Osnovni osjetnik disanja pojasom: 8 koraka

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

U svijetu bioosjećanja postoji mnogo načina za mjerenje disanja. Za mjerenje temperature oko nosnice može se upotrijebiti termistor, ali opet možda ne želite čudan pribor pričvršćen za nos. Akcelerometar se može pričvrstiti i na pojas koji se pomiče gore -dolje, ali subjekt bi vjerojatno trebao ležati ili se ne kretati na neki drugi način. Iako ovaj osnovni, fleksibilni senzor za disanje s pojasom ima nedostatke (odziv signala nije tako točan kao druge metode), dobro je ako se vaš subjekt samo želi vezati i učiniti sve što želi raditi dok diše se mjeri. Evo primjera osnovnog senzora za disanje, koji je namijenjen za život unutar fleksibilnog pojasa koji vežete oko prsa. Kad se dotična prsa prošire i stegnu udisanjem zraka u pluća, otpor ugrađenog komada rastezljive gumene vrpce se mijenja. Koristeći samo još nekoliko komponenti, možemo to prevesti u analogni signal koji vaš Arduino uživo čita. To se postiže pomoću magije vrlo bitnog i lako naučivog kruga razdjelnika napona.

UPOZORENJE: Prije nego počnemo, trebali biste znati da neprovjerena i nestabilna oprema za bioosjetljivost uvijek sadrži rizik od opasnosti! Molimo isprobajte i stvorite ovaj krug s izvorom napajanja iz baterije. Učinit ću sve da vam pokažem kako napraviti ovaj krug kako biste bili sigurni da nećete biti oštećeni, ali ne preuzimam odgovornost za nesreće koje se mogu dogoditi. Koristite zdrav razum i uvijek provjerite svoj krug multimetrom prije nego što pričvrstite bilo što na prsa.

Korak 1: ŠTO ĆE VAM BITI POTREBNO

1) Bilo koji mikrokontroler s analognim ulazom će raditi, ali u ovom primjeru koristit ću Arduino Uno. Ako vam treba, možete ga nabaviti u Adafruit -u ili Sparkfun -u.

2) Vodljivi gumeni kabel. Ovaj nevjerojatni kabel djelovat će kao promjenjivi otpornik, a otpor će se promijeniti kako se rasteže ili otpušta. Dostupno na Adafruit-u ili Robotshop ima lijepu raznolikost duljina s prethodno pričvršćenim metalnim završecima

3) Multimetar

4) LED dioda

5) 1K otpornik

6) Povučeni otpornik (kasnije ćemo shvatiti kolika je vrijednost toga!)

7) Ljepljiva traka

8) Bušač rupa ili škare

9) Žice kratkospojnika

10) Matična ploča

11) 2 kopče od aligatora

Imajte na umu da je, kao i sa svom biosenzorskom opremom, ovaj projekt najsigurniji ako se vaš Arduino napaja iz baterija.

Za dovršetak ovog projekta možda će vam trebati i:

· Lemilo i lemljenje

· Pištolj za vruće ljepilo

· Isječci žice

· Skidač žice

· Ruke pomoći

· Vice, alat za presovanje ili veliki par kliješta

· 2 ili više stezaljki za prstenove

Korak 2: Odrežite kabel i pričvrstite vodljive stezaljke

Iako za ovaj eksperiment možete koristiti bilo koju duljinu gumene vrpce od 2”-8”, kraće duljine gume su jeftinije i zapravo vam ne treba velika količina da biste obavili posao. Ako ste kupili gumu duge duljine, preporučio bih rezanje duljine 4”. Prerežite ovu duljinu i pripremite se za pričvršćivanje vodljivog kraja na oba kraja.

Uzmite priključni konektor, kao što je jedan od njih na gornjoj slici, i gurnite jedan kraj provodljivog gumenog kabela unutar kraja jednog od vaših priključnih konektora i zajedno savijte kraj. Za to možete koristiti porok ili krajeve uređaja za skidanje žica, ali pazite da ne stegnete terminal previše čvrsto da ne biste puknuli ili prerezali gumu! Ako to uspijete, a kabel se prekine, pokušajte ponovno s drugim priključnim priključkom. Još uvijek biste trebali imati dovoljno duljine da biste postigli ovaj podvig. Ako postane kraći od 2”, vjerojatno biste trebali pokušati ponovno s novom dužinom od 4”. Ne brinite, dobit ćete! Nakon što ste to postigli s jedne strane, sjajno! Ponovite s druge strane. Sada ste gotovi!

