Φόρεμα οθόνης - Συνδέστε τα σήματα καρδιάς στο IoT: 18 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Το Monitor Dress είναι ένα πείραμα στην έρευνα διαφορετικών τρόπων ψηφιοποίησης της καρδιακής δραστηριότητας του χρήστη καθώς και της επεξεργασίας των δεδομένων.

Τρία ηλεκτρόδια μέσα στο φόρεμα μετρούν τα ηλεκτρικά σήματα που διατρέχουν το σώμα του χρήστη. Αυτές οι αναλογικές παρορμήσεις, που προέρχονται από τη μυϊκή δραστηριότητα της καρδιάς, μετατρέπονται σε ψηφιακά σήματα. Στη συνέχεια, ο μικροελεγκτής ανάβει έναν κύκλο LED στο μπροστινό μέρος του φορέματος, αναβοσβήνει μοβ σε κάθε χτύπο της καρδιάς. Ο μικροελεγκτής στέλνει επίσης τα δεδομένα μέσω ασύρματου δικτύου για άλλες χρήσεις. Τα δεδομένα που αποστέλλονται μέσω του ασύρματου δικτύου συλλέγονται από έναν υπολογιστή, ο οποίος παρακολουθεί τα δεδομένα προκειμένου να τα ζωντανέψει. Τα ηλεκτρικά σήματα της καρδιάς είναι πλέον ορατά στην οθόνη καθώς και το ίδιο το φόρεμα.

Το φόρεμα οθόνης δημιουργεί μια απρόσκοπτη διεπαφή μεταξύ του ανθρώπινου σώματος, του ρούχου και των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων - ψηφιοποιεί και καταγράφει τα παροδικά βιολογικά σήματα.

Βήμα 1: Επισκόπηση σχεδιασμού και κυκλώματος

Το πάνω κομμάτι του φορέματος είναι κατασκευασμένο από μαύρα και διαυγή ακρυλικά κομμάτια - κομμένα με κόφτη λέιζερ. Ένας δακτύλιος NeoPixel είναι κολλημένος κάτω από τον διαυγή ακρυλικό κύκλο στη μέση. Τα σύρματα περνούν πίσω από το πάνω κομμάτι σε μια υφασμάτινη λωρίδα που είναι προσαρτημένη στο πάνω κομμάτι στο πίσω μέρος του φορέματος. Η υφασμάτινη λωρίδα συνδέεται με τη μικρή τσέπη που κρατά τον μικροελεγκτή, την οθόνη καρδιακών παλμών και την μπαταρία. Τρία ηλεκτρόδια ηλεκτρονικού υφάσματος είναι ραμμένα στην επένδυση του φορέματος. Τα καλώδια που συνδέουν τα ηλεκτρόδια και τον μικροελεγκτή λειτουργούν μεταξύ δύο στρωμάτων υφάσματος.

Βήμα 2: Προμήθειες:

Υλικά:

• Υφασμα
• Φερμουάρ
• Καλώδια
• Συρρίκνωση θερμότητας
• 1/8 "Μαύρο ακρυλικό
• 1/8 "διάχυτο ακρυλικό
• NeoPixel Ring (24 LED) (Adafruit)
• Φωτόνιο (Σωματίδιο)
• Παρακολούθηση καρδιακού ρυθμού (Sparkfun)
• Biomedial Sensor Pads (Sparkfun)
• Καλώδιο αισθητήρα (Sparkfun)
• Αγώγιμο ύφασμα (Sparkfun ή Adafruit)
• 5 κουμπιά κουμπώματα
• Perma-Proto Board (Adafruit)
• Γυναικεία + αρσενικά καλώδια άλτη
• Συρρίκνωση θερμότητας
• 5V Power Bank (Amazon)

Εργαλεία:

• Ψαλίδι
• Βελόνα
• Νήμα
• Τσιμπιδακι ΦΡΥΔΙΩΝ
• Συγκολλητικό σίδερο
• Κόλλα μετάλλων
• Ζεστή κόλλα
• Θερμικό όπλο
• Ραπτομηχανή
• Κόφτης λέιζερ
• Σφυρί
• Χαρτί
• Κυβερνήτης
• Μολύβι

Βήμα 3: Το Photon - ένα κιτ ανάπτυξης Wi -Fi

Το Photon είναι ένα ισχυρό κιτ ανάπτυξης Wi-Fi που συνδέει το έργο σας με το Internet of Things (IoT). Ο πίνακας είναι αρκετά μικρός, γεγονός που το καθιστά εξαιρετικό για φορετά έργα IoT.

