Насадка для носка с датчиком давления: 18 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Когда дело доходит до выбора нестандартных ортопедических изделий, существует не так много надежных вариантов тестирования, которые могли бы помочь вам решить, какой тип вставки лучше всего подходит для ваших ног. И варианты, которые существуют, почти всегда специально проверяют дисбаланс сил в ваших ногах, когда вы стоите. На самом деле, вам нужны стельки, чтобы обеспечивать комфорт и стабильность во время ходьбы, а не только в неподвижном состоянии. Заинтересовавшись, как мы могли бы начать работу по устранению этой проблемы, мы решили разработать простой и доступный по цене носок с датчиком давления, который, как мы надеемся, после улучшения в будущем можно было бы использовать для диагностики любого дисбаланса в ногах пациента во время ходьбы.. Затем этот диагноз можно было бы использовать вместе с существующей медицинской документацией для создания индивидуальных стелек для пациента (или рекомендовать существующие).

В нашем текущем дизайне (тот, который вы можете сделать в этом руководстве) есть три датчика, которые прикрепляются к нижней части любого носка, и в результате при нажатии на них загораются неопиксели (маленькие огоньки). Все электронные компоненты размещены на лодыжке и позволяют отправлять данные о давлении на ваш компьютер через Bluetooth, а затем отображать их на графике в реальном времени. Мы надеемся обновить этот дизайн в будущем, а пока вот как построить наш текущий прототип!

(Посмотрите видео выше, чтобы увидеть, что он будет делать, когда вы закончите.)

Подготовка

Чтобы успешно создать это устройство, вам необходимо знать несколько вещей. Код, используемый для проекта, был включен, но базовые знания задействованной логики могут оказаться полезными, если вы столкнетесь с какими-либо проблемами. Если у вас возникла проблема, в Интернете также есть форумы, на которых вы можете опубликовать свою проблему или найти ту, которая похожа на вашу проблему, которая уже была решена. Базовые знания в области электропроводки, хотя и не слишком сложные, могут немного ускорить выполнение проекта. Наконец, вам нужно будет припаять несколько крепежных элементов к Flora. Ознакомьтесь с основами перед тем, как начать!

Безопасность

Прежде чем приступить к работе над проектом, необходимо решить несколько проблем, связанных с безопасностью. Готовый продукт сам по себе не повредит, но электробезопасность не всегда общеизвестна. Во избежание короткого замыкания любого вашего оборудования перед подачей питания убедитесь, что к вашему устройству подключено заземление. Также убедитесь, что никакая токопроводящая нить не пересекает другую токопроводящую нить. Это может привести к короткому замыканию и возгоранию. Также следует соблюдать осторожность при пайке крепежа на Flora. Паяльные инструменты невероятно горячие и могут вызвать очень болезненные ожоги, если вы случайно дотронетесь до жала. Убедитесь, что вы знаете, что делаете, чтобы не обжечься и не повредить схему.

Советы и подсказки

• Перед тем, как приступить к шитью или конструированию, убедитесь, что схема работает!
• Если вы не можете получить какие-либо данные с датчика давления, убедитесь, что соответствующий контакт на Flora исправен (один из наших контактов был сломан, и нам пришлось получить новую Flora).
• Спланируйте, как вы собираетесь закрепить все компоненты на лодыжке, чтобы избежать пересечения проводящих нитей в любой точке.
• Оставьте себе дополнительное пространство, когда планируете пришить токопроводящую нить к ленте. Слишком близкое расположение нитей друг к другу может привести к их случайному соприкосновению.
• Чтобы сэкономить время, спланируйте расположение ниток перед тем, как сшивать их. Если вы попытаетесь сшить его, не имея четкого представления о том, куда все пойдет, вы разочаруетесь и в конечном итоге все равно будете делать много этого заново.
• Если у вас возникли проблемы с подключением к модулю Bluetooth, отключите модуль, забудьте об устройстве в настройках Bluetooth на вашем компьютере, а затем подключитесь к нему повторно.
• Чтобы сэкономить время, посмотрите несколько видеоуроков на YouTube о том, как пришивать носимую электронику к одежде.

Шаг 1. Соберите материалы и инструменты

Чтобы создать насадку для носка, чувствительную к давлению, вам понадобится несколько вещей, если вы хотите, чтобы она работала. Некоторые из перечисленных ниже вещей являются обязательными, а некоторые желательны для простоты.

