Naglavni trak za bralnik spanja: 24 korakov (s slikami)

2025 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2025-01-23 15:09

Ste se kdaj vprašali, kako spite ponoči? Naprave, kot je FitBit, spremljajo spanje tako, da analizirajo vaše gibanje vso noč, vendar ne morejo pogledati, kaj počnejo vaši možgani.

Po semestru učenja o medicinskih instrumentih je naš razred imel nalogo, da ustvari nosljivo napravo za merjenje neke biološke spremenljivke. S partnerjem sva se odločila, da bova razvila trak za glavo, ki bo pregledal, kaj počnejo vaši možgani med spanjem. Naglavni trak bere signale možganskih valov za spremljanje vzorcev spanja. Določa, kako možganski valovi uporabnika napredujejo skozi faze alfa, beta, gama in delte ponoči. Podatke je mogoče nato izvoziti in analizirati v Excelu.

Smo omenili tudi njegovo elegantno?

Korak: Materiali in orodja

Za izdelavo traku za branje čitalca spanja boste potrebovali naslednje materiale:

1. Naglavni trak (za ta projekt je bil uporabljen naglavni trak HOTER Sportline)
2. Mikrokontroler Adafruit Flora
3. Modul LE Flora Wearable Bluefruit
4. Flora RGB Neo Pixel LED
5. Posnetki
6. Prevodna nit
7. Žice
8. Nit
9. Baterija
10. Bitalino EEG s kablom UC-E6 in 3-žilnim elektrodnim kablom
11. Tkanina
12. Elastični trak

Pri izdelavi naglavnega traku vam bodo pomagala naslednja orodja:

1. Šivalni zatič
2. Škarje
3. Odstranjevalci žice
4. Spajkalnik in polnilna kovina

2. korak: Priprava

Preden sestavite trak za glavo za bralnik spanja, si vzemite nekaj časa, da spoznate možganske valove in nekaj osnovnih vezij. V možganih posebne celice, znane kot nevroni, organizirajo različne dejavnosti v telesu. Ti nevroni vodijo predstavo tako, da pošiljajo majhne električne signale v obliki valov. Znano je, da možgani proizvajajo štiri različne vrste valov - alfa, beta, theta in delta. Ti valovi se razlikujejo po določenih frekvenčnih območjih in vsak obseg ustreza določenim stopnjam duševne aktivnosti. Vaš trak za glavo bo uporabil napravo, imenovano elektroencefalogram ali EEG, za identifikacijo teh valov, kot jih vaši možgani proizvajajo med spanjem.

Če želite narediti bralnik spanja, morate na trak za glavo priključiti nekaj naprav. Glavne naprave so mikroprocesor, ki je mali računalnik; modul Bluetooth, ki je čip, ki omogoča, da trak za glavo komunicira z vašim računalnikom; NeoPixel, ki spreminja barvo svetlobe; EEG; in baterijo.

Celoten sistem je zgrajen tako, da vsako napravo povežete na določenih lokacijah prek prevodnega navoja. Če niste imeli izkušenj z uporabo teh niti, je tukaj na voljo vadnica. Niti so vezane v zaskočke, ki omogočajo enostavno pritrditev in odstranitev mikroprocesorja Flora in modula bluetooth. En konec snapa bo šel v tkanino, drugi pa na električno napravo. Vadnica za izvajanje teh posnetkov je na voljo tukaj.

Ko je sistem zgrajen, mu je treba priložiti kodo. Ta projekt posebej uporablja kodo Arduino. Če se želite seznaniti s kodo Arduino, je https://www.arduino.cc polno uporabnih vaj. Če želite implementirati kodo, uporabljeno za ta projekt, boste morali prenesti aplikacijo Arduino na https://www.arduino.cc/en/Main/Software. To bo treba dopolniti s ploščo Flora, ki je na voljo tukaj. Če želite razširiti zmogljivosti svojega mikroprocesorja, boste morali prenesti tudi nekaj drugih knjižnic; to lahko storite na spletnem mestu www.github.com. Potrebne knjižnice so:

• Hitra Fourierjeva transformacija (FFT)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Adafruit NeoPixel

Nazadnje prenesite aplikacijo Adafruit Bluefruit LE Connect na pametni telefon za uporabo z naglavnim trakom.

