Повязка на голову Sleep Reader: 24 шага (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

Вы когда-нибудь задумывались, как спите по ночам? Такие устройства, как FitBit, отслеживают сон, анализируя ваши движения в течение ночи, но они не могут следить за тем, что делает ваш мозг.

После семестра изучения медицинских инструментов перед нашим классом стояла задача создать носимое устройство для измерения некоторых биологических переменных. Мой партнер и я решили разработать повязку на голову, которая может смотреть на то, что делает ваш мозг во время сна. Повязка на голову считывает сигналы мозговых волн для отслеживания режима сна. Он определяет, как мозговые волны пользователя проходят через альфа, бета, гамма и дельта фазы в течение ночи. Затем данные можно экспортировать и проанализировать в Excel.

Мы тоже упомянули об этом стильном?

Шаг 1. Материалы и инструменты

Для изготовления повязки на голову Sleep Reader вам потребуются следующие материалы:

1. Повязка на голову (для этого проекта использовалась повязка на голову HOTER Sportline)
2. Микроконтроллер Adafruit Flora
3. Модуль Flora Wearable Bluefruit LE
4. Светодиод Flora RGB Neo Pixel
5. Snaps
6. Проводящая нить
7. Провода
8. Нить
9. Аккумуляторная батарея
10. ЭЭГ Bitalino с кабелем UC-E6 и кабелем для трех электродов
11. Ткань
12. Эластичный ремешок

Следующие инструменты помогут вам сделать повязку на голову:

1. Швейная булавка
2. Ножницы
3. Инструмент для зачистки проводов
4. Паяльник и присадочный металл

Шаг 2: подготовка

Перед созданием повязки на голову Sleep Reader найдите время, чтобы узнать о мозговых волнах и некоторых основных схемах. В головном мозге особые клетки, известные как нейроны, организуют различные действия в организме. Эти нейроны управляют шоу, посылая небольшие электрические сигналы, которые принимают форму волн. Известно, что мозг производит четыре разных типа волн - альфа, бета, тета и дельта. Эти волны различаются по определенным диапазонам частот, и каждый диапазон соответствует определенным уровням умственной активности. В вашей повязке на голову будет использоваться устройство, называемое электроэнцефалограммой, или ЭЭГ, для определения этих волн, поскольку ваш мозг производит их во время сна.

Чтобы сделать Sleep Reader, вам нужно подключить к оголовью несколько устройств. Основные устройства - это микропроцессор, то есть маленький компьютер; модуль Bluetooth, который представляет собой микросхему, которая позволяет оголовью связываться с вашим компьютером; NeoPixel - меняющий цвет свет; ЭЭГ; и аккумулятор.

Вся система построена путем соединения каждого устройства вместе в определенных местах с помощью токопроводящей нити. Если у вас не было опыта использования этих потоков, здесь можно найти руководство. Нитки связаны в защелки, что позволяет легко прикреплять и снимать микропроцессор Flora и модуль Bluetooth. Один конец защелки войдет в ткань, а другой - на электрическое устройство. Учебное пособие по реализации этих снимков доступно здесь.

После того, как система построена, она должна быть снабжена кодом. Этот проект специально использует код Arduino. Если вы хотите ознакомиться с кодом Arduino, https://www.arduino.cc полон полезных руководств. Чтобы реализовать код, используемый для этого проекта, вам необходимо загрузить приложение Arduino по адресу https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Это нужно будет дополнить доской Flora, доступной здесь. Вам также нужно будет загрузить несколько других библиотек, чтобы расширить возможности вашего микропроцессора; это можно сделать с помощью www.github.com. Необходимые библиотеки:

• Быстрое преобразование Фурье (БПФ)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Адафрут NeoPixel

Наконец, вы должны загрузить приложение Adafruit Bluefruit LE Connect на свой смартфон, чтобы использовать его с повязкой на голову.

