Zariadenie na úzkosť dýchania s monitorom srdcového tepu: 18 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:56

Keďže je svet stále zaneprázdnený, každý sa nachádza v stále silnejšom prostredí. Vysokoškoláci sú vystavení ešte vyššiemu riziku stresu a úzkosti. Skúšky sú pre študentov obzvlášť stresovým obdobím a inteligentné hodinky s nastavením dychového cvičenia sa počas skúšok spravidla nesmú používať, pretože môžu tiež písať textové správy a pripájať sa na internet.

„Breathe Light“je zjednodušujúce zariadenie zamerané na úzkosť, ktoré nemá internetové pripojenie a bude vítané na skúškach. Toto zariadenie nie je špecifické pre používateľa, čo mu umožňuje ľahké prispôsobenie akejkoľvek osobe, ktorá potrebuje ovládať úzkosť. Použitím série štyroch LED diód NeoPixel bude používateľ schopný vykonávať kroky na vykonávanie dychových cvičení a tiež sledovať svoju srdcovú frekvenciu pred cvičeniami a po nich, aby zistil, či sa ich úroveň stresu znižuje.

Krok 1: Potrebné materiály a nástroje

Materiály:

1. Adafruit Flora (14,95 dolárov)
2. Breadboard (5,00 USD)
3. Adafruit NeoPixels (4) (7,95 dolárov)
4. PulseSensor (25,00 dolárov)
5. Klipy aligátora (3,95 dolárov)
6. Drôty prepojovacej dosky (3,95 dolárov)
7. Lítium-iónová polymérová batéria (9,95 dolárov)
8. Rezistor 220 ohmov (6,28 dolárov)
9. Tlačidlo (5,99 dolárov)
10. Rozmanité lego (10-40 dolárov) (Poznámka: Lego nepotrebujete veľa)

Celkové náklady: (94-124 dolárov)

Náradie:

1. Softvér Arduino (ZDARMA) - povinný
2. Kliešte na špičky nosa (~ 6 dolárov) alebo kutričné kutikuly (~ 4 doláre)- odporúčané
3. Spájkovacia súprava/materiály (~ 11 USD)- voliteľné

Celkové náklady: (15-17 dolárov)

Krok 2: Príprava

Pred začatím projektu a použitím vyššie uvedených materiálov je dôležité vytvoriť si dobré znalosti o tom, čo sa používa.

Adafruitová flóra

Adafruit Flora je malý, jednoduchý a výkonný mikrokontrolér, ktorý je užitočný pre začiatočníkov aj pre expertov. Je veľmi malý (iba o niečo väčší ako štvrtina) a je nositeľný! Obrázok vyššie zobrazuje diagram vývodov pre Adafruit Flora. Ak sa chcete dozvedieť viac o flóre, navštívte nasledujúci odkaz:

learn.adafruit.com/getting-started-with-fl…

Adafruit NeoPixels

NeoPixels od spoločnosti Adafruit sú individuálne adresovateľné LED diódy RGB, ktoré sú navrhnuté špeciálne pre nositeľné zariadenia. NeoPixely sú reťaziteľné, čo znamená, že na pripojenie ľubovoľného počtu LED diód potrebujete iba jedno kolíkové pripojenie k mikrokontroléru. Môžu byť kódované v Arduino, ale vyžadujú si určitú prax, výskum a príkladovú pomoc online, aby sa zoznámili a prinútili NeoPixely pracovať tak, ako chcete. Rôzne kroky v nasledujúcom odkaze sú veľmi užitočné, pretože vás informujú o tom, ako NeoPixels fungujú, a poskytujú tipy a príklady týkajúce sa kódovania s Arduino.

learn.adafruit.com/flora-rgb-smart-pixels/…

PulseSensor

PulseSensor je snímač srdcového tepu typu plug and play pre Arduino, ktorý zhromažďuje živé údaje o srdcovom tepe pre rôzne projekty, ako je tento! Knižnica, ktorú je možné stiahnuť do Arduina (čoskoro bude zobrazená nižšie), má vzorové kódy, ktoré vám pomôžu stať sa okamžitým expertom pri implementácii programu PulseSensor do projektu. Nasledujúci odkaz ukazuje ďalšie informácie pre PulseSensor a opisuje príklady malých projektov na spustenie osôb.

