Osnovni senzor disanja pojasa: 8 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:09

U svijetu bioosjećanja postoji mnogo načina za mjerenje disanja. Može se upotrijebiti termistor za mjerenje temperature oko nosnice, ali opet možda ne želite čudnu mašinu pričvršćenu za nos. Akcelerometar se može pričvrstiti i na pojas koji se kreće gore -dolje, ali subjekt bi vjerovatno trebao ležati ili se ne kretati na neki drugi način. Iako ovaj osnovni, fleksibilni senzor za disanje s pojasom ima nedostatke (odziv signala nije tako precizan kao druge metode), dobro je ako vaš subjekt samo želi da se veže i radi sve što želi dok radi. se mjeri. Evo primjera osnovnog senzora za disanje, koji je namijenjen za život unutar fleksibilnog pojasa koji vežete oko grudi. Kada se dotični grudni koš širi i skuplja udisanjem zraka u pluća, otpor ugrađenog komada rastezljive gumene vrpce se mijenja. Koristeći samo još nekoliko komponenti, to možemo prevesti u analogni signal koji vaš Arduino uživo čita. To se postiže pomoću magije vrlo bitnog i lako naučivog kola razdjelnika napona.

UPOZORENJE: Prije nego počnemo, trebali biste znati da neprovjerena i nestabilna oprema za bioosjetljivost uvijek sadrži opasnost! Molimo vas da testirate i kreirate ovaj krug s izvorom napajanja iz baterije- Učinit ću sve da vam pokažem kako napraviti ovaj krug kako biste bili sigurni da nećete biti oštećeni, ali ne preuzimam odgovornost za nesreće koje se mogu dogoditi. Koristite zdrav razum i uvijek provjerite svoj krug multimetrom prije nego što pričvrstite bilo što na grudi.

Korak 1: ŠTA ĆE VAM BITI POTREBNO

1) Bilo koji mikrokontroler s analognim ulazom će raditi, ali u ovom primjeru ću koristiti Arduino Uno. Ako vam zatreba, možete ga nabaviti u Adafruit -u ili Sparkfun -u.

2) Vodljivi gumeni kabel. Ovaj nevjerovatni kabel djelovat će kao promjenjivi otpornik, a otpor će se promijeniti kako se rasteže ili otpušta. Dostupno od Adafruit-a ili Robotshop-a ima lepu raznolikost dužina sa prethodno pričvršćenim metalnim završecima

3) Multimetar

4) LED dioda

5) 1K otpornik

6) Otporni otpornik (kasnije ćemo shvatiti kolika je vrijednost ovoga!)

7) Selotejp

8) Rupač ili škare

9) Premosne žice

10) Osnovna ploča

11) 2 kopče od aligatora

Imajte na umu da je, kao i sa svom opremom za bioosjetenje, ovaj projekt najsigurniji ako se vaš Arduino napaja iz baterija.

Za dovršetak ovog projekta možda će vam trebati i:

· Lemilica i lemljenje

· Pištolj za vruće ljepilo

· Žice

· Skidač žice

· Ruke za pomoć

· Vice, alat za presovanje ili veliki par kliješta

· 2 ili više stezaljki za prstenove

Korak 2: Odrežite kabel i pričvrstite vodljive priključke

Iako za ovaj eksperiment možete koristiti bilo koju duljinu gumenog kabela od 2”-8”, gume kraće duljine su jeftinije i zapravo vam ne treba velika količina da biste obavili posao. Ako ste kupili gumu duge duljine, preporučio bih rezanje duljine 4”. Prerežite ovu dužinu i pripremite se za pričvršćivanje provodljivog kraja na oba kraja.

Uzmite terminalni konektor, kao što je jedan od njih na gornjoj slici, i gurnite jedan kraj provodljivog gumenog kabla u kraj jednog od vaših priključnih konektora i presavite kraj zajedno. Da biste to učinili, možete koristiti porok ili krajeve uređaja za skidanje žica, ali pazite da ne stegnete terminal previše čvrsto da ne biste puknuli ili prerezali gumu! Ako to uspijete, a kabel se prekine, pokušajte ponovo s drugim priključkom na terminalu. I dalje biste trebali imati dovoljno vremena da postignete ovaj podvig. Ako postane kraći od 2”, vjerojatno biste trebali pokušati ponovo s novom dužinom od 4”. Ne brinite, shvatićete! Kad jednom to postignete s jedne strane, sjajno! Ponovite sa druge strane. Sada ste gotovi!

