Платье для монитора - подключение сигналов сердца к IoT: 18 шагов (с изображениями)

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

Платье Monitor Dress - это эксперимент по исследованию различных способов оцифровки сердечной деятельности пользователя, а также обработки данных.

Три электрода внутри платья измеряют электрические сигналы, проходящие через тело пользователя. Аналоговые импульсы, исходящие от мышечной активности сердца, преобразуются в цифровые сигналы. Затем микроконтроллер зажигает круг светодиодов на передней части платья, мигая фиолетовым с каждым ударом сердца. Микроконтроллер также отправляет данные по беспроводной сети для других целей. Данные, отправляемые по беспроводной сети, собираются компьютером, который отслеживает данные, чтобы оживить их. Электрические сигналы сердца теперь видны на дисплее, а также на самом платье.

Платье монитора создает непрерывный интерфейс между человеческим телом, одеждой и электронными компонентами - оцифровывая и записывая наши кратковременные биосигналы.

Шаг 1. Обзор конструкции и схемы

Верх платья сделан из кусочков черного и прозрачного акрила, вырезанных лазерным резаком. Под прозрачным акриловым кружком посередине приклеено кольцо NeoPixel. Проволока проходит за верхней частью к тканевой полосе, которая прикрепляется к верхней части сзади платья. Тканевая полоска соединяется с небольшим карманом, в котором находятся микроконтроллер, пульсометр и аккумулятор. В подкладку платья вшиты три электрода из текстиля. Провода, соединяющие электроды и микроконтроллер, проходят между двумя слоями ткани.

Шаг 2: Расходные материалы:

Материалы:

• Ткань
• Молния
• Провода
• Термоусадка
• 1/8 "Черный акрил
• 1/8 "рассеянный акрил
• Кольцо NeoPixel (24 светодиода) (Adafruit)
• Фотон (частица)
• Монитор сердечного ритма (Sparkfun)
• Подушечки для биомедицинских сенсоров (Sparkfun)
• Сенсорный кабель (Sparkfun)
• Проводящая ткань (Sparkfun или Adafruit)
• 5 кнопок
• Доска Perma-Proto (Adafruit)
• Женский + Мужской Перемычки Провода
• Термоусадка
• Внешний аккумулятор 5 В (Amazon)

Инструменты:

• Ножницы
• Иголка
• Нить
• Пинцет
• Паяльник
• Припой
• Горячий клей
• Тепловая пушка
• Швейная машина
• Лазерный резак
• Молоток
• Бумага
• Правитель
• Карандаш

Шаг 3: Photon - комплект для разработки Wi-Fi

Photon - это мощный комплект для разработки Wi-Fi, который соединяет ваш проект с Интернетом вещей (IoT). Плата довольно маленькая, поэтому она отлично подходит для проектов, связанных с носителями Интернета вещей.

Компания Particle, создатель Photon, подготовила отличное техническое описание Photon, а также очень подробное руководство по началу работы со всей информацией, которую вам нужно знать, чтобы начать работу.

Просто загрузите приложение Particle на свой смартфон и следуйте инструкциям, чтобы подключить Photon к вашей сети Wi-Fi. Вы также можете загрузить приложение Particle Dev на свой компьютер или начать программировать в браузере. Мы вернемся к Photon на шаге 15.

Шаг 4: монитор сердечного ритма

На картинке вы можете увидеть плату монитора сердечного ритма, а также кабель датчика с 3 разъемами для электродных подушек и 3 подходящими биомедицинскими сенсорными площадками. Поскольку мы будем изготавливать собственные электроды из токопроводящей ткани для нашего платья, нет необходимости использовать сенсорные кабели и прокладки. Однако они отлично подходят для создания прототипов и тестирования.

Прежде чем начать, я также рекомендую прочитать Руководство по подключению пульсометра Sparkfun. В нем много подробностей о том, как работает монитор сердечного ритма и как должны быть расположены электроды.

Шаг 5: лазерная резка верхней части

Сначала я спроектировал 2D верхнюю часть с помощью Illustrator, которую вырезал из черного акрилового листа толщиной 1/8 дюйма с помощью лазерного резака. Поскольку круг в середине рисунка загорится, я вырезал соответствующие лепестки из 1 / 8-дюймовый рассеянный акриловый лист. Кроме того, я вырезал три рассеянных акриловых круга разного размера. Мы будем приклеивать их между лепестками и кольцом NeoPixel для более рассеянного света. В противном случае вы бы увидели отдельные светодиоды на кольце.

Шаг 6: придание формы акрилу

После резки акрила пора придать ему трехмерную форму. Вы можете использовать тепловую пушку, фен или то, что работает быстрее всего, например, газовую плиту. Будьте осторожны при нагревании и всегда касайтесь горячих частей полотенцем. Как только он станет податливым, придайте ему любую форму и подождите, пока он не остынет и снова не затвердеет.

