Κορδέλα ανάγνωσης ύπνου: 24 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Έχετε αναρωτηθεί ποτέ πώς κοιμάστε το βράδυ; Συσκευές όπως το FitBit παρακολουθούν τον ύπνο αναλύοντας την κίνησή σας όλη τη νύχτα, αλλά δεν μπορούν να δουν τι κάνει ο εγκέφαλός σας.

Μετά από ένα εξάμηνο εκμάθησης για ιατρικά όργανα, η τάξη μας αμφισβητήθηκε με το καθήκον να δημιουργήσει μια φορετή συσκευή για τη μέτρηση κάποιας βιολογικής μεταβλητής. Ο σύντροφός μου και εγώ επιλέξαμε να αναπτύξουμε μια κεφαλή που μπορεί να κοιτάξει τι κάνει ο εγκέφαλός σας ενώ κοιμάστε. Το κεφαλόδεσμο διαβάζει σήματα εγκεφαλικών κυμάτων για να παρακολουθεί τα πρότυπα ύπνου. Προσδιορίζει πώς τα εγκεφαλικά κύματα του χρήστη προχωρούν μέσω των φάσεων άλφα, βήτα, γάμμα και δέλτα κατά τη διάρκεια της νύχτας. Στη συνέχεια, τα δεδομένα μπορούν να εξαχθούν και να αναλυθούν στο Excel.

Αναφέραμε και το στιλάτο του;

Βήμα 1: Υλικά & Εργαλεία

Για να φτιάξετε το Sleep Reader Headband, θα χρειαστείτε τα ακόλουθα υλικά:

1. Κορδέλα κεφαλής (χρησιμοποιήθηκε ένα HOTER Sportline Headband για αυτό το έργο)
2. Μικροελεγκτής Adafruit Flora
3. Flora Wearable Bluefruit LE Module
4. Flora RGB Neo Pixel LED
5. Ασφαλίζει
6. Αγώγιμο νήμα
7. Καλώδια
8. Νήμα
9. Μπαταρία
10. Bitalino EEG με καλώδιο UC-E6 και καλώδιο 3 ηλεκτροδίων
11. Υφασμα
12. Ελαστικός ιμάντας

Τα ακόλουθα εργαλεία θα σας βοηθήσουν στην κατασκευή της κεφαλής:

1. Καρφίτσα ραπτικής
2. Ψαλίδι
3. Απογυμνωτές καλωδίων
4. Συγκολλητικό σίδερο και μέταλλο πλήρωσης

Βήμα 2: Προετοιμασία

Πριν φτιάξετε το Sband Reader Headband, αφιερώστε λίγο χρόνο για να μάθετε για τα εγκεφαλικά κύματα και κάποια βασικά κυκλώματα. Μέσα στον εγκέφαλο, ειδικά κύτταρα γνωστά ως νευρώνες ενορχηστρώνουν διαφορετικές δραστηριότητες μέσα στο σώμα. Αυτοί οι νευρώνες τρέχουν την παράσταση στέλνοντας μικρά ηλεκτρικά σήματα που παίρνουν τη μορφή κυμάτων. Είναι γνωστό ότι ο εγκέφαλος παράγει τέσσερις διαφορετικούς τύπους κυμάτων - άλφα, βήτα, θήτα και δέλτα. Αυτά τα κύματα διακρίνονται από συγκεκριμένες περιοχές συχνοτήτων και κάθε εύρος αντιστοιχεί σε ορισμένα επίπεδα νοητικής δραστηριότητας. Η κεφαλή σας θα χρησιμοποιήσει μια συσκευή που ονομάζεται ηλεκτροεγκεφαλογράφημα ή EEG, για να προσδιορίσει αυτά τα κύματα καθώς τα παράγει ο εγκέφαλός σας κατά τη διάρκεια του ύπνου.

