Βασικός αισθητήρας αναπνοής ζωνών: 8 βήματα

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

Στον κόσμο της βιοαισθητοποίησης, υπάρχουν πολλοί τρόποι μέτρησης της αναπνοής. Κάποιος μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα θερμίστορ για να μετρήσει τη θερμοκρασία γύρω από το ρουθούνι, αλλά και πάλι ίσως να μην θέλετε μια περίεργη συσκευή να είναι κολλημένη στη μύτη σας. Κάποιος μπορεί επίσης να συνδέσει ένα επιταχυνσιόμετρο σε μια ζώνη που κινείται πάνω -κάτω, αλλά το θέμα πιθανότατα πρέπει να είναι ξαπλωμένο ή να μην κινείται διαφορετικά. Ενώ αυτός ο βασικός, ευέλικτος αισθητήρας αναπνοής ζωνών έχει τα μειονεκτήματά του (η απόκριση σήματος δεν είναι τόσο ακριβής όσο άλλες μέθοδοι), είναι καλό αν το θέμα σας θέλει απλά να δέσει και να κάνει ό, τι είναι αυτό που θέλει να κάνει ενώ αναπνέει μετριέται. Ακολουθεί ένα παράδειγμα βασικού αισθητήρα αναπνοής, ο οποίος προορίζεται να ζει μέσα σε μια εύκαμπτη ζώνη που μπορείτε να τη δέσετε γύρω από το στήθος. Όταν το εν λόγω στήθος διαστέλλεται και συστέλλεται εισπνέοντας αέρα στους πνεύμονες, η αντίσταση ενός ενσωματωμένου τεμαχίου ελαστικού ελαστικού κορδονιού αλλάζει. Χρησιμοποιώντας μόνο μερικά ακόμη στοιχεία, μπορούμε να το μεταφράσουμε σε ένα αναλογικό σήμα που διαβάζεται ζωντανά από το Arduino σας. Αυτό γίνεται μέσω της μαγείας του πολύ βασικού και εύχρηστου κυκλώματος διαχωριστή τάσης.

ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ: Πριν ξεκινήσουμε, πρέπει να γνωρίζετε ότι ο μη δοκιμασμένος και ασταθής εξοπλισμός βιοαισθητοποίησης περιέχει πάντα κίνδυνο! Δοκιμάστε και δημιουργήστε αυτό το κύκλωμα με πηγή ισχύος μπαταρίας- θα κάνω τα πάντα για να σας δείξω πώς να κάνετε αυτό το κύκλωμα για να βεβαιωθείτε ότι δεν θα πάθετε ζημιά, αλλά δεν αναλαμβάνω καμία ευθύνη για ατυχήματα που μπορεί να συμβούν. Χρησιμοποιήστε την κοινή λογική και δοκιμάστε πάντα το κύκλωμά σας με ένα πολύμετρο πριν δέσετε οτιδήποτε στο στήθος σας.

Βήμα 1: ΤΙ ΘΑ ΧΡΕΙΑΣΤΕ

1) Οποιοσδήποτε μικροελεγκτής με αναλογική είσοδο θα λειτουργήσει, αλλά σε αυτό το παράδειγμα θα χρησιμοποιήσω ένα Arduino Uno. Εάν χρειάζεστε ένα, μπορείτε να το προμηθευτείτε από το Adafruit ή το Sparkfun.

2) Αγώγιμο ελαστικό κορδόνι. Αυτό το καταπληκτικό καλώδιο θα λειτουργήσει ως μεταβλητή αντίσταση και θα αλλάξει στην αντίσταση καθώς τεντώνεται ή απελευθερώνεται. Διατίθεται από το Adafruit ή το Robotshop έχει μια ωραία ποικιλία μηκών με προσκολλημένες μεταλλικές απολήξεις

3) Ένα πολύμετρο

4) Ένα LED

5) Αντίσταση 1Κ

6) Μια πτυσσόμενη αντίσταση (θα καταλάβουμε ποια είναι η αξία αυτής αργότερα!)