Шаг 7: добавляем полупрозрачные лепестки

Теперь приклеим прозрачные акриловые лепестки внутрь соответствующих вырезов. Если на краях акриловых лепестков есть следы ожогов, их можно отшлифовать наждачной бумагой. Смешайте двухкомпонентную эпоксидную смолу и аккуратно нанесите клей по краям лепестков. Это помогает удерживать детали липкой лентой, помещая их внутри верхней части.

Шаг 8: создайте свое платье

В следующих нескольких шагах мы будем создавать и шить черное кожаное платье.

Во время работы над файлом Illustrator у меня уже было приблизительное представление о дизайне. Обернув манекен тканью и верхнюю часть, я придумала правильный узор: платье-держатель для шеи с двумя вытачками спереди и сзади, а также разделительный шов на талии, карман для батареек сзади и невидимая молния. внутри шва левой стороны. Прежде чем разрезать красивую ткань, всегда стоит сшить платье из более дешевой ткани (также называемой муслином). Это дает вам возможность скорректировать узор и внести небольшие изменения.

Шаг 9: сшейте платье

Теперь обведите выкройки и сшейте собственно платье. Сначала пришейте вытачки спереди и сзади платья. Затем сшейте две передние и две задние части вместе, а также подкладку, держатель для шеи и невидимую молнию. В конце прикрепим аккумуляторный карман и ремни (шаги 10 и 11). Я снова использовал лазерный резак, чтобы разрезать шесть тканевых ремешков. В этом нет необходимости, но это дает вам действительно чистые края, которые легче сшивать и резать намного быстрее!

Шаг 10: прикрепите задний карман

Вырежьте квадрат из ткани верха и пришейте небольшие полоски на липучке поверх левого и правого края. Сложите края липучки и пришейте их к внутренней стороне нагрудного платка. Найдите подходящее место для батарейного кармана (желательно поверх шва на талии) и приколите его к платью. Пришейте нижнюю часть кармана к платью, а также соответствующую полосу на липучке с левой и правой стороны.

Шаг 11: подготовьте полоски ткани

Полоски ткани сзади используются для соединения верхней части платья и для скрытия всех проводов, идущих от батарейного отсека до светодиодов спереди. Перед сшиванием длинных краев вставьте петельку в одну из полосок. Это придаст платью более чистый вид, когда провода проталкиваются через полосу и выходят из нее. Затем прошейте ткани-туннели и выверните полоски наизнанку. Пинцетом проще.

На следующем этапе пропустите три длинных провода (достаточной длины, чтобы пройти от аккумуляторного отсека до светодиодов на передней панели) через полосу с проушиной, направляя провода через проушину из туннеля. Пометьте каждый провод с обоих концов лентой, чтобы знать, какой из них какой. Затем пришейте полоски к верхней части, как показано на картинках.

Шаг 12: Завершите верхнюю часть

Теперь припаяйте один из трех проводов к контакту GND (земля), один к контакту ввода данных и последний провод к контакту +5 В (питание). Убедитесь, что вы знаете, какой провод припаян к какому контакту, так как вы не сможете проследить его обратно через трубку. Припаяйте вилку-розетку к каждому из трех проводов. Не забудьте использовать термоусадку, чтобы закрепить легко разрушаемые паяльные соединения. С помощью теплового пистолета или эпоксидного клея приклейте три акриловых кружка молочного цвета друг на друга и подождите, пока они высохнут. Затем отцентрируйте круги на внутренней стороне акриловых лепестков и склейте их. После высыхания клея отцентрируйте кольцо NeoPixel сверху и нанесите на него клей. Не забудьте прикрепить провода, идущие вокруг кольца, к задней части изделия.

Шаг 13: пришейте полоски ткани к платью

Теперь наденьте платье и верхнюю часть на манекен и определите, где вы хотите разместить полоски. Осторожно откройте швы в отмеченной области, а также поясные швы за аккумуляторным чехлом (подкладка и верхний слой). Теперь пропустите полоски ткани через подкладку и верхний слой, чтобы они вышли через шов на талии. Приколите полоски нужной длины в нужном положении и закройте пока только верхний шов.