Για να κάνετε τον Αναγνώστη ύπνου σας, θα πρέπει να συνδέσετε μερικές συσκευές στο κεφαλόδεσμο. Οι κύριες συσκευές είναι ένας μικροεπεξεργαστής, ο οποίος είναι ένας μικρός υπολογιστής. μια μονάδα Bluetooth, η οποία είναι ένα τσιπ που επιτρέπει στο κεφαλόδεσμο να επικοινωνεί με τον υπολογιστή σας. ένα NeoPixel, το οποίο είναι ένα φως που αλλάζει χρώμα. ένα ΗΕΓ? και μια μπαταρία.

Το πλήρες σύστημα κατασκευάζεται συνδέοντας κάθε συσκευή μαζί σε συγκεκριμένες θέσεις μέσω αγώγιμου σπειρώματος. Εάν δεν είχατε εμπειρία με τη χρήση αυτών των νημάτων, ένα σεμινάριο είναι διαθέσιμο εδώ. Τα νήματα είναι δεμένα σε κουμπιά που σας επιτρέπουν να συνδέσετε και να αφαιρέσετε εύκολα τον μικροεπεξεργαστή Flora και τη μονάδα bluetooth. Το ένα άκρο του κουμπιού θα μπει στο ύφασμα και το άλλο πηγαίνει σε μια ηλεκτρική συσκευή. Ένα σεμινάριο για την εφαρμογή αυτών των στιγμιότυπων είναι διαθέσιμο εδώ.

Αφού δημιουργηθεί το σύστημα, πρέπει να παρέχεται ένας κωδικός. Αυτό το έργο χρησιμοποιεί συγκεκριμένα τον κώδικα Arduino. Εάν θέλετε να εξοικειωθείτε με τον κώδικα Arduino, το https://www.arduino.cc είναι γεμάτο χρήσιμα μαθήματα. Για να εφαρμόσετε τον κώδικα που χρησιμοποιείται για αυτό το έργο, θα πρέπει να κάνετε λήψη της εφαρμογής Arduino στη διεύθυνση https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Αυτό θα πρέπει να συμπληρωθεί με τον πίνακα Flora, διαθέσιμο εδώ. Θα χρειαστεί επίσης να κατεβάσετε μια χούφτα άλλες βιβλιοθήκες για να επεκτείνετε τις δυνατότητες του μικροεπεξεργαστή σας. Αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας το www.github.com. Οι απαραίτητες βιβλιοθήκες είναι:

• Fast Fourier Transform (FFT)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Adafruit NeoPixel

Τέλος, θα πρέπει να κατεβάσετε την εφαρμογή Adafruit Bluefruit LE Connect στο έξυπνο τηλέφωνό σας για χρήση με την κεφαλόδεση.

Βήμα 3: Ασφάλεια

Το ανθρώπινο σώμα μπορεί να αντέξει μόνο την περιορισμένη έκθεση στον ηλεκτρισμό, επομένως απαιτείται σωστή φροντίδα κατά τη χρήση ηλεκτρονικών συσκευών. Η κύρια αρχή της ηλεκτρικής ασφάλειας είναι να αποφύγετε να κάνετε το σώμα σας μια διαδρομή για να ρέει ηλεκτρικό ρεύμα στο κύκλωμα τροφοδοσίας. Μερικές γενικές πρακτικές για να αποφευχθεί αυτό είναι:

• Αγγίξτε μόνο καλώδια και άλλα μεταλλικά κυκλώματα ενώ η τροφοδοσία είναι OFF
• Χρησιμοποιήστε εργαλεία με μονωμένες λαβές
• Προσπαθήστε να κρατάτε το νερό μακριά από την περιοχή εργασίας όταν κατασκευάζετε το κύκλωμά σας
• Προσπαθήστε να εργαστείτε με το ένα χέρι αντί για δύο όσο το δυνατόν περισσότερο για να μειώσετε τον κίνδυνο ηλεκτρικού ρεύματος να ρέει μέσα από την καρδιά σας

Μια άλλη ανησυχία που πρέπει να γνωρίζετε κατά την κατασκευή του κυκλώματος είναι ότι το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να αναφλέξει εύφλεκτα υλικά, οπότε πρέπει να διασφαλίσετε ότι τα καλώδια είναι πλήρως συνδεδεμένα στο κύκλωμα. Διαφορετικά, θα μπορούσατε να ανάψετε τα μαλλιά σας ή το κεφαλόδεσμο.