7) Κολλητική ταινία

8) Ένα τρυπάνι ή ένα ψαλίδι

9) Καλώδια βραχυκυκλωτήρων

10) Μια σανίδα ψωμιού

11) 2 κλιπ αλιγάτορα

Λάβετε υπόψη ότι όπως και με όλους τους εξοπλισμούς βιοαισθητοποίησης, αυτό το έργο είναι το ασφαλέστερο εάν το Arduino τροφοδοτείται από μπαταρίες.

Για να ολοκληρώσετε αυτό το έργο μπορεί επίσης να χρειαστείτε:

· Συγκολλητικό σίδερο και συγκόλληση

· Πυροβόλο θερμής κόλλας

· Τσιμπήματα καλωδίων

· Απογυμνωτής καλωδίων

· Χέρια βοηθείας

· Vice, πτυσσόμενο εργαλείο ή μια μεγάλη πένσα

· 2 ή περισσότερα Ringed Crimp Terminals

Βήμα 2: Κόψτε το καλώδιο και συνδέστε τους αγώγιμους ακροδέκτες

Ενώ μπορείτε να χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε μήκος λαστιχένιου κορδονιού από 2 "-8" για αυτό το πείραμα, τα μικρότερα μήκη από καουτσούκ είναι φθηνότερα και δεν χρειάζεστε πραγματικά ένα πολύ μεγάλο ποσό για να ολοκληρώσετε τη δουλειά. Εάν αγοράσατε ένα μακρύ μήκος από καουτσούκ, τότε θα συνιστούσα να κόψετε ένα μήκος 4 ". Κόψτε αυτό το μήκος και ετοιμαστείτε να στερεώσετε ένα αγώγιμο άκρο και στα δύο άκρα.

Πάρτε έναν ακροδέκτη, όπως έναν από αυτούς που απεικονίζεται παραπάνω, και κολλήστε το ένα άκρο του αγώγιμου λαστιχένιου κορδονιού στο άκρο ενός από τους ακροδέκτες σας και σφίξτε το άκρο μαζί. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε είτε μια βίτσα είτε τα άκρα των απογυμνωτών σύρματος για να το κάνετε αυτό, αλλά προσέξτε να μην σπρώξετε τον ακροδέκτη πολύ σφιχτά για να μην σπάσετε ή κόψετε το καουτσούκ σας! Εάν καταφέρετε να το κάνετε αυτό και το καλώδιο κόβεται, δοκιμάστε ξανά με άλλη υποδοχή τερματικού. Θα πρέπει ακόμα να έχετε αρκετό μήκος για να επιτύχετε αυτό το κατόρθωμα. Εάν είναι μικρότερο από 2 ", μάλλον θα πρέπει να δοκιμάσετε ξανά με νέο μήκος 4". Μην ανησυχείτε, θα το πάρετε! Μόλις το έχετε καταφέρει από τη μία πλευρά, λαμπρό! Επαναλάβετε από την άλλη πλευρά. Τώρα τελειώσατε!

Τώρα έχετε ένα αγώγιμο ελαστικό κορδόνι με έναν κατάλληλο ακροδέκτη σε κάθε άκρο. Ας μετρήσουμε ποια είναι η εμβέλεια αυτού του καλωδίου με ένα πολύμετρο.

Βήμα 3: Μετρήστε την αντίστασή σας

Γυρίστε τον επιλογέα του πολύμετρου σας στο σύμβολο ohm (Ω) και κολλήστε τόσο το κόκκινο όσο και το μαύρο άκρο του πολύμετρου σε κάθε πλευρά του αγώγιμου καλωδίου σας.

Εάν δεν είστε σίγουροι πώς να χρησιμοποιήσετε το πολύμετρό σας, μπορείτε να ανανεωθείτε με αυτό το σεμινάριο από τη Lady Ada.

Παρόλο που ο αριθμός μπορεί να μεταπηδήσει λίγο ενώ τον μετράτε, αυτοί οι αριθμοί σας δίνουν μια ιδέα για το πόσο είναι η αντίσταση του καλωδίου όταν είναι σε ηρεμία. Λαμβάνοντας την καλύτερη δυνατή εικασία, γράψτε την αντίσταση κατά την ηρεμία του καλωδίου σας και, στη συνέχεια, στρογγυλοποιήστε το στο πλησιέστερο πολλαπλάσιο του 10 (π.χ.: 239 = 240, 183 = 180)

