Traka za glavu čitača sna: 24 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Jeste li se ikada zapitali kako spavate noću? Uređaji poput FitBita prate san analizirajući vaše kretanje tijekom noći, ali ne mogu gledati što vaš mozak radi.

Nakon semestra učenja o medicinskim instrumentima, naš je razred bio suočen sa zadatkom da stvori nosivi uređaj za mjerenje neke biološke varijable. Moj partner i ja odlučili smo razviti traku za glavu koja može vidjeti što vaš mozak radi dok spava. Traka za glavu čita signale moždanih valova radi praćenja obrazaca spavanja. On identificira kako moždani valovi korisnika napreduju kroz alfa, beta, gama i delta fazu tijekom noći. Podaci se zatim mogu izvesti i analizirati u Excelu.

Jesmo li spomenuli i njegov moderan?

Korak 1: Materijali i alati

Za izradu trake za glavu čitača spavanja trebat će vam sljedeći materijali:

1. Traka za glavu (za ovaj projekt korištena je traka za glavu HOTER Sportline)
2. Mikrokontroler Adafruit Flora
3. Flora nosivi modul LE Bluefruit
4. Flora RGB Neo Pixel LED
5. Škljocanje
6. Vodljivi navoj
7. Žice
8. Nit
9. Pakovanje baterija
10. Bitalino EEG s UC-E6 kabelom i trožilnim elektrodnim kabelom
11. Tkanina
12. Elastični remen

Sljedeći alati pomoći će vam u izgradnji trake za glavu:

1. Igla za šivanje
2. Škare
3. Skidači žica
4. Lemilica i metal za punjenje

Korak 2: Priprema

Prije nego što napravite traku za glavu čitača sna, odvojite malo vremena da naučite o moždanim valovima i nekim osnovnim sklopovima. Unutar mozga, posebne stanice poznate kao neuroni orkestriraju različite aktivnosti u tijelu. Ti neuroni pokreću emisiju šaljući male električne signale u obliku valova. Poznato je da mozak proizvodi četiri različite vrste valova - alfa, beta, theta i delta. Ti se valovi razlikuju po specifičnim rasponima frekvencija, a svaki raspon odgovara određenim razinama mentalne aktivnosti. Vaša traka za glavu će koristiti uređaj koji se naziva elektroencefalogram ili EEG za identifikaciju ovih valova onako kako ih vaš mozak proizvodi tijekom sna.

Da biste napravili čitač za spavanje, morat ćete priključiti nekoliko uređaja na traku za glavu. Glavni uređaji su mikroprocesor, koji je malo računalo; Bluetooth modul, koji je čip koji omogućuje da traka za glavu komunicira s vašim računalom; NeoPixel, svjetlo koje mijenja boju; EEG; i bateriju.

Cijeli sustav izgrađen je povezivanjem svakog uređaja zajedno na određenim mjestima pomoću vodljivog navoja. Ako niste imali iskustva s korištenjem ovih niti, vodič je dostupan ovdje. Niti su vezane u kopče koje vam omogućuju jednostavno priključivanje i uklanjanje mikroprocesora Flora i bluetooth modula. Jedan kraj zaskoka ući će u tkaninu, a drugi na električni uređaj. Vodič za implementaciju ovih snimaka dostupan je ovdje.

Nakon izgradnje sustava mora mu se dati kod. Ovaj projekt posebno koristi Arduino kod. Ako se želite upoznati s Arduino kodom, https://www.arduino.cc prepun je korisnih vodiča. Da biste implementirali kôd koji se koristi za ovaj projekt, morat ćete preuzeti aplikaciju Arduino na https://www.arduino.cc/en/Main/Software. To će morati biti dopunjeno Flora pločom, dostupnom ovdje. Također ćete morati preuzeti pregršt drugih knjižnica kako biste proširili mogućnosti svog mikroprocesora; to se može učiniti putem www.github.com. Potrebne biblioteke su:

• Brza Fourierova transformacija (FFT)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Adafruit NeoPixel

Na kraju, trebate preuzeti aplikaciju Adafruit Bluefruit LE Connect na pametni telefon za upotrebu s trakom za glavu.