Προσοχή: Αυτή η κεφαλόδεση δεν είναι πιστοποιημένη ιατρική συσκευή και δεν πρέπει να χρησιμοποιείται για τη διάγνωση νευρολογικών καταστάσεων.

Βήμα 4: Συμβουλές και συμβουλές

Ακολουθούν μερικές συμβουλές που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την κατασκευή του κεφαλιού ανάγνωσης Sleep Reader:

• Βεβαιωθείτε ότι τα άκρα του αγώγιμου νήματος δεν αγγίζουν το ένα το άλλο αφού τα συνδέσετε

• Εάν η θύρα δεν είναι διαθέσιμη στο Arduino όταν συνδέετε το μικροελεγκτή στο Arduino, ακολουθήστε τα παρακάτω βήματα για να ανεβάσετε τον κωδικό σας:

  1. Ενώ ο μικροελεγκτής είναι συνδεδεμένος, ανεβάστε τον κωδικό κρατώντας πατημένο το κουμπί επαναφοράς στον μικροελεγκτή
  2. Όταν η γραμμή κατάστασης αλλάξει από μεταγλώττιση σε μεταφόρτωση, αφήστε το κουμπί επαναφοράς
  3. Ο κώδικας πρέπει να μεταφορτωθεί και η θύρα πρέπει τώρα να αναγνωριστεί
• Κατά τη συγκόλληση στα κουμπιά, προσέξτε να αποφύγετε τη συγκόλληση δύο ακίδων μαζί, έτσι ώστε να μην βραχυκυκλώσετε το κύκλωμά σας. Ένα πολύμετρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ελέγξει εάν έχει δημιουργηθεί ή όχι σύνδεση μεταξύ ακίδων
• Βεβαιωθείτε ότι τα κουμπιά παραμένουν συνδεδεμένα όταν τοποθετείτε την κεφαλόδεση
• Βεβαιωθείτε ότι η μονάδα bluetooth είναι σε λειτουργία δεδομένων και όχι σε λειτουργία εντολών
• Μόλις κατασκευαστεί η κεφαλή σας, θα θέλετε να διασφαλίσετε ότι λειτουργεί αποτελεσματικά! Για να επιτύχετε ένα καλό σήμα, βεβαιωθείτε ότι έχετε καθαρή επαφή μεταξύ των ηλεκτροδίων και του μετώπου σας, σκουπίζοντας τη σκόνη, τα χαλαρά νήματα, τα μαλλιά ή άλλες παρεμβολές.

Βήμα 5: Ξεκινήστε να χτίζετε το κύκλωμά σας

Τώρα που έχετε εφοδιαστεί με κάποιες βασικές γνώσεις και διαδικασίες ασφαλείας, είστε έτοιμοι να δημιουργήσετε ωριαίο κορδόνι κεφαλής. Διαβάστε προσεκτικά τις ακόλουθες οδηγίες και παρατηρήστε τα σχόλια που αφήνονται στις εικόνες με περαιτέρω οδηγίες.

Βήμα 6: Διάγραμμα κυκλώματος

Το παραπάνω διάγραμμα κυκλώματος δείχνει τις συνδέσεις στο ολοκληρωμένο κύκλωμα. Χρησιμοποιήστε αυτό το διάγραμμα κυκλώματος ως αναφορά για να βεβαιωθείτε ότι το κύκλωμά σας έχει συνδεθεί σωστά.

