Základný snímač dýchania pásu: 8 krokov

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

V biosenzorickom svete existuje mnoho spôsobov, ako zmerať dýchanie. Na meranie teploty okolo nosnej dierky je možné použiť termistor, ale potom možno znova nebudete chcieť mať na nose pripútaný podivný nástroj. Na pás, ktorý sa pohybuje hore a dole, je možné pripevniť aj akcelerometer, ale subjekt by pravdepodobne mal ležať alebo sa inak nepohybovať. Aj keď tento základný, flexibilný senzor dýchania pásového pásu má svoje nevýhody (odozva signálu nie je taká presná ako ostatné metódy), je vhodný, ak sa váš subjekt chce iba pripútať a robiť čokoľvek, čo chce robiť s dychom sa meria Tu je príklad základného senzora dýchania, ktorý je určený na to, aby žil vo vnútri flexibilného pásu, ktorý si pripnete okolo hrudníka. Keď sa predmetný hrudník roztiahne a stiahne vdýchnutím vzduchu do pľúc, zmení sa odpor zabudovaného kusu roztiahnuteľnej gumovej šnúry. Pomocou niekoľkých ďalších komponentov to môžeme preložiť do analógového signálu, ktorý vaše Arduino číta naživo. To sa deje pomocou kúzla veľmi dôležitého a ľahko naučiteľného obvodu rozdeľovača napätia.

UPOZORNENIE: Skôr ako začneme, mali by ste vedieť, že netestované a nestabilné zariadenia na biologické snímanie vždy obsahuje riziko nebezpečenstva! Skúste a vytvorte tento obvod so zdrojom energie z batérie- urobím všetko pre to, aby som vám ukázal, ako tento obvod vytvoriť, aby ste sa ubezpečili, že vám nič neublíži, ale nepreberám žiadnu zodpovednosť za prípadné nehody. Používajte zdravý rozum a pred pripútaním čohokoľvek na hrudník vždy vyskúšajte svoj obvod pomocou multimetra.

Krok 1: ČO BUDETE POTREBOVAŤ

1) Každý mikrokontrolér s analógovým vstupom bude fungovať, ale v tomto prípade použijem Arduino Uno. Ak ho potrebujete, môžete ho získať od spoločnosti Adafruit alebo Sparkfun.

2) Vodivý gumový kábel. Tento úžasný kábel bude fungovať ako variabilný odpor a pri napínaní alebo uvoľňovaní sa zmení odpor. K dispozícii od Adafruit alebo Robotshop má peknú škálu dĺžok s vopred pripevnenými kovovými zakončeniami

3) Multimetr

4) LED dióda

5) Rezistor 1K

6) Stahovací odpor (neskôr zistíme, aká je jeho hodnota!)

7) Lepiaca páska

8) Dierovač alebo nožnice

9) Prepojovacie vodiče

10) Doska na chlieb

11) 2 aligátorové spony

Upozorňujeme, že rovnako ako všetky zariadenia na biologické snímanie, aj tento projekt je najbezpečnejší, ak je vaše Arduino napájané z batérií.

Na dokončenie tohto projektu budete potrebovať:

· Spájkovačka a spájka

· Horúca lepiaca pištoľ

· Drôtené nožnice

· Odstraňovač drôtov

· Pomocné ruky

· Zverák, krimpovací nástroj alebo veľký pár klieští

· 2 alebo viac prstencových krimpovacích terminálov

Krok 2: Odrežte kábel a pripevnite vodivé svorky

Aj keď na tento experiment môžete použiť ľubovoľnú dĺžku gumovej šnúry od 2 “do 8“, kratšie dĺžky gumy sú lacnejšie a v skutočnosti na vykonanie práce nepotrebujete príliš veľké množstvo. Ak ste si kúpili veľkú gumu, odporúčam vám skrátiť ju na 4 palce. Odrežte túto dĺžku a pripravte sa na pripevnenie vodivého konca na oba konce.

Vezmite koncový konektor, ako je jeden z nich na obrázku vyššie, a prilepte jeden koniec vodivej gumovej šnúry na koniec jedného z vašich koncových konektorov a koniec zvlňte k sebe. Na to môžete použiť zverák alebo konce odizolovačov, ale dávajte pozor, aby ste terminál nepoškriabali príliš pevne, aby ste nepraskli alebo neprestrihli gumu! Ak to zvládnete a kábel sa odpojí, skúste to znova s iným konektorom terminálu. Na dosiahnutie tohto cieľa by ste však mali mať dostatok času. Ak bude kratší ako 2 palce, pravdepodobne by ste to mali skúsiť znova s novou dĺžkou 4 palcov. Nebojte sa, dostanete to! Akonáhle to dosiahnete na jednej strane, je to skvelé! Opakujte na druhej strane. Teraz ste hotoví!

