Основен сензор за дишане на колана: 8 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:55

В света на биосензиите има много начини за измерване на дишането. Човек може да използва термистор за измерване на температурата около ноздрата, но може би отново не искате странно приспособление, привързано към носа ви. Човек може също да прикачи акселерометър към колан, който се движи нагоре и надолу, но обектът вероятно трябва да е легнал или да не се движи по друг начин. Докато този основен, гъвкав сензор за дишане с лентов колан има своите недостатъци (реакцията на сигнала не е толкова точна, колкото другите методи), това е добре, ако вашият субект просто иска да се привърже и да направи каквото иска, докато диша се измерва. Ето един пример за основен сензор за дишане, който е предназначен да живее вътре в гъвкав колан, който да обвързвате около гърдите. Когато въпросният гръден кош се разширява и свива чрез вдишване на въздух в белите дробове, съпротивлението на вградено парче разтеглив гумен шнур се променя. Използвайки само още няколко компонента, можем да преведем това в аналогов сигнал, прочетен на живо от вашия Arduino. Това става чрез магията на много съществената и лесна за изучаване схема на делителя на напрежение.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Преди да започнем, трябва да знаете, че непровереното и нестабилно биосензорно оборудване винаги съдържа риск от опасност! Моля, тествайте и създайте тази верига с източник на захранване от батерията- ще направя всичко, за да ви покажа как да направите тази схема, за да сте сигурни, че няма да пострадате, но не поемам отговорност за инциденти, които могат да възникнат. Използвайте здравия разум и винаги тествайте веригата си с мултицет, преди да привържете нещо към гърдите си.

Стъпка 1: КАКВО ЩЕ ИМАТЕ НУЖДА

1) Всеки микроконтролер с аналогов вход ще работи, но в този пример ще използвам Arduino Uno. Ако имате нужда от такъв, можете да го получите от Adafruit или Sparkfun.

2) Проводим гумен кабел. Този невероятен кабел ще действа като променлив резистор и ще се промени в съпротивлението, когато се разтегне или освободи. Предлага се от Adafruit или Robotshop има хубаво разнообразие от дължини с предварително прикрепени метални краища

3) Мултицет

4) LED

5) 1K резистор

6) Изтеглящ резистор (по-късно ще разберем каква е стойността на това!)

7) Тиксо

8) Перфоратор или ножица

9) Кабелни проводници

10) План

11) 2 клипа от алигатор

Моля, обърнете внимание, че както при всяко биосензорно оборудване, този проект е най -безопасен, ако вашият Arduino се захранва от батерии.

За да завършите този проект, може да се наложи също:

· Поялник и спойка

· Пистолет за горещо лепило

· Телчета

· Машина за сваляне на тел

· Помощни ръце

· Тиски, инструмент за кримпване или голям чифт клещи

· 2 или повече терминала за пръстени

Стъпка 2: Изрежете кабела и прикрепете проводящи клеми

Въпреки че можете да използвате всякаква дължина гумен шнур от 2”-8” за този експеримент, по-късите дължини на гумата са по-евтини и всъщност не се нуждаете от супер голямо количество, за да свършите работата. Ако сте закупили гума с голяма дължина, бих препоръчал да отрежете 4”дължина. Нарежете тази дължина и се пригответе да прикрепите проводящ край към двата края.

Вземете терминален съединител, като например един от тях, показан по -горе, и залепете единия край на проводящия гумен кабел в края на един от терминалните съединители и го свийте заедно. Можете да използвате или менгеме, или краищата на лентоотделящите ви устройства, за да направите това, но внимавайте да не смачкате терминала прекалено плътно, за да не щракнете или отрежете гумата! Ако все пак успеете да направите това и кабелът се прекъсне, просто опитайте отново с друг терминален конектор. Все още трябва да имате достатъчно дължина, за да постигнете този подвиг. Ако стане по -къс от 2”, вероятно трябва да опитате отново с нова дължина 4”. Не се притеснявайте, ще го получите! След като сте постигнали това от една страна, блестящо! Повторете от другата страна. Сега сте готови!

Сега имате проводящ гумен кабел с подходящ извод на всеки край. Нека измерим с обхват на обхвата на този кабел с мултицет.