Τώρα, προσέχοντας να στερεώσετε τους ανιχνευτές πολύμετρου στη θέση τους με το ένα χέρι, χρησιμοποιήστε το άλλο σας χέρι για να τραβήξετε απαλά το κορδόνι. Μπορείτε να τεντώσετε μόνο αυτό το υλικό μέχρι να είναι περίπου 50% -70% του αρχικού του μήκους, οπότε μην το τραβάτε πολύ δυνατά! Παρατηρήστε πώς έχουν αλλάξει οι τιμές αντίστασης στο πολύμετρό σας. Αφήστε το και επαναλάβετε αυτή τη διαδικασία μερικές φορές για να δείτε την αντίσταση να πηγαίνει από το ελάχιστο στο μέγιστο. Καθώς το τεντώνετε, η αντίσταση αυξάνεται επειδή τα σωματίδια στο λάστιχο μετακινούνται πιο μακριά μεταξύ τους. Μόλις η δύναμη απελευθερωθεί, το λάστιχο θα συρρικνωθεί προς τα πίσω, αν και χρειάζεται ένα ή δύο λεπτά για να επιστρέψει στο αρχικό του μήκος. Λόγω αυτών των φυσικών περιορισμών, αυτό το ελαστικό καλώδιο δεν είναι ένας πραγματικός γραμμικός αισθητήρας, επομένως δεν είναι εκπληκτικά ακριβής, αλλά υπάρχουν τρόποι να το δουλέψετε στην κατασκευή του αισθητήρα σας. Τεντώστε το καλώδιο για άλλη μια φορά στο μέγιστο και με κάθε άκρο των ανιχνευτών πολύμετρου στη θέση του και στις δύο πλευρές του λαστιχένιου καλωδίου σας, γράψτε την τιμή αντίστασης, στρογγυλοποιημένη για άλλη μια φορά στο πλησιέστερο πολλαπλάσιο του 10.

Βήμα 4: Τύπος Axel Benz

Θα χρησιμοποιήσουμε ένα απλό κύκλωμα διαίρεσης τάσης για να χρησιμοποιήσουμε τη μεταβλητή αντίσταση του κορδονιού ως αισθητήρα αναπνοής. Εάν θέλετε να μάθετε περισσότερα για τα κυκλώματα διαίρεσης τάσης, είναι βασικά μερικές αντιστάσεις σε σειρά που μετατρέπουν μια μεγάλη τάση σε μικρότερη. Ανάλογα με τις τιμές των αντιστάσεων που χρησιμοποιείτε, μπορείτε να κόψετε τα 5V από το Arduino σας σε μεγαλύτερες ή μικρότερες μερίδες του ίδιου με μια πτυσσόμενη αντίσταση, η οποία είναι χρήσιμη για την Αναλογική Ανάγνωση. Αν θέλετε να μάθετε περισσότερα για τα μαθηματικά πίσω από τα κυκλώματα διαίρεσης τάσης, ρίξτε μια ματιά στο εξαιρετικό σεμινάριο στο Sparkfun.

Ενώ γνωρίζουμε ότι η τιμή της πρώτης αντίστασης στο κύκλωμα (ο αισθητήρας τάνυσης) θα είναι σε συνεχή ροή, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε μια κατάλληλη τιμή αντίστασης για την αντίσταση πτυσσόμενης αντίστασης για να έχουμε όσο το δυνατόν πιο ωραίο και ποικίλο σήμα Το

Για να ξεκινήσετε, χρησιμοποιήστε τον τύπο Axel Benz:

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

Έτσι, εάν η ελάχιστη τιμή του κορδονιού σας είναι 130ohms και η μέγιστη είναι 240ohms

Pull-Down Resistor = τετράγωνο (130*240)

Pull-Down Resistor = squareroot (31200)

Αντίσταση Pull-Down = 176.635217327

Έτσι, τώρα θα πρέπει να κοιτάξετε τη συλλογή αντιστάσεων και να καταλάβετε ποια είναι η καλύτερη αντίστασή σας "προς το παρόν". Εάν έχετε απλώς μια συλλογή τυχαίων bits και bobs, αυτός ο υπολογιστής ζώνης χρώματος αντίστασης μπορεί να σας βοηθήσει. Η τοποθέτηση αυτής της αντίστασης μπορεί να είναι εντάξει, πιθανότατα δεν έχετε την τέλεια αντίσταση στο χέρι. Ενώ χρησιμοποιείτε το κύκλωμα, μπορεί να διαπιστώσετε ότι πρέπει να το αλλάξετε με άλλο έτσι κι αλλιώς, αλλά αυτό θα σας δώσει μια καλή αρχή για να ξεκινήσετε να παίζετε.