Sada imate vodljivi gumeni kabel s odgovarajućim priključkom na svakom kraju. Izmjerimo multimetrom koliki su dometi ovog kabela.

Korak 3: Izmjerite svoj otpor

Okrenite točkić vašeg multimetra na simbol ohma (Ω) i zalijepite crveni i crni kraj multimetra s obje strane provodljivog kabela.

Ako još niste sigurni kako koristiti multimetar, možete se osvježiti ovim vodičem Lady Ada.

Iako bi broj mogao malo skočiti dok ga mjerite, ovi brojevi vam daju ideju o otporu kabela dok miruje. Ako najbolje pretpostavite, zapišite otpor kabla u mirovanju, a zatim ga zaokružite na najbliži višekratnik 10. (tj.: 239 = 240, 183 = 180)

Sada, pazeći da jednom rukom pričvrstite sonde multimetra na mjestu, drugom rukom nježno povucite kabel prema gore. Ove stvari možete rastegnuti samo dok ne budu oko 50% -70% njihove izvorne dužine, stoga nemojte previše vući! Promatrajte kako su se promijenile vrijednosti otpora na vašem multimetru. Pustite i ponovite ovaj postupak nekoliko puta kako biste gledali kako otpor ide od minimalnog do maksimalnog. Kako ga rastežete, otpor se povećava jer se čestice u gumi udaljavaju. Kada se sila otpusti, guma će se smanjiti, iako je potrebno minutu ili dvije da se vrati na svoju prvobitnu dužinu. Zbog ovih fizičkih ograničenja ovaj rastezljivi kabel nije pravi linearni senzor, pa nije nevjerojatno precizan, ali postoje načini da se s tim radi u konstrukciji vašeg senzora. Još jednom rastegnite kabel do maksimuma i sa svakim krajem sondi multimetra na mjestu s obje strane gumenog kabela zapišite vrijednost otpora, još jednom zaokruženu na najbliži višekratnik 10.

Korak 4: Formula Axel Benz

Koristit ćemo jednostavan krug za podjelu napona kako bismo koristili promjenjivi otpor rastezljivog kabela kao senzor disanja. Ako želite znati više o krugovima za podjelu napona, to je u osnovi nekoliko otpornika u seriji koji veliki napon pretvaraju u manji. Ovisno o vrijednostima otpornika koje koristite, možete iscijepati 5V iz vašeg Arduina na veće ili manje dijelove pomoću padajućeg otpornika, što je korisno za analogno čitanje. Ako želite saznati više o matematici iza strujnih krugova za podjelu napona, pogledajte odličan vodič na Sparkfun -u.

Iako znamo da će vrijednost prvog otpornika u krugu (senzor istezanja) biti u stalnom fluksu, moramo upotrijebiti odgovarajuću vrijednost otpora za padajući otpornik kako bismo dobili što ljepši i raznolikiji signal.

Za početak upotrijebite formulu Axel Benz:

Pull-Down-Resistor = squareroot (Rmin * Rmax)

Dakle, ako je minimalna vrijednost vašeg rastezljivog kabela 130 ohma, a maksimalna 240 ohma

Pull-Down Resistor = kvadratni korijen (130*240)

Pull-Down Resistor = squareroot (31200)

Pull-Down Resistor = 176.635217327

Dakle, sada biste trebali pogledati svoju kolekciju otpornika i shvatiti koji je vaš otpornik "za sada" u najboljem slučaju. Ako samo imate zbirku nasumičnih bitova i bobova, ovaj kalkulator pojasa boja otpornika mogao bi vam biti od pomoći. Uparivanje ovog otpornika može biti u redu, vjerojatno nemate savršen otpornik pri ruci. Dok koristite kolo, možda ćete otkriti da ga morate zamijeniti za drugo, ali to će vam dati odličan početak za početak igre.

Na kraju, zaokružujem broj na najbliži višekratnik 10.

Povučeni otpornik = 180ohms

Korak 5: Pripremite svoj Breadboard

Koristeći kratkospojne žice, spojite 5v pin Arduina na razvodnik napajanja na vašoj matičnoj ploči, a zatim spojite GND pin na masu vaše matične ploče.

Volim crpiti 5V iz Arduina jer to osigurava da ne morate brinuti da ćete poslati previše napona na analogne pinove. Također možete koristiti naponski pin 3v3, ali smatram da dobijam bolji signal korištenjem 5v.

Priključite svoj otporni otpornik na masu.

