Zariadenie fitness motivátora: 22 krokov

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

Sme študenti inžinierstva, ktorí sa snažia byť fyzicky zdatní.

Vieme, aké to je mať zdanlivo príliš veľa školskej práce na to, aby sme mohli chodiť von a cvičiť. Aby sme vyviedli dvoch vtákov jedným kameňom, rozhodli sme sa použiť záverečný projekt v jednej z našich inžinierskych tried na vykonanie základných čítaní biosenzora pri cvičení. Tento projekt konkrétnejšie umožňuje používateľovi odčítať údaje z akcelerometra (ACC) a elektromyogramu (EMG) a súčasne prenášať výstupné informácie do dvoch diód LED a malého digitálneho displeja.

Ak máte radi obvody, Arduino, spracovanie dreva, kódovanie, biomedicínske inžinierstvo alebo spájkovanie, tento projekt môže byť pre vás!

Pozrite sa, čo robíte

Predtým, ako sa pustíte do tohto projektu, nájdite si chvíľu chvíľu a pozrite sa, čo robíte, vo videu vyššie.

Tento projekt vám v podstate umožňuje kombinovať viacero aspektov toho, čo poznáte. Ak ste náhodou novým biomedicínskym inžinierstvom (BME) alebo biosenzormi, nie je problém. V tomto projekte sú použité dva primárne senzory. Tieto senzory sú akcelerometer a elektromyogram (EMG). Ako naznačuje názov, akcelerometer je senzor, ktorý meria zrýchlenie. Menej intuitívne elektromyogram meria elektrickú aktivitu v svale, ku ktorému sú pripojené jeho zodpovedajúce elektródy. V tomto projekte boli použité tri povrchové gélové bioelektródy z elektrického vedenia, ktoré meralo signály prichádzajúce z lýtka pripojeného subjektu.

Materiály a nástroje

Materiály

Na výstavbu tohto projektu budete potrebovať:

• doska Arduino Uno (ktorú je možné zakúpiť na
• napájanie 9V batériou (dá sa kúpiť na
• súprava zapojená do Bitalina (ktorú je možné zakúpiť na www.bitalino.com)
• 1,8-palcový TFT displej a štít Adafruit, ako doplnok k polovičnému perma-protoboardu (dá sa kúpiť na www.adafruit.com)
• rôzne prepojovacie vodiče, diódy LED, odpory 220 ohmov, spájku a tavidlo (je možné zakúpiť na www.radioshack.com)
• Skrutky do dreva 1/2 palca, klince 5/8 palca, kus oceľového plechu s rozmermi 28 x 28 cm, dva malé pánty a jednoduchý západkový mechanizmus (dá sa kúpiť na www.lowes.com)
• päť palcových stôp dreva

  Poznámka: Tvrdé drevo je možné zakúpiť na www.lowes.com, ale odporúčame vám nájsť si miestnu pílu a použiť drevo od tejto osoby. Rozmery dreva použitého v tomto projekte nie sú prekvapivo bežné, takže pravdepodobnosť nájdenia dreva vopred narezaného na potrebné rozmery hrúbky je dosť malá

  Nástroje

• spájkovačka (dá sa kúpiť na www.radioshack.com)

• veľa nástrojov na spracovanie dreva, ktoré sú uvedené na vyššie uvedených fotografiách a sú tu uvedené

  • pokosová píla (dá sa kúpiť na www.lowes.com)
  • stolný píl Shopsmith alebo ekvivalent (ktorý je možné zakúpiť na www.shopsmith.com)
  • hobľovač hrúbky (dá sa kúpiť na www.sears.com)
  • kladivo, vrtáky, meracie pásmo a ceruzku (je možné zakúpiť na www.lowes.com)
  • akumulátorová vŕtačka a batéria (dá sa kúpiť na www.sears.com)
  • pásová píla (dá sa kúpiť na www.grizzly.com)

Voliteľné nástroje

• odpájkovačka (dá sa kúpiť na www.radioshack.com)
• hobľovačka (dá sa kúpiť na www.sears.com)

Príprava

Aj keď to nie je najnáročnejší pokyn, ani nie je najjednoduchšie. Potrebné sú minimálne znalosti v oblasti kódovania, zapojenia obvodov, spájkovania a spracovania dreva. Okrem toho bude nápomocná predchádzajúca práca s Arduino alebo Adafruit.