Βήμα 7: Το Solder εισχωρεί στον μικροεπεξεργαστή Flora

Εάν δεν ελέγξατε τον σύνδεσμο προς το σεμινάριο σχετικά με τον τρόπο χρήσης των snaps στο βήμα "Προετοιμασία", ελέγξτε το τώρα. Σε αυτό το σημείο θα συνδέσετε τα snaps στη μονάδα μικροεπεξεργαστή και bluetooth. Δεν θέλετε να μπερδέψετε αυτό το μέρος, καθώς μια ακατάστατη εργασία συγκόλλησης μπορεί να καταστρέψει το κύκλωμά σας.

Ο μικροεπεξεργαστής θα απαιτήσει ασφαλίσεις στις ακόλουθες ακίδες:

• Και οι 3 ακίδες (GND)
• Και οι δύο ακίδες τροφοδοσίας 3.3V
• SCL #3
• RX #0
• TX #1
• Digitalηφιακή καρφίτσα #9

Βήμα 8: Το συγκολλητικό κολλάει σε μονάδα Bluetooth

Και η μονάδα bluetooth απαιτεί ασφαλίσεις σε αυτές τις ακίδες:

• Ισχύς 3,3V
• TX
• RX
• GND

Βήμα 9: Ράψτε κουμπώνει σε ύφασμα για μικροεπεξεργαστή Flora

Τώρα μπορείτε να ράψετε το άλλο άκρο των κουμπωμάτων στο ύφασμα. Βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιείτε τη μονάδα bluetooth και τον μικροεπεξεργαστή με τα προσαρτημένα κουμπιά τους για να τα τοποθετήσετε σωστά!

Βήμα 10: Ράψτε κουμπώματα σε ύφασμα για μονάδα Bluetooth

Τώρα ράψτε τα κουμπιά για το Bluetooth.

Βήμα 11: Ενσύρματη μονάδα Bluetooth σε μικροεπεξεργαστή Flora

Στη συνέχεια, συνδέστε τη μονάδα Bluetooth στον μικροεπεξεργαστή Flora ράβοντας αγώγιμο σπείρωμα μεταξύ των αντίστοιχων κουμπωμάτων για κάθε συσκευή. Απαιτούνται οι ακόλουθες συνδέσεις ακίδων:

1. Bluetooth 3.3V σε μικροεπεξεργαστή 3.3V
2. Bluetooth TX σε μικροεπεξεργαστή RX #0
3. Bluetooth RX σε μικροεπεξεργαστή TX #1
4. Bluetooth GND σε μικροεπεξεργαστή GND

Βήμα 12: Wire Neo Pixel to Flora MicroProcessor

Συνδέστε το Neo Pixel στον μικροεπεξεργαστή με τον ακόλουθο τρόπο:

1. NeoPixel LED In to Microprocessor Digital Pin #9
2. NeoPixel Ground σε Microprocessor Ground
3. NeoPixel Power σε μικροεπεξεργαστή

Βήμα 13: Μικροεπεξεργαστής Wire Battery Pack to Flora

Αυτό το μέρος είναι κάπως σημαντικό. μπορεί να χρειάζεστε μια πηγή ενέργειας για να λειτουργούν όλα!

Βήμα 14: Δημιουργία καλωδίου EEG

Αυτό το καλώδιο κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας το τσιπ EEG, καλώδιο ηλεκτροδίου 3 καλωδίων και καλώδιο UC-E6. Το τσιπ EEG πρέπει να είναι σωστά ευθυγραμμισμένο έτσι ώστε το άκρο που γράφει "EEG" να είναι συνδεδεμένο στο καλώδιο του ηλεκτροδίου, όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα.

Βήμα 15: Μικροεπεξεργαστής WEG EEG to Flora

Συνδέστε το καλώδιο EEG στον μικροεπεξεργαστή Flora. Η παραπάνω εικόνα φέρει ετικέτα με οδηγίες που δείχνουν τα κατάλληλα σημεία για τη σύνδεση των καλωδίων σας. Θα γίνουν οι ακόλουθες συνδέσεις:

1. Κόκκινο καλώδιο στην τροφοδοσία
2. Μαύρο σύρμα στη γείωση
3. Μωβ σύρμα στο SCL #3

Βήμα 16: Βάλτε ηλεκτρόδια σε κεφαλόδεσμο

Ράψτε τα ηλεκτρόδια στο εσωτερικό του κεφαλόδεσμου. Βεβαιωθείτε ότι τα ηλεκτρόδια είναι τοποθετημένα στις σωστές θέσεις. Κοιτάζοντας το εσωτερικό της κεφαλής, το κόκκινο ηλεκτρόδιο πρέπει να βρίσκεται αριστερά, το λευκό ηλεκτρόδιο στη μέση και το μαύρο ηλεκτρόδιο δεξιά.

