Дышите легким тревожным устройством с пульсометром: 18 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

В условиях, когда мир становится все более загруженным, все подвергаются все более высокому стрессу. Студенты колледжа подвергаются еще большему риску стресса и беспокойства. Экзамены - это особенно напряженные периоды для студентов, и умные часы с настройками дыхательных упражнений обычно не разрешается использовать во время экзаменов, поскольку они также могут отправлять текстовые сообщения и подключаться к Интернету.

«Breathe Light» - это упрощенное устройство, ориентированное на беспокойство, которое не имеет подключения к Интернету и будет приветствоваться на экзаменах. Это устройство не ориентировано на пользователя, что позволяет легко адаптировать его к любому человеку, нуждающемуся в контроле беспокойства. Используя серию из четырех светодиодов NeoPixel, пользователь сможет следовать инструкциям по выполнению дыхательных упражнений, а также отслеживать частоту сердечных сокращений до и после упражнений, чтобы определить, снижается ли уровень стресса.

Шаг 1. Необходимые материалы и инструменты

Материалы:

1. Adafruit Flora (14,95 долларов США)
2. Макетная плата (5 долларов США)
3. Adafruit NeoPixels (4) (7,95 долларов США)
4. PulseSensor (25 долларов США)
5. Зажимы Alligator (3,95 доллара США)
6. Провода перемычки макетной платы (3,95 доллара США)
7. Литий-ионный полимерный аккумулятор ($ 9,95)
8. Резистор 220 Ом ($ 6,28)
9. Кнопка ($ 5,99)
10. Ассорти из Lego (10-40 долларов) (Примечание: вам не нужно много Lego)

Общая стоимость: (94–124 долларов США)

Инструменты:

1. Программное обеспечение Arduino (БЕСПЛАТНО) - обязательно
2. Носовые иглы (~ 6 долларов) или кусачки для кутикулы (~ 4 доллара) - рекомендуется
3. Комплект для пайки / материалы (~ 11 долларов США) - опционально

Общая стоимость: (15-17 долларов США)

Шаг 2: подготовка

Прежде чем приступить к проекту и использовать материалы, указанные выше, важно получить хорошие базовые знания о том, что используется.

Адафрут Флора

Adafruit Flora - это небольшой, простой и мощный микроконтроллер, который будет полезен как новичкам, так и экспертам. Он очень маленький (чуть больше четверти) и его можно носить! На изображении выше показана распиновка Adafruit Flora. Чтобы узнать больше о Flora, перейдите по следующей ссылке:

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

Adafruit NeoPixels

NeoPixels от Adafruit - это индивидуально адресуемые светодиоды RGB, разработанные специально для носимых устройств. NeoPixels объединяются в цепочку, что означает, что вам нужно только одно контактное соединение с микроконтроллером, чтобы подключить столько светодиодов, сколько нужно. Они могут быть запрограммированы в Arduino, но для их ознакомления и получения NeoPixels требуются некоторые практики, исследования и помощь на примерах в Интернете. Различные шаги в следующей ссылке очень полезны, поскольку она информирует вас о том, как работают NeoPixels, и дает советы и примеры кодирования с Arduino.

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

Импульсный датчик

PulseSensor - это датчик частоты пульса по принципу «включай и работай» для Arduino, позволяющий собирать данные о частоте пульса в реальном времени для различных проектов, таких как этот! Библиотека, которую можно загрузить в Arduino (будет показано ниже), содержит примеры кодов, которые помогут вам мгновенно стать экспертом во внедрении PulseSensor в проект. Следующая ссылка показывает дополнительную информацию о PulseSensor и описывает примеры мини-проектов, которые помогут людям начать работу.

pulsesensor.com/pages/getting-advanced

Библиотеки Arduino

Чтобы код мог взаимодействовать с Flora для определенных функций и команд, в Arduino должны быть установлены следующие библиотеки для различных электрических компонентов. Используйте либо эту ссылку, либо ссылку в разделе «Введение и расходные материалы», чтобы загрузить программное обеспечение.

1. Игровая площадка PulseSensor

   (Примечание: пример файла Arduino «PulseSensor_BPM» был полезен при создании кода для Breathe Light)

2. Библиотека Adafruit NeoPixel

   (Примечание: пример файла Arduino "Strandtest" был полезен при создании кода для Breathe Light)

(Примечание. Для получения дополнительной помощи по установке библиотек перейдите по следующей ссылке:

GitHub

GitHub - это мощная платформа, которая позволяет людям вместе создавать и публиковать программное обеспечение. Код, созданный для Breathe Light, доступен через GitHub и доступен здесь. На него также будут ссылаться позже в инструкциях по шагу 14. К упомянутым выше библиотекам и примерам Arduino, которые необходимы для проекта, также можно получить доступ по следующим ссылкам на GitHub.

1. Импульсный датчик
2. NeoPixel

Чтобы узнать больше о том, что такое GitHub и почему он полезен, посмотрите это видео.