Teraz máte vodivú gumovú šnúru s vhodným koncom na každom konci. Poďme zmerať, aké sú rozsahy tohto kábla pomocou multimetra.

Krok 3: Zmerajte si odpor

Otočte voličom svojho multimetra na symbol ohmu (Ω) a prilepte červený aj čierny koniec multimetra na obidve strany vodivej šnúry.

Ak si ešte nie ste istí, ako používať svoj multimetr, môžete sa osviežiť týmto návodom od Lady Ada.

Aj keď pri meraní môže číslo trochu skákať, tieto čísla vám poskytnú predstavu o tom, aký veľký je odpor kábla v pokoji. Vezmite si svoj najlepší odhad, napíšte pokojový odpor kábla a zaokrúhlite ho na najbližší násobok 10 (tj: 239 = 240, 183 = 180)

Teraz dávajte pozor, aby ste jednou rukou pripevnili multimetrové sondy na svoje miesto, druhou rukou jemne vytiahnite kábel. Tieto veci môžete natiahnuť iba tak, aby dosiahli asi 50% až 70% pôvodnej dĺžky, takže neťahajte príliš silno! Sledujte, ako sa zmenili hodnoty odporu na vašom multimetri. Pustite to a zopakujte tento postup niekoľkokrát, aby ste videli, ako odpor prechádza z minima na maximum. Keď ho roztiahnete, odpor sa zvýši, pretože častice v gume sú posunuté ďalej od seba. Akonáhle sa sila uvoľní, guma sa stiahne späť, aj keď trvá minútu alebo dve, kým sa vráti na pôvodnú dĺžku. Vzhľadom na tieto fyzické obmedzenia nie je tento naťahovací kábel skutočným lineárnym senzorom, takže nie je prekvapivo presný, ale existujú spôsoby, ako s ním pracovať pri konštrukcii vášho senzora. Ešte raz natiahnite šnúru na maximum a s každým koncom multimetrových sond na oboch stranách gumovej šnúry si zapíšte hodnotu odporu, zaokrúhlenú ešte raz na najbližší násobok 10.

Krok 4: Formula Axel Benz

Použijeme jednoduchý obvod na delenie napätia, aby sme ako senzor dýchania použili variabilný odpor napínacej šnúry. Ak by ste chceli vedieť viac o obvodoch deliacich napätie, je to v podstate niekoľko odporov v sérii, ktoré premenia veľké napätie na menšie. V závislosti od hodnôt odporov, ktoré používate, môžete svojich 5 V rozrezať na Arduino na väčšie alebo menšie časti pomocou sťahovacieho odporu, ktorý je užitočný pre analógové čítanie. Ak by ste sa chceli dozvedieť viac o matematike za obvodmi rozdeľujúcimi napätie, pozrite sa na vynikajúci návod na Sparkfun.

Aj keď vieme, že hodnota prvého odporu v obvode (rozťahovací senzor) bude v konštantnom toku, musíme použiť správnu hodnotu odporu pre sťahovací odpor, aby sme získali čo najpríjemnejší a najrozmanitejší signál..

Na začiatok použite vzorec Axel Benz:

Odporový odpor = štvorcový koreň (Rmin * Rmax)

Ak je teda minimálna hodnota vašej napínacej šnúry 130 ohmov a maximálna 240 ohmov

Pull-Down odpor = squareroot (130*240)

Pull-Down odpor = squareroot (31200)

Odporový odpor = 176,635217327

Teraz by ste sa mali pozrieť na svoju zbierku odporov a zistiť, aký je váš najlepší odpor „zatiaľ“. Ak máte iba zbierku náhodných bitov a bobov, táto kalkulačka farebného odporu rezistora vám môže pomôcť. Ak zapnete tento odpor, môže to byť v poriadku, pravdepodobne nemáte po ruke perfektný odpor. Kým používate obvod, možno prídete na to, že ho budete musieť vymeniť za iný, ale tým získate skvelý štart do hrania.

Nakoniec zaokrúhlime číslo na najbližší násobok 10.

Stiahnuteľný odpor = 180 ohmov

Krok 5: Pripravte si tabuľu

Pomocou prepojovacích káblov pripojte 5v kolík Arduina k napájacej lište na doske a potom pripojte kolík GND k uzemňovacej lište nepájivého poľa.

Rád čerpám 5V z Arduina, pretože to zaisťuje, že sa nemusíte starať o odosielanie príliš vysokého napätia na analógové piny. Môžete tiež použiť napäťový kolík 3v3, ale zistil som, že lepší signál získam z použitia 5v.

Pripojte svoj sťahovací odpor k zemi.