Ο Particle, ο κατασκευαστής του Photon, ετοίμασε ένα υπέροχο φύλλο δεδομένων Photon καθώς και έναν πολύ λεπτομερή οδηγό έναρξης με όλες τις πληροφορίες που πρέπει να γνωρίζετε για να ξεκινήσετε.

Απλώς κατεβάστε την εφαρμογή Particle στο smartphone σας και ακολουθήστε τις οδηγίες για να συνδέσετε το Photon στο δίκτυό σας Wi-Fi. Μπορείτε επίσης να κατεβάσετε την εφαρμογή Particle Dev για τον υπολογιστή σας ή να ξεκινήσετε τον προγραμματισμό χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα περιήγησής σας. Θα επιστρέψουμε στο Photon στο Βήμα 15.

Βήμα 4: Παρακολούθηση καρδιακών παλμών

Στην εικόνα μπορείτε να δείτε τον πίνακα Heart Rate Monitor, καθώς και ένα καλώδιο αισθητήρα με 3 συνδέσμους ηλεκτροδίων και 3 αντίστοιχα μαξιλάρια βιοϊατρικών αισθητήρων. Δεδομένου ότι θα φτιάξουμε τα δικά μας αγώγιμα ηλεκτρόδια υφάσματος για το φόρεμά μας, δεν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιούμε καλώδια και μαξιλάρια αισθητήρων. Ωστόσο, είναι εξαιρετικά για την πρωτοτυπία και τη δοκιμή.

Πριν ξεκινήσετε, συνιστώ επίσης να διαβάσετε τον οδηγό σύνδεσης του Sparkfun's Heart Rate Monitor. Έχει πολλές λεπτομέρειες για το πώς λειτουργεί το Heart Rate Monitor και πώς πρέπει να τακτοποιηθούν τα ηλεκτρόδια.

Βήμα 5: Laser Cut the Top Piece

Πρώτα σχεδίασα ένα 2D κορυφαίο κομμάτι χρησιμοποιώντας το Illustrator, το οποίο έκοψα από ένα μαύρο ακρυλικό φύλλο 1/8 "με κόφτη λέιζερ. Δεδομένου ότι ο κύκλος στη μέση του σχεδίου πρόκειται να φωτιστεί, έκοψα τα αντίστοιχα πέταλα από το 1 /Διάχυτο ακρυλικό φύλλο /8 ". Επίσης, έκοψα τρεις διάσπαρτους ακρυλικούς κύκλους διαφορετικού μεγέθους. Θα κολλήσουμε εκείνα μεταξύ των πετάλων και του δακτυλίου NeoPixel για ένα πιο διάχυτο φως. Διαφορετικά, θα δείτε τις μεμονωμένες λυχνίες LED στο δαχτυλίδι.

Βήμα 6: Διαμόρφωση του ακρυλικού

Αφού κόψετε το ακρυλικό, ήρθε η ώρα να το διαμορφώσετε και να του δώσετε μια τρισδιάστατη μορφή. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα πιστόλι θερμότητας, πιστολάκι μαλλιών ή ό, τι άλλο λειτουργεί πιο γρήγορα, όπως μια σόμπα αερίου. Να είστε προσεκτικοί όταν το ζεσταίνετε και να αγγίζετε πάντα τα ζεστά μέρη με μια πετσέτα. Μόλις αρχίσει να γίνεται εύπλαστο, διαμορφώστε το όπως θέλετε και περιμένετε μέχρι να κρυώσει και να στερεοποιηθεί ξανά.

