TfCD - AmbiHeart: 6 шагов (с изображениями)

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

Вступление

Осведомленность о жизненно важных функциях нашего тела может помочь в обнаружении проблем со здоровьем. Современные технологии предоставляют инструменты для измерения пульса в домашних условиях. В рамках магистерского курса Advanced Concept Design (суб-курс TfCD) в Техническом университете Делфта мы создали устройство с биологической обратной связью.

Что тебе нужно?

1 датчик пульса

1 светодиод RGB

3 резистора (220 Ом)

Ардуино Уно

Аккумулятор 9В

Макетная плата

Корпуса, напечатанные на 3D-принтере

Сильные стороны

Представление измерения светлым цветом проще для понимания и интерпретации, чем необработанные числа. Его также можно было сделать портативным. Использование микроконтроллера и макета меньшего размера позволит увеличить размер корпуса. В нашем коде используются средние значения частоты пульса, но с помощью небольших изменений в коде вы можете настроить обратную связь для получения более конкретных значений для вашей возрастной группы и состояния здоровья.

Недостатки

Основная слабость - это отзывчивость датчика пульса. Чтобы определить частоту пульса и показать желаемую обратную связь, требуется некоторое время. Эта задержка иногда может быть значительной и может привести к неправильной работе.

Шаг 1: Подготовка электроники

Датчик сердцебиения основан на принципе фотоплетизмографии. Он измеряет изменение объема крови через любой орган тела, которое вызывает изменение интенсивности света через этот орган (сосудистую область). В этом проекте более важна синхронизация импульсов. Объем потока крови определяется частотой сердечных импульсов, и, поскольку свет поглощается кровью, импульсы сигнала эквивалентны сердцебиению.

Во-первых, датчик пульса должен быть подключен к Arduino для определения BPM (ударов в минуту). Подключите датчик пульса к A1. Светодиод на плате Arduino должен мигать синхронно с обнаружением BPM.

Во-вторых, разместите светодиод RGB вместе с 3 резисторами 220 Ом, подключенными, как показано на принципиальной схеме. Подключите красный контакт к 10, зеленый контакт к 6 и зеленый контакт к 9.

Шаг 2: программирование

Используйте измерение пульса, чтобы пульсировать светодиодный индикатор с рассчитанной частотой. У большинства людей частота пульса в состоянии покоя составляет около 70 ударов в минуту. После того, как у вас заработал один светодиод, вы можете использовать другое затухание с помощью IBI. Нормальная частота пульса в состоянии покоя для взрослых колеблется от 60 до 100 ударов в минуту. Вы можете распределить BPM по этому диапазону в соответствии с вашим испытуемым.

Здесь мы хотели протестировать отдыхающих и поэтому разделили BPM выше и ниже этого диапазона на пять категорий соответственно

Тревожно (ниже 40) - (синий)

Предупреждение (от 40 до 60) - (градиент от синего к зеленому)

Хорошее (от 60 до 100) - (зеленый)

Предупреждение (от 100 до 120) - (градиент от зеленого к красному)

Тревожно (выше 120) - (красный)

Логика отнесения BPM к этим категориям такова:

если (BPM <40)

R = 0

G = 0

B = 0

если (40 <BPM <60)

R = 0

G = (((BPM-40) / 20) * 255)

B = (((60-BPM) / 20) * 255)

если (60 <уд / мин <100)

R = 0

G = 255

B = 0

если (100 <уд / мин <120)

R = (((BPM-100) / 20) * 255)

G = (((120 ударов в минуту) / 20) * 255)

B = 0

если (120 <уд / мин)

R = 255

G = 0

B = 0

Вы можете использовать приложение Processing Visualizer, чтобы проверить датчик пульса и посмотреть, как изменяются BPM и IBI. Для использования визуализатора требуются специальные библиотеки. Если вы считаете, что последовательный плоттер бесполезен, вы можете использовать эту программу, в которой данные BPM преобразуются в читаемый ввод для визуализатора.

Есть несколько способов измерить сердцебиение с помощью датчика пульса без предварительно загруженных библиотек. Мы использовали следующую логику, которая использовалась в одном из подобных приложений, используя пять импульсов для расчета сердечного ритма.

Five_pusle_time = время2-время1;

Single_pulse_time = Five_pusle_time / 5;

rate = 60000 / Single_pulse_time;

где time1 - первое значение счетчика импульсов

time2 - значение счетчика импульсов списка

частота - окончательная частота пульса.

Шаг 3: Моделирование и 3D-печать

Для удобства измерения и безопасности электроники желательно сделать корпус. Кроме того, он предотвращает короткое замыкание компонентов во время использования. Мы разработали удобную простую форму, которая соответствует органической эстетике. Он разделен на две части: нижнюю с отверстием для датчика пульса и удерживающими ребрами для Arduino и макета, а также верхнюю со световодом для обеспечения хорошей визуальной обратной связи.

Шаг 4: электромеханический прототип

Когда у вас будут готовы корпуса, поместите датчик пульса в направляющие ребра перед отверстием. Убедитесь, что палец достигает сенсора и полностью покрывает поверхность. Чтобы усилить эффект визуальной обратной связи, накройте внутреннюю поверхность верхнего корпуса непрозрачной пленкой (мы использовали алюминиевую фольгу), оставив отверстие посередине. Это ограничит свет в определенном отверстии. Отсоедините Arduino от ноутбука и подключите батарею с напряжением более 5 В (здесь мы использовали 9 В), чтобы сделать его портативным. Теперь поместите всю электронику в нижний корпус и закройте верхним корпусом.

Шаг 5: Тестирование и устранение неполадок

Пришло время перепроверить результаты! поскольку датчик был помещен внутрь, непосредственно перед открытием корпуса, чувствительность датчика может немного измениться. Убедитесь, что все остальные соединения не повреждены. Если вам кажется, что что-то не так, здесь мы приводим несколько примеров, которые помогут вам с этим справиться.

Возможные ошибки могут быть связаны либо с входом от датчика, либо с выходом для светодиода RGB. Чтобы устранить неполадки с датчиком, вам нужно обратить внимание на несколько вещей. Если датчик определяет BPM, на плате должен быть светодиод (L), мигающий синхронно с вашим BPM. Если вы не видите мигания, проверьте входной разъем на A1. Если лампочка на датчике пульса не горит, проверьте две другие клеммы (5V и GND). Последовательный плоттер или последовательный монитор также могут помочь вам убедиться, что датчик работает.

Если вы не видите свет на RGB, сначала вам нужно проверить входной терминал (A1), потому что код работает только в том случае, если обнаружен BPM. Если все от датчиков кажется нормальным, поищите пропущенные короткие замыкания на макетной плате.

Шаг 6. Пользовательское тестирование

Теперь, когда у вас есть готовый прототип, вы можете измерить частоту сердечных сокращений, чтобы получить легкую обратную связь. Несмотря на получение информации о своем здоровье, вы можете поиграть с разными эмоциями и проверить реакцию устройства. Его также можно использовать как инструмент медитации.