Vezmite obe svoje aligátorové spony a prichyťte ich k svorkám na oboch stranách pružného kábla s rôznym odporom. Pripojte jeden koniec týchto aligátorových svoriek k 5 -koľajničke. Pripojte druhú svorku aligátora k drôtu v konfigurácii znázornenej na schémach.

Zaistite, aby boli „ostatné“konce vášho sťahovacieho rezistora a vodivej napínacej šnúry prepojené, teraz prepojte prepojovací kábel z analógového kolíka (použijeme A0) do stredu týchto dvoch spojovacích bodov.

Nakoniec pripojte LED diódu s 1k odporom na pin 9 vášho Arduina.

Krok 6: Naprogramujte si Arduino

Poznámka: Práve som videl, že používatelia GitHubu Non0Mad vylepšili môj kód! (Ďakujem) Skúste tento kód, ak chcete:

Ak by ste chceli skúsiť ten, ktorý som vyrobil, spustite na svojom Arduine priložený náčrt „RespSensorTest.ino“.

Dávajte pozor, aby ste sa nedotkli odhaleného kovu, zdvihnite dve svorky aligátora a natiahnite gumičku. Sledujte, ako LED dióda bledne a zhasína, keď sa naťahujete. Otvorte sériový monitor a sledujte zmenu analógového napätia. Ak nie ste spokojní s blednutím hodnôt alebo so svojimi číslami, môžete vyskúšať niekoľko vecí:

1) Skúste vymeniť inú hodnotu pull-down odporu, ktorá je podobná tej poslednej, ktorú ste použili. Má to pozitívny rozdiel? (Toto je najlepší spôsob, ako to urobiť)

2) Ak naozaj chcete iba rozsvietiť LED diódu, skúste sa pohrať s premennou scaleValue a zistite, či týmto spôsobom dokážete vytvoriť lepšie rozsahy. (Toto je možno najľahší spôsob)

Keď ste dostatočne spokojní so svojimi číslami a žiarou LED, je načase vytvoriť prototyp modelu na nosenie okolo hrudníka! Pre ďalší krok vypnite Arduino a vypnite napájanie na doske.

Krok 7: Vytvorte dýchací pás prototypu

Najrýchlejší spôsob, ako vytvoriť prototyp kapely, je jednoducho niečo spojiť spolu s lepiacou páskou. Vezmite dlhý pás lepiacej pásky (Asi 30 “-36“by malo pokrývať väčšinu, ale v konečnom dôsledku je to len obvod vášho hrudníka) a založte ho tak, aby sa lepivé strany prilepili na seba. Vyrazte otvory na obidve strany pásika lepiacej pásky, aby sa podobal pásu.

Pomocou skrutiek zaistite svorky do dierovaných otvorov, ktoré ste pre senzor vyrobili, a dlhý kus lepiacej pásky pohodlne spojte do slučky, ktorú nosíte na hrudi. Chcete sa uistiť, že váš „pás“dobre prilieha k vám alebo k solárnemu plexu subjektu, ale uistite sa, že je dostatok miesta na prichádzajúce nádychy na natiahnutie kábla.

Nakoniec znova pripevnite svoje aligátorové spony a zapojte všetky prepojky z konca vodivej napínacej šnúry späť na miesto v doske na chlieb. Teraz sme pripravení otestovať prototyp!

Krok 8: Vyskúšajte prototyp

Zapnite Arduino a znova spustite predchádzajúci náčrt. Ako sú na tom tieto analógové hodnoty? Dosahujete svojimi dychmi pekné rozlíšenie údajov? Má dióda LED pekný rozdiel v svetle pri nádychu a výdychu? Ak nie, skúste vymeniť rezistor za blízku hodnotu, aby ste zistili, či sa hodnoty, ktoré čítate, zlepšia.

Keď ste sa usadili na ideálnom výsuvnom odpore, radujte sa! Váš obvod je kompletný, zaznamenáva sa vaše dýchanie a LED dióda bude šťastne nasledovať váš dych.

V ideálnom prípade vám buď vy, alebo niekto iný, ušije pás z nevodivej syntetickej textílie s trochou roztiahnutia a pásom D-Ring na dotiahnutie. (Suchý zips je v poriadku ako zapínanie, ale niekedy je to úplný zmätok s oblečením a svetrami.) Do tohto pásu môžete bezpečne prišiť vodivú šnúru, v skutočnosti sú kruhové koncovky skvelé na upevnenie na tkaninu. Pokiaľ ide o niečo trvalejšie ako svorky aligátora, možno budete chcieť jednoducho spájkovať niekoľko veľmi dlhých viacžilových vodičov na konce koncových konektorov a pripojiť ich k svojmu obvodu.