Traka za glavu čitača sna: 24 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Jeste li se ikada zapitali kako spavate noću? Uređaji poput FitBita prate san analizirajući vaše kretanje tijekom noći, ali ne mogu vidjeti što vaš mozak radi.

Nakon semestra učenja o medicinskim instrumentima, naš razred je bio suočen sa zadatkom da stvori nosivi uređaj za mjerenje neke biološke varijable. Moj partner i ja smo odlučili razviti traku za glavu koja može vidjeti šta vaš mozak radi dok spava. Traka za glavu čita signale moždanih valova radi praćenja obrazaca spavanja. On identificira kako moždani talasi korisnika napreduju kroz alfa, beta, gama i delta fazu tokom noći. Podaci se zatim mogu izvesti i analizirati u Excelu.

Jesmo li spomenuli i njegov moderan?

Korak 1: Materijali i alati

Za izradu trake za glavu čitača spavanja trebat će vam sljedeći materijali:

1. Traka za glavu (za ovaj projekt korištena je traka za glavu HOTER Sportline)
2. Mikrokontroler Adafruit Flora
3. Flora nosivi modul LE Bluefruit LE
4. Flora RGB Neo Pixel LED
5. Snaps
6. Provodni navoj
7. Žice
8. Thread
9. Baterija
10. Bitalino EEG sa UC-E6 kablom i 3-odvodnim elektrodnim kablom
11. Tkanina
12. Elastična traka

Sljedeći alati pomoći će vam u izgradnji trake za glavu:

1. Šivaća igla
2. Makaze
3. Strojevi za skidanje žice
4. Lemilica i metal za punjenje

Korak 2: Priprema

Prije nego što napravite traku za glavu čitača sna, odvojite malo vremena da naučite o moždanim valovima i nekim osnovnim sklopovima. Unutar mozga, posebne ćelije poznate kao neuroni orkestriraju različite aktivnosti u tijelu. Ovi neuroni pokreću emisiju šaljući male električne signale koji imaju oblik valova. Poznato je da mozak proizvodi četiri različite vrste valova - alfa, beta, theta i delta. Ovi se valovi razlikuju po specifičnim rasponima frekvencija, a svaki raspon odgovara određenim nivoima mentalne aktivnosti. Vaša traka za glavu će koristiti uređaj nazvan elektroencefalogram ili EEG za identifikaciju ovih valova onako kako ih vaš mozak proizvodi tokom sna.

Da biste napravili čitač spavanja, morat ćete priključiti nekoliko uređaja na traku za glavu. Glavni uređaji su mikroprocesor, koji je mali računar; Bluetooth modul, čip koji omogućava traci za glavu da komunicira sa vašim računarom; NeoPixel, svjetlo koje mijenja boju; EEG; i bateriju.

Kompletan sistem izgrađen je povezivanjem svakog uređaja zajedno na određenim lokacijama pomoću provodnog navoja. Ako niste imali iskustva s korištenjem ovih tema, vodič je dostupan ovdje. Niti su vezane u kopče koje vam omogućuju jednostavno priključivanje i uklanjanje mikroprocesora Flora i bluetooth modula. Jedan kraj kopče će ući u tkaninu, a drugi na električni uređaj. Vodič za implementaciju ovih snimaka dostupan je ovdje.

Nakon izgradnje sistema mora mu se dati kod. Ovaj projekt posebno koristi Arduino kod. Ako se želite upoznati s Arduino kodom, https://www.arduino.cc prepun je korisnih vodiča. Da biste implementirali kôd koji se koristi za ovaj projekt, morat ćete preuzeti aplikaciju Arduino na https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Ovo će morati biti dopunjeno Flora pločom, dostupnom ovdje. Također ćete morati preuzeti pregršt drugih biblioteka kako biste proširili mogućnosti svog mikroprocesora; to se može učiniti putem www.github.com. Potrebne biblioteke su:

• Brza Furijeova transformacija (FFT)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Adafruit NeoPixel

Na kraju, trebate preuzeti aplikaciju Adafruit Bluefruit LE Connect na pametni telefon za upotrebu s trakom za glavu.