Sada imate vodljivi gumeni kabel s odgovarajućim priključkom na svakom kraju. Izmjerimo multimetrom koliki su rasponi ovog kabela.

Korak 3: Izmjerite svoj otpor

Okrenite brojčanik vašeg multimetra na simbol ohma (Ω) i zalijepite crveni i crni kraj multimetra s obje strane provodljivog kabela.

Ako još niste sigurni kako koristiti multimetar, možete se osvježiti ovim vodičem Lady Ada.

Iako bi se taj broj mogao pomaknuti okolo dok ga mjerite, ti vam brojevi daju predodžbu koliki je otpor kabela dok miruje. Ako najbolje pretpostavite, zapišite otpor kabela u mirovanju, a zatim ga zaokružite na najbliži višekratnik 10. (tj.: 239 = 240, 183 = 180)

Pazeći da jednom rukom pričvrstite sonde multimetra na mjestu, drugom rukom nježno povucite kabel prema gore. Ove stvari možete rastegnuti samo dok ne budu oko 50% -70% svoje izvorne duljine, stoga nemojte previše povlačiti! Promatrajte kako su se promijenile vrijednosti otpora na vašem multimetru. Pustite i ponovite ovaj postupak nekoliko puta kako biste promatrali kako otpor opada s minimalnog na maksimum. Kako ga rastežete, otpor se povećava jer se čestice u gumi dalje udaljavaju. Nakon otpuštanja sile, guma će se smanjiti unatrag, iako je potrebno minutu ili dvije da se vrati na svoju izvornu duljinu. Zbog ovih fizičkih ograničenja ovaj rastezljivi kabel nije pravi linearni senzor, pa nije nevjerojatno precizan, ali postoje načini da se s tim radi u izgradnji vašeg senzora. Još jednom rastegnite kabel do maksimuma i sa svakim krajem sondi multimetra na mjestu s obje strane gumene vrpce zapišite vrijednost otpora, još jednom zaokruženu na najbliži višekratnik 10.

Korak 4: Formula Axel Benz

Koristit ćemo jednostavan krug za podjelu napona kako bismo upotrijebili promjenjivi otpor rastezljivog kabela kao osjetnik disanja. Ako želite znati više o krugovima za podjelu napona, to je u osnovi nekoliko otpornika u seriji koji veliki napon pretvaraju u manji. Ovisno o vrijednostima otpornika koje koristite, možete iscijepati svoj 5V iz vašeg Arduina na veće ili manje dijelove pomoću padajućeg otpornika, što je korisno za analogno čitanje. Ako želite saznati više o matematici iza strujnih krugova za podjelu napona, pogledajte izvrstan vodič na Sparkfun -u.

Iako znamo da će vrijednost prvog otpornika u krugu (osjetnika rastezanja) biti u stalnom toku, moramo upotrijebiti odgovarajuću vrijednost otpora za padajući otpornik kako bismo dobili što ljepši i raznolikiji signal.

Za početak upotrijebite formulu Axel Benz:

Pull-Down-Resistor = squareroot (Rmin * Rmax)

Dakle, ako je minimalna vrijednost vašeg rastezljivog kabela 130 ohma, a maksimalna 240 ohma

Pull-Down Resistor = kvadratni korijen (130*240)

Pull-Down Resistor = kvadratni korijen (31200)

Pull-Down Resistor = 176.635217327

Dakle, sada biste trebali pogledati svoju kolekciju otpornika i shvatiti koji je vaš otpornik "za sada" u najboljem slučaju. Ako samo imate zbirku slučajnih bitova i bobova, ovaj kalkulator pojasa boja otpornika mogao bi vam biti od pomoći. Ovaj otpornik može biti u redu, vjerojatno nemate savršen otpornik pri ruci. Dok koristite sklop, možda ćete otkriti da ga morate zamijeniti za neki drugi, ali to će vam omogućiti sjajan početak igranja.

Na kraju, zaokružujem broj na najbliži višekratnik 10.

Povučeni otpornik = 180ohms

Korak 5: Pripremite svoj Breadboard

Koristeći kratkospojne žice, spojite 5v pin Arduina s razdjelnikom na matičnoj ploči, a zatim spojite GND pin s uzemljenjem vaše matične ploče.

Volim izvući 5V iz Arduina jer to osigurava da ne morate brinuti da ćete poslati previše napona na analogne pinove. Također možete koristiti naponski pin 3v3, ali smatram da dobivam bolji signal korištenjem 5v.

Priključite svoj otporni otpornik na masu.