pulsesensor.com/pages/getting-advanced

Knižnice Arduino

Aby kód mohol komunikovať s Florou pre určité funkcie a príkazy, do Arduina musia byť nainštalované nasledujúce knižnice pre rôzne elektrické komponenty. Na stiahnutie softvéru použite buď tento odkaz, alebo odkaz v časti „Úvod a spotrebný materiál“

1. Ihrisko PulseSensor

   (Poznámka: Príklad súboru Arduino „PulseSensor_BPM“bol nápomocný pri vytváraní kódu pre Breathe Light)

2. Knižnica Adafruit NeoPixel

   (Poznámka: Príklad súboru Arduino „Strandtest“bol užitočný pri vytváraní kódu pre Breathe Light)

(Poznámka: Ak potrebujete ďalšiu pomoc s inštaláciou knižníc, navštívte nasledujúci odkaz:

GitHub

GitHub je výkonná platforma, ktorá umožňuje osobám spoločne vytvárať a zdieľať softvér. Kód vytvorený pre Breathe Light je zdieľaný prostredníctvom GitHub a je prístupný tu. Tiež sa na ne bude odkazovať neskôr v návode v kroku 14. Knižnice Arduino a príklady uvedené vyššie, ktoré sú nevyhnutné pre projekt, sú tiež prístupné pomocou nasledujúcich odkazov GitHub.

1. PulseSensor
2. NeoPixel

Ak chcete získať ďalšie informácie o tom, čo je to GitHub a prečo je to užitočné, pozrite si toto video.

Krok 3: Bezpečnosť

Pri práci s akýmkoľvek elektrickým obvodom, vrátane elektrického obvodu, ktorý v tomto projekte vytvoríte, je dôležité porozumieť všetkým elektrickým a bezpečnostným protokolom, aby bol váš projekt v bezpečí a aby ste neboli v šoku. Nasledujúci zoznam uvádza niekoľko jednoduchých krokov, ktoré je potrebné dodržať.

1. Pri presúvaní a pripájaní káblov k obvodu NEMAJTE Floru zapojenú do počítača.
2. Pri dotyku drôtov alebo iných kovových súčiastok v obvode zaistite, aby bolo napájanie VYPNUTÉ, aby ste zabránili pretekaniu akéhokoľvek prúdu vašim telom.
3. Tekutiny, potraviny a čokoľvek iné, čo by sa dalo rozliať, uchovávajte mimo okruhu.
4. Pred každým zapnutím skontrolujte, či nie sú rozstrapkané elektrické vodiče.

POZOR:

Toto NIE je zdravotnícka pomôcka a nemalo by sa používať v žiadnom klinickom prostredí, aby sa spoliehalo na presné meranie srdcovej frekvencie. Choďte k lekárovi, ak chcete presné údaje o srdcovej frekvencii. Toto je jednoducho nástroj, ktorý pomáha ľuďom zmierniť stres, a nemal by sa používať na diagnostikovanie žiadnych stavov.

Krok 4: Rady a tipy

Nasleduje niekoľko rád a tipov, ktoré by ste mali mať na pamäti pri stavbe Breathe Light.

Stratégie riešenia problémov

1. Ak kód nefunguje správne, rozdeľte rôzne funkcie/časti kódu a otestujte ich, aby ste zistili, kde je problém.
2. Pred skokom k kódu a projektu použite vzorové kódy uvedené v knižniciach Arduino pre PulseSensor a NeoPixels, aby ste zaistili správnu funkciu zariadení.
3. Pred zhromažďovaním údajov na odstránenie potenciálneho artefaktu pohybu sa presvedčte, či má PulseSensor tesné a bezpečné pripojenie.
4. Pri zapojovaní používajte rovnako farebné vodiče pri pripájaní k rovnakým portom, aby nedošlo k zámene.
5. Pomocou malých prepojovacích káblov upevnite vodiče tak, aby pri pohybe zariadenia nestratili spojenie.
6. Ak máte prístup k spájkovačke, zvážte jej použitie na zaistenie drôtových spojení, ktoré nemusia správne fungovať.

Prehľady

• Aby ste ušetrili čas, pred použitím drôtov vyskúšajte prototypové svorky na aligátore na prototypovanie.

• Aby ste ušetrili čas a sklamanie, natiahnite káble pevne a vytvorte pevné a stále spojenie s každým NeoPixel.