Шаг 3: Безопасность

Человеческое тело может выдерживать лишь ограниченное воздействие электричества, поэтому при использовании электронных устройств требуется надлежащая осторожность. Главный принцип электробезопасности - не допускать, чтобы через ваше тело проходил электрический ток в цепи с напряжением. Вот некоторые общие методы, позволяющие избежать этого:

• Прикасайтесь к проводам и другим металлическим цепям только при выключенном питании.
• Используйте инструменты с изолированными ручками
• Старайтесь не допускать попадания воды на рабочую зону при построении контура.
• Старайтесь работать одной рукой, а не двумя, насколько это возможно, чтобы снизить риск протекания электрического тока через ваше сердце.

Еще одна проблема, о которой следует помнить при построении схемы, заключается в том, что электрический ток может воспламенить горючие материалы, поэтому вы должны убедиться, что провода полностью подключены к цепи. В противном случае вы можете поджечь волосы или повязку на голову.

Предупреждение: это оголовье не является сертифицированным медицинским устройством и не должно использоваться для диагностики неврологических состояний.

Шаг 4: Подсказки и подсказки

Вот несколько советов, которые следует иметь в виду при создании повязки на голову Sleep Reader:

• Убедитесь, что концы токопроводящей нити не касаются друг друга после того, как вы их свяжете.

• Если порт недоступен в Arduino при подключении микроконтроллера к Arduino, выполните следующие действия, чтобы загрузить свой код:

  1. Пока микроконтроллер подключен, загрузите код, удерживая кнопку сброса на микроконтроллере.
  2. Когда строка состояния переключается с компиляции на загрузку, отпустите кнопку сброса
  3. Код должен быть загружен, и теперь порт должен быть распознан.
• При пайке защелок будьте осторожны, чтобы не спаять два контакта вместе, чтобы не замкнуть цепь. Мультиметр можно использовать, чтобы проверить, было ли создано соединение между контактами.
• При надевании оголовья убедитесь, что защелки остаются закрытыми.
• Убедитесь, что модуль bluetooth находится в режиме данных, а не в командном режиме.
• Когда ваша повязка будет изготовлена, вы захотите убедиться, что она работает эффективно! Чтобы получить хороший сигнал, убедитесь, что у вас есть чистый контакт между электродами и лбом, вытирая пыль, свободные нити, волосы или другие помехи.

Шаг 5: Начните строить свою схему

Теперь, когда вы получили некоторые базовые знания и правила техники безопасности, вы готовы к созданию часового оголовья. Внимательно прочтите следующие инструкции и обратите внимание на комментарии, оставленные на изображениях с дальнейшими инструкциями.

Шаг 6: Принципиальная схема

На приведенной выше принципиальной схеме показаны соединения в завершенной цепи. Используйте эту принципиальную схему в качестве справочного материала, чтобы убедиться, что ваша схема подключена правильно.

Шаг 7: припой к микропроцессору Flora

Если вы не просматривали ссылку на руководство по использованию снимков на этапе «Подготовка», посмотрите его сейчас. На этом этапе вы подключите защелки к микропроцессору и модулю Bluetooth. Вы не хотите испортить эту часть, так как грязная пайка может испортить вашу схему.

Микропроцессору потребуются защелки на следующих контактах:

• Все 3 контакта заземления (GND)
• Оба вывода питания 3,3 В
• SCL # 3
• RX # 0
• TX # 1
• Цифровой вывод # 9

Шаг 8: припаяйте защелки к модулю Bluetooth

И для модуля bluetooth потребуются защелки на этих контактах:

• Мощность 3,3 В
• Техас
• RX
• GND

Шаг 9: Вшиваем защелки в ткань для микропроцессора Flora

Теперь вы можете пришить другой конец кнопки к ткани. Убедитесь, что вы используете модуль bluetooth и микропроцессор с прикрепленными защелками, чтобы правильно выровнять эти защелки!

Шаг 10: Вшиваем защелки в ткань для модуля Bluetooth

Теперь вшейте защелки для Bluetooth.