Uzmite obje svoje aligatorske kopče i pričvrstite ih na stezaljke s obje strane rastezljivog kabela promjenjivog otpora. Pričvrstite jedan kraj ovih aligatorskih kopči na 5v tračnicu. Spojite drugu kopču od aligatora na žicu u konfiguraciji prikazanoj na shemama.

Uvjerite se da su "drugi" krajevi vašeg otpornog otpornika i vodljivog rastezljivog kabela spojeni, a zatim spojite žicu kratkospojnika s analognog pina (upotrijebimo A0) u središte ove dvije spojne točke.

Konačno, pričvrstite LED s 1k otpornikom na pin 9 vašeg Arduina.

Korak 6: Programirajte svoj Arduino

Napomena: Upravo sam vidio da su korisnici GitHub -a Non0Mad poboljšali moj kôd! (Hvala) Isprobajte ovaj kod ako želite:

Ako biste radije probali onu koju sam napravio, pokrenite priloženu skicu "RespSensorTest.ino" na svom Arduinu.

Pazeći da ne dodirnete izloženi metal, uzmite svoje dvije kopče od aligatora i rastegnite gumicu. Gledajte kako LED blijedi i gasi dok se rastežete. Otvorite serijski monitor i promatrajte promjenu analognog napona. Ako niste zadovoljni vrijednostima koje nestaju ili vašim brojevima, možete isprobati nekoliko stvari:

1) Pokušajte zamijeniti drugu otpornu vrijednost otpornika sličnu zadnjoj koju ste koristili. Ima li pozitivne razlike? (Ovo je najbolji način da to učinite)

2) Ako sve što zaista želite učiniti je upaliti LED diodu, pokušajte se poigrati s varijablom scaleValue kako biste vidjeli možete li na taj način proizvesti bolje raspone. (Ovo bi mogao biti najlakši način za to)

Kad budete dovoljno zadovoljni svojim brojevima i LED sjajem, vrijeme je da napravite prototip modela za nošenje oko grudi! Isključite svoj Arduino i onemogućite napajanje na ploči za sljedeći korak.

Korak 7: Napravite prototip respiracijske trake

Najbrži način da napravite prototip benda je samo spojiti nešto ljepljivom trakom. Uzmite dugu traku ljepljive trake (otprilike 30”-36” trebala bi prekrivati većinu, ali u konačnici ovo je samo opseg vaših prsa) i preklopite je tako da se ljepljive strane lijepe za sebe. Izbušite rupe s obje strane trake ljepljive trake tako da podsjeća na remen.

Pomoću vijaka pričvrstite priključke u probušene rupe koje ste napravili za svoj senzor i čvrsto spojite svoj dugi komad ljepljive trake u petlju koju nosite na prsima. Želite biti sigurni da vaš "remen" prilično dobro pristaje uz vas ili solarni pleksus vašeg subjekta, ali pobrinite se da ima dovoljno prostora za dolazeće udisaje za rastezanje kabela.

Na kraju, ponovno pričvrstite svoje aligatorske kopče i spojite svaki od kratkospojnika s kraja provodljivog rastezljivog kabela na mjesto u ploči za kruh. Sada smo spremni za testiranje prototipa!

Korak 8: Isprobajte prototip

Uključite Arduino i pokrenite prethodnu skicu. Kako stoje te analogne vrijednosti? Dobivate li lijepo razlučivost podataka svojim dahom? Ima li LED laganu varijaciju svjetla pri udisanju i izdisaju? Ako ne, pokušajte zamijeniti svoj padajući otpornik za vrijednost u blizini kako biste provjerili jesu li vrijednosti koje ste pročitali postale bolje.

Kad ste se odlučili za idealan pull-down otpornik, radujte se! Vaš je krug dovršen, vaše disanje se snima, a LED dioda rado će pratiti vaš dah.

U idealnom slučaju, ili ćete vi ili netko drugi na kraju sašiti traku za vas od neprovodljive sintetičke tkanine s malo rastezanja u sebi i pojasom D-prstena za stezanje. (Čičak je u redu kao zatvarač, ali ponekad je totalni nered s odjećom i džemperima.) Možete sigurno sašiti vodljivu vrpcu u ovaj pojas, zapravo su kružni priključci izvrsni za pričvršćivanje na tkaninu. Za nešto trajnije od isječaka od aligatora, možda ćete htjeti jednostavno lemiti nekoliko vrlo dugih višežilica na krajeve priključnih priključaka i pričvrstiti ih na svoje strujno kolo.