Unilukijan pääpanta: 24 vaihetta (kuvilla)

2025 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2025-01-23 14:44

Oletko koskaan miettinyt, kuinka nukut yöllä? FitBitin kaltaiset laitteet seuraavat unta analysoimalla liikettäsi koko yön, mutta ne eivät voi katsoa, mitä aivosi tekevät.

Kun lukukausi oli opittu lääketieteellisistä laitteista, luokkamme haastui tehtäväksi luoda puettava laite jonkin biologisen muuttujan mittaamiseksi. Kumppanini ja minä päätimme kehittää pääpannan, joka voi katsoa, mitä aivosi tekevät unessa. Pääpanta lukee aivoaaltosignaaleja unen seurantaan. Se tunnistaa, miten käyttäjän aivoaallot etenevät alfa-, beeta-, gamma- ja delta -vaiheiden läpi yön aikana. Tiedot voidaan sitten viedä ja analysoida Excelissä.

Mainitsimmeko myös sen tyylikkään?

Vaihe 1: Materiaalit ja työkalut

Unilukulaitteen pääpannan rakentamiseen tarvitset seuraavat materiaalit:

1. Pääpanta (tässä projektissa käytettiin HOTER Sportline -panta)
2. Adafruit Flora -mikro -ohjain
3. Flora Wearable Bluefruit LE -moduuli
4. Flora RGB Neo Pixel LED
5. Snaps
6. Johtava lanka
7. Johdot
8. Lanka
9. Akku
10. Bitalino EEG UC-E6-kaapelilla ja 3-johtimisella elektrodikaapelilla
11. Kangas
12. Joustava hihna

Seuraavat työkalut auttavat sinua rakentamaan pääpannan:

1. Ompelutappi
2. Sakset
3. Langanpoistimet
4. Juotosrauta ja täyttömetalli

Vaihe 2: Valmistelu

Ennen kuin luet Sleep Reader -pantapannan, ota jonkin aikaa oppiaksesi aivojen aalloista ja peruspiireistä. Aivoissa erityiset solut, joita kutsutaan neuroneiksi, järjestävät erilaisia toimintoja kehossa. Nämä neuronit johtavat esitystä lähettämällä pieniä sähköisiä signaaleja, jotka ovat aaltojen muodossa. Aivojen tiedetään tuottavan neljää erilaista aaltoa - alfa, beta, theta ja delta. Nämä aallot erottuvat tietyiltä taajuusalueilta, ja jokainen alue vastaa tiettyjä henkisen toiminnan tasoja. Pääpanta käyttää laitetta nimeltä elektroenkefalogrammi tai EEG tunnistamaan nämä aallot, kun aivosi tuottavat ne unen aikana.

Jotta voit luoda Sleep Readerin, sinun on kytkettävä muutama laite pääpantaan. Päälaitteet ovat mikroprosessori, joka on pieni tietokone; Bluetooth -moduuli, joka on siru, jonka avulla pääpanta voi kommunikoida tietokoneen kanssa; NeoPixel, joka on väriä vaihtava valo; EEG; ja akku.

Koko järjestelmä on rakennettu yhdistämällä jokainen laite yhteen tietyissä paikoissa johtavan kierteen avulla. Jos sinulla ei ole kokemusta näiden säikeiden käytöstä, opetusohjelma löytyy täältä. Langat on sidottu napsautuksiin, joiden avulla voit helposti kiinnittää ja irrottaa Flora -mikroprosessorin ja Bluetooth -moduulin. Napin toinen pää menee kankaaseen ja toinen sähkölaitteeseen. Opetusohjelma näiden napsautusten toteuttamiseksi löytyy täältä.

Kun järjestelmä on rakennettu, sille on annettava koodi. Tämä projekti käyttää erityisesti Arduino -koodia. Jos haluat tutustua Arduino -koodiin, https://www.arduino.cc on täynnä hyödyllisiä opetusohjelmia. Jotta voisit ottaa käyttöön tässä projektissa käytetyn koodin, sinun on ladattava Arduino -sovellus osoitteesta https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Tätä on täydennettävä Flora -aluksella, joka on saatavana täältä. Sinun on myös ladattava kourallinen muita kirjastoja laajentaaksesi mikroprosessorisi ominaisuuksia; tämä voidaan tehdä käyttämällä www.github.com. Tarvittavat kirjastot ovat:

• Nopea Fourier -muunnos (FFT)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Adafruit NeoPixel

Lopuksi sinun on ladattava Adafruit Bluefruit LE Connect -sovellus älypuhelimeesi käytettäväksi pääpannan kanssa.

