TfCD - AmbiHeart: 6 βήματα (με εικόνες)

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

Εισαγωγή

Η επίγνωση των ζωτικών λειτουργιών του σώματός μας μπορεί να βοηθήσει στην ανίχνευση προβλημάτων υγείας. Η τρέχουσα τεχνολογία παρέχει εργαλεία για τη μέτρηση του καρδιακού ρυθμού σε οικιακό περιβάλλον. Ως μέρος του κύριου μαθήματος Advanced Concept Design (υπο-μάθημα TfCD) στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Ντελφτ, δημιουργήσαμε μια συσκευή βιοανάδρασης.

Τι χρειάζεσαι?

1 Αισθητήρας παλμών

1 LED RGB

3 αντιστάσεις (220 Ohm)

Arduino Uno

Μπαταρία 9V

Breadboard

Τρισδιάστατα τυπωμένα περιβλήματα

Δυνατά σημεία

Η παρουσίαση μέτρησης με ανοιχτόχρωμο χρώμα είναι πιο απλή στην κατανόηση και την ερμηνεία από τους ακατέργαστους αριθμούς. Θα μπορούσε επίσης να γίνει φορητό. Η χρήση μικρότερου μικροελεγκτή και πλάκας ψωμιού θα επιτρέψει την αύξηση του μεγέθους του περιβλήματος. Ο κωδικός μας χρησιμοποιεί τις μέσες τιμές του καρδιακού ρυθμού, αλλά με μικρές αλλαγές στον κώδικα μπορείτε να προσαρμόσετε τα σχόλια σε πιο συγκεκριμένες τιμές για την ηλικιακή ομάδα και την κατάσταση της υγείας σας.

Αδυναμίες

Η κύρια αδυναμία είναι η απόκριση του αισθητήρα καρδιακών παλμών. Χρειάζεται λίγος χρόνος για τον εντοπισμό των καρδιακών παλμών και την εμφάνιση της επιθυμητής ανάδρασης. Αυτή η καθυστέρηση μπορεί μερικές φορές να είναι σημαντική και μπορεί να οδηγήσει σε λάθος απόδοση.

Βήμα 1: Προετοιμασία ηλεκτρονικών

Ο αισθητήρας καρδιακών παλμών βασίζεται στην αρχή της φωτοπληθυσμογραφίας. Μετρά την αλλαγή του όγκου αίματος μέσω οποιουδήποτε οργάνου του σώματος που προκαλεί αλλαγή στην ένταση του φωτός μέσω αυτού του οργάνου (αγγειακή περιοχή). Σε αυτό το έργο, ο χρόνος των παλμών είναι πιο σημαντικός. Η ροή του όγκου αίματος καθορίζεται από τον ρυθμό των παλμών της καρδιάς και δεδομένου ότι το φως απορροφάται από το αίμα, οι παλμοί σήματος είναι ισοδύναμοι με τον καρδιακό παλμό.

Πρώτον, ο αισθητήρας παλμών πρέπει να συνδεθεί στο Arduino για να ανιχνεύσει το BPM (παλμοί ανά λεπτό). Συνδέστε τον αισθητήρα παλμών στο A1. Το led στον πίνακα Arduino πρέπει να αναβοσβήνει συγχρονισμένα με την ανίχνευση BPM.

Δεύτερον, τοποθετήστε ένα LED RGB μαζί με 3 αντιστάσεις 220 Ohm συνδεδεμένες όπως φαίνεται στο σχηματικό διάγραμμα. συνδέστε την κόκκινη καρφίτσα στο 10, την πράσινη καρφίτσα στο 6 και την πράσινη καρφίτσα στο 9.

Βήμα 2: Προγραμματισμός

Χρησιμοποιήστε τη μέτρηση του καρδιακού ρυθμού για να σφυρίξετε το LED στην υπολογιζόμενη συχνότητα. Ο καρδιακός ρυθμός ανάπαυσης είναι περίπου 70 bpm για τους περισσότερους ανθρώπους. Αφού λειτουργήσει ένα LED, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα άλλο σβήσιμο με το IBI. Ένας φυσιολογικός καρδιακός ρυθμός ανάπαυσης για ενήλικες κυμαίνεται από 60 έως 100 παλμούς το λεπτό. Μπορείτε να κατηγοριοποιήσετε το BPM σε αυτό το εύρος ανάλογα με το αντικείμενο δοκιμής σας.

Εδώ θέλαμε να δοκιμάσουμε σε άτομα που ξεκουράζονται και έτσι κατηγοριοποιήσαμε το BPM πάνω και κάτω από αυτό το εύρος σε πέντε κατηγορίες ανάλογα

Ανησυχητικό (κάτω από 40) - (μπλε)

Προειδοποίηση (40 έως 60) - (κλίση από μπλε σε πράσινο)

Καλό (60 έως 100) - (πράσινο)

Προειδοποίηση (100 έως 120) - (κλίση από πράσινο σε κόκκινο)

Ανησυχητικό (πάνω από 120) - (κόκκινο)

Η λογική για την κατηγοριοποίηση του BPM σε αυτές τις κατηγορίες είναι:

εάν (BPM <40)

R = 0

G = 0

Β = 0

αν (40 <BPM <60)

R = 0

G = (((BPM-40)/20)*255)

B = (((60-BPM)/20)*255)

εάν (60 <BPM <100)

R = 0

G = 255

Β = 0

εάν (100 <BPM <120)

R = (((BPM-100)/20)*255)

G = (((120-BPM)/20)*255)

Β = 0

εάν (120 <BPM)

R = 255

G = 0

Β = 0

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την εφαρμογή επεξεργασίας Visualizer App για να επικυρώσετε τον αισθητήρα παλμών και να δείτε πώς αλλάζει το BPM και το IBI. Η χρήση του οπτικοποιητή χρειάζεται ειδικές βιβλιοθήκες, εάν πιστεύετε ότι το σειριακό σχέδιο δεν είναι χρήσιμο, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτό το πρόγραμμα, στο οποίο επεξεργάζεται τα δεδομένα BPM σε αναγνώσιμη είσοδο για το Visualizer.

