Αναπνεύστε ελαφριά συσκευή άγχους με οθόνη καρδιακού ρυθμού: 18 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Καθώς ο κόσμος γίνεται πιο πολυσύχναστος, όλοι βρίσκονται σε ένα περιβάλλον με όλο και μεγαλύτερο άγχος. Οι μαθητές του κολλεγίου διατρέχουν ακόμη μεγαλύτερο κίνδυνο άγχους και άγχους. Οι εξετάσεις είναι ιδιαίτερα περίοδοι υψηλής πίεσης για τους μαθητές και τα έξυπνα ρολόγια με ρυθμίσεις άσκησης αναπνοής συνήθως δεν επιτρέπεται να χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια των εξετάσεων, καθώς μπορούν επίσης να στείλουν μηνύματα και να συνδεθούν στο διαδίκτυο.

Το "Breathe Light" είναι μια απλοϊκή συσκευή με επίκεντρο το άγχος που δεν έχει σύνδεση στο Διαδίκτυο και θα είναι ευπρόσδεκτη στις εξετάσεις. Αυτή η συσκευή δεν είναι συγκεκριμένη για το χρήστη, γεγονός που της επιτρέπει να προσαρμόζεται εύκολα σε κάθε άτομο που χρειάζεται έλεγχο άγχους. Χρησιμοποιώντας μια σειρά τεσσάρων LED NeoPixel, ο χρήστης θα μπορεί να ακολουθήσει βήματα για να κάνει ασκήσεις αναπνοής και επίσης να παρακολουθεί τον καρδιακό ρυθμό του πριν και μετά τις ασκήσεις για να διαπιστώσει εάν μειώνονται τα επίπεδα στρες.

Βήμα 1: Απαιτούνται υλικά και εργαλεία

Υλικά:

1. Adafruit Flora (14,95 $)
2. Breadboard ($ 5,00)
3. Adafruit NeoPixels (4) (7,95 $)
4. PulseSensor (25,00 $)
5. Κλιπ Αλιγάτορα (3,95 $)
6. Breadboard Jumper Wires (3,95 $)
7. Μπαταρία πολυμερούς ιόντων λιθίου (9,95 $)
8. Αντίσταση 220 Ohm (6,28 $)
9. Κουμπί ώθησης (5,99 $)
10. Ποικιλία Legos ($ 10-$ 40) (Σημείωση: Δεν χρειάζεστε πολλά Lego)

Συνολικό κόστος: ($ 94-$ 124)

Εργαλεία:

1. Λογισμικό Arduino (ΔΩΡΕΑΝ) - Απαιτείται
2. Πένσα μύτης βελόνας (~ 6 $) ή Cuticle Cutters (~ 4 $)- Προτείνεται
3. Σετ συγκόλλησης/Υλικά (~ 11 $)- Προαιρετικά

Συνολικό κόστος: (15-17 $)

Βήμα 2: Προετοιμασία

Πριν ξεκινήσετε το έργο και χρησιμοποιήσετε τα παραπάνω υλικά, είναι σημαντικό να αναπτύξετε καλή γνώση για το τι χρησιμοποιείται.

Adafruit Flora

Το Adafruit Flora είναι ένας μικρός, απλός και ισχυρός μικροελεγκτής που είναι χρήσιμος τόσο για αρχάριους όσο και για ειδικούς. Είναι πολύ μικρό (μόνο λίγο μεγαλύτερο από το ένα τέταρτο) και φοριέται! Η παραπάνω εικόνα δείχνει το διάγραμμα pinout για το Adafruit Flora. Για να μάθετε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη Χλωρίδα, επισκεφθείτε τον ακόλουθο σύνδεσμο:

learn.adafruit.com/getting-started-with-fl…

Adafruit NeoPixels

Τα NeoPixels by Adafruit είναι ξεχωριστά διευθυνσιοδοτούμενα LED RGB που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για φορετά. Τα NeoPixels είναι αλυσιδωτά, πράγμα που σημαίνει ότι χρειάζεστε μόνο μία σύνδεση pin στον μικροελεγκτή για να συνδέσετε όσες λυχνίες LED θέλετε. Μπορούν να κωδικοποιηθούν στο Arduino, αλλά απαιτούν κάποια πρακτική, έρευνα και παραδείγματα για να βοηθήσετε στο διαδίκτυο να εξοικειωθείτε και να κάνετε τα NeoPixels να λειτουργούν όπως θέλετε. Τα διάφορα βήματα στον παρακάτω σύνδεσμο είναι πολύ χρήσιμα καθώς σας ενημερώνουν για τον τρόπο λειτουργίας των NeoPixels και σας δίνουν συμβουλές κωδικοποίησης και παραδείγματα με το Arduino.