Βήμα 7: Προσθήκη των ημιδιαφανών πετάλων

Τώρα ας κολλήσουμε τα διαυγή ακρυλικά πέταλα μέσα στις αντίστοιχες περικοπές. Εάν τα ακρυλικά πέταλα έχουν κάποια σημάδια καύσης στις άκρες, μπορείτε να τα τρίψετε με γυαλόχαρτο. Ανακατέψτε μερικά εποξειδικά δύο μέρη και εφαρμόστε προσεκτικά την κόλλα στις άκρες των πετάλων. Βοηθάει να κρατάτε τα κομμάτια με κάποια κολλητική ταινία ενώ τα τοποθετείτε μέσα στο πάνω κομμάτι.

Βήμα 8: Σχεδιάστε το φόρεμά σας

Στα επόμενα βήματα θα σχεδιάσουμε και θα ράψουμε το μαύρο δερμάτινο φόρεμα.

Ενώ δούλευα στο αρχείο Illustrator είχα ήδη μια πρόχειρη ιδέα για το σχέδιο. Αφού στύψω λίγο ύφασμα και το πάνω κομμάτι γύρω από το μανεκέν, βρήκα το σωστό μοτίβο: ένα φόρεμα με λαιμόκοψη με δύο βελάκια μπροστά και πίσω καθώς και μια διαχωριστική ραφή μέσης, μια τσέπη μπαταρίας στο πίσω μέρος και ένα αόρατο φερμουάρ μέσα στην αριστερή ραφή. Πριν κόψετε το ωραίο σας ύφασμα, αξίζει πάντα να ράψετε το φόρεμα με φθηνότερο ύφασμα (που ονομάζεται και μουσελίνα) πρώτα. Αυτό σας δίνει την ευκαιρία να προσαρμόσετε το μοτίβο και να κάνετε μικρές αλλαγές.

Βήμα 9: Ράψτε το φόρεμα

Τώρα εντοπίστε τα σχέδια και ράψτε το πραγματικό φόρεμα. Πρώτα ράψτε τα βελάκια μπροστά και πίσω από το φόρεμα. Στη συνέχεια, ράψτε τα δύο μπροστινά και δύο πίσω κομμάτια μαζί, καθώς και την επένδυση, το στήριγμα λαιμού και το αόρατο φερμουάρ. Στο τέλος, θα συνδέσουμε την τσέπη της μπαταρίας και τους ιμάντες (βήματα 10 και 11). Για άλλη μια φορά, χρησιμοποίησα τον κόφτη λέιζερ για να κόψω τους έξι ιμάντες υφάσματος. Δεν είναι απαραίτητο, αλλά σας δίνει πραγματικά καθαρές άκρες που ράβονται πιο εύκολα και κόβονται πολύ πιο γρήγορα!

Βήμα 10: Συνδέστε την πίσω τσέπη

Κόψτε ένα τετράγωνο από το πάνω ύφασμά σας και ράψτε μικρές λωρίδες Velcro στην αριστερή και δεξιά άκρη. Διπλώστε τις άκρες του Velcro και ράψτε τις στο εσωτερικό του τετραγώνου. Βρείτε μια καλή θέση για την τσέπη της μπαταρίας (κατά προτίμηση πάνω από τη ραφή της μέσης) και κολλήστε την στο φόρεμα. Ράψτε το κάτω μέρος της τσέπης στο φόρεμα καθώς και την αντίστοιχη ταινία Velcro στην αριστερή και δεξιά πλευρά.

Βήμα 11: Προετοιμάστε τις λωρίδες υφάσματος

Οι υφασμάτινες λωρίδες στο πίσω μέρος χρησιμοποιούνται για να συνδέσουν το πάνω κομμάτι με το φόρεμα και να κρύψουν όλα τα καλώδια που τρέχουν από την τσέπη της μπαταρίας στα LED στο μπροστινό μέρος. Πριν ράψετε τις μακριές άκρες μαζί, τοποθετήστε ένα ματάκι σε μία από τις λωρίδες. Αυτό θα δώσει στο φόρεμα μια πιο καθαρή εμφάνιση όταν πιέζετε τα καλώδια μέσα και έξω από τη λωρίδα. Στη συνέχεια προχωρήστε ράψτε τις σήραγγες και γυρίστε τις λωρίδες προς τα έξω. Είναι πιο εύκολο να χρησιμοποιήσετε τσιμπιδάκια.

