TfCD - AmbiHeart: 6 kroków (ze zdjęciami)

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

Wstęp

Świadomość funkcji życiowych naszego organizmu może pomóc w wykrywaniu problemów zdrowotnych. Obecna technologia zapewnia narzędzia do wykonywania pomiarów tętna w środowisku domowym. W ramach kursu magisterskiego Advanced Concept Design (podkurs TfCD) na Politechnice w Delft stworzyliśmy urządzenie do biofeedbacku.

Czego potrzebujesz?

1 czujnik tętna

1 dioda LED RGB

3 rezystory (220 Ohm)

Arduino Uno

Bateria 9V

Deska do krojenia chleba

Obudowy drukowane w 3D

Silne strony

Przedstawienie pomiaru za pomocą jasnego koloru jest prostsze do zrozumienia i interpretacji niż liczby surowe. Może być również przenośny. Zastosowanie mniejszego mikrokontrolera i płytki stykowej pozwoli na zwiększenie rozmiarów obudowy. Nasz kod wykorzystuje średnie wartości tętna, ale poprzez niewielkie zmiany w kodzie możesz dostosować informacje zwrotne do bardziej szczegółowych wartości dla Twojej grupy wiekowej i stanu zdrowia.

Słabości

Główną słabością jest czułość czujnika tętna. Wykrycie tętna i wyświetlenie pożądanej informacji zwrotnej zajmuje trochę czasu. To opóźnienie może być czasami znaczne i może prowadzić do nieprawidłowego działania.

Krok 1: Przygotowanie elektroniki

Czujnik bicia serca działa na zasadzie pletyzmografii fotograficznej. Mierzy zmianę objętości krwi przez dowolny narząd ciała, co powoduje zmianę natężenia światła przez ten narząd (obszar naczyniowy). W tym projekcie ważniejszy jest czas impulsów. O przepływie objętości krwi decyduje tempo pulsów serca, a ponieważ światło jest pochłaniane przez krew, impulsy sygnałowe odpowiadają bicie serca.

Po pierwsze, czujnik tętna należy podłączyć do Arduino, aby wykryć BPM (uderzenia na minutę). Podłącz czujnik tętna do A1. Dioda na płycie Arduino powinna migać w synchronizacji z wykryciem BPM.

Po drugie, umieść diodę LED RGB wraz z 3 rezystorami 220 Ohm podłączonymi, jak pokazano na schemacie. podłącz czerwony pin do 10, zielony pin do 6 i zielony pin do 9.

Krok 2: Programowanie

Użyj pomiaru tętna, aby pulsować diodą LED z obliczoną częstotliwością. U większości osób tętno spoczynkowe wynosi około 70 uderzeń na minutę. Po uruchomieniu jednej diody LED możesz użyć innej zanikającej z IBI. Normalne tętno spoczynkowe dla dorosłych wynosi od 60 do 100 uderzeń na minutę. Możesz kategoryzować BPM w tym zakresie zgodnie z przedmiotem testu.

Tutaj chcieliśmy przetestować na osobach odpoczywających, dlatego podzieliliśmy BPM powyżej i poniżej tego zakresu na pięć kategorii

Alarmujący (poniżej 40) - (niebieski)

Ostrzeżenie (40 do 60) - (gradient od niebieskiego do zielonego)

Dobry (60 do 100) - (zielony)

Ostrzeżenie (100 do 120) - (gradient od zielonego do czerwonego)

Alarmujący (powyżej 120) - (czerwony)

Logika kategoryzacji BPM do tych kategorii to:

jeśli (BPM<40)

R=0

G=0

B=0

jeśli (40 < BPM < 60)

R = 0

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

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

jeśli (60 <BPM <100)

R = 0

G = 255

B = 0

jeśli (100 <BPM <120)

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

G = (((120 uderzeń/min)/20)*255)

B = 0

jeśli (120 < BPM)

R = 255

G = 0

B = 0

Możesz skorzystać z aplikacji Processing Visualizer, aby sprawdzić czujnik tętna i zobaczyć, jak zmieniają się BPM i IBI. Korzystanie z wizualizatora wymaga specjalnych bibliotek, jeśli uważasz, że ploter szeregowy nie jest pomocny, możesz skorzystać z tego programu, który przetwarza dane BPM na czytelne dane wejściowe dla wizualizatora.