learn.adafruit.com/flora-rgb-smart-pixels/…

PulseSensor

Ο PulseSensor είναι ένας αισθητήρας καρδιακών παλμών plug and play για το Arduino για τη συλλογή ζωντανών δεδομένων καρδιακών παλμών για μια ποικιλία έργων όπως αυτό! Η βιβλιοθήκη που μπορεί να μεταφορτωθεί στο Arduino (θα εμφανιστεί σύντομα παρακάτω) έχει παραδείγματα κωδικών που θα σας βοηθήσουν να γίνετε άμεσος ειδικός στην εφαρμογή του PulseSensor σε ένα έργο. Ο παρακάτω σύνδεσμος δείχνει περισσότερες πληροφορίες για το PulseSensor και περιγράφει παραδείγματα μίνι έργων για να ξεκινήσετε άτομα.

pulsesensor.com/pages/getting-advanced

Βιβλιοθήκες Arduino

Για να επικοινωνήσει ο κώδικας με το Flora για ορισμένες λειτουργίες και εντολές, πρέπει να εγκατασταθούν οι ακόλουθες βιβλιοθήκες στο Arduino για τα διάφορα ηλεκτρικά εξαρτήματα. Χρησιμοποιήστε είτε αυτόν τον σύνδεσμο είτε αυτόν στην ενότητα "Εισαγωγή και αναλώσιμα" για να κάνετε λήψη του λογισμικού

1. Παιδική χαρά PulseSensor

   (Σημείωση: Το παράδειγμα του αρχείου Arduino "PulseSensor_BPM" ήταν χρήσιμο στη δημιουργία του κώδικα για το Breathe Light)

2. Βιβλιοθήκη Adafruit NeoPixel

   (Σημείωση: Το παράδειγμα του αρχείου Arduino "Strandtest" ήταν χρήσιμο στη δημιουργία του κώδικα για το Breathe Light)

(Σημείωση: Για περαιτέρω βοήθεια σχετικά με την εγκατάσταση βιβλιοθηκών, επισκεφθείτε τον ακόλουθο σύνδεσμο:

GitHub

Το GitHub είναι μια ισχυρή πλατφόρμα που επιτρέπει στα άτομα να κατασκευάζουν και να μοιράζονται λογισμικό μαζί. Ο κώδικας που δημιουργήθηκε για το Breathe Light μοιράζεται μέσω του GitHub και είναι προσβάσιμος εδώ. Θα αναφερθεί επίσης αργότερα στο διδακτικό στο Βήμα 14. Οι βιβλιοθήκες Arduino και τα παραδείγματα που αναφέρονται παραπάνω που είναι απαραίτητα για το έργο μπορούν επίσης να έχουν πρόσβαση μέσω των ακόλουθων συνδέσμων GitHub.

1. PulseSensor
2. NeoPixel

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το τι είναι το GitHub και γιατί είναι χρήσιμο, δείτε αυτό το βίντεο.

Βήμα 3: Ασφάλεια

Όταν ασχολείστε με οποιοδήποτε ηλεκτρικό κύκλωμα, συμπεριλαμβανομένου αυτού που θα δημιουργήσετε σε αυτό το έργο, είναι σημαντικό να κατανοήσετε και να ακολουθήσετε όλα τα ηλεκτρικά πρωτόκολλα ασφαλείας για να διατηρήσετε το έργο σας ασφαλές και να διασφαλίσετε ότι δεν θα σοκαριστείτε. Η παρακάτω λίστα περιγράφει μερικά απλά βήματα που πρέπει να ακολουθήσετε.