Korak 3: Sigurnost

Ljudsko tijelo može izdržati samo ograničenu izloženost električnoj energiji, pa je pri korištenju elektroničkih uređaja potrebna odgovarajuća njega. Glavno načelo električne sigurnosti je izbjegavanje pretvaranja tijela u put kroz koji električna struja prolazi kroz električni krug. Neke opće prakse kako biste to izbjegli su:

• Dodirnite samo žice i druga metalna kola dok je napajanje isključeno
• Koristite alate s izoliranim ručkama
• Pokušajte držati vodu dalje od radnog područja pri izgradnji kruga
• Pokušajte raditi jednom rukom umjesto s dvije ruke što je više moguće kako biste smanjili rizik da električna struja teče kroz vaše srce

Još jedna briga koju morate biti svjesni pri izgradnji strujnog kruga je da električna struja može zapaliti zapaljive materijale, pa morate osigurati da su žice potpuno spojene u krug. U suprotnom biste mogli zapaliti kosu ili traku za glavu.

Upozorenje: Ova traka za glavu nije certificirani medicinski uređaj i ne smije se koristiti za dijagnosticiranje neuroloških stanja.

Korak 4: Savjeti i savjeti

Evo nekoliko savjeta koje morate imati na umu prilikom izrade trake za glavu čitača sna:

• Pazite da se krajevi vodljivog navoja ne dodiruju nakon što ih svežete

• Ako port nije dostupan u Arduinu kada povežete mikro upravljač s Arduinom, poduzmite sljedeće korake za prijenos koda:

  1. Dok je mikro kontroler spojen, učitajte kôd držeći pritisnutu tipku za poništavanje na mikrokontroleru
  2. Kad se statusna traka prebaci s prevođenja na prijenos, otpustite gumb za poništavanje
  3. Kôd bi se trebao učitati i port bi sada trebao biti prepoznat
• Prilikom lemljenja na kvačice pazite da izbjegnete lemljenje dva pina zajedno kako ne biste kratki spoj. Multimetar se može koristiti za provjeru je li između pinova uspostavljena veza ili nije
• Pazite da kopče ostanu povezane prilikom stavljanja trake za glavu
• Provjerite je li Bluetooth modul u podatkovnom načinu rada, a ne u načinu upravljanja
• Nakon što je traka za glavu izgrađena, htjet ćete osigurati da djeluje učinkovito! Kako biste postigli dobar signal, provjerite imate li čist kontakt između elektroda i čela brisanjem prašine, labavih niti, kose ili drugih smetnji.

Korak 5: Počnite graditi svoj krug

Sada kada ste opremljeni nekim pozadinskim znanjem i sigurnosnim postupcima, spremni ste za izradu satne trake za glavu. Pažljivo pročitajte sljedeće upute i primijetite komentare na slike s daljnjim uputama.

Korak 6: Dijagram kruga

Gornji dijagram kruga prikazuje veze u dovršenom krugu. Upotrijebite ovaj dijagram kola kao referencu kako biste bili sigurni da je vaš krug ispravno ožičen.

Korak 7: Lemljenje se ubacuje u mikroprocesor Flora

Ako niste provjerili vezu do vodiča o tome kako koristiti snimke u koraku "Priprema", provjerite to sada. U ovom trenutku ćete spojiti kopče s mikroprocesorom i bluetooth modulom. Ne želite zabrljati ovaj dio jer neuredan posao lemljenja može pokvariti vaš krug.

Mikroprocesor će zahtijevati kopče na sljedećim pinovima:

• Sva 3 uzemljenja (GND) igle
• Oba priključka za napajanje od 3,3 V.
• SCL #3
• RX #0
• TX #1
• Digitalni pin #9

Korak 8: Lemljenje se ubacuje u Bluetooth modul

A bluetooth modul će zahtijevati snimke na ovim pinovima:

• Snaga 3.3V
• TX
• RX
• GND

Korak 9: Ušijte kopče u tkaninu za mikroprocesor Flora

Sada možete prišiti drugi kraj kopča na tkaninu. Obavezno upotrijebite bluetooth modul i mikroprocesor s priloženim kopčama kako biste pravilno postavili te snimke!

Korak 10: Ušijte kopče u tkaninu za Bluetooth modul

Sada ušijte kopče za Bluetooth.