Vaihe 3: Turvallisuus

Ihmiskeho kestää vain rajoitetun säteilyaltistuksen, joten sähkölaitteita käytettäessä on huolehdittava asianmukaisesti. Sähköturvallisuuden pääperiaate on välttää tekemästä kehostasi polkua sähkövirran kulkemiseksi virtapiirissä. Jotkut yleiset käytännöt tämän välttämiseksi ovat:

• Kosketa johtoja ja muita metallipiirejä vain virran ollessa pois päältä
• Käytä työkaluja, joissa on eristetyt kahvat
• Yritä pitää vesi poissa työalueelta, kun rakennat piiriäsi
• Yritä työskennellä yhdellä kädellä kahden sijasta mahdollisimman paljon vähentääksesi sydämesi läpi kulkevan sähkövirran riskiä

Toinen huolenaihe, joka on otettava huomioon piirin rakentamisessa, on se, että sähkövirta voi sytyttää tulenarkoja materiaaleja, joten sinun on varmistettava, että johdot on kytketty täysin piiriin. Muuten voit sytyttää hiukset tai pääpannan tuleen.

Varoitus: Tämä pääpanta ei ole sertifioitu lääketieteellinen laite, eikä sitä tule käyttää neurologisten tilojen diagnosointiin.

Vaihe 4: Vihjeitä

Tässä on muutamia vinkkejä, jotka kannattaa pitää mielessä, kun rakennat unilukulaitteen pääpantaasi:

• Varmista, että johtavan langan päät eivät kosketa toisiaan sitomisen jälkeen

• Jos portti ei ole käytettävissä Arduinossa, kun liität mikro -ohjaimen Arduinoon, lähetä koodi seuraavasti:

  1. Kun mikro -ohjain on kytketty, lataa koodi pitäen samalla alhaalla mikro -ohjaimen nollauspainiketta
  2. Kun tilarivi siirtyy kääntämisestä lataamiseen, päästä irti nollauspainikkeesta
  3. Koodin pitäisi ladata ja portti pitäisi nyt tunnistaa
• Kun juotat napoihin, varo juottamasta kahta nastaa yhteen, jotta et aiheuta oikosulkua. Yleismittaria voidaan käyttää testaamaan, onko nastien välille muodostettu yhteys
• Varmista, että napsautukset pysyvät kiinni, kun asetat pääpannan
• Varmista, että Bluetooth -moduuli on datatilassa eikä komentotilassa
• Kun pääpanta on rakennettu, haluat varmistaa, että se toimii tehokkaasti! Hyvän signaalin saavuttamiseksi varmista, että elektrodien ja otsasi välinen kosketus on puhdas pyyhkimällä pois pöly, löysät langat, hiukset tai muut häiriöt.

Vaihe 5: Aloita piirisi rakentaminen

Nyt kun olet saanut jonkin verran taustatietoa ja turvatoimenpiteitä, olet valmis rakentamaan tunnin pääpannan. Lue seuraavat ohjeet huolellisesti ja huomioi kuvien kommentit lisäohjeiden kanssa.

Vaihe 6: Piirikaavio

Yllä oleva piirikaavio näyttää liitännät valmiissa piirissä. Käytä tätä kytkentäkaaviota viitteenä varmistaaksesi, että piirisi on kytketty oikein.

Vaihe 7: Juotos napsahtaa Flora -mikroprosessoriin

Jos et lukenut linkkiä oppaaseen napsautusten käytöstä valmisteluvaiheessa, tarkista se nyt. Tässä vaiheessa liität napsautukset mikroprosessoriin ja bluetooth -moduuliin. Et halua sotkea tätä osaa, koska sotkuinen juotos voi pilata piirisi.

Mikroprosessori vaatii napsautuksia seuraaviin nastoihin:

• Kaikki 3 maadoitettua (GND) nastaa
• Molemmat 3,3 V: n nastat
• SCL #3
• RX #0
• TX #1
• Digitaalinen nasta #9

Vaihe 8: Juotos napsahtaa Bluetooth -moduuliin

Ja Bluetooth -moduuli vaatii napsautuksia näihin nastoihin:

• 3.3V teho
• TX
• RX
• GND

Vaihe 9: Ompele napsautukset Flora -mikroprosessorin kankaaseen

Nyt voit ommella nappien toisen pään kankaalle. Varmista, että käytät Bluetooth -moduulia ja mikroprosessoria niiden kiinnikkeiden kanssa näiden napsautusten asettamiseksi oikein!

Vaihe 10: Ompele napsautukset Bluetooth -moduulin kankaaseen

Ompele nyt Bluetooth -liittimet.