Стъпка 3: Измерете съпротивлението си

Завъртете циферблата на вашия мултицет към омовия символ (Ω) и залепете както червения, така и черния край на вашия мултицет в двете страни на проводящия ви кабел.

Ако все още не сте сигурни как да използвате вашия мултицет, можете да се освежите с този урок от Lady Ada.

Въпреки че числото може да скочи малко, докато го измервате, тези числа ви дават представа колко е съпротивлението на кабела, когато той е в покой. Като направите най-доброто си предположение, запишете съпротивлението в покой на кабела си, след което го закръглете до най-близкото кратно на 10. (т.е.: 239 = 240, 183 = 180)

Сега, като внимавате да фиксирате мултицетните сонди на място с една ръка, използвайте другата си ръка, за да издърпате леко кабела нагоре. Можете да разтегнете тези неща само до около 50% -70% от първоначалната им дължина, така че не дърпайте прекалено силно! Наблюдавайте как са се променили стойностите на съпротивлението на вашия мултицет. Отпуснете се и повторете този процес няколко пъти, за да наблюдавате как съпротивлението преминава от минимума към максимума. Докато го разтягате, съпротивлението се увеличава, защото частиците в каучука се отдалечават по -далеч един от друг. След като силата се освободи, гумата ще се свие, въпреки че отнема минута или две, за да се върне към първоначалната си дължина. Поради тези физически ограничения този разтеглив кабел не е истински линеен сензор, така че не е невероятно прецизен, но има начини да се работи с това в конструкцията на вашия сензор. Разтегнете кабела още веднъж до максимума си и с всеки край на мултицетните сонди на място от двете страни на вашия гумен кабел запишете стойността на съпротивлението, закръглена още веднъж до най -близкото кратно на 10.

Стъпка 4: Формула на Axel Benz

Ще използваме проста верига за разделяне на напрежение, за да използваме променливото съпротивление на опънатия кабел като сензор за дишане. Ако искате да научите повече за схемите за разделяне на напрежение, това са основно няколко резистора последователно, които превръщат голямо напрежение в по -малко. В зависимост от стойностите на резисторите, които използвате, можете да изрежете 5V от вашия Arduino на по-големи или по-малки части от себе си с падащ резистор, което е полезно за аналогово четене. Ако искате да научите повече за математиката зад схемите за разделяне на напрежение, разгледайте отличния урок в Sparkfun.

Въпреки че знаем, че стойността на първия резистор във веригата (сензорът за разтягане) ще бъде в постоянен поток, ние трябва да използваме подходяща стойност на съпротивлението за падащия резистор, за да получим възможно най-хубав и разнообразен сигнал.

За да започнете, използвайте формулата Axel Benz:

Pull-Down-Resistor = квадратна основа (Rmin * Rmax)

Така че, ако минималната стойност на опънатия ви кабел е 130 ома, а максималната е 240 ома

Издърпващ се резистор = квадрат (130*240)

Издърпващ се резистор = квадрат (31200)

Издърпващ се резистор = 176.635217327

Така че сега трябва да разгледате колекцията си от резистори и да разберете кой е най-добрият ви резистор „засега“. Ако просто имате колекция от случайни битове и бобове, този резисторен цветен калкулатор може да бъде полезен за вас. Подходящият този резистор може да е наред, вероятно нямате перфектен резистор под ръка. Докато използвате веригата, може да откриете, че все пак трябва да я замените с друга, но това ще ви даде чудесен старт да започнете да играете.

Накрая закръглявам числото до най -близкото кратно на 10.

Издърпайте резистор = 180ohms

Стъпка 5: Подгответе вашата дъска за проектиране

С помощта на джъмперни проводници свържете 5 -пиновия щифт на Arduino към захранващата шина на вашата дъска и след това свържете щифт GND към заземяващата шина на вашата дъска.

Обичам да черпя 5V от Arduino, защото това гарантира, че няма да се притеснявате, че ще изпратите твърде много напрежение към аналоговите щифтове. Можете също да използвате 3v3 напрежение щифт, но аз намирам, че получавам по -добър сигнал от използването на 5v.