Na rozsah tohto pokynu by mal stačiť jednoduchý kurz programovania alebo praktické skúsenosti z predmetu.

Spájkovacie a zapojovacie obvody sa najlepšie naučia vykonaním týchto akcií. Aj keď môže byť kurz teoretických obvodov užitočný v technickom porozumení obvodov, nemá veľký význam, pokiaľ v ňom nevybudujete niektoré obvody! Pri zapojení sa snažte urobiť vedenie čo najpriamejšie. Vždy, keď je to možné, vyhýbajte sa kríženiu drôtov alebo používaniu dlhších drôtov, ako je potrebné. Pomôže vám to pri riešení okruhu, keď sa zdá, že je dokončený a nepracuje správne. Pri spájkovaní dbajte na to, aby ste použili dostatok tavidla, aby spájka tiekla tam, kam chcete. Použitie príliš malého toku jednoducho spôsobí, že proces spájkovania bude viac frustrujúci, ako by mal byť. Napriek tomu nepoužívajte príliš veľa spájky. Pokiaľ ide o spájkovanie, pridanie príliš veľkého množstva spájkovacieho materiálu spravidla nepomáha k lepšiemu spájkovanému spojeniu. Príliš veľa spájky môže spôsobiť, že vaše spojenie bude vyzerať rozumne, aj keď bolo vyrobené nesprávne.

Spracovanie dreva je praktický obchod. Chce to určite cvik. Pomáha znalosti materiálových vlastností dreva, aké poskytuje napríklad Wood od Erica Meiera, najmä ak sa v budúcnosti chystáte vykonávať ďalšie projekty spracovania dreva. Nie je to však povinné. Sledovanie remeselníka, ako pracuje s drevom alebo si sám robí nejaké drevo, by malo mať pre tento projekt dostatočné zázemie. Naučiť sa orientovať v obchode s drevom je tiež nevyhnutné. Pochopenie toho, aké nástroje vykonávajú dané funkcie, vám pomôže dokončiť projekt rýchlejšie a bezpečnejšie, ako by sa dalo urobiť inak.

Užitočné stránky

• www.github.com; táto stránka pomáha manipulovať s kódom
• www.adafruit.com; táto stránka vám povie, ako prepojiť obrazovku TFT
• www.fritzing.com; táto stránka vám pomôže nakresliť a konceptualizovať obvody

Bezpečnosť

Predtým, ako budeme pokračovať, musíme hovoriť o bezpečnosti. Bezpečnosť musí zostať v prvom rade pri vykonávaní pokynov alebo takmer čokoľvek iného v živote, pretože ak sa niekto zraní, nie je to zábavné pre nikoho.

Aj keď tento návod obsahuje biosenzory, ani diely, ani zostavené zariadenie nie sú zdravotníckymi pomôckami. Nemali by sa používať na lekárske účely ani by sa s nimi nemalo tak zaobchádzať.

Tento návod zahŕňa použitie elektrickej energie, spájkovačky a elektrického náradia. Pri nedbalosti alebo nepochopení môžu byť tieto veci nebezpečné.

Na napájanie displeja Arduino, displeja Adafruit a diód LED je potrebná elektrická energia. Napájaný je 9V batériou. Všeobecne povedané, pri interakcii s elektrickou energiou je ťažké byť príliš bezpečný.

Nasleduje však niekoľko užitočných rád pre elektrickú bezpečnosť:

• Ruky majte suché a uistite sa, že koža na nich nie je zlomená.
• Ak cez vás musí prechádzať prúd, pokúste sa udržať vstupné a výstupné body na tej istej končatine.
• Pre všetky obvody poskytnite uzemňovacie prostriedky, ističe a prerušovače porúch. Pomáhajú predchádzať preťaženiu obvodov alebo úniku prúdu, ak sa niečo pokazí so zariadením alebo cestou elektrického prúdu.
• Nepoužívajte elektrické zariadenia počas búrok alebo v iných prípadoch, kde majú prepätia vyšší výskyt ako obvykle.
• Elektrické zariadenia neponárajte a nepokúšajte sa ich používať vo vodnom prostredí.
• Obvody upravujte iba vtedy, keď je odpojené napájanie.