Korak 3: Sigurnost

Ljudsko tijelo može izdržati samo ograničenu izloženost električnoj energiji, pa je potrebna odgovarajuća njega kada se koriste elektronički uređaji. Glavni princip električne sigurnosti je izbjegavanje pretvaranja vašeg tijela u protok električne struje u električnom krugu. Neke opće prakse kako biste to izbjegli su:

• Dodirnite samo žice i druga metalna kola dok je napajanje isključeno
• Koristite alate s izoliranim ručkama
• Pokušajte držati vodu dalje od radnog područja pri izgradnji strujnog kruga
• Pokušajte raditi jednom rukom umjesto s dvije ruke što je više moguće kako biste smanjili rizik da električna struja teče kroz vaše srce

Još jedna briga koju morate biti svjesni pri izgradnji strujnog kruga je da električna struja može zapaliti zapaljive materijale, pa morate osigurati da su žice potpuno spojene u krug. U suprotnom biste mogli zapaliti kosu ili traku za glavu.

Upozorenje: Ova traka za glavu nije certificirani medicinski uređaj i ne smije se koristiti za dijagnosticiranje neuroloških stanja.

Korak 4: Savjeti i savjeti

Evo nekoliko savjeta koje morate imati na umu dok izrađujete traku za glavu za čitanje sna:

• Uvjerite se da se krajevi provodnog navoja ne dodiruju nakon što ih povežete

• Ako port nije dostupan u Arduinu kada povežete mikro kontroler s Arduinom, poduzmite sljedeće korake za učitavanje koda:

  1. Dok je mikro kontroler povezan, otpremite kôd držeći pritisnuto dugme za resetovanje na mikrokontroleru
  2. Kad se statusna traka prebaci s kompajliranja na učitavanje, otpustite tipku za poništavanje
  3. Kôd bi se trebao učitati i port bi sada trebao biti prepoznat
• Prilikom lemljenja na kvačicama pazite da ne zalemite dva pina zajedno kako ne biste kratki spoj. Multimetar se može koristiti za provjeru je li između pinova uspostavljena veza ili nije
• Pazite da kopče ostanu povezane prilikom stavljanja trake za glavu
• Uvjerite se da je bluetooth modul u načinu rada za podatke, a ne u načinu rada za naredbe
• Nakon što je traka za glavu izgrađena, htjet ćete osigurati da djeluje učinkovito! Da biste postigli dobar signal, pobrinite se da imate čist kontakt između elektroda i čela brisanjem prašine, labavih niti, kose ili drugih smetnji.

Korak 5: Počnite graditi svoj krug

Sada kada ste opremljeni nekim pozadinskim znanjem i sigurnosnim postupcima, spremni ste za izradu satne trake za glavu. Pažljivo pročitajte sljedeća uputstva i primjetite komentare koji su ostavljeni na slikama s daljnjim uputama.

Korak 6: Dijagram kola

Gornji dijagram kruga prikazuje veze u dovršenom krugu. Koristite ovaj dijagram kao referencu kako biste bili sigurni da je vaše kolo ispravno ožičeno.

Korak 7: Lemljenje se ubacuje u mikroprocesor Flora

Ako niste provjerili vezu do vodiča o upotrebi snapova u koraku "Priprema", provjerite to sada. U ovom trenutku ćete spojiti kopče s mikroprocesorom i bluetooth modulom. Ne želite zabrljati ovaj dio jer neuredan posao lemljenja može pokvariti vaš krug.

Mikroprocesor će zahtijevati kopče na sljedećim pinovima:

• Sva 3 uzemljivača (GND)
• Oba priključka za napajanje od 3.3V
• SCL #3
• RX #0
• TX #1
• Digitalni pin #9

Korak 8: Lemljenje se ubacuje u Bluetooth modul

A za bluetooth modul će biti potrebni snimci na ovim pinovima:

• Napajanje 3.3V
• TX
• RX
• GND

Korak 9: Ušijte kopče u tkaninu za mikroprocesor Flora

Sada možete prišiti drugi kraj kopča na tkaninu. Obavezno upotrijebite bluetooth modul i mikroprocesor s priloženim snimkama kako biste pravilno postavili te snimke!

Korak 10: Ušijte kopče u tkaninu za Bluetooth modul

Sada ušijte kopče za Bluetooth.

