Osnovni senzor dihanja s pasom: 8 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:08

V svetu biosenzibilnosti obstaja veliko načinov za merjenje dihanja. Za merjenje temperature okoli nosnice lahko uporabite termistor, vendar morda spet ne želite čudnega pripomočka, pritrjenega na nos. Merilnik pospeška lahko pritrdite tudi na pas, ki se premika navzgor in navzdol, vendar mora subjekt verjetno ležati ali se drugače ne premikati. Čeprav ima ta osnovni, fleksibilni senzor za dihanje s pasom svoje pomanjkljivosti (odziv signala ni tako natančen kot druge metode), je dobro, če se vaš subjekt samo pripne in naredi, kar hoče, medtem ko diha se meri. Tu je primer osnovnega senzorja za dihanje, ki naj bi živel znotraj fleksibilnega pasu, ki ga pripnete okoli prsnega koša. Ko se zadevni prsni koš razširi in skrči z vdihavanjem zraka v pljuča, se upor vgrajenega kosa raztegljive gumijaste vrvice spremeni. Z uporabo le nekaj več komponent lahko to prevedemo v analogni signal, ki ga vaš Arduino prebere v živo. To se naredi s pomočjo magije zelo bistvenega in enostavnega za učenje vezja delilnika napetosti.

OPOZORILO: Preden začnemo, morate vedeti, da nepreizkušena in nestabilna oprema za biosenzorstvo vedno vsebuje nevarnost! Preizkusite in ustvarite to vezje z virom energije akumulatorja- naredil bom vse, da vam pokažem, kako narediti to vezje, da ne boste poškodovani, vendar ne prevzemam odgovornosti za nesreče, ki se lahko zgodijo. Uporabite razum in vedno vezje preizkusite z multimetrom, preden kaj pripnete na prsi.

1. korak: KAJ POTREBUJETE

1) Vsak mikrokrmilnik z analognim vhodom bo deloval, vendar bom v tem primeru uporabil Arduino Uno. Če ga potrebujete, ga lahko dobite pri Adafruit ali Sparkfun.

2) prevodni gumijasti kabel. Ta neverjeten kabel bo deloval kot spremenljiv upor in se bo med raztezanjem ali sproščanjem spremenil upor. Na voljo pri Adafruit ali Robotshop ima lepo izbiro dolžin s predhodno pritrjenimi kovinskimi konci

3) Multimeter

4) LED

5) 1K upor

6) Spustni upor (kasneje bomo ugotovili, kakšna je vrednost tega!)

7) Lepilni trak

8) Luknjač ali škarje

9) Mostične žice

10) Skica

11) 2 zaponki iz aligatorja

Upoštevajte, da je ta projekt, tako kot pri vseh biosenzorskih napravah, najvarnejši, če se vaš Arduino napaja iz baterij.

Za dokončanje tega projekta boste morda potrebovali tudi:

· Spajkalnik in spajkanje

· Pištola za vroče lepilo

· Odseki žice

· Odstranjevalec žice

· Roke za pomoč

· Primež, orodje za stiskanje ali velik par klešč

· 2 ali več terminalov z obročastim stiskanjem

2. korak: Odrežite kabel in pritrdite prevodne sponke

Čeprav lahko za ta poskus uporabite katero koli dolžino gumijaste vrvice od 2”do 8”, so krajše dolžine gume cenejše in za delo dejansko ne potrebujete velike količine. Če ste kupili gumo dolge dolžine, priporočam rezanje dolžine 4 palcev. Prerežite to dolžino in se pripravite, da na oba konca pritrdite prevodni konec.

Vzemite priključni priključek, kot je eden od njih na zgornji sliki, in en konec prevodnega gumijastega kabla prilepite v konec enega od priključkov ter konec stisnite skupaj. Za to lahko uporabite primež ali konce odstranjevalcev žic, vendar pazite, da terminala ne stisnete preveč tesno, da ne bi zaskočili ali prerezali gume! Če vam to uspe in se kabel prekine, poskusite znova z drugim priključkom. Za dosego tega podviga bi morali imeti še dovolj dolžine. Če postane krajši od 2 ", najbrž poskusite znova z novo 4" dolžino. Ne skrbite, dobili boste! Ko ste to dosegli na eni strani, briljantno! Ponovite na drugi strani. Zdaj ste končali!

