Čelenka spánku: 24 krokov (s obrázkami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:06

Zamysleli ste sa niekedy nad tým, ako v noci spíte? Zariadenia ako FitBit sledujú spánok analyzovaním vášho pohybu počas noci, ale nedokážu sa pozrieť na to, čo váš mozog robí.

Po semestri štúdia lekárskych prístrojov dostala naša trieda za úlohu vytvoriť nositeľné zariadenie na meranie nejakej biologickej premennej. S partnerom sme sa rozhodli vyvinúť čelenku, ktorá sa bude pozerať na to, čo váš mozog robí, keď spíte. Čelenka číta signály mozgových vĺn a monitoruje spánkový režim. Identifikuje, ako mozgové vlny používateľa postupujú počas noci cez fázy alfa, beta, gama a delta. Údaje je potom možné exportovať a analyzovať v programe Excel.

Spomenuli sme tiež, že je štýlový?

Krok 1: Materiály a nástroje

Na výrobu čelenky k čítačke spánku budete potrebovať nasledujúce materiály:

1. Čelenka (na tento projekt bola použitá čelenka HOTER Sportline)
2. Mikrokontrolér Adafruit Flora
3. Modul Flora Wearable Bluefruit LE
4. Flora RGB Neo Pixel LED
5. Zaskočí
6. Vodivé vlákno
7. Drôty
8. Závit
9. Balenie batérií
10. Bitalino EEG s káblom UC-E6 a 3-zvodovým elektródovým káblom
11. Látka
12. Elastický popruh

Nasledujúce nástroje vám pomôžu pri stavbe čelenky:

1. Šijací špendlík
2. Nožnice
3. Odizolovače drôtov
4. Spájkovačka a výplňový kov

Krok 2: Príprava

Predtým, ako si založíte čelenku k čítačke spánku, nájdite si čas na zoznámenie sa s mozgovými vlnami a základnými obvodmi. V mozgu špeciálne bunky známe ako neuróny organizujú rôzne činnosti v tele. Tieto neuróny predvádzajú show vysielaním malých elektrických signálov, ktoré majú formu vĺn. O mozgu je známe, že produkuje štyri rôzne druhy vĺn - alfa, beta, theta a delta. Tieto vlny sú rozlíšiteľné konkrétnymi rozsahmi frekvencií a každý rozsah zodpovedá určitým úrovniam mentálnej aktivity. Vaša čelenka bude používať zariadenie nazývané elektroencefalogram alebo EEG, aby tieto vlny identifikovalo tak, ako ich váš mozog produkuje počas spánku.

Aby ste si mohli vytvoriť čítačku spánku, budete musieť k čelenke pripojiť niekoľko zariadení. Hlavnými zariadeniami sú mikroprocesor, čo je malý počítač; modul Bluetooth, čo je čip, ktorý umožňuje čelenke komunikovať s vašim počítačom; NeoPixel, čo je svetlo meniace farbu; EEG; a batéria.

Kompletný systém je vytvorený spojením každého zariadenia na konkrétnych miestach pomocou vodivého závitu. Ak nemáte skúsenosti s používaním týchto vlákien, tu je návod. Nite sú zviazané do patentiek, ktoré vám umožňujú ľahko pripevniť a odstrániť mikroprocesor Flora a modul bluetooth. Jeden koniec západky pôjde do látky a druhý do elektrického zariadenia. Tu je k dispozícii návod na implementáciu týchto záberov.

Keď je systém zostavený, musí mu byť poskytnutý kód. Tento projekt konkrétne používa kód Arduino. Ak by ste sa chceli zoznámiť s kódom Arduino, https://www.arduino.cc je plné užitočných návodov. Na implementáciu kódu použitého v tomto projekte si budete musieť stiahnuť aplikáciu Arduino na https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Toto bude potrebné doplniť doskou Flora, ktorá je k dispozícii tu. Budete tiež musieť stiahnuť niekoľko ďalších knižníc, aby ste rozšírili možnosti svojho mikroprocesora; to je možné vykonať pomocou www.github.com. Potrebné knižnice sú:

• Rýchla Fourierova transformácia (FFT)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Adafruit NeoPixel

Nakoniec by ste si mali do svojho smartfónu stiahnuť aplikáciu Adafruit Bluefruit LE Connect, aby ste ju mohli používať s čelenkou.