Свържете вашия резистор към земята.

Вземете и двете си алигаторни скоби и ги прикрепете към клемите от двете страни на разтегливия си кабел с променливо съпротивление. Прикрепете единия край на тези алигаторни скоби към 5v шината. Свържете другата алигаторна скоба към проводник в конфигурацията, показана на диаграмите.

Уверете се, че „другите“краища на вашия издърпващ резистор и проводящият ви опъващ кабел са свързани, сега свържете джъмпер проводник от аналогов щифт (нека използваме A0) към центъра на тези две свързващи точки.

Накрая, прикрепете светодиод с 1k резистор към щифт 9 на вашия Arduino.

Стъпка 6: Програмирайте вашия Arduino

Забележка: Току -що видях, че потребителите на GitHub Non0Mad са подобрили моя код! (Благодаря) Опитайте този код, ако предпочитате:

Ако предпочитате да опитате този, който направих, стартирайте приложената скица "RespSensorTest.ino" на вашия Arduino.

Внимавайте да не докоснете открития метал, вземете двете си алигаторни щипки и опънете ластика. Гледайте как светодиодът избледнява навътре и навън, докато се разтягате. Отворете серийния монитор и наблюдавайте промяната на аналоговото напрежение. Ако не сте доволни от избледняващите стойности или от вашите числа, можете да опитате няколко неща:

1) Опитайте да смените друга стойност на падащ резистор, подобна на последната, която сте използвали. Има ли положителна разлика? (Това е най -добрият начин да го направите)

2) Ако всичко, което наистина искате да направите, е да запалите светодиода, опитайте да потърсите с променливата scaleValue, за да видите дали можете да създадете по -добри диапазони по този начин. (Това може да е най -лесният начин да го направите)

След като сте доволни от вашите номера и светодиодна светлина, е време да създадете прототип на модел за носене около гърдите си! Изключете вашия Arduino и деактивирайте захранването на чертежа за следващата стъпка.

Стъпка 7: Направете прототипна дихателна лента

Най -бързият начин да направите прототипна лента е просто да закачите нещо заедно с тиксо. Вземете дълга лента от тиксо (около 30”-36” трябва да покрива повечето, но в крайна сметка това е само обиколката на гърдите ви) и я сгънете така, че лепкавите страни да се залепят за себе си. Пробийте дупки от двете страни на лентата ви, за да прилича на колан.

Използвайте винтове, за да закрепите клемите в перфорираните отвори, направени за вашия сензор, и здраво свържете дългото си парче тиксо в лента, която носите на гърдите си. Искате да се уверите, че вашият „колан“прилепва доста плътно към вас или към слънчевия сплит на вашия обект, но се уверете, че има достатъчно място за входящи вдишвания, за да разтегнете кабела.

И накрая, поставете отново алигаторните си скоби и включете всеки от джъмперите от края на проводящия опъващ кабел обратно на място в макета. Вече сме готови да тестваме прототипа!

Стъпка 8: Тествайте прототипа

Включете Arduino и стартирайте предишната скица. Как се справят тези аналогови стойности? Получавате ли хубава разделителна способност на данните с дишането си? Има ли светодиодът приятна вариация на светлината при вдишване и издишване? Ако не, опитайте да смените вашия резистор за близка стойност, за да видите дали стойностите, които четете, се подобряват.

Когато сте се спрели на идеалния издърпващ се резистор, радвайте се! Вашата верига е завършена, дишането ви се записва и светодиодът с удоволствие ще следва дъха ви.

В идеалния случай или вие, или някой друг, в крайна сметка ще шиете лента за вас от непроводима синтетична тъкан с малко разтежение в самата нея и колан с D-пръстен, за да се стегне. (Велкро е добре като закопчалка, но понякога е пълна бъркотия с дрехите и пуловерите.) Можете спокойно да шиете проводящия кабел в тази лента, всъщност кръговите клеми са чудесни за закрепване към плат. За нещо малко по-трайно от алигаторните клипове, може да искате просто да запоите няколко много дълги многожилни проводника към краищата на терминалните конектори и да ги прикрепите към вашата верига.