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι μέτρησης του καρδιακού παλμού χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα παλμών χωρίς προφορτωμένες βιβλιοθήκες. Χρησιμοποιήσαμε την ακόλουθη λογική, η οποία χρησιμοποιήθηκε σε μία από παρόμοιες εφαρμογές, χρησιμοποιώντας πέντε παλμούς για τον υπολογισμό του καρδιακού παλμού.

Five_pusle_time = time2-time1;

Single_pulse_time = Five_pusle_time /5;

ποσοστό = 60000/ Single_pulse_time;

όπου ο χρόνος 1 είναι η πρώτη τιμή μετρητή παλμών

Το time2 είναι η τιμή του μετρητή παλμών λίστας

ο ρυθμός είναι ο τελικός καρδιακός ρυθμός.

Βήμα 3: Μοντελοποίηση και τρισδιάστατη εκτύπωση

Για την άνεση της μέτρησης και την ασφάλεια των ηλεκτρονικών, συνιστάται να φτιάξετε ένα περίβλημα. Επιπλέον, αποτρέπει βραχυκύκλωμα των εξαρτημάτων κατά τη χρήση. Σχεδιάσαμε ένα ανθεκτικό απλό σχήμα που ακολουθεί την οργανική αισθητική. Χωρίζεται σε δύο μέρη: κάτω με τρύπα για τον αισθητήρα παλμών και πλευρές συγκράτησης για Arduino και breadboard και ένα επάνω με έναν ελαφρύ οδηγό για να δώσει μια ωραία οπτική ανατροφοδότηση.

Βήμα 4: Ηλεκτρομηχανικό πρωτότυπο

Μόλις έχετε τα περιβλήματα έτοιμα, τοποθετήστε τον αισθητήρα παλμών στις πλευρές καθοδήγησης μπροστά από την οπή. Βεβαιωθείτε ότι το δάχτυλο φτάνει στον αισθητήρα και καλύπτει πλήρως την επιφάνεια. Για να ενισχύσετε το αποτέλεσμα της οπτικής ανάδρασης, καλύψτε την εσωτερική επιφάνεια του επάνω περιβλήματος με ένα αδιαφανές φιλμ (χρησιμοποιήσαμε φύλλο αλουμινίου) αφήνοντας έξω ένα άνοιγμα στη μέση. Θα περιορίσει το φως σε ένα συγκεκριμένο άνοιγμα. Αποσυνδέστε το Arduino από φορητό υπολογιστή και συνδέστε μια μπαταρία άνω των 5V (χρησιμοποιήσαμε εδώ 9V) για να το κάνετε φορητό. Τώρα τοποθετήστε όλα τα ηλεκτρονικά στο κάτω περίβλημα και κλείστε με το επάνω περίβλημα.

Βήμα 5: Δοκιμή και αντιμετώπιση προβλημάτων

Itsρθε η ώρα να διασταυρώσουμε τα αποτελέσματα! δεδομένου ότι ο αισθητήρας έχει τοποθετηθεί στο εσωτερικό του, λίγο πριν το άνοιγμα του περιβλήματος, θα μπορούσε να υπάρξει μικρή αλλαγή στην ευαισθησία του αισθητήρα. Βεβαιωθείτε ότι όλες οι άλλες συνδέσεις είναι άθικτες. Εάν φαίνεται να είναι κάτι λάθος, εδώ παρουσιάζουμε μερικές περιπτώσεις που θα σας βοηθήσουν να το αντιμετωπίσετε.

Τα πιθανά σφάλματα μπορεί να είναι είτε με είσοδο από αισθητήρα είτε με έξοδο για LED RGB. Για την αντιμετώπιση προβλημάτων με τον αισθητήρα, υπάρχουν μερικά πράγματα που πρέπει να προσέξετε. Εάν ο αισθητήρας ανιχνεύει BPM, θα πρέπει να υπάρχει ένα LED στην πλακέτα (L) αναβοσβήνει συγχρονισμένα με το BPM σας. Εάν δεν βλέπετε να αναβοσβήνει, ελέγξτε το τερματικό εισόδου στο A1. Εάν ο φωτισμός του αισθητήρα παλμού δεν ανάβει, πρέπει να ελέγξετε τους άλλους δύο ακροδέκτες (5V και GND). Ο σειριακός σχεδιαστής ή η σειριακή οθόνη θα μπορούσαν επίσης να σας βοηθήσουν να βεβαιωθείτε ότι ο αισθητήρας λειτουργεί.

Εάν δεν βλέπετε κανένα φως στο RGB, το πρώτο που πρέπει να ελέγξετε είναι το τερματικό εισόδου (A1) επειδή ο κώδικας λειτουργεί μόνο αν εντοπιστεί BPM. Εάν όλα από τους αισθητήρες φαίνονται καλά, αναζητήστε τα βραχυκυκλώματα που παραβλέπονται στο breadboard.

Βήμα 6: Δοκιμή χρήστη

Τώρα, όταν έχετε έτοιμο πρωτότυπο, μπορείτε να μετρήσετε τον καρδιακό σας ρυθμό για να λάβετε ελαφριά ανατροφοδότηση. Παρά τη λήψη πληροφοριών σχετικά με την υγεία σας, μπορείτε να παίξετε με διαφορετικά συναισθήματα και να ελέγξετε την απόκριση της συσκευής. Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί ως εργαλείο διαλογισμού.