Шаг 3: Безопасность

Имея дело с любой электрической схемой, в том числе с той, которую вы создадите в этом проекте, важно понимать и соблюдать все протоколы электробезопасности, чтобы обеспечить безопасность вашего проекта и избежать поражения электрическим током. В следующем списке приведены несколько простых шагов, которые необходимо выполнить.

1. НЕ подключайте Flora к компьютеру при перемещении и подключении проводов к цепи.
2. Прикасаясь к проводам или другим металлическим компонентам в цепи, убедитесь, что питание отключено, чтобы ток не протекал через ваше тело.
3. Держите жидкости, пищу и все остальное, что может пролиться, подальше от вашего контура.
4. Каждый раз перед включением питания проверяйте, нет ли изношенных электрических проводов.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ:

Это НЕ медицинский прибор, и его нельзя использовать в каких-либо клинических условиях, полагаясь на точные измерения частоты пульса. Обратитесь к врачу, если вам нужны точные данные о частоте пульса. Это просто инструмент, помогающий снять стресс, и его не следует использовать для диагностики какого-либо заболевания.

Шаг 4: Подсказки и подсказки

Ниже приведены некоторые подсказки и подсказки, которые следует учитывать при создании Breathe Light.

Стратегии устранения неполадок

1. Если код не работает должным образом, разделите различные функции / разделы кода и проверьте их, чтобы определить, в чем проблема.
2. Прежде чем переходить к коду и проекту, используйте примеры кодов, приведенные в библиотеках Arduino для PulseSensor и NeoPixels, чтобы убедиться, что устройства работают должным образом.
3. Убедитесь, что PulseSensor имеет плотное и безопасное соединение, прежде чем собирать данные для удаления потенциальных артефактов движения.
4. При подключении используйте провода одного цвета при подключении к одним и тем же портам, чтобы избежать путаницы.
5. Используйте небольшие соединительные кабели, чтобы закрепить провода, чтобы они не теряли связь при перемещении устройства.
6. Если у вас есть доступ к паяльнику, подумайте об использовании его для защиты проводных соединений, которые могут работать некорректно.

Insights

• Чтобы сэкономить время, перед использованием проводов протестируйте прототип с зажимами из крокодиловой кожи.

• Чтобы сэкономить время и нервы, крепко вытяните провода, чтобы обеспечить надежное и постоянное соединение с каждым NeoPixel.

  Lego также очень полезны для защиты Flora и аккумуляторной батареи

Шаг 5: Сборка, часть 1а

Начните с использования зажима «крокодил» для подключения порта №6 на FLORA. Затем используйте другой зажим «крокодил» для подключения порта GND. Сделайте то же самое с портом VBATT на FLORA.

Шаг 6: Сборка, часть 1b

Теперь подключите зажим «крокодил», подключенный к порту 6, к направленной внутрь стрелке на NeoPixel. Подключите зажим порта GND к (-) на NeoPixel, а зажим порта VBATT к (+) на NeoPixel.

Мы использовали эту настройку для тестирования каждого NeoPixel, чтобы убедиться, что он работает, используя инструкции со страницы NeoPixel Adafruit.

Шаг 7: Сборка, часть 2

После того, как вы убедились, что каждый из NeoPixel работает, вы можете приступить к созданию Breathe Light!

Начните с подключения проводов к FLORA на VBATT, # 12, # 6, GND и # 10. Во избежание путаницы выбирайте цвета, соответствующие каждому из портов. Мы подключим их к макету на следующих этапах.

Шаг 8: сборка, часть 3

Далее мы приступим к созданию цепочки NeoPixels. Как и на первом шаге, мы в конечном итоге подключим (+) к порту VBATT, (-) к порту GND, и стрелки покажут направление потока сигнала в строке NeoPixels. Я начал с последнего и продвигался вверх.

Сначала просто добавьте провода к NeoPixels соответствующих цветов. На картинке вы можете видеть, что мы использовали белый цвет для VBATT, зеленый для GND и желтый для сигнала, поступающего из порта №6. Используйте плоскогубцы, чтобы обернуть проволоку вокруг маленьких отверстий. Вы также можете использовать кусачки для кутикулы, если у вас нет под рукой острогубцы.

(Маленькие красные провода на заднем плане будут объяснены в следующих шагах. Не беспокойтесь о них пока.)

Шаг 9: Сборка, часть 4

Добавьте провода к другим NeoPixels, как и к первому. Убедитесь, что линия стрелок направлена от порта №6 на FLORA к нижней части цепи.

Затем подключите каждый из белых проводов к контактам (+) на макетной плате, а зеленые провода - к контактам (-) на макетной плате. Убедитесь, что соединения имеют некоторое натяжение для фиксации проводов.

Шаг 10: сборка, часть 5

Теперь подключите зеленый провод от GND к верхним контактам (-). Подключите белый провод от порта VBATT к контактам (+) на макетной плате и подключите желтый провод №6 к началу вашей цепи NeoPixel.

Фиолетовый провод и красный провод будут подключены позже.