Шаг 14: интегрируйте электроды

Вырежьте из токопроводящей ткани три квадрата. На первом изображении показано, где нужно разместить электроды внутри платья. Я пришила квадратики на подкладку зигзагообразным стежком. Электроды необходимо плотно прижать к обнаженной коже, чтобы уловить биение сердца. В противном случае проводящая ткань не сможет улавливать электрические сигналы, проходящие через ваше тело. Теперь припаяйте провод (я рекомендую гибкий силиконовый провод) к кнопке. Подготовьте всего три провода, по одной для каждого электрода. Пришейте пуговицы за подкладкой с нашивкой из проводящей ткани - между подкладкой и верхним слоем. Важно использовать токопроводящую нить для соединения электродов с проводом, а затем и с микроконтроллером. Затем пропустите все три провода через платье до тех пор, пока они не выйдут из открытого места в поясном шве за батареей. Чтобы немного защитить провода, я вложил их в небольшой кусок оставшейся тканевой трубки прямо там, где я пришил их, чтобы закрыть открытый шов на талии. Отрежьте три провода до желаемой длины и припаяйте перемычку на каждом конце. Это необходимо для соединения электродов с платой монитора скорости Hart. Помните, что важно знать, какой провод к какому электроду подключается.

Все идет нормально. Платье практически готово.

Шаг 15: измените и загрузите код

Вернемся к программному и аппаратному обеспечению:

После настройки Photon и установки Particle Dev (шаг 3) загрузите код монитора сердечного ритма. Если вы откроете файл, вы увидите две папки, одну под названием Photon, а другую под названием processing.

Идите вперед и откройте Particle Dev и выберите File> Open… в раскрывающемся меню. Перейдите в папку с фотонами и нажмите «Открыть». Слева нажмите WorkingPhotonHeartRateMonitor.ino, чтобы открыть код. Теперь измените количество светодиодов, определенных в коде, на количество светодиодов, которые вы используете в своем проекте.

#define NUM_LEDS 24

Для платья я использовала 24 светодиода. Вы также можете изменить количество других контактов, если используете другие контакты. Небольшая диаграмма дает вам обзор. Если вы хотите изменить вывод кнопки режима, щелкните файл buttons.h и измените цифру 6 на вывод, который вы используете.

#define КНОПКА РЕЖИМА 6

Если хотите, вы можете добавить небольшую кнопку к этому контакту, чтобы переключаться между живым режимом и некоторыми записанными данными сердечного ритма. Приятно иметь платье на манекене. После подключения электродов к телу (на следующем шаге) вы можете просто открыть монитор последовательного порта, записать собственные данные и заменить числа на количество ударов сердца в файле loadedData.h.

Шаг 16: соберите оборудование

Перед тем, как паять все электронные компоненты на «макетную плату половинного размера Perma-Proto», сначала проверьте свою электронику на обычной макетной плате. Подключите пульсометр, кнопку и светодиоды к фотонным контактам, указанным в коде. Прикрепите электроды к телу, как показано на рисунке, так, чтобы электроды соответствовали правильным контактам. Теперь вы можете открыть монитор последовательного порта фотонов и получать данные о сердцебиении по локальной сети Wi-Fi.

Если вы хотите видеть диаграмму ЭКГ на своем мониторе, вам необходимо скачать Processing. В «Обработке» откройте эскиз в папке обработки и запустите эскиз, щелкнув стрелку в левом углу. Если все настроено правильно, откроется окно, и вы сможете увидеть активность своего сердца. Это помогает двигаться как можно меньше, и требуется время, пока биосигнал не станет достаточно устойчивым для четкой визуализации. Для получения дополнительной информации и / или устранения неполадок ознакомьтесь с Руководством по монитору сердечного ритма Sparkfun. Возможно, вам придется изменить строку в скетче, содержащую Serial.list () [3], и изменить номер на тот порт, на котором находится ваш последовательный монитор. Если вы не знаете номер, попробуйте от 0 до 6.

Шаг 17: припой к Perma-Proto

Чтобы соединить наши встроенные электроды из электронной ткани с платой, а не громоздкие липкие электроды, припаяйте заголовок к каждому из контактов RA (правая рука), LA (левая рука) и RL (правая нога) на плате.

Если все работает, вы можете припаять компоненты на плате perma-proto. Я начал с фотона, потом с проводов, а в конце - с пульсометра. Вместо того, чтобы припаивать три провода светодиодов к плате, я использовал три перемычки (Data, VCC и GND), чтобы соединить их с проводами светодиодов.

Блок питания на 5 В в качестве источника питания отлично подходит для фотона, потому что он перезаряжаемый. Вы также можете использовать его для зарядки других электронных устройств, таких как ваш смартфон.

Шаг 18: подключите сигналы своего сердца к IoT

Теперь у вас все готово, и вы можете подключить свою сердечную деятельность к Интернету вещей.

Обратите внимание, что фотон всегда должен быть подключен к беспроводной сети, иначе он не прекратит поиск, и ваш код не будет работать. В будущем обновлении я могу улучшить его, чтобы подключение к Интернету было необязательным.

Если у вас есть вопросы, не стесняйтесь спрашивать. Счастливого создания.

Второй приз в конкурсе платьев своими руками