1. Флора (можно найти здесь за 15 долларов)
2. Модуль Bluetooth. Мы использовали модуль Arduino (HC06 BT), но вы также можете использовать носимый модуль Flora BLE.
3. Чувствительный к давлению проводящий материал, такой как Велостат (доступен здесь от Adafruit).
4. Flora RGB NeoPixels, минимум три. (Пакет из 4 штук можно приобрести в Adafruit примерно за 8 долларов здесь.)
5. Проводящая нить
6. Провода-перемычки (как минимум с одной гнездовой стороной). Вам понадобится 4 штуки.
7. Зажимы-крокодилы, прикрепленные к проводам (необязательно, но очень полезно)
8. Швейная игла
9. Достаточно небольшой батареи на 3,7 В (ее можно приобрести в Adafruit примерно за 8 долларов). Убедитесь, что у батареи есть подходящий разъем для Flora.
10. Прокладка на липучке размером не менее 2 x 4 дюйма, плюс точки на липучке.
11. Маленькие (5мм) пришиваем кнопки. Вам понадобится как минимум 18.
12. Припой и паяльник
13. Старая футболка
14. Плавкая промежуточная ткань, ее можно купить в большинстве магазинов для рукоделия или шитья. Прочтите здесь несколько советов и приемов.
15. Старая футболка
16. Ножницы, скотч и терпение.

Шаг 2: Создайте датчики давления

1. Вырежьте 3 части из токопроводящей ткани. Один должен быть достаточно маленьким, чтобы поместиться под пятку среднего человека, а два других должны быть примерно 1 x 1 дюйм (но форма на самом деле не имеет большого значения).
2. Отрежьте шесть 18-дюймовых кусков токопроводящей нити.
3. Приклейте по одной нити к каждой стороне всех трех предварительно нарезанных кусочков ткани. Нить должна быть закреплена лентой в форме буквы «J», как показано на изображении выше, и должна отходить от ткани на противоположных сторонах, как показано (оставляя примерно полдюйма пространства между концами ниток).

Шаг 3. Подключите датчики давления к флоре

1. С помощью зажимов «крокодил» для каждого датчика давления прикрепите один конец токопроводящей резьбы к контакту заземления на Flora, а другой - к одному из контактов 6, 9 или 10 (соединения показаны на изображении выше слева). Код, который вы будете использовать, обозначает датчик на контакте 9 как датчик, который будет расположен на пятке, датчик на контакте 6 как датчик, который будет расположен на подушечке стопы, а датчик на контакте 10 как датчик, который будет находиться под внешней частью стопы (под тем местом, где находится сустав мизинца). Если вы создали датчики специально для использования в одном из этих мест, убедитесь, что они прикреплены к правильному штифту.
2. Расположите датчики так, чтобы они лежали на столе ровно и ни одна из ниток не пересекалась и не касалась.

(Примечание: если вам нужно установить несколько зажимов типа «крокодил» на один штырь Flora, вставьте конец небольшого провода между существующим соединением, а затем прикрепите зажим к выступающему концу, как показано на изображении справа.)

Шаг 4: Подключите NeoPixels к Flora

1. Подключите каждый NeoPixel к GND. Все они могут быть подключены к одной и той же земле.
2. Подключите NeoPixels последовательно, при этом первый из них подключен к контакту 12 на Flora.
3. Обратите внимание, в какую сторону указывают стрелки. Стрелка, указывающая к центру, - это входящий сигнал, а стрелка, указывающая от центра, - исходящий сигнал.
4. Подключите каждый NeoPixel к VBATT.

Схема подключения показана на изображении выше для справки.

Шаг 5: Подключите Bluetooth к Flora

1. Подключите контакт GND на модуле Bluetooth к контакту GND на Flora.
2. Подключите вывод VCC на модуле Bluetooth к выводу 3,3 В на Flora.
3. Подключите TXD на модуле Bluetooth к RX # 0 на Flora.
4. Подключите RXD на модуле Bluetooth к TX # 1 на Flora.

Если модуль Bluetooth подключен неправильно, это может привести к перегреву цепи или нарушению связи между модулем и компьютером.

Шаг 6: Постройте схему

Используя приведенную выше принципиальную схему, соберите все компоненты (НЕ пытайтесь пока использовать токопроводящую нить. Пока просто используйте зажимы из крокодиловой кожи и изолированные провода или другие временные провода по вашему выбору)

Шаг 7. Загрузите код и подключите Flora к компьютеру

1. Загрузите код по ссылке ниже и откройте его в Arduino IDE.
2. Если у вас не установлена библиотека Adafruit NeoPixel, загрузите ее с GitHub. Установите эту библиотеку и обязательно включите ее в папку с библиотеками Arduino.
3. Если у вас не установлена библиотека фильтров Arduino, загрузите ее здесь с GitHub. Установите его и обязательно включите в папку с библиотеками Arduino.
4. Подключите Flora к компьютеру с помощью кабеля micro USB-USB (на фото выше).
5. Нажмите «Инструменты»> «Доска»> «Adafruit Playground», чтобы сообщить программному обеспечению, какое оборудование вы используете.
6. Нажмите «Инструменты»> «Порт», а затем в раскрывающемся меню выберите COM-порт, к которому подключена ваша Flora на вашем компьютере.