Zdaj imate prevodno gumijasto vrvico z ustreznim priključkom na vsakem koncu. Z multimetrom izmerimo, kakšen je doseg tega kabla.

3. korak: Izmerite svojo odpornost

Številčnico multimetra obrnite na simbol ohma (Ω) in rdeči in črni konec multimetra prilepite na obe strani prevodnega kabla.

Če še niste prepričani, kako uporabljati multimeter, se lahko osvežite s to vadnico Lady Ada.

Čeprav se lahko med merjenjem število malo poveča, ti predstavijo, koliko je upor kabla v mirovanju. Kolikor najbolje ugibate, zapišite upor svojega kabla v mirovanju in ga zaokrožite na najbližji večkratnik 10. (tj.: 239 = 240, 183 = 180)

Zdaj, ko pazite, da z eno roko pritrdite multimetrske sonde, z drugo roko nežno povlecite kabel navzgor. Te stvari lahko raztezate le do 50% -70% prvotne dolžine, zato ne vlecite preveč! Opazujte, kako so se spremenile vrednosti upora na vašem multimetru. Sprostite se in nekajkrat ponovite ta postopek, da opazujete odpornost od najnižjega do največjega. Ko ga raztegnete, se upor poveča, ker se delci v gumi oddaljijo drug od drugega. Ko se sila sprosti, se bo guma skrčila, čeprav traja minuto ali dve, da se vrne na prvotno dolžino. Zaradi teh fizičnih omejitev ta raztegljivi kabel ni pravi linearni senzor, zato ni neverjetno natančen, vendar obstajajo načini za delo s tem pri izdelavi vašega senzorja. Kabel še enkrat raztegnite do maksimuma in z vsakim koncem sond multimetra na obeh straneh gumijaste vrvice zapišite vrednost upora, zaokroženo še enkrat na najbližji večkratnik 10.

4. korak: Formula Axel Benz

Uporabili bomo preprosto vezje za deljenje napetosti, da bomo uporabili spremenljivo upornost raztezne vrvice kot senzor za dihanje. Če želite izvedeti več o razdelilnih tokokrogih napetosti, je v bistvu nekaj uporov zaporedoma, ki veliko napetost spremenijo v manjšo. Odvisno od vrednosti uporov, ki jih uporabljate, lahko svoj 5V iz svojega Arduina razrežete na večje ali manjše dele z izvlečnim uporom, kar je uporabno za analogno branje. Če želite izvedeti več o matematiki v ozadju razdelilnih vezij, si oglejte odlično vadnico pri Sparkfun.

Čeprav vemo, da bo vrednost prvega upora v vezju (senzor raztezanja) v konstantnem toku, moramo uporabiti ustrezen upor za spustni upor, da dobimo čim lepši in raznolikejši signal.

Za začetek uporabite formulo Axel Benz:

Pull-Down-Resistor = kvadratni koren (Rmin * Rmax)

Torej, če je najmanjša vrednost vašega razteznega kabla 130 ohmov, največja pa 240 ohmov

Pull-Down Resistor = kvadratni koren (130*240)

Pull-Down Resistor = kvadratni koren (31200)

Izvlečni upor = 176.635217327

Zdaj bi morali pogledati zbirko uporov in ugotoviti, kateri je vaš najboljši upor "za zdaj". Če imate samo zbirko naključnih kosov in bobov, vam bo ta kalkulator barvnih pasov upora lahko v pomoč. Parjenje tega upora je lahko v redu, verjetno nimate pri roki popolnega upora. Medtem ko uporabljate vezje, boste morda vseeno morali zamenjati za drugega, vendar vam bo to omogočilo odličen začetek igranja.

Na koncu številko zaokrožim na najbližji večkratnik 10.

Pull Down Resistor = 180 ohmov

5. korak: Pripravite svojo ploščico

Z mostičnimi žicami priključite 5 -polni zatič Arduina na napajalno tirnico na plošči, nato pa priključite zatič GND na ozemljitveno tirnico vaše plošče.

Rad črpam 5V iz Arduina, ker to zagotavlja, da vam ni treba skrbeti, da boste na analogne zatiče poslali preveč napetosti. Uporabite lahko tudi napetostni pin 3v3, vendar sem ugotovil, da dobim boljši signal z uporabo 5v.

Spustni upor priključite na ozemljitev.