Στο επόμενο βήμα, τροφοδοτήστε τρία μακριά καλώδια (αρκετά μακριά για να τρέχουν από την τσέπη της μπαταρίας έως τα LED στο μπροστινό μέρος) μέσω της λωρίδας οπών, οδηγώντας τα καλώδια μέσα από τη βίδα από τη σήραγγα. Σημειώστε κάθε σύρμα και στα δύο άκρα με κάποια ταινία, ώστε να ξέρετε ποιο είναι ποιο. Στη συνέχεια ράψτε τις λωρίδες στο πάνω κομμάτι όπως φαίνεται στις εικόνες.

Βήμα 12: Τελειώστε το κορυφαίο κομμάτι

Τώρα κολλήστε ένα από τα τρία καλώδιά σας στον πείρο GND (γείωση), ένα στον πείρο εισόδου δεδομένων και το τελευταίο σύρμα στον πείρο +5 V (ισχύς). Βεβαιωθείτε ότι γνωρίζετε ποιο σύρμα είναι κολλημένο σε ποια καρφίτσα, καθώς δεν μπορείτε να το εντοπίσετε πίσω μέσω του σωλήνα. Συγκολλήστε ένα θηλυκό βύσμα σε καθένα από τα τρία καλώδια. Μην ξεχάσετε να χρησιμοποιήσετε κάποια συρρίκνωση θερμότητας για να ασφαλίσετε τις συνδέσεις συγκόλλησης που σπάνε εύκολα. Με ένα πιστόλι θερμότητας ή εποξειδική κόλλα τους τρεις γαλακτώδεις ακρυλικούς κύκλους το ένα πάνω στο άλλο και περιμένετε μέχρι να στεγνώσουν. Στη συνέχεια, κεντράρετε τους κύκλους στο εσωτερικό των ακρυλικών πετάλων και κολλήστε τα μεταξύ τους. Αφού στεγνώσει η κόλλα, τοποθετήστε το δακτύλιο NeoPixel στο επάνω μέρος και εφαρμόστε κόλλα γύρω του. Μην ξεχάσετε να στερεώσετε τα καλώδια που περνούν γύρω από το δαχτυλίδι στο πίσω μέρος του κομματιού.

Βήμα 13: Ράψτε τις υφασμάτινες λωρίδες πάνω στο φόρεμα

Τώρα βάλτε το φόρεμα και το πάνω κομμάτι στο μανεκέν και καταλάβετε πού θέλετε να τοποθετήσετε τις λωρίδες. Ανοίξτε προσεκτικά τις ραφές στην επισημασμένη περιοχή καθώς και τις ραφές της μέσης πίσω από την τσάντα της μπαταρίας (επένδυση και επάνω στρώμα). Τώρα τροφοδοτήστε τις υφασμάτινες λωρίδες μέσω της επένδυσης και του επάνω στρώματος, ώστε οι λωρίδες να βγουν μέσα από τη ραφή της μέσης. Καρφιτσώστε τις λωρίδες με το επιθυμητό μήκος στη σωστή θέση και κλείστε προς το παρόν μόνο την πάνω ραφή.