3. korak: Varnost

Človeško telo lahko prenese le omejeno izpostavljenost elektriki, zato je pri uporabi elektronskih naprav potrebna ustrezna nega. Glavno načelo električne varnosti je preprečiti, da bi vaše telo prehajalo skozi električni tok v električnem tokokrogu. Nekaj splošnih praks, da bi se temu izognili, je:

• Dotikajte se samo žic in drugih kovinskih vezij, ko je napajanje izklopljeno
• Uporabljajte orodja z izoliranimi ročaji
• Pri gradnji kroga poskušajte zadržati vodo stran od delovnega območja
• Poskusite delati z eno roko namesto z dvema, kolikor je mogoče, da zmanjšate tveganje električnega toka, ki teče skozi vaše srce

Pri gradnji vezja morate biti pozorni tudi na to, da lahko električni tok vname vnetljive materiale, zato morate zagotoviti, da so žice v tokokrogu popolnoma povezane. V nasprotnem primeru bi lahko prižgali lase ali naglavni trak.

Opozorilo: Ta naglavni trak ni certificiran medicinski pripomoček in ga ne smete uporabljati za diagnozo nevroloških stanj.

4. korak: Namigi in nasveti

Tukaj je nekaj nasvetov, ki si jih morate zapomniti pri izdelavi naglavnega traku za bralce spanja:

• Ko jih povežete, se prepričajte, da se konci prevodnega navoja ne dotikajo

• Če vrata, ko priključite mikro krmilnik na Arduino, niso na voljo v Arduinu, naredite naslednje, da naložite kodo:

  1. Ko je mikro krmilnik priključen, naložite kodo, medtem ko držite gumb za ponastavitev na mikrokrmilniku
  2. Ko vrstica stanja preide iz zbiranja v nalaganje, spustite gumb za ponastavitev
  3. Koda bi se morala naložiti in vrata bi morala biti zdaj prepoznana
• Pri spajkanju na sponke se izogibajte spajkanju dveh nožic skupaj, da ne pride do kratkega stika. Z multimetrom lahko preizkusite, ali je med zatiči vzpostavljena povezava ali ne
• Ko nosite trak za glavo, poskrbite, da ostanejo povezani
• Prepričajte se, da je modul bluetooth v podatkovnem načinu in ne v ukaznem
• Ko bo trak za glavo izdelan, boste želeli zagotoviti njegovo učinkovito delovanje! Če želite doseči dober signal, poskrbite, da imate čist stik med elektrodama in čelom, tako da obrišete prah, ohlapne niti, lase ali druge motnje.

5. korak: Začnite graditi svoj krog

Zdaj, ko ste bili opremljeni z nekaj osnovnega znanja in varnostnimi postopki, ste pripravljeni na izdelavo urnega traku za glavo. Pazljivo preberite naslednja navodila in opazite komentarje na slikah z nadaljnjimi navodili.

Korak 6: Shema vezja

Zgornji diagram vezja prikazuje povezave v zaključenem vezju. Ta diagram vezja uporabite kot referenco, da se prepričate, da je vezje pravilno ožičeno.

Korak 7: Spajkajte v mikroprocesor Flora

Če v koraku »Priprava« niste preverili povezave do vadnice o uporabi snapov, jo preverite zdaj. Na tej točki boste posnetke povezali z mikroprocesorjem in modulom bluetooth. Tega dela ne želite pokvariti, saj lahko grdo spajkanje pokvari vaše vezje.

Mikroprocesor potrebuje zaskočke na naslednjih zatičih:

• Vsi 3 ozemljitveni (GND) zatiči
• Oba napajalna zatiča 3.3V
• SCL #3
• RX #0
• TX #1
• Digitalni pin #9

Korak 8: Spajkajte v modul Bluetooth

Za modul bluetooth bodo potrebni posnetki na teh zatičih:

• Napajanje 3.3V
• TX
• RX
• GND

9. korak: Zašite snaps v tkanino za mikroprocesor Flora

Zdaj lahko drugi konec zatičev prišijete na tkanino. Za pravilno postavitev teh posnetkov uporabite modul Bluetooth in mikroprocesor s priloženimi posnetki!

