Urządzenie do motywacji fitness: 22 kroki

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Jesteśmy studentami inżynierii, którzy starają się być sprawni fizycznie.

Wiemy, jak to jest mieć pozornie za dużo pracy w szkole, żeby wyjść i ćwiczyć. Aby wyjąć dwie pieczenie na jednym ogniu, postanowiliśmy wykorzystać końcowy projekt na jednym z naszych zajęć inżynierskich do wykonywania podstawowych odczytów biosensorów podczas ćwiczeń. Mówiąc dokładniej, projekt ten umożliwia użytkownikowi odczyty z akcelerometru (ACC) i elektromiogramu (EMG), jednocześnie przekazując informacje wyjściowe do dwóch diod LED i małego wyświetlacza cyfrowego.

Jeśli lubisz obwody, Arduino, obróbkę drewna, kodowanie, inżynierię biomedyczną lub lutowanie, ten projekt może być dla Ciebie!

Zobacz, co robisz

Zanim zaczniesz pracę nad tym projektem, poświęć chwilę, aby zobaczyć, co robisz w powyższym filmie.

Zasadniczo ten projekt pozwala połączyć wiele aspektów tego, co znasz. Jeśli jesteś nowy w inżynierii biomedycznej (BME) lub bioczujnikach, nie ma problemu. W tym projekcie wykorzystywane są dwa podstawowe czujniki. Te czujniki to akcelerometr i elektromiogram (EMG). Jak sama nazwa wskazuje, akcelerometr to po prostu czujnik mierzący przyspieszenie. Mniej intuicyjnie elektromiogram mierzy aktywność elektryczną w mięśniu, do którego przymocowane są odpowiadające mu elektrody. W tym projekcie użyto trzech powierzchniowych bioelektrod żelowych z przewodu elektrycznego, który mierzył sygnały pochodzące z łydki przywiązanego osobnika.

Materiały i narzędzia

Materiały

Aby skonstruować ten projekt, będziesz potrzebować:

• płytka Arduino Uno (którą można kupić na
• zasilacz bateryjny 9V (który można kupić na
• zestaw z podłączeniem Bitalino (który można kupić na www.bitalino.com)
• wyświetlacz TFT Adafruit 1,8" i osłona oraz półwymiarowa płytka prototypowa (którą można kupić na www.adafruit.com)
• różne przewody połączeniowe, diody LED, rezystory 220 Ohm, lut i topnik (można kupić na www.radioshack.com)
• Wkręty do drewna 1/2", gwoździe wykończeniowe 5/8", kawałek blachy stalowej o grubości 4"x4", dwa małe zawiasy i prosty mechanizm zatrzaskowy (można kupić na www.lowes.com)
• pięć stóp deski z drewna

  Uwaga: Drewno liściaste można kupić na stronie www.lowes.com, ale zalecamy znalezienie lokalnego tartaku i użycie drewna od tej osoby. Wymiary drewna użyte w tym projekcie nie są zadziwiająco powszechne, więc szanse na znalezienie drewna wstępnie przyciętego do wymaganej grubości są dość niewielkie

  Narzędzia

• lutownica (którą można kupić na www.radioshack.com)

• wiele narzędzi do obróbki drewna, które są zawarte na powyższych zdjęciach i wymienione tutaj

  • piła ukosowa (którą można kupić na www.lowes.com)
  • Shopsmith lub równoważną piłę stołową (którą można kupić na www.shopsmith.com)
  • strugarkę grubościową (którą można kupić na www.sears.com)
  • młotek, wiertła, taśma miernicza i ołówek (do kupienia na www.lowes.com)
  • bezprzewodowa wiertarko-wkrętarka i akumulator (można kupić na www.sears.com)
  • piła taśmowa (do kupienia na www.grizzly.com)

Opcjonalne narzędzia

• rozlutownica (do kupienia na www.radioshack.com)
• strugarkę (można kupić na www.sears.com)

Przygotowanie

Chociaż nie jest to najtrudniejsze zadanie do wykonania, nie jest też najprostsze. Niezbędna jest wymagana wiedza z zakresu kodowania, obwodów elektrycznych, lutowania i obróbki drewna. Dodatkowo pomocna będzie wcześniejsza praca z Arduino lub Adafruit.

Prosty kurs programowania lub praktyczne doświadczenie w tym temacie powinno wystarczyć dla zakresu tej instrukcji.

