TfCD - AmbiHeart: 6 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Úvod

Uvedomenie si životných funkcií nášho tela môže pomôcť odhaliť zdravotné problémy. Súčasná technológia poskytuje nástroje na meranie srdcového tepu v domácom prostredí. V rámci magisterského kurzu Advanced Concept Design (podkurz TfCD) na Technickej univerzite v Delfte sme vytvorili zariadenie s biologickou spätnou väzbou.

Čo potrebuješ?

1 snímač pulzu

1 RGB LED

3 odpory (220 ohmov)

Arduino Uno

9V batéria

Breadboard

Prílohy vytlačené 3D

Silné stránky

Prezentácia merania svetlou farbou je jednoduchšie na pochopenie a interpretáciu ako na surových číslach. Mohlo by to byť tiež prenosné. Použitie menšieho mikroovládača a breadboardu umožní zväčšiť veľkosť krytu. Náš kód používa priemerné hodnoty srdcového tepu, ale pomocou malých zmien v kóde môžete spätnú väzbu prispôsobiť konkrétnejším hodnotám pre svoju vekovú skupinu a zdravotný stav.

Slabé stránky

Hlavnou slabinou je odozva snímača srdcového tepu. Zistenie srdcovej frekvencie a zobrazenie požadovanej spätnej väzby chvíľu trvá. Toto oneskorenie môže byť niekedy značné a môže viesť k nesprávnemu výkonu.

Krok 1: Príprava elektroniky

Snímač srdcového tepu je založený na princípe foto pletyzmografie. Meria zmenu objemu krvi cez akýkoľvek orgán tela, ktorá spôsobuje zmenu intenzity svetla prostredníctvom tohto orgánu (vaskulárna oblasť). V tomto projekte je načasovanie impulzov dôležitejšie. O prietoku krvi rozhoduje srdcová frekvencia a pretože svetlo je absorbované krvou, signálne impulzy sú ekvivalentné srdcovému tepu.

Po prvé, snímač impulzov má byť pripojený k Arduinu na detekciu BPM (úderov za minútu). Pripojte snímač pulzu k A1. LED na doske Arduino by mala synchronizovane blikať s detekciou BPM.

Za druhé, umiestnite RGB LED diódu spolu s 3 odpormi 220 Ohm zapojenými podľa schémy. pripojte červený kolík k 10, zelený kolík k 6 a zelený kolík k 9.

Krok 2: Programovanie

Na meranie pulzu použite na pulzovanie diódy LED na vypočítanej frekvencii. Pokojový srdcový tep je pre väčšinu ľudí okolo 70 úderov za minútu. Potom, čo vám začne fungovať jedna dióda LED, môžete použiť ďalšie zhasínanie pomocou IBI. Normálna pokojová srdcová frekvencia pre dospelých sa pohybuje od 60 do 100 úderov za minútu. BPM v tomto rozsahu môžete kategorizovať podľa svojho testovaného subjektu.

Tu sme chceli otestovať odpočívajúce osoby, a preto sme BPM kategorizovali nad a pod tento rozsah do piatich kategórií

Alarmujúce (pod 40) - (modré)

Varovanie (40 až 60) - (gradient z modrej na zelenú)

Dobré (60 až 100) - (zelené)

Varovanie (100 až 120) - (gradient od zelenej po červenú)

Alarmujúce (nad 120) - (červené)

Logika kategorizácie BPM do týchto kategórií je:

ak (BPM <40)

R = 0

G = 0

B = 0

ak (40 <BPM <60)

R = 0

G = (((BPM-40)/20)*255)

B = (((60 úderov/min)/20)*255)

ak (60 <BPM <100)

R = 0

G = 255

B = 0

ak (100 <BPM <120)

R = ((((BPM-100)/20)*255)

G = (((120-BPM)/20)*255)

B = 0

ak (120 <BPM)

R = 255

G = 0

B = 0

Na overenie pulzného senzora a sledovanie zmien BPM a IBI môžete použiť aplikáciu Processing Visualizer. Použitie vizualizéra potrebuje špeciálne knižnice. Ak si myslíte, že sériový plotter nie je nápomocný, môžete využiť tento program, v ktorom spracováva údaje BPM do čitateľného vstupu pre Visualizer.