Spájkovačka je elektrické zariadenie. Tu platia všetky bezpečnostné opatrenia pre elektrické zariadenia. Špička žehličky sa však tiež veľmi zahrieva. Aby ste sa nepopálili, vyhýbajte sa kontaktu so špičkou žehličky. Držte žehličku a spájku tak, aby vám jeden z predmetov vykĺzol z uchopenia, aby sa vaše ruky nedotkli hrotu žehličky.

Elektrické náradie tiež vyžaduje elektrickú energiu. Riaďte sa tu elektrickými bezpečnostnými opatreniami uvedenými vyššie. Okrem toho vedzte, že elektrické náradie má veľa pohyblivých častí. Keď sa nástroje používajú, držte telo a všetko ostatné, na čom vám záleží, mimo týchto častí. Pamätajte si, že nástroj nevie, čo rezá alebo obrába. Ako operátor zodpovedáte za bezpečnú prevádzku elektrického náradia. Pri prevádzke elektrického náradia majte na mieste ochranné kryty a štíty.

Rady a tipy

Nasledujúce informácie môžu byť užitočné v celom tomto návode. Nie každý náznak alebo tip platí na každý krok, ale zdravý rozum by mal byť návodom, aké rady a tipy v každom prípade platia.

• Pri káblovaní nezáleží na farbe drôtu. Môže však byť užitočné vytvoriť farebnú schému a byť s ňou v celom projekte v súlade. Pomôcť môže napríklad použitie červeného vodiča na kladné napätie v obvode.
• Bioelektródy musia byť umiestnené na čisto oholenú časť tela. V zozbieraných signáloch vlasy vedú k nadmernému hluku a artefaktu pohybu.
• Drôtom pripevneným k bioelektródam je potrebné zabrániť v pohybe viac, ako je potrebné, aby sa predišlo pohybovým artefaktom. Na zaistenie týchto drôtov dobre funguje kompresná ponožka alebo páska.
• Vhodne spájkujte. Uistite sa, že každé spájkované spojenie je dostatočné a skontrolujte tieto pripojenia, ak sa zdá, že obvod je úplný, ale nefunguje správne.
• Pri hobľovaní rovinajte kusy materiálu s dĺžkou najmenej šesť palcov. Hobľovanie kusov menších ako táto dĺžka môže spôsobiť ostreľovanie alebo nadmerný spätný ráz obrobkov.
• Podobne nestojte priamo pred hobľovačkou. Postavte sa radšej vedľa neho, pretože obrobky sa vkladajú a prijímajú od hobľovačky.
• Pri použití píly dbajte na to, aby obrobky zostali proti príslušným ochranným krytom alebo plotom. To pomáha zaistiť bezpečné a presné rezanie.
• Pri upevňovaní pomocou skrutiek alebo klincov poskytnite vodiace otvory. Pilotný bit by mal mať menší priemer ako zamýšľaný upevňovací prvok, ale nemal by byť menší ako polovica priemeru upevňovacieho prvku. To pomáha predchádzať štiepeniu a trieskam upevňovaného dreva uvoľňovaním nadmerného napätia v dôsledku prítomnosti spojovacieho materiálu.
• Pri vŕtaní pilotných otvorov do klincov sa snažte udržať pilotný otvor o osminu palca plytší, ako je predpokladaná dĺžka klinca. To pomáha dodať nechtu niečo, do čoho sa ponorí, a poskytuje dostatočné trenie, ktoré pomôže udržať necht na mieste, keď je zapustený.
• Pri kladive vrazte priamo na hlavu klinca so stredom hlavy kladiva. Vykonajte mierne výkyvy, na rozdiel od výlučne konzervatívnych výkyvov, pretože konzervatívne hojdačky vo všeobecnosti neposkytujú dostatok energie na poháňanie nechtu, ale skôr dodávajú dostatok energie, aby sa necht nechtami kýval a ohýbal.
• Pazúrom kladiva odstráňte klince, ktoré nejazdia podľa plánu.
• . Dbajte na to, aby sa vaše ruky nedostali do línie rezania pílových kotúčov. Ak sa niečo pokazí, nechcete, aby sa vám porezala ruka.
• Aby ste ušetrili čas, dvakrát merajte a raz strihajte. Ak to neurobíte, budete musieť niektoré kúsky vyrobiť viac ako raz.
• Na hobľovač hrúbky a píly používajte ostré kotúče. Na pílach sú kotúče s vyšším počtom zubov dobré na zaistenie hladkého rezu v blízkosti kvality povrchu. Pri realizácii tohto projektu sme použili 96 -zubový 12 "presne rezaný kotúč na dvojito šikmej pokosovej píle Dewalt a kotúč s najmenej 6 zubmi na lineárny palec na pásovej píle.
• Pri konfigurácii stolovej píly udržujte Shopsmithov motor v odporúčanom rozsahu otáčok. Uistite sa, že stôl je nastavený na vhodnú výšku a neodhaľuje viac ostria, ako je potrebné na každý rez.