1. ΜΗΝ έχετε το Flora συνδεδεμένο στον υπολογιστή όταν μετακινείτε και συνδέετε καλώδια στο κύκλωμα.
2. Όταν αγγίζετε καλώδια ή άλλα μεταλλικά εξαρτήματα στο κύκλωμα, βεβαιωθείτε ότι η τροφοδοσία είναι OFF για να αποφύγετε τυχόν ρεύμα που διαρρέει το σώμα σας.
3. Κρατήστε υγρά, τρόφιμα και οτιδήποτε άλλο μπορεί να χυθεί μακριά από το κύκλωμά σας.
4. Ελέγξτε για τυχόν φθαρμένα ηλεκτρικά καλώδια κάθε φορά πριν την ενεργοποιήσετε.

ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ:

Αυτό ΔΕΝ είναι ιατρική συσκευή και δεν πρέπει να χρησιμοποιείται σε οποιοδήποτε κλινικό περιβάλλον για να βασιστείτε σε ακριβείς μετρήσεις καρδιακών παλμών. Επισκεφθείτε το γιατρό σας εάν θέλετε ακριβή δεδομένα καρδιακών παλμών. Αυτό είναι απλά ένα εργαλείο για να βοηθήσει τα άτομα να ανακουφίσουν το άγχος και δεν πρέπει να χρησιμοποιείται για τη διάγνωση οποιασδήποτε κατάστασης.

Βήμα 4: Συμβουλές και συμβουλές

Παρακάτω είναι μερικές συμβουλές και συμβουλές που πρέπει να έχετε κατά νου καθώς χτίζετε το Breathe Light.

Στρατηγικές αντιμετώπισης προβλημάτων

1. Εάν ο κώδικας δεν λειτουργεί σωστά, χωρίστε τις διάφορες λειτουργίες/τμήματα του κώδικα και δοκιμάστε αυτές για να προσδιορίσετε πού βρίσκεται το πρόβλημα.
2. Πριν ξεκινήσετε με τον κώδικα και το έργο, χρησιμοποιήστε παραδείγματα κωδικών που δίνονται στις βιβλιοθήκες Arduino για τον PulseSensor και το NeoPixels για να διασφαλίσετε ότι οι συσκευές λειτουργούν σωστά.
3. Βεβαιωθείτε ότι ο PulseSensor έχει μια στενή και ασφαλή σύνδεση πριν από τη συλλογή δεδομένων για να αφαιρέσετε πιθανά τεχνουργήματα κίνησης.
4. Κατά την καλωδίωση, χρησιμοποιήστε τα ίδια χρωματιστά καλώδια όταν συνδέεστε στις ίδιες θύρες για να αποφύγετε σύγχυση.
5. Χρησιμοποιήστε μικρά καλώδια βραχυκυκλωτή για να ασφαλίσετε τα καλώδια προς τα κάτω, έτσι ώστε να μην χάσουν τη σύνδεση όταν κινείται η συσκευή.
6. Εάν έχετε πρόσβαση σε ένα συγκολλητικό σίδερο, σκεφτείτε να το χρησιμοποιήσετε για να ασφαλίσετε τις συνδέσεις καλωδίων που ενδέχεται να μην λειτουργούν καλά.

Insights

• Για να εξοικονομήσετε χρόνο, δοκιμάστε με κλιπ αλιγάτορα για πρωτότυπο πριν χρησιμοποιήσετε καλώδια.

• Για να εξοικονομήσετε χρόνο και απογοήτευση, τεντώστε τα καλώδια σφιχτά για να κάνετε μια σταθερή και σταθερή σύνδεση με κάθε NeoPixel.

  Τα Lego's είναι επίσης πολύ χρήσιμα για την ασφάλεια του Flora και της μπαταρίας

Βήμα 5: Συναρμολόγηση Μέρος 1α

Ξεκινήστε χρησιμοποιώντας ένα κλιπ αλιγάτορα για να συνδέσετε τη θύρα #6 στο FLORA. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε ένα άλλο κλιπ αλιγάτορα για να συνδέσετε τη θύρα GND. Κάντε το ίδιο με τη θύρα VBATT στο FLORA.

