu, ponieważ nie możesz go prześledzić przez rurkę. Przylutuj wtyk żeński do każdego z trzech przewodów. Nie zapomnij użyć koszulki termokurczliwej, aby zabezpieczyć łatwe do złamania spoiny lutownicze. Za pomocą opalarki lub żywicy epoksydowej przyklej trzy mleczne akrylowe kółka jeden na drugim i poczekaj, aż wyschną. Następnie wyśrodkuj kółka na wewnętrznej stronie płatków akrylowych i sklej je ze sobą. Po wyschnięciu kleju wyśrodkuj pierścień NeoPixel na górze i nałóż wokół niego klej. Nie zapomnij przymocować przewodów biegnących wokół pierścienia do tyłu elementu.

Krok 13: przyszyj paski tkaniny do sukienki

Teraz umieść sukienkę i top na manekinie i zastanów się, gdzie chcesz umieścić paski. Ostrożnie rozewrzyj szwy w zaznaczonym obszarze oraz szwy w pasie za torbą na baterie (podszewka i górna warstwa). Teraz przełóż paski tkaniny przez podszewkę i górną warstwę, aby paski wyszły przez szew w talii. Przypnij paski o żądanej długości we właściwej pozycji i zamknij na razie tylko górny szew.

Krok 14: Zintegruj elektrody

Wytnij trzy kwadraty z przewodzącej tkaniny. Pierwsze zdjęcie pokazuje, gdzie należy umieścić elektrody wewnątrz sukienki. Użyłem ściegu zygzakowatego przyszyjąc kwadraty do podszewki. Elektrody muszą być mocno dociśnięte do nagiej skóry, aby wychwycić bicie serca. W przeciwnym razie tkanina przewodząca nie będzie w stanie odbierać sygnałów elektrycznych biegnących przez twoje ciało. Teraz przylutuj drut (polecam elastyczny przewód silikonowy) do zatrzasku guzikowego. Przygotuj w sumie trzy przewody, po jednym dla każdej elektrody. Przyszyj te zatrzaski za podszewką z łatką z materiału przewodzącego - między podszewką a warstwą wierzchnią. Ważne jest użycie przewodzącego gwintu do połączenia elektrod z przewodem, a później z mikrokontrolerem. Następnie przeprowadź wszystkie trzy druty przez sukienkę, aż wyjdą z otwartego miejsca w szwie talii za woreczkiem na baterie. Aby nieco bardziej chronić druty, włożyłem je do kawałka resztek rurki z tkaniny, dokładnie tam, gdzie przyszyłem je, aby zamknąć otwarty szew w talii. Przytnij trzy przewody do żądanej długości i przylutuj żeński przewód połączeniowy na każdym końcu. Jest to konieczne, aby połączyć elektrody z płytką monitora pulsu. Pamiętaj, że ważne jest, aby wiedzieć, jaki przewód łączy się z jaką elektrodą.

Jak na razie dobrze. Sukienka jest już prawie gotowa.

Krok 15: Zmodyfikuj i prześlij kod

Wróćmy teraz do oprogramowania i sprzętu:

Po skonfigurowaniu Photona i zainstalowaniu Particle Dev (krok 3), pobierz kod czujnika tętna. Jeśli otworzysz plik, zobaczysz dwa foldery, jeden o nazwie photon, a drugi o nazwie przetwarzanie.

Śmiało, otwórz Particle Dev i wybierz Plik> Otwórz… z menu rozwijanego. Przejdź do folderu fotonów i kliknij Otwórz. Po lewej stronie kliknij WorkingPhotonHeartRateMonitor.ino, aby otworzyć kod. Teraz zmień liczbę diod LED zdefiniowaną w kodzie na liczbę diod, których używasz w swoim projekcie.

#define NUM_LEDS 24

Do sukienki użyłem 24 diod LED. Możesz również zmienić numer innych szpilek, jeśli używasz innych szpilek. Mały wykres daje przegląd. Jeśli chcesz zmienić pin przycisku trybu, kliknij plik buttons.h i zmień numer 6 na pin, którego używasz.

#define PRZYCISK TRYBU 6

Jeśli chcesz, możesz dodać mały przycisk do tego pinu, aby przełączać się między trybem na żywo a niektórymi zarejestrowanymi danymi bicia serca. To fajna cecha, jeśli sukienka jest na manekinie. Po podłączeniu elektrod do ciała (w kolejnym kroku) wystarczy otworzyć monitor szeregowy, zarejestrować własne dane i zastąpić liczby uderzeniami serca w pliku recordData.h.

Krok 16: Złóż sprzęt

Przed przylutowaniem wszystkich elementów elektronicznych do półwymiarowej płytki prototypowej Perma-Proto użyj najpierw zwykłej płytki prototypowej do przetestowania elektroniki. Podłącz czujnik tętna, przycisk i diody LED do pinów fotonowych zdefiniowanych w kodzie. Przyklej elektrody do ciała, jak pokazano na rysunku, upewniając się, że elektrody pasują do właściwych pinów. Teraz możesz otworzyć monitor szeregowy fotonów i uzyskać dane o bicie serca przez lokalne Wi-Fi.

Jeśli chcesz zobaczyć diagram EKG na swoim monitorze, musisz pobrać Processing. W Przetwarzaniu otwórz szkic w folderze przetwarzania i uruchom szkic, klikając strzałkę w lewym rogu. Jeśli wszystko jest poprawnie skonfigurowane, otworzy się okno i będziesz mógł zobaczyć aktywność swojego serca. Pomaga w poruszaniu się tak mało, jak to możliwe i zajmuje trochę czasu, zanim biosygnał jest wystarczająco stabilny, aby uzyskać czystą wizualizację. Aby uzyskać więcej informacji i/lub rozwiązywać problemy, zapoznaj się z Przewodnikiem po monitorze tętna Sparkfun. Być może trzeba będzie zmodyfikować linię w szkicu, która zawiera Serial.list()[3] i zmienić numer na dowolny port, na którym jest włączony monitor szeregowy. Jeśli nie masz pewności co do liczby, spróbuj od 0 do 6.

Krok 17: Przylutuj do Perma-Proto

Aby połączyć nasze niestandardowe zintegrowane elektrody z e-tekstyliów z płytą, a nie z nieporęcznymi, lepkimi elektrodami, przylutuj rozgałęźnik do każdego z pinów RA (prawe ramię), LA (lewe ramię) i RL (prawa noga) na płycie.

Jeśli wszystko działa, możesz przylutować komponenty na płytce perma-proto. Zacząłem od fotonu, potem przewody, a na końcu pulsometr. Zamiast przylutować na stałe trzy przewody LED do płytki, użyłem trzech zworek męskich (Data, VCC i GND) do połączenia ich z przewodami LED.

Power bank 5V jako zasilacz działa świetnie dla fotonu, ponieważ można go ładować. Możesz go również używać do ładowania innych urządzeń elektronicznych, takich jak smartfon.

Krok 18: Podłącz sygnały serca do IoT

Teraz wszystko jest gotowe i możesz połączyć swoją aktywność serca z Internetem Rzeczy.

Zwróć uwagę, że foton zawsze musi być podłączony do sieci bezprzewodowej, w przeciwnym razie nie przestanie szukać i Twój kod nie będzie działał. W przyszłej aktualizacji mogę ją ulepszyć, aby połączenie internetowe było opcjonalne.

Jeśli masz jakieś pytania, nie wahaj się zapytać. Miłego robienia.

II nagroda w konkursie DIY Dress Contest