Uzmite obje svoje aligatorske kopče i pričvrstite ih na stezaljke s obje strane rastezljivog kabela promjenjivog otpora. Pričvrstite jedan kraj ovih aligatorskih kopči na 5v šinu. Spojite drugu kopču od aligatora na žicu u konfiguraciji prikazanoj na shemama.

Uvjerivši se da su "drugi" krajevi vašeg otpornog otpornika i vašeg provodljivog rastezljivog kabela spojeni, sada spojite kratkospojnik s analognog pina (upotrijebimo A0) u središte ove dvije točke spajanja.

Konačno, pričvrstite LED s 1k otpornikom na pin 9 vašeg Arduina.

Korak 6: Programirajte svoj Arduino

Napomena: Upravo sam vidio da su korisnici GitHub -a Non0Mad poboljšali moj kôd! (Hvala) Isprobajte ovaj kod ako želite:

Ako biste radije isprobali onu koju sam napravio, pokrenite priloženu skicu "RespSensorTest.ino" na svom Arduinu.

Pazite da ne dodirnete izloženi metal, uzmite svoje dvije aligatorske kopče i rastegnite gumicu. Gledajte kako LED blijedi i gasi dok se rastežete. Otvorite serijski monitor i gledajte kako se analogni napon mijenja. Ako niste zadovoljni vrijednostima koje nestaju ili vašim brojevima, možete isprobati nekoliko stvari:

1) Pokušajte zamijeniti drugu vrijednost otpornog padajućeg otpornika koja je slična zadnjoj koju ste koristili. Ima li pozitivne razlike? (Ovo je najbolji način da to učinite)

2) Ako sve što zaista želite učiniti je upaliti LED diodu, pokušajte se poigrati s varijablom scaleValue da vidite možete li na taj način proizvesti bolje raspone. (Ovo bi mogao biti najlakši način da to učinite)

Kad budete dovoljno zadovoljni svojim brojevima i LED sjajem, vrijeme je da napravite prototip modela za nošenje oko grudi! Isključite svoj Arduino i onemogućite napajanje na matičnoj ploči za sljedeći korak.

Korak 7: Napravite prototip respiratorne trake

Najbrži način da napravite prototip benda je da samo spojite nešto ljepljivom trakom. Uzmite dugu traku ljepljive trake (otprilike 30”-36” bi trebala pokriti većinu, ali na kraju ovo je samo opseg vaših grudi) i preklopite je tako da se ljepljive strane lijepe za sebe. Izbušite rupe s obje strane trake ljepljive trake tako da podsjeća na remen.

Pomoću vijaka pričvrstite priključke u izbušene rupe koje ste napravili za svoj senzor i čvrsto spojite svoj dugi komad ljepljive trake u petlju koju nosite na grudima. Želite biti sigurni da vaš "pojas" prilično dobro pristaje uz vas ili solarni pleksus vašeg subjekta, ali pobrinite se da ima dovoljno prostora za dolazeće udisaje za rastezanje kabela.

Na kraju, ponovo pričvrstite svoje aligatorske kopče i uključite svaki od kratkospojnika s kraja provodljivog rastezljivog kabela na mjesto u matičnoj ploči. Sada smo spremni za testiranje prototipa!

Korak 8: Isprobajte prototip

Uključite Arduino i pokrenite prethodnu skicu. Kako stoje te analogne vrijednosti? Dobivate li lijepu rezoluciju podataka svojim dahom? Da li LED ima dobru varijaciju svjetla pri udisanju i izdisaju? Ako ne, pokušajte zamijeniti svoj padajući otpornik za vrijednost u blizini kako biste provjerili jesu li vrijednosti koje ste pročitali postale bolje.

Kad se odlučite za idealan otpornik na razvlačenje, radujte se! Vaš krug je potpun, vaše disanje se snima, a LED dioda će rado pratiti vaš dah.

U idealnom slučaju, ili ćete vi ili netko drugi na kraju sašiti traku za vas od neprovodljive sintetičke tkanine s malo rastezanja u sebi i pojasom D-prstena za zatezanje. (Čičak je u redu kao pričvršćivač, ali ponekad predstavlja potpuni nered s odjećom i džemperima.) Možete sigurno ušiti provodljivu vrpcu u ovu traku, zapravo su kružni priključci odlični za pričvršćivanje na tkaninu. Za nešto trajnije od isječaka od aligatora, možda ćete jednostavno htjeti lemiti nekoliko vrlo dugih žica na krajeve terminalnih konektora i pričvrstiti ih na svoje kolo.