Βήμα 6: Συναρμολόγηση Μέρος 1β

Τώρα, συνδέστε το κλιπ αλιγάτορα που είναι συνδεδεμένο στη θύρα 6 στο βέλος προς τα μέσα στο NeoPixel. Συνδέστε το κλιπ θύρας GND στο (-) στο NeoPixel και το κλιπ θύρας VBATT στο (+) στο NeoPixel.

Χρησιμοποιήσαμε αυτό το σετ για να δοκιμάσουμε κάθε NeoPixel για να δούμε αν λειτουργεί χρησιμοποιώντας τις οδηγίες από τη σελίδα NeoPixel Adafruit.

Βήμα 7: Συναρμολόγηση Μέρος 2

Αφού επιβεβαιώσετε ότι κάθε NeoPixel είναι λειτουργικό, μπορείτε να ξεκινήσετε την κατασκευή του Breathe Light!

Ξεκινήστε συνδέοντας καλώδια στο FLORA στα VBATT, #12, #6, GND και #10. Για να αποφύγετε τη σύγχυση, επιλέξτε χρώματα που θα αντιστοιχούν σε κάθε θύρα. Θα τα συνδέσουμε με το breadboard σε επόμενα βήματα.

Βήμα 8: Συναρμολόγηση Μέρος 3

Στη συνέχεια, θα αρχίσουμε να φτιάχνουμε την αλυσίδα των NeoPixels. Όπως και στο πρώτο βήμα, θα συνδέσουμε τελικά το (+) στη θύρα VBATT, το (-) στη θύρα GND και τα βέλη θα δείχνουν την κατεύθυνση της ροής σήματος στη γραμμή των NeoPixels. Ξεκίνησα με το τελευταίο και προχώρησα.

Αρχικά, απλώς προσθέστε τα καλώδια στα NeoPixels στα αντίστοιχα χρώματα. Στην εικόνα, μπορείτε να δείτε ότι χρησιμοποιήσαμε λευκό για VBATT, πράσινο για GND και κίτρινο για το σήμα που προέρχεται από τη θύρα #6. Χρησιμοποιήστε τις πένσες της μύτης της βελόνας για να τυλίξετε πραγματικά το σύρμα γύρω από τις μικρές τρύπες. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε κοπτικές επιδερμίδες εάν δεν έχετε άμεσα διαθέσιμες πένσες με μύτη βελόνας.

(Τα μικρά κόκκινα καλώδια στο παρασκήνιο θα εξηγηθούν στα επόμενα βήματα. Μην ανησυχείτε για αυτά.)

Βήμα 9: Συναρμολόγηση Μέρος 4

Προσθέστε καλώδια στα άλλα NeoPixels όπως το πρώτο. Βεβαιωθείτε ότι η γραμμή των βέλη δείχνει από τη θύρα #6 στο FLORA προς το κάτω μέρος της αλυσίδας.

Στη συνέχεια, συνδέστε καθένα από τα άσπρα σύρματα στις καρφίτσες (+) στο ψωμί και τα πράσινα σύρματα στις (-) καρφίτσες στο ψωμί. Βεβαιωθείτε ότι οι συνδέσεις έχουν κάποια ένταση για να στερεώσουν τα καλώδια.

Βήμα 10: Συναρμολόγηση Μέρος 5

Τώρα, συνδέστε το πράσινο καλώδιο από το GND στην κορυφή των (-) ακίδων. Συνδέστε το λευκό σύρμα από τη θύρα VBATT στις καρφίτσες (+) στο ψωμί και συνδέστε το κίτρινο σύρμα #6 στην αρχή της αλυσίδας NeoPixel.

Το μοβ σύρμα και το κόκκινο σύρμα θα συνδεθούν αργότερα.

(Τα κόκκινα καλώδια κοντά στο κάτω μέρος βοηθούν στη δημιουργία έντασης μεταξύ των κίτρινων καλωδίων σήματος μεταξύ των NeoPixels, αλλά μπορεί να μην τα χρειάζεστε ανάλογα με το πόσο σφιχτές είναι οι συνδέσεις)

Βήμα 11: Συναρμολόγηση Μέρος 6

Στη συνέχεια, θα συνδέσουμε το κουμπί στο breadboard μας. Αυτό θα ξεκινήσει τις μετρήσεις του καρδιακού ρυθμού και την άσκηση αναπνοής άγχους!