Obwody lutowania i okablowania najlepiej poznać, wykonując te czynności. Chociaż kurs teoretyczny obwodów może być przydatny w technicznym zrozumieniu obwodów, jest on mało przydatny, chyba że zbudujesz w nim jakieś obwody! Podczas okablowania staraj się, aby okablowanie było jak najprostsze. Unikaj krzyżowania przewodów lub używania dłuższych przewodów niż to konieczne, gdy tylko jest to możliwe. Pomoże to rozwiązać problem z obwodem, który wydaje się być zakończony i nie działa prawidłowo. Podczas lutowania upewnij się, że używasz wystarczającej ilości topnika, aby lut płynął tam, gdzie chcesz. Użycie zbyt małej ilości topnika po prostu sprawi, że proces lutowania będzie bardziej frustrujący niż powinien. Nie używaj jednak zbyt dużo lutu. Jeśli chodzi o lutowanie, dodanie zbyt dużej ilości materiału lutowniczego generalnie nie pomaga w poprawie połączenia lutowanego. Przeciwnie, zbyt dużo lutu może sprawić, że połączenie będzie wyglądać rozsądnie, nawet jeśli zostało wykonane nieprawidłowo.

Obróbka drewna to rzemiosło. To zdecydowanie wymaga trochę praktyki. Pomaga w tym znajomość właściwości materiałowych drewna, na przykład w Wood autorstwa Erica Meiera, zwłaszcza jeśli w przyszłości zamierzasz wykonywać więcej projektów związanych z obróbką drewna. Nie jest to jednak wymagane. Obserwowanie rzemieślnika pracującego w drewnie lub samodzielnego wykonywania prac w drewnie powinno być wystarczającym tłem dla tego projektu. Niezbędna jest również znajomość sposobu poruszania się po sklepie z drewnem. Zrozumienie, jakie narzędzia wykonują dane funkcje, pomoże Ci szybciej i bezpieczniej wykonać projekt, niż można by to zrobić w inny sposób.

Przydatne strony

• www.github.com; ta strona pomaga manipulować kodem
• www.adafruit.com; ta strona mówi ci, jak podłączyć ekran TFT
• www.fritzing.com; ta strona pomaga rysować i konceptualizować obwody

Bezpieczeństwo

Zanim przejdziemy dalej, musimy porozmawiać o bezpieczeństwie. Bezpieczeństwo musi pozostać przede wszystkim w wykonywaniu instrukcji lub prawie czegokolwiek innego w życiu, ponieważ jeśli ktoś zostanie zraniony, nie jest to dla nikogo zabawne.

Chociaż ta instrukcja zawiera bioczujniki, ani części, ani zmontowane urządzenie nie są wyrobem medycznym. Nie powinny być używane do celów medycznych ani traktowane jako takie.

Ta instrukcja obejmuje użycie elektryczności, lutownicy i elektronarzędzi. Z powodu zaniedbania lub braku zrozumienia te rzeczy mogą stać się niebezpieczne.

Do zasilania Arduino, wyświetlacza Adafruit i diod LED potrzebna jest energia elektryczna. Zasilany jest baterią 9V. Ogólnie rzecz biorąc, podczas interakcji z elektrycznością trudno być zbyt bezpiecznym.

Niemniej jednak, kilka przydatnych wskazówek dotyczących bezpieczeństwa elektrycznego:

• Utrzymuj ręce w suchości i upewnij się, że skóra na nich jest nieuszkodzona.
• Jeśli musi przez ciebie przepływać prąd, postaraj się, aby punkty wejścia i wyjścia znajdowały się na tej samej kończynie.
• Zapewnij środki uziemiające, wyłączniki automatyczne i wyłączniki zwarciowe dla wszystkich obwodów. Pomagają one zapobiegać przeciążeniu obwodów lub upływowi prądu, jeśli coś pójdzie nie tak z urządzeniem lub ścieżką elektryczną.
• Nie używaj urządzeń elektrycznych podczas burzy lub w innych przypadkach, w których przepięcia mają większą częstość występowania niż normalnie.
• Nie zanurzaj urządzeń elektrycznych ani nie próbuj ich używać w środowisku wodnym.
• Modyfikuj obwody tylko wtedy, gdy zasilanie jest odłączone.

Lutownica to urządzenie elektryczne. W niniejszym dokumencie obowiązują wszystkie środki ostrożności dotyczące urządzeń elektrycznych. Jednak czubek żelazka również staje się bardzo gorący. Aby uniknąć poparzenia, unikaj kontaktu z końcówką żelazka. Trzymaj żelazko i lutuj w taki sposób, że jeśli jeden z przedmiotów wyślizgnie się z uchwytu, twoje ręce nie dotkną końcówki żelazka.