Vaihe 11: Yhdistä Bluetooth -moduuli Flora -mikroprosessoriin

Liitä seuraavaksi Bluetooth -moduuli Flora -mikroprosessoriin ompelemalla johtavaa lankaa kunkin laitteen napsautusten väliin. Seuraavat nastaliitännät vaaditaan:

1. Bluetooth 3.3V - mikroprosessori 3.3V
2. Bluetooth TX - mikroprosessori RX #0
3. Bluetooth RX - mikroprosessori TX #1
4. Bluetooth GND mikroprosessoriin GND

Vaihe 12: Yhdistä Neo Pixel Flora -mikroprosessoriin

Liitä Neo Pixel mikroprosessoriin seuraavasti:

1. NeoPixel LED sisään mikroprosessorin digitaaliseen nastaan #9
2. NeoPixel Ground to Microprocessor Ground
3. NeoPixel -teho mikroprosessoritehoon

Vaihe 13: Langallinen akku Flora -mikroprosessoriin

Tämä osa on tavallaan tärkeä; saatat tarvita voimanlähdettä saadaksesi kaiken toimimaan!

Vaihe 14: Rakenna EEG -kaapeli

Tämä kaapeli on rakennettu käyttämällä EEG-sirua, 3-johtimista elektrodikaapelia ja UC-E6-kaapelia. EEG -siru on kohdistettava oikein, jotta pää, jossa lukee "EEG", on kytketty elektrodikaapeliin yllä olevan kuvan mukaisesti.

Vaihe 15: Yhdistä EEG Flora -mikroprosessoriin

Liitä EEG -kaapeli Flora -mikroprosessoriin. Yllä oleva kuva on varustettu ohjeilla, jotka osoittavat oikeat kohdat johtojen liittämiseksi. Seuraavat liitännät tehdään:

1. Punainen johto virtalähteeseen
2. Musta johto maahan
3. Violetti johto SCL #3: een

Vaihe 16: Ompele elektrodit pääpantaan

Ompele elektrodit pääpannan sisäpuolelle. Varmista, että elektrodit on asetettu oikeaan asentoon. Päänauhan sisäpuolelta katsottuna punainen elektrodi on sijoitettava vasemmalle, valkoinen elektrodi keskelle ja musta elektrodi oikealle.

Vaihe 17: Ompele kangas ja hihna pääpantaan

Nyt olet saanut pääpannan valmiiksi! Vau!

Vaihe 18: Lähetä koodi

Nyt voit ladata tämän koodin pääpantaasi varten, jotta se voi ajatella!

Vaihe 19: Yhdistä pääpanta puhelimeen

Avaa Adafruit Bluefruit LE Connect -sovellus ja yhdistä puhelimesi Adafruit Bluefruit LE: hen.

Vaihe 20: Laita pääpanta päälle ja kerää tietoja

Nyt voit laittaa pääpantaasi ja testata sitä! Voit valita "UART" Adafruit Bluefruit LE Connect -sovelluksessa nähdäksesi tiedot sellaisina kuin ne tulevat.

Vaihe 21: Vie tiedot puhelimesta tietokoneeseen

Kun tiedot on kerätty, voit viedä tiedot useissa tiedostomuodoissa. Suosittelemme viemään sen.txt -tiedostona analysoitavaksi Excelissä.

Vaihe 22: Tietojen analyysi

Tässä on esimerkki kaavion tyypistä, jonka avulla voit visualisoida ja tulkita pääpantaasi koskevia tietoja. Meillä on delta-, theta-, alfa- ja beeta -alueet kaikki merkittyjä, jotta voidaan näyttää, mihin alueeseen kukin piste kuuluu.

Vaihe 23: Muita ideoita

Kun olet suorittanut Sleep Reader -pantapään, tutustu muutoksiin. Ehkä yritä muokata koodia kerätäksesi tiedot automaattisesti ja luodaksesi raportin, joka arvioi käyttäjän nukkumallit. Tai voit liittää reaaliaikaisen kellon tarkkailemaan tarkkaa yöaikaa, jolloin käyttäjä nukahtaa, etenee syvän unen ja REM-unen välillä ja herää. Ehkä olet kiinnostunut unipuheen tallentamisesta, jolloin voit sisällyttää äänitallentimen, joka aktivoituu, kun käyttäjä osuu REM -uneen. Mahdollisuudet ovat rajattomat!

Vaihe 24: Tunnistus

Tämän projektin koodin neljäsmuunnososa käytti tällä sivulla julkaistua koodia Norwegian Creationsissa. Myös koodin NeoPixel -osa viittasi Adafruitin tarjoamiin esimerkkeihin.