Шаг 11: Подключите модуль Bluetooth к микропроцессору Flora

Затем подключите модуль Bluetooth к микропроцессору Flora, вшив проводящую нить между соответствующими защелками для каждого устройства. Требуются следующие штыревые соединения:

1. Bluetooth 3,3 В на микропроцессор 3,3 В
2. Bluetooth TX на микропроцессор RX # 0
3. Bluetooth RX на микропроцессор TX # 1
4. Bluetooth GND к микропроцессору GND

Шаг 12: Подключите Neo Pixel к микропроцессору Flora

Подключите Neo Pixel к микропроцессору следующим образом:

1. Светодиод NeoPixel на цифровой вывод микропроцессора # 9
2. Заземление NeoPixel на заземление микропроцессора
3. От мощности NeoPixel к мощности микропроцессора

Шаг 13: Подключите аккумуляторную батарею к микропроцессору Flora

Эта часть важна; вам может понадобиться источник энергии, чтобы все работало!

Шаг 14: проложите кабель ЭЭГ

Этот кабель состоит из микросхемы ЭЭГ, кабеля электродов с 3 отведениями и кабеля UC-E6. Чип ЭЭГ должен быть правильно выровнен, чтобы конец с надписью «ЭЭГ» был подключен к кабелю электрода, как показано на изображении выше.

Шаг 15: Подключите ЭЭГ к микропроцессору Flora

Подключите кабель ЭЭГ к микропроцессору Flora. На изображении выше есть инструкции, показывающие правильные точки для подключения проводов. Будут выполнены следующие подключения:

1. Красный провод к питанию
2. Черный провод на массу
3. Фиолетовый провод к SCL # 3

Шаг 16: вшиваем электроды в повязку

Вшейте электроды внутрь повязки. Убедитесь, что электроды размещены в правильных положениях. Если смотреть на внутреннюю часть повязки, красный электрод должен находиться слева, белый электрод - посередине, а черный электрод - справа.

Шаг 17: Пришейте ткань и ремешок к повязке на голову

Теперь вы собрали повязку на голову! Woohoo!

Шаг 18: Загрузите код

Теперь вы можете загрузить этот код на свою повязку, чтобы дать ему возможность читать мысли!

Шаг 19: подключите повязку к телефону

Откройте приложение Adafruit Bluefruit LE Connect и подключите свой телефон к Adafruit Bluefruit LE.

Шаг 20: наденьте повязку на голову и соберите данные

Теперь вы можете надеть повязку и проверить ее! Вы можете выбрать «UART» в приложении Adafruit Bluefruit LE Connect, чтобы просматривать данные по мере их поступления.

Шаг 21: экспорт данных с телефона на компьютер

После того, как ваши данные будут собраны, вы можете экспортировать данные в несколько форматов файлов. Мы рекомендуем экспортировать его как файл.txt для анализа в Excel.

Шаг 22: Анализ данных

Вот пример типа графика, который вы можете создать для визуализации и интерпретации данных с вашего оголовья. У нас есть диапазоны дельта, тета, альфа и бета, чтобы показать, в какой диапазон попадает каждая точка.

Шаг 23: Дальнейшие идеи

После того, как вы закончите создание повязки на голову Sleep Reader, не стесняйтесь исследовать некоторые модификации конструкции. Возможно, попробуйте изменить код для автоматического сбора данных и создания отчета, который оценивает режим сна пользователя. Или вы можете подключить часы реального времени, чтобы отслеживать точное время ночи, когда пользователь засыпает, переходит в режим глубокого сна и быстрого сна и просыпается. Возможно, вас интересует запись разговоров во сне, и в этом случае вы можете включить диктофон, который активируется, когда пользователь переходит в фазу быстрого сна. Возможности безграничны!

Шаг 24: признание

Часть кода этого проекта с преобразованием Фурье использовала код, размещенный на этой странице в Norwegian Creations. Кроме того, часть кода NeoPixel ссылается на примеры, предоставленные Adafruit.