Вот код, который вам нужен!

ПРИМЕЧАНИЕ. Возможно, вам потребуется настроить пороговые значения в коде для определения того, когда включать / выключать NeoPixel. Отрегулируйте каждый для каждого датчика.

Шаг 8: Загрузите код во Флору

1. Щелкните стрелку «Загрузить» в верхнем левом углу IDE (обведена на изображении выше).
2. Поскольку код был загружен, теперь вы можете отключить Flora от вашего компьютера. С этого момента связь между Flora и вашим компьютером будет осуществляться через соединение Bluetooth.

Шаг 9: Подключите модуль Bluetooth к компьютеру

1. Индикатор на модуле Bluetooth в этот момент должен мигать.
2. Откройте настройки Bluetooth на вашем компьютере.
3. Подключитесь к модулю, нажав на опцию «HC-06».
4. После подключения индикатор HC-06 должен перестать мигать и оставаться постоянным, как показано на изображении выше.

Шаг 10: проверка функциональности

1. На этом этапе модуль Bluetooth должен передавать данные от созданных вами датчиков давления на ваш компьютер.
2. Загруженный код берет эти данные и отображает их в виде трех отдельных строк (по одной для каждого датчика).
3. В среде IDE нажмите «Инструменты»> «Последовательный плоттер».
4. Вы должны увидеть три упомянутые строки, вероятно, с разными начальными значениями.
5. Поочередно нажимайте на каждый датчик давления, чтобы убедиться, что вы видите отклик в соответствующей линии на графике (давление должно приводить к провалу кривой).
6. Если вы не видите никаких данных на графике, убедитесь, что для скорости передачи на графике установлено значение 9600.
7. Не переходите к следующему шагу, пока не убедитесь, что данные собираются и графики реагируют на давление на датчики давления.

Шаг 11: накройте датчики

1. Вырежьте кусочки тонкой непроводящей ткани (мы использовали старую футболку) той же формы, что и ваши датчики давления (только немного больше). Вырежьте по 2 куска ткани для каждого датчика.
2. Поместите каждый датчик между двумя обозначенными кусками ткани, а затем пришейте каждый датчик (стараясь не проткнуть его).
3. По завершении шитья вырежьте 3 части липучки (грубая сторона) той же формы и размера, что и ваши датчики.
4. Прикрепите липучку к соответствующим недавно закрытым датчикам (только с одной стороны каждого).
5. Если липучка плохо прилипает к ткани, ее тоже можно пришить. Однако снова будьте осторожны, чтобы не проткнуть датчики. Застежка-липучка будет служить способом прикрепления датчиков к носку.

Шаг 12: спланируйте потоки

Теперь, когда вы собрали черновой вариант прототипа и убедились, что он действительно работает, вы можете попробовать сшить его вместе для получения конечного продукта. Помните, не перекрещивайте проводящую нить и планируйте шитье перед шитьем. Есть бесконечные возможности для размещения Flora, Bluetooth и NeoPixels. Вышеупомянутое изображение - одна из возможностей, которая, как мы обнаружили, сработала. Три NeoPixel подключены последовательно, и каждый из них подключен к источнику питания и заземлению. Плюс к этому нет перекрещивания проводов! что делает это отличным макетом.

Шаг 13: Сборка прототипа: шитье часть 1

Датчики закрыты, код работает, и вы спланировали многопоточность. Пришло время собрать конечный продукт. Мы сшили все на лодыжку (сделанную из старой футболки), которую можно обернуть и закрепить липучкой. Вы можете попробовать ту же идею, но мы рекомендуем поиграть с ней и найти настройку, которая подойдет вам! Следуйте инструкциям ниже и обязательно следите за своими подключениями!

1. Приутюжьте интерфейс к полосе футболки, обращая внимание на то, какая сторона будет обращена вниз. Полоска должна быть достаточно длинной, чтобы обхватывать лодыжку, и достаточно широкой, чтобы ее можно было пришивать на Flora, Bluetooth и NeoPixels.
2. Решите, где вы хотите разместить Flora, модуль Bluetooth и NeoPixels.
3. Пришейте женскую сторону кнопок к футболке там, где вы хотите разместить Флору. Ни одна из защелок не должна касаться друг друга.
4. Убедитесь, что вы проверяете расположение каждой кнопки во время шитья, чтобы убедиться, что они совпадают с правильной булавкой на Flora. (Показано на изображении выше.)