Elektronarzędzia również wymagają energii elektrycznej. W tym przypadku należy przestrzegać przedstawionych powyżej środków bezpieczeństwa elektrycznego. Dodatkowo wiedz, że elektronarzędzia mają wiele ruchomych części. W związku z tym trzymaj swoje ciało i wszystko, na czym ci zależy, z dala od tych części, gdy narzędzia są w użyciu. Pamiętaj, że narzędzie nie wie, czym jest cięcie lub obróbka. Jako operator jesteś odpowiedzialny za bezpieczną eksploatację elektronarzędzi. Utrzymuj osłony i osłony na miejscu podczas pracy elektronarzędzi.

Porady i wskazówki

Poniższe informacje mogą być przydatne w tej instrukcji. Nie każda wskazówka czy wskazówka odnosi się do każdego kroku, ale zdrowy rozsądek powinien być wskazówką, które wskazówki i wskazówki mają zastosowanie w każdym przypadku.

• Podczas okablowania kolor drutu nie ma znaczenia. Pomocne może być jednak ustalenie schematu kolorów i zachowanie z nim spójności w całym projekcie. Na przykład pomocne może być użycie czerwonego przewodu dla dodatniego napięcia dostarczanego w obwodzie.
• Bioelektrody należy umieścić na gładko ogolonej części ciała. Włosy prowadzą do nadmiernego hałasu i artefaktów ruchu w zbieranych sygnałach.
• Przewody podłączone do bioelektrod muszą być zabezpieczone przed poruszaniem się bardziej niż to konieczne, aby uniknąć artefaktów ruchu. Skarpeta kompresyjna lub taśma dobrze sprawdzają się w zabezpieczaniu tych drutów.
• Przylutuj odpowiednio. Upewnij się, że każde lutowane połączenie jest wystarczające i sprawdź te połączenia, jeśli obwód wydaje się być kompletny, ale nie działa prawidłowo.
• Podczas strugania strugaj kawałki materiału o długości nie mniejszej niż sześć cali. Struganie kawałków mniejszych niż ta długość może powodować odrzut lub nadmierne odrzuty obrabianych kawałków.
• Podobnie nie stój bezpośrednio przed strugarką. Zamiast tego stań obok niego, gdy obrabiane elementy są podawane i odbierane z strugarki.
• Używając pił, upewnij się, że obrabiane elementy opierają się o odpowiednie osłony lub ogrodzenia. Pomaga to zapewnić bezpieczne i dokładne cięcie.
• Podczas mocowania śrubami lub gwoździami zapewnij otwory prowadzące. Końcówka prowadząca powinna mieć mniejszą średnicę niż zamierzony łącznik, ale nie mniej niż połowę średnicy łącznika. Pomaga to uniknąć pękania i odprysków mocowanego drewna poprzez odciążenie nadmiernego naprężenia spowodowanego obecnością łącznika.
• Jeśli wiercisz otwory prowadzące na gwoździe, staraj się, aby otwór prowadzący był o jedną ósmą cala płytszy niż zamierzona długość gwoździa. Dzięki temu gwóźdź może się w nim zatopić i zapewnia duże tarcie, które pomaga utrzymać gwóźdź na miejscu, gdy jest zatopiony.
• Podczas wbijania wbijaj prosto w główkę gwoździa środkiem główki młotka. Wykonuj umiarkowane wymachy, w przeciwieństwie do wyłącznie konserwatywnych wymachów, ponieważ konserwatywne wymachy generalnie nie dostarczają wystarczającej energii do wbicia gwoździa, a raczej dostarczają wystarczająco dużo energii, aby spowodować, że gwóźdź przewróci się i zgina w niepożądany sposób.
• Użyj pazura młotka, aby usunąć gwoździe, które nie wbijają się zgodnie z przeznaczeniem.
• . Trzymaj ręce z dala od linii cięcia brzeszczotów. Jeśli coś pójdzie nie tak, nie chcesz, aby twoja ręka została skaleczona.
• Aby zaoszczędzić czas, mierz dwa razy i tnij raz. Jeśli tego nie zrobisz, będziesz musiał zrobić kilka kawałków więcej niż raz.
• Używaj ostrych ostrzy do strugarki grubościowej i pił. W przypadku pił, brzeszczoty o większej liczbie zębów są dobre dla zapewnienia gładkiego cięcia zbliżonego do jakości wykończenia. Do wykonania tego projektu użyliśmy precyzyjnego brzeszczotu z 96 zębami 12" w piły ukośnej z podwójnym ukosem Dewalt oraz brzeszczotu z co najmniej 6 zębami na cal liniowy w piły taśmowej.
• Utrzymuj silnik Shopsmith w zalecanym zakresie prędkości dla konfiguracji piły stołowej. Upewnij się, że stół jest ustawiony na odpowiednią wysokość, odsłaniając nie więcej ostrza niż jest to konieczne do wykonania każdego cięcia.