  Lego sú tiež veľmi nápomocné pri zabezpečení Flory a batérie

Krok 5: Montáž časť 1a

Začnite tým, že pomocou svorky aligátora pripojíte port #6 na zariadení FLORA. Potom pomocou iného aligátorového klipu pripojte port GND. To isté urobte s portom VBATT na zariadení FLORA.

Krok 6: Montáž časť 1b

Teraz pripojte svorku aligátora pripojenú k portu 6 k šípke smerujúcej dovnútra na NeoPixel. Pripojte svorku portu GND k (-) na NeoPixeli a klip k portu VBATT k (+) na NeoPixeli.

Túto sadu sme použili na testovanie každého NeoPixelu, aby sme zistili, či funguje, podľa pokynov na stránke NeoPixel Adafruit.

Krok 7: Montáž časť 2

Akonáhle potvrdíte, že každý z NeoPixelov je funkčný, môžete začať s konštrukciou Breathe Light!

Začnite pripojením vodičov k FLORA na VBATT, #12, #6, GND a #10. Aby ste predišli zmätkom, vyberte farby, ktoré budú zodpovedať každému z portov. V nasledujúcich krokoch ich spojíme s doskou.

Krok 8: Montáž časť 3

Ďalej začneme vyrábať reťazec NeoPixels. Rovnako ako v prvom kroku nakoniec (+) pripojíme k portu VBATT, (-) k portu GND a šípky budú ukazovať smer toku signálu v rade NeoPixels. Začal som posledným a vypracoval som sa vyššie.

Najprv stačí k vodičom NeoPixels pridať káble v zodpovedajúcich farbách. Na obrázku vidíte, že sme použili bielu farbu pre VBATT, zelenú pre GND a žltú pre signál prichádzajúci z portu č. 6. Kliešťami na nos ihly skutočne omotajte drôt okolo malých dierok. Ak nemáte k dispozícii kliešte na nos s ihlou, môžete použiť aj nožnice na kožičku.

(Malé červené drôty na pozadí budú vysvetlené v nasledujúcich krokoch. Zatiaľ si s nimi nerobte starosti.)

Krok 9: Montáž časť 4

Pridajte vodiče k ďalším NeoPixelom rovnako ako k prvému. Uistite sa, že šípky smerujú od portu č. 6 na FLORE k spodnej časti reťaze.

Potom pripojte každý z bielych vodičov k (+) kolíkom na doske a zelené vodiče k (-) kolíkom na doske. Zaistite, aby boli spoje v určitom napätí na zaistenie vodičov.

Krok 10: Montáž časť 5

Teraz pripojte zelený vodič od GND k hornej časti (-) pinov. Pripojte biely vodič z portu VBATT k (+) kolíkom na doske a žltý vodič č. 6 zapojte na začiatok reťazca NeoPixel.

Fialový vodič a červený vodič budú spojené neskôr.

(Červené vodiče v spodnej časti pomáhajú vytvárať napätie medzi žltými signálnymi vodičmi medzi NeoPixelmi, ale v závislosti od tesnosti spojov ich možno nebudete potrebovať)

Krok 11: Montáž časť 6

Ďalej tlačidlo pripojíme k nášmu breadboardu. Tým sa začne meranie srdcovej frekvencie a úzkostné dychové cvičenia!

Umiestnite tlačidlo tak, ako je to znázornené na obrázku. Potom pomocou bieleho drôtu pripojte kolík horného tlačidla k (+). Rezistor 220 ohmov umiestnite medzi spodný kolík na tej istej strane a kolíky (-). Nakoniec pripojte červený vodič #10 k kolíku pravého dolného tlačidla.

Krok 12: Montáž Krok 7

Teraz pripojíme snímač tepu! Pripojte červený vodič snímača k kolíkom (+) na doske a čierny vodič snímača k kolíkom (-). Potom umiestnite purpurový vodič snímača a fialový vodič prichádzajúci z portu #12 do rovnakého radu, aby ste ich spojili.

Krok 13: Montáž Krok 8

S rôznymi Legami vybudujte platformu, na ktorej bude FLORA sedieť, a malú priehradku pre lítiovú batériu. Uistite sa, že je na FLORA napätie, aby sa žlté vodiče mohli správne pripojiť. Na to sme použili žlté lego, ktoré je vidieť na obrázku vyššie.