Βήμα 17: Ράψτε ύφασμα και λουράκι στο κεφαλόδεσμο

Τώρα ολοκληρώσατε το κεφαλόδεσμό σας! Ουαου!

Βήμα 18: Μεταφόρτωση κώδικα

Τώρα μπορείτε να ανεβάσετε αυτόν τον κωδικό στο κεφαλόδεσμο για να του δώσετε ικανότητες ανάγνωσης μυαλού!

Βήμα 19: Συνδέστε το Headband στο τηλέφωνο

Ανοίξτε την εφαρμογή Adafruit Bluefruit LE Connect και συνδέστε το τηλέφωνό σας σε εσάς Adafruit Bluefruit LE.

Βήμα 20: Βάλτε το Headband και συλλέξτε δεδομένα

Τώρα μπορείτε να βάλετε το κορδόνι και να το δοκιμάσετε! Μπορείτε να επιλέξετε "UART" στην εφαρμογή Adafruit Bluefruit LE Connect για να προβάλετε τα δεδομένα καθώς έρχονται.

Βήμα 21: Εξαγωγή δεδομένων από τηλέφωνο σε υπολογιστή

Μόλις συλλεχθούν τα δεδομένα σας, μπορείτε να εξαγάγετε τα δεδομένα σε πολλές μορφές αρχείων. Σας συνιστούμε να το εξάγετε ως αρχείο.txt για ανάλυση στο Excel.

Βήμα 22: Ανάλυση δεδομένων

Ακολουθεί ένα παράδειγμα του τύπου του γραφήματος που μπορείτε να κάνετε για να απεικονίσετε και να ερμηνεύσετε τα δεδομένα από την κεφαλή σας. Έχουμε τα εύρη δέλτα, θήτα, άλφα και βήτα όλα επισημασμένα για να δείξουμε σε ποια περιοχή εμπίπτει το κάθε σημείο.

Βήμα 23: Περαιτέρω ιδέες

Αφού ολοκληρώσετε το Sleep Reader Headband, μη διστάσετε να εξερευνήσετε μερικές τροποποιήσεις στο σχέδιο. Tryσως προσπαθήσετε να τροποποιήσετε τον κώδικα για να συλλέξετε αυτόματα τα δεδομένα και να δημιουργήσετε μια αναφορά που αξιολογεί τα πρότυπα ύπνου του χρήστη. Or θα μπορούσατε να συνδέσετε ένα ρολόι σε πραγματικό χρόνο για να παρακολουθείτε την ακριβή ώρα της νύχτας όταν ο χρήστης αποκοιμηθεί, εξελίσσεται σε βαθύ ύπνο και ύπνο REM και ξυπνά. Maybeσως ενδιαφέρεστε για την εγγραφή ομιλίας ύπνου, οπότε μπορείτε να συμπεριλάβετε μια συσκευή εγγραφής ήχου που ενεργοποιείται όταν ο χρήστης χτυπήσει τον ύπνο REM. Οι πιθανότητες είναι ατελείωτες!

Βήμα 24: Αναγνώριση

Το τμήμα μετατροπής τέσσερις του κώδικα για αυτό το έργο χρησιμοποίησε τον κώδικα που δημοσιεύτηκε σε αυτήν τη σελίδα στο Norwegian Creations. Επίσης, το τμήμα NeoPixel του κώδικα αναφερόταν στα παραδείγματα που παρέχονται από το Adafruit.