Krok 1: Začnime

Najprv vytvorte komponent obvodu. Začnite zapojením energie a uzemnenia k večne protoboardu.

Krok 2: Pridanie biosenzorov

Pripojte biosenzory k večne protoboardu a všimnite si, ktorý snímač je ktorý. Ako akcelerometer sme v diagrame použili signál vľavo.

Krok 3: Vrátane LED diód

Ďalej pridajte LED diódy. Majte na pamäti, že na smere LED diódy záleží.

Krok 4: Pridanie displeja

Pridajte digitálny displej. Na pomoc použite zapojenie uvedené na tejto webovej stránke:

Krok 5: Čas kódovania

Keďže okruh je teraz kompletný, nahrajte doň kód. Priložený kód je kód, ktorý sme použili pri dokončovaní tohto projektu. Obrázok je ukážkou toho, ako by mal kód vyzerať, ak je správne otvorený. Tu môže riešenie problémov úplne začať. Ak veci fungujú správne, najskôr sa prečítajú signály z akcelerometra. Ak je signál pod prahovou hodnotou, rozsvieti sa červená LED dióda, zelená LED dióda nesvieti a na displeji sa zobrazí „Vstaňte!“. Ak je signál akcelerometra nad prahovou hodnotou, červená LED dióda zhasne, zelená LED dióda sa rozsvieti a na obrazovke sa zobrazí „Poď!“. Okrem toho sa potom číta signál EMG. Ak je signál EMG nad nastavenou prahovou hodnotou, na digitálnom displeji sa zobrazí „Skvelá práca!“Ak je však signál EMG pod prahovou hodnotou, na obrazovke sa zobrazí „Choďte!“. To sa časom opakuje a stav diód LED a obrazovky sa mení podľa toho, ako si to vyžadujú vstupy z akcelerometra a EMG. Prahové hodnoty nastavené pre akcelerometer a EMG by sa mali nastaviť na základe kalibrácie s konkrétnym predmetom po ruke počas stavov pokoja a cvičiť.

Ak chcete získať prístup k tomuto kódu v GitHub, kliknite SEM!

Krok 6: Plánovanie

Začnite vyrábať škatule, aby obsahovali obvod a batériu.

Pokiaľ nie je uvedené inak, všetky nižšie uvedené výkresy majú rozmery uvedené v palcoch.

Začnite hobľovaním dreva potrebného na projekt na správnu hrúbku hobľovačkou. Asi tri a pol nohy dosky by mali byť hobľované na hrúbku 1/2 ". Polovicu dosky by ste mali hobľovať na hrúbku 3/8". Ďalšia polovica dosky by mala byť hobľovaná na hrúbku 1/4 ". Posledná polovica dosky by mala byť taká, aby u-kanál tvoriaci telo skrinky na batériu mohol byť vyrobený tak, ako je popísané v neskoršom kroku.

Krok 7: Spodok primárneho poľa

Vytvorte spodok primárnej skrinky podľa zobrazených rozmerov a pripevnite k nej dosku plošných spojov a Arduino. Kliknutím na obrázok odhalíte tieto rozmery.

Krok 8: Konce primárneho poľa

Konce primárneho boxu urobte podľa uvedených rozmerov a pripevnite ich k spodnej časti primárneho boxu.