Не забывайте постоянно обращаться к своему плану многопоточности на всех этапах, чтобы не пересекать провода и не забывать что-то подключить.

Шаг 14: Сборка прототипа: шитье часть 2

Теперь, когда у вас есть каркас, давайте перейдем к вышиванию компонентов:

1. Приклейте NeoPixels туда, где хотите. Это не обязательно, но помогает удерживать их на месте, пока вы их пришиваете.
2. Пришейте NeoPixels к футболке.
3. Пришейте Bluetooth к футболке. Мы сделали небольшой карман, как показано на изображении выше, но проявите свой творческий потенциал, чтобы решить, как лучше всего удерживать его.
4. Используя токопроводящую нить, пришейте соединения между защелками для Flora, Bluetooth и NeoPixels.
5. Не перекрещивайте нити! Если пересечение нитей неизбежно, поместите между нитками какой-то изоляционный материал, например, часть футболки.

Шаг 15: Сборка прототипа: шитье часть 3

После того, как NeoPixels зашиты, переходите к подключению датчиков давления к схеме:

1. Прошейте линию из шести щелчков примерно на дюйм ниже NeoPixels.
2. Проденьте токопроводящие провода между Flora и новой линией защелок. Они будут действовать как точки подключения датчиков давления. (Три должны быть подключены к GND и три подключены к контактам аналогового сигнала 6, 9 и 10.)
3. Мы подняли провода от каждого датчика давления вверх по щиколотке и пропустили их через часть футболки, чтобы они не соприкасались друг с другом.
4. Закрепите охватываемую сторону шести защелок на конце токопроводящей резьбы от датчиков давления.
5. Эти защелки должны защелкнуться на только что пришитой леске.

Вернитесь к своему плану заправки во время этих шагов, чтобы убедиться, что вы не перекрещиваете провода и подключаете правильные защелки.

Шаг 16: Сборка прототипа: пайка

Теперь переходим к пайке. Не забывайте следить за своей безопасностью, потому что прикосновение к паяльнику может быть очень болезненным.

1. Припаяйте вилку защелок к Flora. (На изображении вверху слева.)
2. После того, как каждая защелка будет припаяна, дважды проверьте ее положение с пришитыми защелками. Быстрее отрегулировать одну защелку припоем, чем заново сшить все защелки, потому что они не выровнены должным образом.
3. После того, как защелки будут припаяны к Flora, вы можете прикрепить к ней грубую сборку деталей, чтобы увидеть, как она подходит, как показано на изображении справа.

Шаг 17: Сборка прототипа: завершение

1. Мы закрыли обратную сторону полосы (где видны все нитки и узлы) еще одной частью футболки. Было бы обидно, если бы провод зацепился и порвался!
2. При желании сделайте небольшой карман для батареи.
3. Мы создали лоскут, закрывающий все компоненты, но это полностью зависит от вас!
4. Добавьте точки на липучке на полосу футболки. Это будет служить фиксатором регулируемого размера, чтобы удерживать ремешок вокруг щиколотки.
5. Тот, который вы закончили, примерьте на размер и посмотрите, работает ли он!

Шаг 18: Дальнейшие идеи

В ближайшем будущем мы надеемся добавить дополнительную обработку для получения более четкого сигнала и обратную связь, чтобы информировать пользователей о несбалансированности показаний датчика давления. Мы надеемся, что эти дисбалансы затем могут быть использованы для предложения пользователю стельки (опять же, наличие более точной и полной сетки датчиков упростило бы это).

В дальнейшем этот проект может быть расширен за счет включения более точного набора датчиков давления. Если бы, скажем, использовалась какая-то сетка измерения давления, она могла бы создать гораздо более подробный набор данных. Затем эти данные можно использовать для создания визуализированного изображения стопы в реальном времени с областями повышенного и пониженного давления, обозначенными различными цветами. Это сделало бы насадку датчика более полезной в клинических условиях, потому что врач мог бы визуально распознать отклонения в распределении силы по ступне человека во время ходьбы. Затем он или она может посмотреть на числовые данные и, основываясь на полученных данных, порекомендовать лечение этого состояния (то есть, какой тип стельки купить для повышения комфорта). До такой функциональности в этом проекте еще далеко, но мы считаем, что у этой инструкции определенно есть большой потенциал!

Большое вам спасибо за то, что вы нашли время прочитать наше руководство и (возможно!) Попробовать. Дайте нам знать, если у вас есть какие-либо предложения или отзывы, в разделе комментариев ниже.