Τοποθετήστε το κουμπί όπως φαίνεται στην εικόνα. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε ένα λευκό σύρμα για να συνδέσετε την επάνω καρφίτσα του κουμπιού στο (+). Τοποθετήστε την αντίσταση 220 ohm μεταξύ του κάτω πείρου στην ίδια πλευρά και των ακίδων (-). Τέλος, συνδέστε το κόκκινο σύρμα #10 στην κάτω δεξιά καρφίτσα του κουμπιού.

Βήμα 12: Συναρμολόγηση Βήμα 7

Τώρα, θα συνδέσουμε τον αισθητήρα παλμών! Συνδέστε το κόκκινο καλώδιο αισθητήρα στις καρφίτσες (+) στο ψωμί και το μαύρο καλώδιο αισθητήρα στις (-) ακίδες. Στη συνέχεια, τοποθετήστε το μοβ σύρμα αισθητήρα και το μοβ σύρμα που προέρχεται από τη θύρα #12 στην ίδια σειρά για να τα συνδέσετε.

Βήμα 13: Συναρμολόγηση Βήμα 8

Με τα διάφορα Legos, δημιουργήστε μια πλατφόρμα για να καθίσει το FLORA και μια μικρή κοιλότητα για τη μπαταρία λιθίου. Βεβαιωθείτε ότι το FLORA έχει κάποια ένταση για να συνδεθούν σωστά τα κίτρινα καλώδια. Για να γίνει αυτό, χρησιμοποιήσαμε τα κίτρινα Legos που φαίνονται στην παραπάνω εικόνα.

Η πλατφόρμα Lego θα διαφέρει σε μέγεθος ανάλογα με το μέγεθος της σανίδας σας, αλλά βεβαιωθείτε ότι το FLORA μπορεί να καθίσει, ότι υπάρχει κάποια ένταση με τα κίτρινα καλώδια σήματος και ότι υπάρχει μια κοιλότητα για να τοποθετήσετε την μπαταρία.

Βήμα 14: Συναρμολόγηση Βήμα 9

Για να ολοκληρώσετε τη συναρμολόγηση, προσθέστε την πλατφόρμα Lego με το FLORA δίπλα στο breadboard. Συνδέστε την μπαταρία στο FLORA.

Βήμα 15: Συναρμολόγηση Βήμα 10: Ανεβάστε τον κώδικα και ολοκληρώστε τη συναρμολόγηση

Το τελευταίο βήμα είναι η μεταφόρτωση αυτού του κώδικα στο Breathe Light. Μετά τη φόρτωση του κωδικού, το Breathe Light θα πρέπει να λειτουργεί φορητά όταν ο διακόπτης ON είναι ενεργοποιημένος στη μέση του FLORA!

Πώς να λάβετε κωδικό από το GitHub στη Flora

1. Χρησιμοποιήστε τον παραπάνω σύνδεσμο για να μεταβείτε στον ιστότοπο του GitHub.

2. Κάντε κλικ στο "Κλωνοποίηση ή Λήψη"

   Κάντε κλικ στην επιλογή "Λήψη ZIP"

3. Αποθηκεύστε το αρχείο zip που έχετε κατεβάσει στην επιθυμητή θέση στον υπολογιστή σας.
4. Ανοίξτε το αρχείο "Breathe_Light_V3.0" στο Arduino.
5. Στην ενότητα "Εργαλεία" στην επάνω γραμμή Arduino, μεταβείτε στο "Board:" και επιλέξτε "Adafruit Flora"
6. Τέλος (με το Flora συνδεδεμένο στον υπολογιστή σας), κάντε κλικ στην επιλογή "Μεταφόρτωση" (Το δεξί βέλος στο επάνω μέρος της οθόνης σας)

Αφού ολοκληρωθούν τα παραπάνω βήματα, ο κωδικός θα πρέπει να μεταφορτωθεί στο Flora. Το Flora μπορεί να αποσυνδεθεί από τον υπολογιστή και το Breathe Light είναι έτοιμο για χρήση!