Krok 1: Zacznijmy

Najpierw zbuduj komponent obwodu. Zacznij od podłączenia zasilania i uziemienia do perma-protoboard.

Krok 2: Dodawanie bioczujników

Podłącz biosensory do stałej płyty prototypowej i zanotuj, który czujnik jest który. Jako akcelerometru użyliśmy sygnału po lewej stronie na schemacie.

Krok 3: w tym diody LED

Następnie dodaj diody LED. Pamiętaj, że kierunek diody ma znaczenie.

Krok 4: Dodawanie wyświetlacza

Dodaj wyświetlacz cyfrowy. Użyj okablowania podanego na tej stronie, aby pomóc:

Krok 5: Czas kodowania

Ponieważ obwód jest już gotowy, prześlij do niego kod. Załączony kod to kod, którego użyliśmy podczas realizacji tego projektu. Zdjęcie jest próbką tego, jak powinien wyglądać kod po poprawnym otwarciu. Tutaj można w pełni rozpocząć rozwiązywanie problemów. Jeśli wszystko działa poprawnie, najpierw odczytywane są sygnały z akcelerometru. Jeśli sygnał jest poniżej progu, zapala się czerwona dioda LED, zielona dioda LED pozostaje zgaszona, a na wyświetlaczu pojawia się komunikat „Wstawaj!”. Tymczasem, jeśli sygnał akcelerometru jest powyżej progu, czerwona dioda LED jest wyłączona, zielona dioda LED jest włączona, a na ekranie pojawia się komunikat „Chodź!”. Dodatkowo odczytywany jest sygnał EMG. Jeśli sygnał EMG jest powyżej ustawionego progu, na wyświetlaczu cyfrowym pojawia się komunikat „Świetna robota!” Jeśli jednak sygnał EMG jest poniżej progu, na ekranie pojawia się komunikat „Get going!”. Jest to powtarzane w czasie, a stan diod LED i ekranu zmienia się, gdy wymagają tego dane wejściowe z akcelerometru i EMG. Progi ustawione dla akcelerometru i EMG należy ustawić w oparciu o kalibrację z konkretnym obiektem w stanie spoczynku i ćwiczenia.

Aby uzyskać dostęp do tego kodu w GitHub, kliknij TUTAJ!

Krok 6: Struganie

Rozpocznij tworzenie pudełek zawierających obwód i baterię.

Należy zauważyć, że wszystkie rysunki pokazane poniżej mają wymiary podane w calach, chyba że zaznaczono inaczej.

Rozpocznij od strugania drewna potrzebnego do projektu do odpowiedniej grubości za pomocą strugarki grubościowej. Około trzy i pół stopy deski powinno być strugane do grubości 1/2 cala. Połowa stopy deski powinna być strugana do grubości 3/8 cala. Kolejna połowa stopy deski powinna być strugana do grubości 1/4 cala. Ostatnia połowa stopy deski powinna być taka, aby kanał w kształcie litery U tworzący korpus pojemnika na baterie można było wykonać, jak opisano w późniejszym kroku.

Krok 7: Spód pudełka podstawowego

Dopasuj spód podstawowego pudełka do pokazanych wymiarów i przymocuj do niego płytkę drukowaną i Arduino. Kliknij na obrazek, aby odsłonić te wymiary.

Krok 8: Końce skrzynki podstawowej

Dopasuj końce pudełka podstawowego do pokazanych wymiarów i przymocuj je do spodu pudełka podstawowego.

Krok 9: Boki skrzynki podstawowej - strona czujnika

Kontynuuj, dostosowując stronę czujnika głównego pudełka do pokazanych wymiarów i przymocuj ją do reszty pudełka za pomocą gwoździ wykończeniowych.