Korak 11: Povežite Bluetooth modul s mikroprocesorom Flora

Zatim povežite Bluetooth modul s mikroprocesorom Flora šivanjem provodnog konca između odgovarajućih kopča za svaki uređaj. Potrebni su sljedeći pin priključci:

1. Bluetooth 3.3V na mikroprocesor 3.3V
2. Bluetooth TX na mikroprocesor RX #0
3. Bluetooth RX na mikroprocesor TX #1
4. Bluetooth GND na mikroprocesorski GND

Korak 12: Povežite Neo Pixel sa mikroprocesorom Flora

Povežite Neo Pixel s mikroprocesorom na sljedeći način:

1. NeoPixel LED ulaz u mikroprocesorski digitalni pin #9
2. NeoPixel uzemljenje na uzemljenje mikroprocesora
3. Snaga NeoPixel za napajanje mikroprocesora

Korak 13: Priključite bateriju na mikroprocesor Flora

Ovaj dio je nekako važan; možda će vam trebati izvor energije da bi sve funkcioniralo!

Korak 14: Izgradite EEG kabel

Ovaj kabel izrađen je od EEG čipa, trožilnog kabela elektrode i UC-E6 kabela. EEG čip mora biti ispravno poravnat tako da kraj s natpisom "EEG" bude spojen na kabel elektrode, kao što je prikazano na gornjoj slici.

Korak 15: Spojite EEG na mikroprocesor Flora

Spojite EEG kabel na mikroprocesor Flora. Gornja slika je označena uputstvima koja pokazuju odgovarajuće tačke za povezivanje žica. Bit će uspostavljene sljedeće veze:

1. Crvena žica za napajanje
2. Crna žica na masu
3. Ljubičasta žica do SCL #3

Korak 16: Ušijte elektrode u traku za glavu

Ušijte elektrode u unutrašnjost trake za glavu. Uvjerite se da su elektrode postavljene u odgovarajućim položajima. Gledajući unutrašnjost trake za glavu, crvena elektroda bi trebala biti postavljena s lijeve strane, bijela elektroda bi trebala biti u sredini, a crna elektroda bi trebala biti s desne strane.

Korak 17: Povežite tkaninu i remen na traku za glavu

Sada ste kompletirali traku za glavu! Woohoo!

Korak 18: Otpremite kôd

Sada možete postaviti ovaj kôd na traku za glavu kako biste mu dali sposobnosti čitanja misli!

Korak 19: Povežite traku za glavu s telefonom

Otvorite Adafruit Bluefruit LE Connect aplikaciju i povežite svoj telefon sa Adafruit Bluefruit LE.

Korak 20: Stavite traku za glavu i prikupite podatke

Sada možete staviti traku za glavu i isprobati je! Možete odabrati "UART" u aplikaciji Adafruit Bluefruit LE Connect za prikaz podataka koji dolaze.

Korak 21: Izvezite podatke sa telefona na računar

Nakon što su vaši podaci prikupljeni, možete ih izvesti u više formata datoteka. Preporučujemo da je izvezete kao.txt datoteku za analizu u Excelu.

Korak 22: Analiza podataka

Evo primjera vrste grafikona koju možete napraviti za vizualizaciju i tumačenje podataka sa trake za glavu. Imamo raspone delta, theta, alpha i beta sve označene kako bismo pokazali u koji raspon spada svaka tačka.

Korak 23: Dodatne ideje

Nakon što dovršite traku za glavu čitača za spavanje, slobodno istražite neke izmjene u dizajnu. Možda pokušajte izmijeniti kôd za automatsko prikupljanje podataka i generiranje izvještaja koji procjenjuje obrasce spavanja korisnika. Ili možete spojiti sat u stvarnom vremenu za praćenje tačnog vremena u noći kada korisnik zaspi, napreduje kroz duboki san i REM san te se budi. Možda vas zanima snimanje razgovora u snu, u tom slučaju možete uključiti audio snimač koji se aktivira kada korisnik pritisne REM stanje mirovanja. Mogućnosti su beskrajne!

Korak 24: Prepoznavanje

Fourierov dio koda za ovaj projekt koristio je kôd objavljen na ovoj stranici na norveškim kreacijama. Takođe, dio koda NeoPixel upućuje na primjere koje je dao Adafruit.