Τέλος, στρογγυλοποιώ τον αριθμό στο πλησιέστερο πολλαπλάσιο του 10.

Τραβήξτε την αντίσταση προς τα κάτω = 180ohms

Βήμα 5: Προετοιμάστε το Breadboard σας

Χρησιμοποιώντας καλώδια βραχυκυκλωτήρων, συνδέστε τον πείρο 5v του Arduino στη ράγα τροφοδοσίας στο breadboard σας και, στη συνέχεια, συνδέστε έναν πείρο GND στη ράγα γείωσης της σανίδας σας.

Μου αρέσει να αντλώ 5V από το Arduino επειδή αυτό διασφαλίζει ότι δεν χρειάζεται να ανησυχείτε για την αποστολή υπερβολικής τάσης στις αναλογικές ακίδες. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε τον ακροδέκτη τάσης 3v3, αλλά διαπιστώνω ότι παίρνω καλύτερο σήμα από τη χρήση 5v.

Συνδέστε την πτυσσόμενη αντίσταση στη γείωση.

Πάρτε και τα δύο κλιπ αλιγάτορα και στερεώστε τα στους ακροδέκτες και στις δύο πλευρές του ελαστικού καλωδίου μεταβλητής αντίστασης. Συνδέστε το ένα άκρο αυτών των συνδετήρων αλιγάτορα στη ράγα 5v. Συνδέστε το άλλο κλιπ αλιγάτορα σε ένα καλώδιο στη διαμόρφωση που παρουσιάζεται στα διαγράμματα.

Βεβαιωθείτε ότι τα «άλλα» άκρα της πτυσσόμενης αντίστασης και το αγώγιμο καλώδιο τέντωσης είναι συνδεδεμένα, τώρα συνδέστε ένα καλώδιο βραχυκυκλωτήρα από έναν αναλογικό πείρο (ας χρησιμοποιήσουμε το Α0) στο κέντρο αυτών των δύο σημείων σύνδεσης.

Τέλος, συνδέστε ένα LED με αντίσταση 1k στην καρφίτσα 9 του Arduino σας.

Βήμα 6: Προγραμματίστε το Arduino σας

Σημείωση: Μόλις είδα ότι οι χρήστες του GitHub Non0Mad έχουν βελτιώσει τον κωδικό μου! (Ευχαριστώ) Δοκιμάστε αυτόν τον κωδικό αν προτιμάτε:

Αν προτιμάτε να δοκιμάσετε αυτό που έφτιαξα, εκτελέστε το συνημμένο σκίτσο "RespSensorTest.ino" στο Arduino σας.

Προσέχοντας να μην αγγίξετε το εκτεθειμένο μέταλλο, σηκώστε τα δύο κλιπ αλιγάτορα και τεντώστε το λαστιχάκι. Παρακολουθήστε το LED να σβήνει μέσα και έξω καθώς τεντώνεστε. Ανοίξτε τη Σειριακή σας οθόνη και παρακολουθήστε την αναλογική αλλαγή τάσης. Εάν δεν είστε ικανοποιημένοι με τις τιμές που ξεθωριάζουν ή τους αριθμούς σας, μπορείτε να δοκιμάσετε μερικά πράγματα:

1) Δοκιμάστε να αντικαταστήσετε μια άλλη τιμή αντίστασης που είναι παρόμοια με την τελευταία που χρησιμοποιήσατε. Κάνει θετική διαφορά; (Αυτός είναι ο καλύτερος τρόπος για να το κάνετε)

2) Εάν το μόνο που θέλετε πραγματικά να κάνετε είναι να ανάψετε το LED, δοκιμάστε να μπλέξετε με τη μεταβλητή scaleValue για να δείτε αν μπορείτε να παράγετε καλύτερα εύρη με αυτόν τον τρόπο. (Αυτός μπορεί να είναι ο ευκολότερος τρόπος για να το κάνετε)

Μόλις είστε αρκετά ευχαριστημένοι με τους αριθμούς σας και τη λάμψη LED, ήρθε η ώρα να δημιουργήσετε ένα πρωτότυπο μοντέλο για να φορέσετε στο στήθος σας! Απενεργοποιήστε το Arduino και απενεργοποιήστε την τροφοδοσία στο breadboard για το επόμενο βήμα.