Βήμα 14: Ενσωματώστε ηλεκτρόδια

Κόψτε τρία τετράγωνα από αγώγιμο ύφασμα. Η πρώτη εικόνα δείχνει πού πρέπει να τοποθετήσετε τα ηλεκτρόδια μέσα στο φόρεμα. Χρησιμοποίησα μια ζιγκ-ζαγκ βελονιά ράβοντας τα τετράγωνα πάνω στην επένδυση. Τα ηλεκτρόδια πρέπει να σπρώχνονται σφιχτά στο γυμνό δέρμα σας για να αυξήσουν τον καρδιακό παλμό σας. Διαφορετικά, το αγώγιμο ύφασμα δεν μπορεί να πάρει τα ηλεκτρικά σήματα που διαπερνούν το σώμα σας. Τώρα κολλήστε ένα σύρμα (προτείνω εύκαμπτο σύρμα πυριτίου) σε ένα κουμπί. Προετοιμάστε τρία σύρματα συνολικά, ένα για κάθε ηλεκτρόδιο. Ράψτε αυτά τα κουμπιά πίσω από την επένδυση με το αγώγιμο έμπλαστρο υφάσματος - μεταξύ επένδυσης και επάνω στρώματος. Είναι σημαντικό να χρησιμοποιείτε αγώγιμο σπείρωμα για τη σύνδεση των ηλεκτροδίων με το καλώδιο και αργότερα με τον μικροελεγκτή. Στη συνέχεια, καθοδηγήστε και τα τρία καλώδια μέσα από το φόρεμα μέχρι να βγείτε από το ανοιχτό σημείο στη ραφή της μέσης πίσω από τη λαβίδα της μπαταρίας. Για να προστατέψω λίγο τα καλώδια, τα έβαλα σε ένα μικρό κομμάτι υφασμάτινου σωλήνα που περίσσεψε ακριβώς εκεί που έραψα πάνω τους για να κλείσει η ανοιχτή ραφή μέσης. Κόψτε τα τρία σύρματα στο επιθυμητό μήκος και κολλήστε ένα θηλυκό καλώδιο σε κάθε άκρο. Αυτό είναι απαραίτητο για τη σύνδεση των ηλεκτροδίων με τον πίνακα παρακολούθησης ρυθμού Hart. Να θυμάστε ότι είναι σημαντικό να γνωρίζετε τι καλώδιο συνδέει σε ποιο ηλεκτρόδιο.

Μέχρι εδώ καλά. Το φόρεμα είναι σχεδόν έτοιμο.

Βήμα 15: Τροποποίηση και μεταφόρτωση του κώδικα

Τώρα ας επιστρέψουμε στο λογισμικό και το υλικό:

Αφού ρυθμίσετε το Photon και εγκαταστήσετε το Particle Dev (βήμα 3), κατεβάστε τον κωδικό παρακολούθησης καρδιακών παλμών. Εάν ανοίξετε το αρχείο, θα δείτε δύο φακέλους, έναν που ονομάζεται φωτόνιο και έναν άλλο που ονομάζεται επεξεργασία.

Προχωρήστε και ανοίξτε το Particle Dev και επιλέξτε Αρχείο> Άνοιγμα… στο αναπτυσσόμενο μενού. Μεταβείτε στον φάκελο φωτονίων και κάντε κλικ στο Άνοιγμα. Στην αριστερή πλευρά, κάντε κλικ στο WorkingPhotonHeartRateMonitor.ino για να ανοίξετε τον κώδικα. Τώρα αλλάξτε τους αριθμούς των LED που ορίζονται στον κώδικα στον αριθμό των LED που χρησιμοποιείτε στο έργο σας.

#ορίστε NUM_LEDS 24

Για το φόρεμα, χρησιμοποίησα 24 LED. Μπορείτε επίσης να αλλάξετε τον αριθμό για τις άλλες καρφίτσες εάν χρησιμοποιείτε διαφορετικές ακίδες. Το μικρό γράφημα σας δίνει μια επισκόπηση. Εάν θέλετε να αλλάξετε την καρφίτσα του κουμπιού λειτουργίας, κάντε κλικ στο αρχείο buttons.h και αλλάξτε τον αριθμό 6 στην καρφίτσα που χρησιμοποιείτε.

#define MODEBUTTON 6

Εάν θέλετε, μπορείτε να προσθέσετε ένα μικρό κουμπί ώθησης σε αυτήν την καρφίτσα για εναλλαγή μεταξύ της ζωντανής λειτουργίας και ορισμένων καταγεγραμμένων δεδομένων καρδιακού παλμού. Είναι ωραίο χαρακτηριστικό να έχεις αν το φόρεμα σε μανεκέν. Αφού συνδέσετε τα ηλεκτρόδια στο σώμα σας (στο επόμενο βήμα), μπορείτε απλά να ανοίξετε τη σειριακή οθόνη, να καταγράψετε τα δικά σας δεδομένα και να αντικαταστήσετε τους αριθμούς με τους χτύπους της καρδιάς σας στο αρχείο recordData.h.