Krok 3: Bezpečnosť

Ľudské telo odoláva iba obmedzenému vystaveniu elektrine, preto je pri používaní elektronických zariadení potrebná náležitá starostlivosť. Hlavnou zásadou elektrickej bezpečnosti je zabrániť tomu, aby sa vaše telo nachádzalo v elektrickom obvode prúdom elektrického prúdu. Niektoré všeobecné postupy, ako sa tomu vyhnúť, sú:

• Pokiaľ je napájanie VYPNUTÉ, dotýkajte sa iba drôtov a iných kovových obvodov
• Používajte nástroje s izolovanými držadlami
• Pri stavbe okruhu sa snažte udržať vodu mimo pracovného priestoru
• Pokúste sa pracovať jednou rukou namiesto dvoch čo najviac, aby ste znížili riziko prúdenia elektrického prúdu cez vaše srdce

Pri vytváraní obvodu je potrebné si uvedomiť aj to, že elektrický prúd môže vznietiť horľavé materiály, preto musíte zaistiť úplné zapojenie vodičov v obvode. V opačnom prípade si môžete zapáliť vlasy alebo čelenku.

Upozornenie: Táto čelenka nie je certifikovaným zdravotníckym zariadením a nemala by sa používať na diagnostiku neurologických stavov.

Krok 4: Rady a tipy

Tu je niekoľko tipov, ktoré by ste mali mať na pamäti pri stavbe čelenky k čítačke spánku:

• Po zviazaní sa uistite, že sa konce vodivého vlákna navzájom nedotýkajú

• Ak je port v Arduine nedostupný, keď pripojíte mikroradič k Arduinu, nahrajte kód podľa týchto pokynov:

  1. Kým je mikrokontrolér pripojený, nahrajte kód a podržte tlačidlo reset na mikrokontroléri
  2. Keď sa stavový riadok prepne z kompilácie na nahrávanie, pustite tlačidlo reset
  3. Kód by sa mal nahrať a port by mal byť teraz rozpoznaný
• Pri spájkovaní na patentky dávajte pozor, aby ste nespájali dva piny k sebe, aby ste neskratovali svoj obvod. Multimetrom je možné otestovať, či bolo medzi kolíkmi vytvorené alebo nie
• Pri nasadzovaní čelenky dbajte na to, aby západky zostali spojené
• Uistite sa, že je modul bluetooth v dátovom režime, a nie v príkazovom režime
• Akonáhle bude vaša čelenka skonštruovaná, budete chcieť zaistiť, aby fungovala efektívne! Aby ste dosiahli dobrý signál, zaistite čistý kontakt medzi elektródami a čelom utieraním prachu, uvoľnených nití, vlasov alebo iných interferencií.

Krok 5: Začnite budovať svoj obvod

Teraz, keď ste boli vybavení niektorými základnými znalosťami a bezpečnostnými postupmi, ste pripravení postaviť si hodinovú čelenku. Prečítajte si pozorne nasledujúce pokyny a všimnite si komentáre k obrázkom s ďalšími pokynmi.

Krok 6: Schéma zapojenia

Vyššie uvedená schéma zapojenia ukazuje zapojenia v dokončenom obvode. Túto schému zapojenia použite ako referenciu, aby ste sa uistili, že váš obvod je správne zapojený.

Krok 7: Spájkovačka sa prichytí do mikroprocesora Flora

Ak ste si v kroku „Príprava“nepozreli odkaz na návod, ako používať patentky, pozrite sa na to teraz. V tomto mieste spojíte patentky s mikroprocesorom a modulom bluetooth. Nechcete túto časť pokaziť, pretože chaotická spájkovačka môže zničiť váš obvod.

Mikroprocesor bude potrebovať západky na nasledujúcich kolíkoch:

• Všetky 3 uzemňovacie (GND) kolíky
• Oba napájacie kolíky 3,3 V.
• SCL #3
• RX #0
• TX #1
• Digitálny kolík č. 9

Krok 8: Spájkovačka sa prichytí k modulu Bluetooth

A modul bluetooth bude vyžadovať západky na týchto kolíkoch:

• Napájanie 3,3V
• TX
• RX
• GND

Krok 9: Prišite patentky do látky pre mikroprocesor Flora

Teraz môžete druhý koniec patentiek prišiť na látku. Uistite sa, že používate modul bluetooth a mikroprocesor s ich pripevnenými zarážkami na správne zarovnanie týchto zásuviek!

Krok 10: Ušite patentky do látky pre modul Bluetooth

Teraz prišite patentky pre Bluetooth.