Platforma Lego sa bude líšiť vo veľkosti v závislosti od veľkosti vašej dosky, ale uistite sa, že FLORA môže sedieť naplocho, že v žltých signálnych vodičoch je určité napätie a že je vložená dutina na vloženie batérie.

Krok 14: Montáž Krok 9

Na dokončenie montáže pridajte platformu Lego s FLORA vedľa dosky na pečenie. Pripojte batériu k FLORA.

Krok 15: Montáž Krok 10: Nahrajte kód a dokončite montáž

Posledným krokom je nahranie tohto kódu do Breathe Light. Po nahraní kódu by dýchacie svetlo malo fungovať prenosne, keď je spínač ON v strede FLORA!

Ako získať kód z GitHub do Flora

1. Pomocou vyššie uvedeného odkazu sa dostanete na webovú stránku GitHub.

2. Kliknite na „Klonovať alebo stiahnuť“

   Kliknite na „Stiahnuť ZIP“

3. Uložte stiahnutý súbor zip na požadované miesto v počítači.
4. V Arduino otvorte súbor „Breathe_Light_V3.0“.
5. V časti „Nástroje“na hornom paneli Arduino prejdite na „Board:“a vyberte „Adafruit Flora“
6. Nakoniec (keď je Flora zapojená do počítača) kliknite na „Nahrať“(šípka doprava v hornej časti obrazovky)

Po dokončení vyššie uvedených krokov by ste mali kód nahrať do Flory. Floru je možné odpojiť od počítača a Breathe Light je pripravená na použitie!

Krok 16: Montáž Krok 11: Vysvetlenie kódu

Kód funguje takto:

Najprv kód zhromaždí počiatočný srdcový tep subjektu pomocou PulseSensor a zobrazí ho prostredníctvom štyroch jednotlivých NeoPixelov, ktoré sú v riadku. Na základe toho, aký srdcový tep sa zistí, sa zobrazí určitá séria diód LED/farieb. Ak je napríklad srdcová frekvencia 76, budú tam 3 NeoPixely, ktoré sa rozsvietia na modro. Tieto farby/prahové hodnoty sú subjektu poskytnuté pomocou nálepky na zariadení (pozri vyššie), aby vedel, aký je ich srdcový tep.

Potom, keď je srdcová frekvencia zistená, prejde úzkostným cvičením, ktoré pomáha hlbokému, pomalému nádychu a výdychu. Na začiatku tohto cvičenia sú všetky štyri LED diódy zelené. Ako cvičenie pokračuje, LED diódy jeden po druhom zmodrejú, čo zodpovedá tomu, kedy by mal subjekt vdýchnuť. Potom, čo sa rozsvietia všetky štyri diódy LED, musí subjekt zadržať dych a keď sa diódy LED opäť rozsvietia na zeleno, môžu pomaly vydýchať. Po cvičení úzkosti kód opäť zistí a zobrazí srdcovú frekvenciu osoby, aby zistil, či sa dokáže upokojiť.

Krok 17: Schéma zapojenia

Táto schéma zapojenia bola vytvorená v programe EAGLE. Všetko vo veľkom obdĺžniku je mikroprocesor Adafruit FLORA. Má veľa podrobností, ale ako celok je obsiahnutý v obdĺžniku. Všetky komponenty, ktoré sme do FLORA pridali, sú pod veľkým obdĺžnikom.

Na výstupe D6* FLORA je možné vidieť 4 neopixely. Tlačidlo je pripojené k IO10* a snímač pulzu je pripojený k FLORA cez port IO12*.

Krok 18: Ďalšie nápady

Existuje mnoho spôsobov, ktorými by sa dalo dýchať svetlo ďalej, a tu je niekoľko návrhov.

• Aby bolo nositeľné: Použite čelenku alebo manžetu hodiniek (ako je táto) a na vytvorenie všetkých drôtových spojov použite vodivý závit.
• Pridajte k funkcii anxExercise () a vytvorte tak vizuálne príťažlivejšie dychové cvičenie (napríklad pridanie ďalších farieb).
• Vymeňte jednotlivé NeoPixely za NeoPixel Ring alebo NeoPixel Array, aby ste pridali ďalšie diódy LED a zvýšili možnosti funkcií heartRateDisplay () aj anxExercise ().