Istnieje kilka sposobów pomiaru tętna za pomocą czujnika tętna bez wstępnie załadowanych bibliotek. Wykorzystaliśmy następującą logikę, która została użyta w jednej z podobnych aplikacji, używając pięciu impulsów do obliczenia bicia serca.

Five_pusle_time=time2-time1;

Single_pulse_time= Pięć_pulse_time /5;

szybkość=60000/ Czas_pojedynczego_impulsu;

gdzie time1 jest pierwszą wartością licznika impulsów

time2 to lista wartości licznika impulsów

rate to końcowe tętno.

Krok 3: Modelowanie i druk 3D

Dla wygody pomiarów i bezpieczeństwa elektroniki wskazane jest wykonanie obudowy. Ponadto zapobiega zwarciom elementów podczas użytkowania. Zaprojektowaliśmy prosty do trzymania kształt, który jest zgodny z organiczną estetyką. Podzielony jest na dwie części: dolną z otworem na czujnik tętna i użebrowaniami pod Arduino i płytkę stykową oraz górną z prowadnicą światła, która daje ładną wizualną informację zwrotną.

Krok 4: Prototyp elektromechaniczny

Po przygotowaniu obudów umieść czujnik tętna w żebrach prowadzących przed otworem. Upewnij się, że palec sięga do czujnika i całkowicie zakrywa powierzchnię. Aby wzmocnić efekt wizualnego sprzężenia zwrotnego, przykryj wewnętrzną powierzchnię górnej obudowy nieprzezroczystą folią (użyliśmy folii aluminiowej), pozostawiając otwór pośrodku. Ograniczy światło do określonego otworu. Odłącz Arduino od laptopa i podłącz baterię większą niż 5 V (użyliśmy tutaj 9 V), aby była przenośna. Teraz umieść całą elektronikę w dolnej obudowie i zamknij górną.

Krok 5: Testowanie i rozwiązywanie problemów

Teraz czas sprawdzić wyniki! ponieważ czujnik został umieszczony w środku, tuż przed otwarciem obudowy, może wystąpić niewielka zmiana czułości czujnika. Upewnij się, że wszystkie inne połączenia są nienaruszone. Jeśli wydaje Ci się, że coś jest nie tak, tutaj przedstawiamy kilka przypadków, które pomogą Ci sobie z tym poradzić.

Możliwe błędy mogą dotyczyć wejścia z czujnika lub wyjścia dla diody LED RGB. Aby rozwiązać problem z czujnikiem, musisz przestrzegać kilku rzeczy. Jeśli czujnik wykrywa BPM, na płycie powinna migać dioda LED (L) w synchronizacji z BPM. Jeśli nie widzisz mrugnięcia, sprawdź zacisk wejściowy na A1. Jeśli kontrolka czujnika impulsów nie świeci, należy sprawdzić pozostałe dwa zaciski (5V i GND). Ploter szeregowy lub monitor szeregowy mogą również pomóc w upewnieniu się, że czujnik działa.

Jeśli nie widzisz żadnego światła na RGB, najpierw musisz sprawdzić terminal wejściowy (A1), ponieważ kod działa tylko wtedy, gdy wykryto BPM. Jeśli wszystko z czujników wydaje się w porządku, poszukaj przeoczonych zwarć na płytce stykowej.

Krok 6: Testowanie użytkownika

Teraz, gdy masz gotowy prototyp, możesz mierzyć swoje tętno, aby otrzymywać lekkie informacje zwrotne. Mimo otrzymywania informacji o swoim zdrowiu możesz bawić się różnymi emocjami i sprawdzać reakcję urządzenia. Może być również używany jako narzędzie do medytacji.