Korak 11: Povežite Bluetooth modul s mikroprocesorom Flora

Zatim povežite Bluetooth modul s mikroprocesorom Flora šivanjem vodljivog konca između odgovarajućih kopča za svaki uređaj. Potrebni su sljedeći pin spojevi:

1. Bluetooth 3.3V na mikroprocesor 3.3V
2. Bluetooth TX na mikroprocesor RX #0
3. Bluetooth RX na mikroprocesor TX #1
4. Bluetooth GND na mikroprocesor GND

Korak 12: Povežite Neo Pixel s mikroprocesorom Flora

Povežite Neo Pixel s mikroprocesorom na sljedeći način:

1. NeoPixel LED ulaz u mikroprocesorski digitalni pin #9
2. NeoPixel uzemljenje na uzemljenje mikroprocesora
3. Snaga NeoPixel za napajanje mikroprocesora

Korak 13: Priključite bateriju na mikroprocesor Flora

Ovaj dio je nekako važan; možda će vam trebati izvor energije da bi sve funkcioniralo!

Korak 14: Izgradite EEG kabel

Ovaj kabel izrađen je pomoću EEG čipa, trožilnog kabela elektrode i kabela UC-E6. EEG čip mora biti ispravno poravnat tako da kraj s natpisom "EEG" bude spojen na kabel elektrode, kao što je prikazano na gornjoj slici.

Korak 15: Spojite EEG na mikroprocesor Flora

Spojite EEG kabel na mikroprocesor Flora. Gornja slika označena je uputama koje prikazuju odgovarajuće točke za spajanje žica. Bit će uspostavljene sljedeće veze:

1. Crvena žica za napajanje
2. Crna žica na masu
3. Ljubičasta žica do SCL #3

Korak 16: Ušijte elektrode u traku za glavu

Ušijte elektrode u unutrašnjost trake za glavu. Uvjerite se da su elektrode postavljene u odgovarajućim položajima. Gledajući unutrašnjost trake za glavu, crvena elektroda trebala bi biti postavljena s lijeve strane, bijela elektroda trebala bi biti u sredini, a crna s desne strane.

Korak 17: Povežite tkaninu i remen na traku za glavu

Sada ste dovršili traku za glavu! Woohoo!

Korak 18: Učitajte kôd

Sada možete prenijeti ovaj kôd na traku za glavu kako biste mu dali sposobnosti čitanja misli!

Korak 19: Povežite traku za glavu s telefonom

Otvorite aplikaciju Adafruit Bluefruit LE Connect i povežite telefon sa sobom Adafruit Bluefruit LE.

Korak 20: Stavite traku za glavu i prikupite podatke

Sada možete staviti traku za glavu i isprobati je! Možete odabrati "UART" u aplikaciji Adafruit Bluefruit LE Connect da biste vidjeli podatke koji dolaze.

Korak 21: Izvezite podatke s telefona na računalo

Nakon što su vaši podaci prikupljeni, možete ih izvesti u više formata datoteka. Preporučujemo da je izvezete kao.txt datoteku za analizu u Excelu.

Korak 22: Analiza podataka

Evo primjera vrste grafikona koju možete napraviti za vizualizaciju i tumačenje podataka s trake za glavu. Rasponi delta, theta, alpha i beta označeni su kako bi pokazali u koji raspon spada svaka točka.

Korak 23: Daljnje ideje

Nakon što dovršite traku za čitanje Sleep Reader, slobodno istražite neke izmjene u dizajnu. Možda pokušajte izmijeniti kôd za automatsko prikupljanje podataka i generiranje izvješća koje procjenjuje obrasce spavanja korisnika. Ili možete spojiti sat u stvarnom vremenu za praćenje točnog doba noći kada korisnik zaspi, napreduje kroz duboki san i REM san te se budi. Možda vas zanima snimanje razgovora za spavanje, u tom slučaju možete uključiti audio snimač koji se aktivira kada korisnik pritisne REM stanje mirovanja. Mogućnosti su beskrajne!

Korak 24: Prepoznavanje

Fourierov dio koda za ovaj projekt koristio je kôd objavljen na ovoj stranici o norveškim kreacijama. Također, dio koda NeoPixel upućivao je na primjere koje je dao Adafruit.