(Красные провода внизу помогают создать напряжение между желтыми сигнальными проводами между NeoPixels, но они могут вам не понадобиться в зависимости от того, насколько туго соединения)

Шаг 11: сборка, часть 6

Далее мы подключим кнопку к нашей макетной плате. Это запустит измерения пульса и упражнения на тревожное дыхание!

Поместите кнопку, как показано на картинке. Затем с помощью белого провода соедините контакт верхней кнопки с (+). Поместите резистор 220 Ом между нижним контактом с той же стороны и контактами (-). Наконец, подключите красный провод №10 к нижнему правому контакту кнопки.

Шаг 12: Сборка Шаг 7

Теперь подключим датчик пульса! Подключите красный провод датчика к контактам (+) на макетной плате, а черный провод датчика к контактам (-). Затем поместите фиолетовый провод датчика и фиолетовый провод, идущий от порта № 12, в один ряд, чтобы соединить их.

Шаг 13: Сборка Шаг 8

С помощью различных Lego постройте платформу для FLORA и небольшую полость для литиевого аккумулятора. Убедитесь, что FLORA имеет некоторое натяжение для правильного подключения желтых проводов. Для этого мы использовали желтые лего, изображенные на картинке выше.

Платформа Lego будет различаться по размеру в зависимости от размера вашей макетной платы, но убедитесь, что FLORA может сидеть ровно, что есть некоторое натяжение с желтыми сигнальными проводами и что есть полость для вставки батарейного блока.

Шаг 14: Сборка Шаг 9

Чтобы завершить сборку, добавьте платформу Lego с ФЛОРОЙ рядом с макетной платой. Подключите аккумулятор к FLORA.

Шаг 15: Сборка Шаг 10: Загрузите код и завершите сборку

Последний шаг - загрузка этого кода в Breathe Light. После загрузки кода Breathe Light должен работать портативно, когда переключатель ON активирован в середине FLORA!

Как получить код с GitHub на Flora

1. Используйте ссылку выше, чтобы перейти на сайт GitHub.

2. Нажмите «Клонировать или скачать».

   Нажмите "Загрузить ZIP"

3. Сохраните загруженный zip-файл в желаемом месте на вашем компьютере.
4. Откройте файл «Breathe_Light_V3.0» в Arduino.
5. В разделе «Инструменты» на верхней панели Arduino перейдите в «Доска» и выберите «Adafruit Flora».
6. Наконец (подключив Flora к компьютеру), нажмите «Загрузить» (стрелка вправо в верхней части экрана).

После выполнения вышеуказанных шагов код должен быть загружен во Флору. Flora можно отключить от компьютера, и Breathe Light готов к работе!

Шаг 16: Сборка Шаг 11: Пояснение кода

Вот что делает код:

Во-первых, код собирает начальную частоту сердечных сокращений субъекта с помощью PulseSensor и отображает ее через четыре отдельных NeoPixels, расположенных в строке. В зависимости от того, какая частота пульса определена, будет отображаться определенная серия светодиодов / цветов. Например, если частота пульса 76, 3 NeoPixels будут гореть синим цветом. Эти цвета / пороговые значения сообщаются испытуемому через наклейку на устройстве (см. Выше), чтобы он знал, какова его частота пульса.

Затем, после определения частоты сердечных сокращений, он выполняет упражнение на тревогу, которое помогает в глубоком медленном вдохе и выдохе. В начале этого упражнения все четыре светодиода горят зеленым. По мере выполнения упражнения светодиоды становятся синими один за другим, что соответствует тому моменту, когда субъект должен делать вдох. После того, как загорятся все четыре светодиода, испытуемый должен задержать дыхание, а когда светодиоды снова станут зелеными, он сможет медленно выдохнуть. После выполнения упражнения на тревогу код снова определит и снова отобразит частоту сердечных сокращений человека, чтобы определить, смогли ли они успокоиться.

Шаг 17: Принципиальная схема

Эта принципиальная схема была сделана в EAGLE. Все внутри большого прямоугольника - это микропроцессор Adafruit FLORA. В нем много деталей, но в целом он заключен в прямоугольник. Все компоненты, которые мы добавили к FLORA, находятся под большим прямоугольником.

4 Neopixels можно увидеть подключенными к выходу D6 * FLORA. Кнопка подключена к IO10 *, а датчик пульса подключен к FLORA через порт IO12 *.

Шаг 18: Дальнейшие идеи

Есть много способов, с помощью которых Breathe Light можно было бы продвинуться дальше, и вот несколько предложений.

• Сделайте его пригодным для носки: используйте повязку на голову или манжету для часов (например, эту) и используйте токопроводящую нить, чтобы соединить все провода.
• Добавьте к функции тревожностиExercise (), чтобы создать более визуально привлекательное дыхательное упражнение (например, добавив больше цветов).
• Замените отдельные NeoPixels кольцом NeoPixel или массивом NeoPixel, чтобы добавить больше светодиодов и расширить возможности функций heartRateDisplay () и тревожностиExercise ().