Krok 11: Pripojte modul Bluetooth k mikroprocesoru Flora

Potom pripojte modul Bluetooth k mikroprocesoru Flora šitím vodivého vlákna medzi príslušné západky pre každé zariadenie. Vyžadujú sa nasledujúce kolíkové pripojenia:

1. Mikroprocesor Bluetooth 3.3V na 3.3V
2. Bluetooth TX do mikroprocesora RX #0
3. Bluetooth RX na mikroprocesor TX #1
4. Bluetooth GND na mikroprocesor GND

Krok 12: Pripojte Neo Pixel k mikroprocesoru Flora

Pripojte Neo Pixel k mikroprocesoru nasledujúcim spôsobom:

1. Digitálny pin NeoPixel LED do mikroprocesora č. 9
2. Uzemnenie NeoPixel na uzemnenie mikroprocesora
3. Napájanie NeoPixel na výkon mikroprocesora

Krok 13: Pripojte batériovú súpravu k mikroprocesoru Flora

Táto časť je veľmi dôležitá; možno budete potrebovať zdroj energie, aby všetko fungovalo!

Krok 14: Zostavte kábel EEG

Tento kábel je vyrobený z čipu EEG, trojžilového elektródového kábla a kábla UC-E6. Čip EEG musí byť správne zarovnaný tak, aby koniec s nápisom „EEG“bol spojený s káblom elektródy, ako je to znázornené na obrázku vyššie.

Krok 15: Pripojte mikroprocesor EEG k Flora

Pripojte kábel EEG k mikroprocesoru Flora. Vyššie uvedený obrázok je označený návodom na zobrazenie správnych bodov na pripojenie vodičov. Vykonajú sa nasledujúce pripojenia:

1. Červený vodič na napájanie
2. Čierny drôt k zemi
3. Fialový vodič k SCL #3

Krok 16: Stehové elektródy vložia do čelenky

Zašite elektródy do vnútornej časti čelenky. Uistite sa, že sú elektródy umiestnené v správnych polohách. Pri pohľade na vnútornú stranu čelenky by mala byť červená elektróda umiestnená vľavo, biela elektróda by mala byť v strede a čierna elektróda by mala byť vpravo.

Krok 17: Stehová tkanina a popruh na čelenku

Teraz ste dokončili čelenku! Fuj!

Krok 18: Nahrajte kód

Teraz môžete tento kód nahrať na čelenku, aby mal schopnosť čítať myšlienky!

Krok 19: Pripojte čelenku k telefónu

Otvorte aplikáciu Adafruit Bluefruit LE Connect a pripojte k sebe telefón Adafruit Bluefruit LE.

Krok 20: Nasaďte si čelenku a zbierajte údaje

Teraz si môžete nasadiť čelenku a vyskúšať si to! V aplikácii Adafruit Bluefruit LE Connect môžete vybrať „UART“a zobraziť tak údaje, ktoré prichádzajú.

Krok 21: Export údajov z telefónu do počítača

Hneď ako budú vaše údaje zhromaždené, môžete ich exportovať do viacerých formátov. Odporúčame ho exportovať ako súbor.txt na analýzu v programe Excel.

Krok 22: Analýza údajov

Tu je príklad typu grafu, ktorý môžete vytvoriť na vizualizáciu a interpretáciu údajov z čelenky. Máme rozsahy delta, theta, alfa a beta označené, aby sme ukázali, do ktorého rozsahu spadajú jednotlivé body.

Krok 23: Ďalšie nápady

Po dokončení čelenky k čítačke spánku si môžete prezrieť niektoré úpravy dizajnu. Skúste skúsiť zmeniť kód tak, aby automaticky zhromažďoval údaje a vygeneroval správu, ktorá hodnotí spánkový režim používateľa. Alebo môžete pripojiť hodiny v reálnom čase na sledovanie presného nočného času, keď používateľ zaspí, prejde hlbokým spánkom a REM spánkom a prebudí sa. Možno vás zaujíma nahrávanie spánku, v takom prípade môžete zahrnúť zvukový záznamník, ktorý sa aktivuje, keď používateľ prejde do režimu spánku REM. Možnosti sú nekonečné!

Krok 24: Rozpoznanie

Fourierova transformačná časť kódu pre tento projekt použila kód zverejnený na tejto stránke v Nórskych výtvoroch. Časť kódu NeoPixel odkazovala aj na príklady poskytnuté spoločnosťou Adafruit.