Vzemite obe sponki iz aligatorja in ju pritrdite na sponki na obeh straneh raztegljive vrvice s spremenljivim uporom. En konec teh aligatorskih sponk pritrdite na 5v tirnico. Drugi pokrovček iz aligatorja povežite z žico v konfiguraciji, prikazani na diagramih.

Prepričajte se, da sta "druga" konca vašega izvlečnega upora in prevodnega razteznega kabla povezana, zdaj priključite mostični kabel iz analognega zatiča (uporabimo A0) na sredino teh dveh priključnih točk.

Nazadnje, pritrdite LED z 1k uporom na pin 9 vašega Arduina.

6. korak: Programirajte svoj Arduino

Opomba: Pravkar sem videl, da so uporabniki GitHub -a Non0Mad izboljšali mojo kodo! (Hvala) Če želite, poskusite to kodo:

Če bi raje poskusili tistega, ki sem ga naredil, zaženite priloženo skico "RespSensorTest.ino" na svojem Arduinu.

Pazite, da se ne dotaknete izpostavljene kovine, vzemite obe sponki iz aligatorja in raztegnite gumijast trak. Med raztezanjem opazujte, kako LED lučka bledi. Odprite serijski monitor in opazujte spreminjanje analogne napetosti. Če niste zadovoljni z izginjajočimi vrednostmi ali številkami, lahko poskusite nekaj:

1) Poskusite zamenjati drugo vrednost izvlečnega upora, ki je podobna zadnji, ki ste jo uporabili. Ali to pozitivno vpliva? (To je najboljši način za to)

2) Če resnično želite le prižgati LED, poskusite poiskati spremenljivko scaleValue, da vidite, ali lahko na ta način ustvarite boljše obsege. (To je morda najlažji način)

Ko ste dovolj zadovoljni s številkami in LED sijajem, je čas za izdelavo prototipa modela za nošenje okoli prsi! Za naslednji korak izklopite Arduino in onemogočite napajanje na plošči.

7. korak: Naredite prototip dihalnega traku

Najhitrejši način za izdelavo prototipnega pasu je, da nekaj skupaj pritrdite z lepilnim trakom. Vzemite dolg trak lepilnega traku (približno 30 "-36" bi moral pokrivati večino, na koncu pa je to samo obseg vaših prsi) in ga prepognite tako, da se lepljive stranice držijo same zase. Na obeh straneh traku narežite luknje, tako da je podoben pasu.

S pomočjo vijakov pritrdite sponke v luknjače, ki ste jih naredili za senzor, in dolg kos lepilnega traku tesno povežite v zanko, ki jo nosite na prsih. Prepričati se želite, da se vaš "pas" precej tesno prilega vam ali sončnemu pleksusu vašega subjekta, vendar pazite, da je dovolj prostora za prihajajoče vdihe, da raztegnete vrvico.

Nazadnje znova pritrdite aligatorske sponke in priklopite vsakega od mostičkov s konca prevodne raztegljive vrvice na svoje mesto v plošči. Zdaj smo pripravljeni preizkusiti prototip!

8. korak: Preizkusite prototip

Vklopite Arduino in zaženite prejšnjo skico. Kako so te analogne vrednosti? Ali z dihom dobite lepo ločljivost podatkov? Ali ima LED pri vdihu in izdihu lepo varianco svetlobe? V nasprotnem primeru poskusite zamenjati svoj spustni upor za bližnjo vrednost, da preverite, ali se vrednosti, ki jih berete, izboljšajo.

Ko se odločite za idealen spustni upor, se veselite! Vaš krog je končan, vaše dihanje se beleži in LED bo z veseljem sledila vašemu dihu.

Idealno bi bilo, če bi vi ali kdo drug sčasoma sešili pas iz neprevodne sintetične tkanine z rahlim raztezanjem v sebi in pasom D-Ring za zategovanje. (Velcro je kot pritrdilni element v redu, včasih pa je popolna zmešnjava z oblačili in puloverji.) Prevodno vrvico lahko varno zašijete v ta trak, pravzaprav so okrogli sponki odlični za pritrditev na tkanino. Za nekaj bolj trajnega od aligatorskih posnetkov boste morda želeli preprosto spajkati nekaj zelo dolgih večžičnih žic na konce spončnih priključkov in jih pritrditi na vezje.