Βήμα 16: Συναρμολογήστε το υλικό

Πριν από τη συγκόλληση όλων των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων σε ένα «Perma-Proto Half-sized Breadboard» χρησιμοποιήστε έναν κανονικό πίνακα για να δοκιμάσετε πρώτα τα ηλεκτρονικά σας. Συνδέστε την οθόνη καρδιακών παλμών, το κουμπί και τα LED με τις ακίδες φωτονίων που ορίζονται στον κώδικα. Κολλήστε τα ηλεκτρόδια στο σώμα σας όπως φαίνεται στην εικόνα, διασφαλίζοντας ότι τα ηλεκτρόδια ταιριάζουν με τους σωστούς πείρους. Τώρα μπορείτε να ανοίξετε τη σειριακή οθόνη φωτονίων και να λάβετε τα δεδομένα της καρδιάς σας μέσω του τοπικού WiFi.

Εάν θέλετε να δείτε το διάγραμμα EKG στην οθόνη σας, πρέπει να κατεβάσετε το Processing. Στην Επεξεργασία, ανοίξτε το σκίτσο στο φάκελο επεξεργασίας και εκτελέστε το σκίτσο κάνοντας κλικ στο βέλος στην αριστερή γωνία. Εάν όλα έχουν ρυθμιστεί σωστά, θα ανοίξει ένα παράθυρο και θα δείτε τη δραστηριότητα της καρδιάς σας. Βοηθάει στην κίνηση όσο το δυνατόν λιγότερο και χρειάζεται λίγος χρόνος έως ότου το βιο σήμα είναι αρκετά σταθερό για καθαρή απεικόνιση. Για περισσότερες πληροφορίες ή/και αντιμετώπιση προβλημάτων, ανατρέξτε στον Οδηγό παρακολούθησης καρδιακού ρυθμού του Sparkfun. Mightσως χρειαστεί να τροποποιήσετε τη γραμμή στο σκίτσο που περιέχει Serial.list () [3] και να αλλάξετε τον αριθμό σε οποιαδήποτε θύρα βρίσκεται η σειριακή οθόνη σας. Εάν δεν είστε σίγουροι για τον αριθμό, δοκιμάστε από το 0 έως το 6.

Βήμα 17: Solder Onto Perma-Proto

Για να συνδέσουμε τα προσαρμοσμένα ενσωματωμένα ηλεκτρόδια ηλεκτρονικού υφάσματος με τον πίνακα και όχι τα ογκώδη κολλώδη ηλεκτρόδια, κολλήστε μια κεφαλίδα σε κάθε καρφίτσα RA (δεξί χέρι), LA (αριστερό χέρι) και RL (δεξί πόδι) στον πίνακα.

Εάν όλα λειτουργούν, μπορείτε να κολλήσετε τα εξαρτήματα σε έναν πίνακα perma-proto. Ξεκίνησα με το φωτόνιο, στη συνέχεια τα καλώδια και στη συνέχεια το όργανο ελέγχου καρδιακών παλμών στο τέλος. Αντί να κολλήσω μόνιμα τα τρία καλώδια LED στον πίνακα, χρησιμοποίησα τρία αρσενικά καλώδια βραχυκυκλωτή (Data, VCC και GND) για να τα συνδέσω με τα καλώδια LED.

Μια τράπεζα ισχύος 5V ως τροφοδοτικό λειτουργεί τέλεια για το φωτόνιο επειδή είναι επαναφορτιζόμενη. Μπορείτε επίσης να το χρησιμοποιήσετε για τη φόρτιση άλλων ηλεκτρονικών συσκευών όπως το smartphone σας.

Βήμα 18: Συνδέστε τα καρδιακά σας σήματα στο IoT

Τώρα είστε έτοιμοι και μπορείτε να συνδέσετε την καρδιακή σας δραστηριότητα στο Διαδίκτυο των Πραγμάτων.

Σημειώστε ότι το φωτόνιο πρέπει πάντα να είναι συνδεδεμένο σε ασύρματο δίκτυο, διαφορετικά δεν θα σταματήσει η αναζήτηση και ο κώδικάς σας δεν θα εκτελεστεί. Σε μια μελλοντική ενημέρωση μπορώ να το βελτιώσω έτσι ώστε μια σύνδεση στο διαδίκτυο να είναι προαιρετική.

Αν έχετε απορίες, μη διστάσετε να τις ρωτήσετε. Ευτυχισμένη κατασκευή.

Δεύτερο βραβείο στον διαγωνισμό DIY Dress