Βήμα 7: Φτιάξτε ένα πρωτότυπο συγκρότημα αναπνοής

Ο γρηγορότερος τρόπος για να φτιάξετε ένα πρωτότυπο συγκρότημα είναι να συνδυάσετε κάτι μαζί με κολλητική ταινία. Πάρτε μια μακριά λωρίδα κολλητικής ταινίας (περίπου 30 "-36" θα πρέπει να καλύπτει τα περισσότερα, αλλά τελικά αυτή είναι μόνο η περιφέρεια του στήθους σας) και διπλώστε την ώστε οι κολλώδεις πλευρές να κολλήσουν στον εαυτό τους. Τρυπήστε τρύπες και στις δύο πλευρές της ταινίας σας, έτσι ώστε να μοιάζει με ζώνη.

Χρησιμοποιήστε βίδες για να ασφαλίσετε τους ακροδέκτες στις τρύπες που δημιουργήσατε για τον αισθητήρα σας και συνδέστε άψογα το μακρύ κομμάτι κολλητικής ταινίας σας σε ένα βρόχο που φοράτε στο στήθος σας. Θέλετε να βεβαιωθείτε ότι η «ζώνη» σας ταιριάζει αρκετά καλά σε εσάς ή στο ηλιακό πλέγμα του υποκειμένου σας, αλλά βεβαιωθείτε ότι υπάρχει αρκετός χώρος για εισερχόμενες αναπνοές για να τεντώσετε το κορδόνι.

Τέλος, επανατοποθετήστε τους συνδετήρες αλιγάτορα και συνδέστε κάθε έναν από τους βραχυκυκλωτήρες από το άκρο του αγώγιμου κορδονιού στη θέση του στη σανίδα ψωμιού. Είμαστε τώρα έτοιμοι να δοκιμάσουμε το πρωτότυπο!

Βήμα 8: Δοκιμάστε το πρωτότυπο

Ενεργοποιήστε το Arduino και εκτελέστε το προηγούμενο sketchagain. Πώς είναι αυτές οι αναλογικές τιμές; Λαμβάνετε μια ωραία ανάλυση δεδομένων με τις αναπνοές σας; Έχει το LED μια ωραία διακύμανση φωτός καθώς εισπνέετε και εκπνέετε; Εάν όχι, δοκιμάστε να αλλάξετε την πτυσσόμενη αντίσταση με μια κοντινή τιμή για να δείτε αν οι τιμές που διαβάζετε βελτιώνονται.

Όταν εγκατασταθείτε στην ιδανική αντίσταση πτώσης, χαίρεστε! Το κύκλωμά σας ολοκληρώθηκε, η αναπνοή σας καταγράφεται και το LED θα ακολουθήσει με χαρά την αναπνοή σας.

Στην ιδανική περίπτωση είτε εσείς είτε κάποιος άλλος θα σας ράψει τελικά μια μπάντα από μη αγώγιμο συνθετικό ύφασμα με λίγο τέντωμα μέσα του και μια ζώνη D-Ring για να σφίξετε. (Το Velcro είναι εντάξει ως σύνδεσμος, αλλά είναι εντελώς χάος με ρούχα και πουλόβερ μερικές φορές.) Μπορείτε να ράψετε με ασφάλεια το αγώγιμο κορδόνι σε αυτήν τη ζώνη, στην πραγματικότητα οι κυκλικοί ακροδέκτες είναι υπέροχοι για να στερεωθούν σε ένα ύφασμα. Για κάτι λίγο πιο μόνιμο από τα κλιπ αλιγάτορα, μπορεί να θέλετε να κολλήσετε απλά μερικά πολύ μακριά πολύκλωνα καλώδια στα άκρα των ακροδεκτών και να τα συνδέσετε στο κύκλωμά σας.