Krok 10: Boki skrzynki podstawowej - strona ekranu

Ustaw stronę ekranu podstawowego pudełka o określonych wymiarach i dołącz go do reszty pudełka.

Krok 11: Sprawdź, co masz

W tym momencie sprawdź, czy ogólny kształt skrzynki podstawowej jest taki, jak pokazano tutaj, nawet jeśli niektóre wymiary muszą się różnić ze względu na wybrany sprzęt lub rozmieszczenie sprzętu.

Krok 12: Górna część pudełka podstawowego

Wykonaj górną część podstawowego pudełka, jak pokazano. Kliknij pokazany obraz, aby rozwinąć go do pełnego rozmiaru i zobaczyć powiązane wymiary.

Krok 13: Wszystko zależy od tego

Przymocuj górną część skrzynki podstawowej do reszty skrzynki podstawowej za pomocą zawiasu na końcu z diodami LED. Upewnij się, że górna część pudełka jest prostopadła do reszty pudełka przed przymocowaniem jednego z małych zawiasów.

Krok 14: Zatrzaśnij to

Zamontuj mały zatrzask na przednim końcu pudełka, na końcu przeciwległym do zawiasu. Zapobiega to otwarciu pudełka głównego, z wyjątkiem sytuacji, gdy jest to konieczne.

Krok 15: Zapnij pasy

Aby uczynić to urządzenie przenośnym, wygnij cienki kawałek blachy stalowej wzdłuż jednego z jego wymiarów, tak aby pas mógł zmieścić się między nim a dnem pudełka podstawowego. Po zgięciu przymocuj go do dna skrzynki podstawowej za pomocą wkrętów do drewna.

Krok 16: Podstawa pojemnika na baterie

Teraz nadszedł czas, aby zrobić skrzynkę na baterie. Wykonaj podstawę tego pudełka zgodnie z pokazanymi wymiarami.

Krok 17: Końce pojemnika na baterie

Do wykonania końcówek pojemnika na baterie użyliśmy materiału 3/8 . Użyj podanych wymiarów, aby wykonać końce i przymocuj je do podstawy pojemnika na baterie.

Krok 18: Górna część pojemnika na baterie

Górną część skrzynki na baterie wykonaliśmy, przycinając trochę materiału 1/4 na długość za pomocą piły ukośnej i na odpowiednią szerokość za pomocą piły taśmowej. Aby zobaczyć wymiary, kliknij obraz, aby go rozwinąć.

Krok 19: Umieść pokrywkę na pojemniku na baterie

Stosując tę samą procedurę, która została zastosowana do zakładania pokrywy na skrzynkę podstawową, przymocuj pokrywę skrzynki na baterie do korpusu skrzynki na baterie.

Krok 20: Sprawdź pojemnik na baterie

W tym momencie spójrz na pojemnik na baterie, aby upewnić się, że wygląda trochę jak na pokazanym tu obrazie. Jeśli tak się nie stanie, teraz byłby świetny czas na ponowne przyjrzenie się niektórym z poprzednich kroków!

Krok 21: Przymocuj pojemnik na baterie do skrzynki podstawowej

Umieść pojemnik na baterie na górnej części obudowy. Użyj wkrętów do drewna lub gwoździ wykończeniowych, aby dokończyć mocowanie skrzynki akumulatora do skrzynki podstawowej.

Krok 22: Dalsze pomysły

Jeśli wykonałeś te kroki, zrobiłeś to! Po wdrożeniu sprzętu i oprogramowania byliśmy w stanie korzystać z urządzenia. W obecnej formie urządzenie ma ograniczone zastosowanie, ale wciąż stanowi ciekawe połączenie różnych aspektów wzornictwa. Wyjścia robią wszystko, co zamierzaliśmy po otrzymaniu sygnałów z wejść biosensorów. W sumie urządzenie waży kilka kilogramów.

W przyszłych wydaniach interesujące byłoby, aby urządzenie ważyło mniej i zajmowało mniej miejsca. Gdyby to było możliwe, urządzenie stałoby się bardziej przydatne i można by je było łatwiej nosić podczas ćwiczeń. Aby było to możliwe, zalecamy eksperymentowanie z użyciem mikro Arduino i drukowaniem 3D pudełek. Aby zaoszczędzić miejsce, dobrze byłoby poeksperymentować z użyciem akumulatora, który zajmuje mniej miejsca niż zwykła bateria 9V. Rozmiar pojemnika na baterie może być odpowiednio zmniejszony.