10. korak: Zašite zaskoke v tkanino za modul Bluetooth

Zdaj prišijete sponke za Bluetooth.

11. korak: Modul Bluetooth povežite z mikroprocesorjem Flora

Nato modul Bluetooth povežite z mikroprocesorjem Flora tako, da med vsako zaponko prišijete prevodno nit. Potrebni so naslednji pin priključki:

1. Bluetooth 3.3V na mikroprocesor 3.3V
2. Bluetooth TX na mikroprocesor RX #0
3. Bluetooth RX na mikroprocesor TX #1
4. Bluetooth GND v mikroprocesor GND

Korak: Priključite Neo Pixel na mikroprocesor Flora

Neo Pixel povežite z mikroprocesorjem na naslednji način:

1. NeoPixel LED vhod v mikroprocesorski digitalni pin #9
2. NeoPixel ozemljitev na ozemljitev mikroprocesorja
3. Napajanje NeoPixel za napajanje mikroprocesorja

Korak: Priključite baterijski paket na mikroprocesor Flora

Ta del je nekako pomemben; Morda boste potrebovali vir energije, da bo vse delovalo!

Korak 14: Zgradite kabel EEG

Ta kabel je izdelan iz čipa EEG, 3-žilnega kabla elektrode in kabla UC-E6. Čip EEG mora biti pravilno poravnan, tako da je konec, na katerem piše "EEG", priključen na kabel elektrode, kot je prikazano na zgornji sliki.

Korak: Priključite EEG na mikroprocesor Flora

Priključite kabel EEG na mikroprocesor Flora. Zgornja slika je označena z navodili, ki prikazujejo ustrezne točke za povezavo žic. Izvedene bodo naslednje povezave:

1. Rdeča žica za napajanje
2. Črna žica na ozemljitev
3. Vijolična žica do SCL #3

Korak 16: Vstavite elektrode v trak za glavo

Elektrode prišijemo v notranjost naglavnega traku. Prepričajte se, da so elektrode nameščene v pravilnem položaju. Če pogledamo notranjost traku za glavo, naj bo rdeča elektroda na levi, bela elektroda na sredini, črna pa na desni.

Korak 17: Prišite krpo in trak na trak za glavo

Zdaj ste končali trak za glavo! Woohoo!

18. korak: Naložite kodo

Zdaj lahko to kodo naložite na trak za glavo in ji tako omogočite branje misli!

Korak 19: Povežite trak za glavo s telefonom

Odprite aplikacijo Adafruit Bluefruit LE Connect in telefon povežite s seboj Adafruit Bluefruit LE.

20. korak: Namestite naglavni trak in zbirajte podatke

Zdaj si lahko nadenete trak za glavo in ga preizkusite! V aplikaciji Adafruit Bluefruit LE Connect lahko izberete »UART«, če si želite ogledati podatke, ko so vneseni.

21. korak: Izvozite podatke iz telefona v računalnik

Ko so podatki zbrani, jih lahko izvozite v več oblikah datotek. Priporočamo, da ga izvozite kot datoteko.txt za analizo v Excelu.

Korak: Analiza podatkov

Tukaj je primer vrste grafa, ki ga lahko naredite za vizualizacijo in interpretacijo podatkov s traku za glavo. Razponi delta, theta, alpha in beta so označeni, da pokažemo, v kateri obseg spada vsaka točka.

23. korak: Nadaljnje ideje

Ko dokončate naglavni trak za bralnik spanja, raziščite nekaj sprememb oblikovanja. Morda poskusite spremeniti kodo, da samodejno zbere podatke in ustvari poročilo, ki ocenjuje vzorce spanja uporabnika. Lahko pa priključite uro v realnem času za spremljanje točnega časa ponoči, ko uporabnik zaspi, napreduje skozi globok spanec in REM spanec ter se zbudi. Morda vas zanima snemanje pogovora v spanju, v tem primeru lahko vključite snemalnik zvoka, ki se vklopi, ko uporabnik zadene spanje REM. Možnosti je neskončno!

24. korak: Prepoznavanje

Del kode za pretvorbo Fourierja za ta projekt je uporabil kodo, objavljeno na tej strani pri Norwegian Creations. Del kode NeoPixel se sklicuje tudi na primere, ki jih ponuja Adafruit.