Krok 9: Strany strany primárneho boxu- snímača

Pokračujte tak, že stranu senzora primárneho boxu nastavíte na zobrazené rozmery a pripevníte ho k zvyšku boxu dokončovacími klincami.

Krok 10: Boky strany primárneho boxu- obrazovka

Upravte stranu obrazovky primárneho boxu na určené rozmery a pripevnite ho k zvyšku boxu.

Krok 11: Skontrolujte, čo máte

V tomto mieste skontrolujte, či je celkový tvar primárneho boxu taký, ako je tu znázornený, aj keď sa niektoré rozmery môžu líšiť v závislosti od vášho výberu hardvéru alebo umiestnenia hardvéru.

Krok 12: Horná časť primárneho poľa

Vytvorte hornú časť primárneho poľa podľa obrázku. Kliknutím na zobrazený obrázok ho rozbalíte na plnú veľkosť a zobrazíte súvisiace rozmery.

Krok 13: To všetko závisí od toho

Upevnite hornú časť primárnej skrinky k zvyšku primárnej skrinky pomocou závesu na konci s diódami LED. Pred pripevnením jedného z malých pántov sa uistite, že je vrch škatule štvorcový so zvyškom škatule.

Krok 14: Zaistite to

Nainštalujte malú západku na predný koniec škatule, na koniec oproti závesu. Toto zabráni otvoreniu primárneho boxu okrem prípadov, keď je to potrebné.

Krok 15: Pripútajte sa

Aby bolo toto zariadenie prenosné, ohnite tenký kus oceľového plechu pozdĺž jedného z jeho rozmerov, aby sa medzi neho a spodok primárneho boxu zmestil pás. Po ohnutí ho pomocou skrutiek do dreva pripevnite k spodnej časti primárnej skrinky.

Krok 16: Základňa boxu na batérie

Teraz je čas vyrobiť box na batérie. Vytvorte základňu tohto boxu podľa uvedených rozmerov.

Krok 17: Konce boxu na batérie

Keď sme vyrábali konce boxu na batérie, použili sme 3/8 materiál. Pomocou uvedených rozmerov urobte konce a pripevnite ich k základni boxu na batérie.

Krok 18: Horná časť skrinky na batériu

Vrch boxu na batérie sme vyrobili tak, že sme pokosovou pílou skrátili materiál na dĺžku 1/4 a na správnu šírku pásovou pílou. Rozmery zobrazíte kliknutím na obrázok ho rozbalíte.

Krok 19: Nasaďte veko na box na batérie

Rovnakým postupom, akým ste nasadili veko na primárnu skrinku, pripevnite veko schránky na batérie k telu schránky na batérie.

Krok 20: Skontrolujte box na batérie

V tomto mieste sa pozrite na skrinku batérie, aby ste sa presvedčili, že vyzerá trochu ako na obrázku tu. Ak nie, teraz by bolo načase zopakovať si niektoré z predchádzajúcich krokov!

Krok 21: Upevnite batériový box k primárnemu boxu

Umiestnite box na batérie na vrch primárneho boxu. Pomocou skrutiek do dreva alebo dokončovacích klincov dokončite upevnenie boxu na batérie k primárnemu boxu.

Krok 22: Ďalšie nápady

Ak ste postupovali podľa týchto krokov, dokázali ste to! Po implementácii hardvéru a softvéru sme mohli zariadenie používať. V súčasnej podobe má zariadenie obmedzené použitie, ale stále je zaujímavou kombináciou rôznych aspektov dizajnu. Výstupy robia všetko, čo sme zamýšľali po prijatí signálov zo vstupov biosenzora. Zariadenie celkovo váži niekoľko libier.

V budúcich vydaniach by bolo zaujímavé, aby zariadenie vážilo menej a zaberalo menej miesta. Ak by to bolo možné, zariadenie by bolo užitočnejšie a dalo by sa ľahšie nosiť počas cvičenia. Aby to bolo možné dosiahnuť, odporúčame experimentovať s použitím mikro a 3-D tlače boxov Arduino. Aby ste ušetrili miesto, bolo by dobré experimentovať s použitím nabíjateľnej batérie, ktorá zaberá menej miesta ako jednoduchá 9V batéria. Veľkosť boxu na batérie by sa dala zodpovedajúcim spôsobom zmenšiť.