Existuje niekoľko spôsobov, ako merať srdcový tep pomocou snímača pulzu bez vopred nainštalovaných knižníc. Použili sme nasledujúcu logiku, ktorá bola použitá v jednej z podobných aplikácií, na výpočet srdcového tepu sme použili päť impulzov.

Five_pusle_time = time2-time1;

Single_pulse_time = Five_pusle_time /5;

sadzba = 60 000/ Single_pulse_time;

kde time1 je hodnota prvého počítadla impulzov

time2 je zoznam hodnôt počítadla impulzov

frekvencia je konečná srdcová frekvencia.

Krok 3: Modelovanie a 3D tlač

Pre pohodlie merania a bezpečnosť elektroniky je vhodné vytvoriť kryt. Navyše zabraňuje skratovaniu komponentov počas používania. Navrhli sme držateľný jednoduchý tvar, ktorý nadväzuje na organickú estetiku. Je rozdelený na dve časti: spodná časť s otvorom pre snímač pulzu a pridržiavacie rebrá pre Arduino a nepájivú dosku a horná so svetlovodom, ktorá poskytuje peknú vizuálnu spätnú väzbu.

Krok 4: Elektromechanický prototyp

Akonáhle budete mať kryty pripravené, umiestnite snímač pulzu do vodiacich rebier v prednej časti otvoru. Uistite sa, že prst dosiahne snímač a úplne zakryje povrch. Na zvýšenie účinku vizuálnej spätnej väzby zakryte vnútorný povrch horného krytu nepriehľadnou fóliou (použili sme hliníkovú fóliu), pričom v strede vynechajte otvor. Upúta svetlo do konkrétneho otvoru. Odpojte Arduino od prenosného počítača a pripojte batériu viac ako 5 V (tu sme použili 9 V), aby bolo prenosné. Teraz umiestnite všetku elektroniku do spodného krytu a zatvorte ho horným krytom.

Krok 5: Testovanie a riešenie problémov

Teraz je načase skontrolovať výsledky! pretože snímač bol umiestnený vo vnútri, tesne pred otvorením krytu, citlivosť senzora sa môže len málo zmeniť. Uistite sa, že všetky ostatné pripojenia sú neporušené. Ak sa zdá, že je niečo v neporiadku, uvádzame niekoľko prípadov, ktoré vám s tým pomôžu vyrovnať sa.

Možné chyby môžu byť buď na vstupe zo senzora, alebo na výstupe pre RGB LED. Pri riešení problémov so senzorom je potrebné dodržať niekoľko vecí. Ak snímač detekuje BPM, na doske by mala LED dióda (L) synchronizovane blikať s vašim BPM. Ak blikanie nevidíte, skontrolujte vstupný terminál na A1. Ak svetlo na snímači impulzov nesvieti, musíte skontrolovať ďalšie dva póly (5 V a GND). Sériový ploter alebo sériový monitor vám môžu tiež pomôcť zaistiť, aby senzor fungoval.

Ak na RGB nevidíte žiadne svetlo, najskôr skontrolujte vstupný terminál (A1), pretože kód funguje iba vtedy, ak je zistený BPM. Ak sa vám zdá, že je všetko zo senzorov v poriadku, vyhľadajte prehliadané skraty na doske.

Krok 6: Používateľské testovanie

Teraz, keď máte pripravený prototyp, môžete merať svoj srdcový tep a prijímať svetelnú spätnú väzbu. Napriek tomu, že dostávate informácie o svojom zdraví, môžete sa hrať s rôznymi emóciami a kontrolovať odozvu zariadenia. Možno použiť aj ako meditačný nástroj.