Βήμα 16: Συναρμολόγηση Βήμα 11: Επεξήγηση κώδικα

Αυτό κάνει ο κώδικας:

Πρώτον, ο κώδικας συλλέγει τον αρχικό καρδιακό ρυθμό του θέματος χρησιμοποιώντας έναν PulseSensor και τον εμφανίζει μέσω τεσσάρων μεμονωμένων NeoPixels που βρίσκονται σε μια γραμμή. Με βάση τον καρδιακό ρυθμό που ανιχνεύεται, θα εμφανιστεί μια συγκεκριμένη σειρά LED/χρωμάτων. Για παράδειγμα, εάν ο καρδιακός ρυθμός είναι 76, θα υπάρχουν 3 NeoPixel που φωτίζονται με μπλε χρώμα. Αυτά τα χρώματα/κατώφλια δίνονται στο θέμα μέσω ενός αυτοκόλλητου στη συσκευή (φαίνεται παραπάνω), ώστε να γνωρίζουν ποιος είναι ο καρδιακός τους ρυθμός.

Στη συνέχεια, αφού εντοπιστεί ο καρδιακός ρυθμός, περνάει από μια άσκηση άγχους που βοηθά στη βαθιά, αργή εισπνοή και εκπνοή. Στην αρχή αυτής της άσκησης, και τα τέσσερα LED είναι πράσινα. Καθώς συνεχίζεται η άσκηση, οι λυχνίες LED γίνονται μπλε μία προς μία, το οποίο αντιστοιχεί στο πότε πρέπει να εισπνέει το θέμα. Αφού ανάψουν και οι τέσσερις λυχνίες LED, το θέμα πρέπει να κρατήσει την αναπνοή του και καθώς οι λυχνίες LED επιστρέφουν στο πράσινο μπορούν να εκπνεύσουν αργά. Αφού εκτελεστεί η άσκηση άγχους, ο κώδικας θα ανιχνεύσει και θα εμφανίσει ξανά τον καρδιακό ρυθμό του ατόμου για να καθορίσει εάν ήταν σε θέση να ηρεμήσει.

Βήμα 17: Διάγραμμα κυκλώματος

Αυτό το διάγραμμα κυκλώματος έγινε στο EAGLE. Όλα μέσα στο μεγάλο ορθογώνιο είναι ο μικροεπεξεργαστής Adafruit FLORA. Έχει πολλές λεπτομέρειες, αλλά ως σύνολο, περιέχεται μέσα στο ορθογώνιο. Όλα τα στοιχεία που προσθέσαμε στο FLORA βρίσκονται κάτω από το μεγάλο ορθογώνιο.

Τα 4 Neopixels είναι ορατά συνδεδεμένα στην έξοδο D6* FLORA. Το κουμπί συνδέεται με το IO10* και ο αισθητήρας παλμών συνδέεται με το FLORA μέσω της θύρας IO12*.

Βήμα 18: Περαιτέρω ιδέες

Υπάρχουν πολλοί τρόποι με τους οποίους το Breathe Light θα μπορούσε να προχωρήσει περαιτέρω, και εδώ είναι μερικές προτάσεις.

• Φορέστε το: Χρησιμοποιήστε μια κεφαλόδεση ή μανσέτα ρολογιού (όπως αυτή) και χρησιμοποιήστε αγώγιμο σπείρωμα για να κάνετε όλες τις συνδέσεις σύρματος.
• Προσθέστε στη λειτουργία άγχους (Exercise () για να δημιουργήσετε μια πιο ελκυστική οπτική άσκηση αναπνοής (όπως η προσθήκη περισσότερων χρωμάτων).
• Αντικαταστήστε τα μεμονωμένα NeoPixels με ένα δαχτυλίδι NeoPixel ή έναν πίνακα NeoPixel για να προσθέσετε περισσότερες λυχνίες LED και να αυξήσετε τις δυνατότητες τόσο των λειτουργιών heartRateDisplay () όσο και stressExercise ().