Perushihnan hengitysanturi: 8 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Biosensing -maailmassa on monia tapoja mitata hengitystä. Termistorin avulla voidaan mitata lämpötila sieraimen ympäriltä, mutta sitten taas et ehkä halua outoa työkalua, joka on kiinnitetty nenääsi. Voidaan myös kiinnittää kiihtyvyysmittari vyöhön, joka liikkuu ylös ja alas, mutta kohteen pitäisi todennäköisesti olla makuulla tai olla muuten liikkumatta. Vaikka tällä perusjoustavalla vyöhihnan hengitysanturilla on haittoja (signaalivaste ei ole yhtä tarkka kuin muut menetelmät), se on hyvä, jos kohde haluaa vain kiinnittää ja tehdä mitä tahansa, mitä hän haluaa tehdä hengityksen aikana mitataan. Tässä on esimerkki perushengitysanturista, joka on tarkoitettu asumaan joustavan vyön sisällä, jonka kiinnität rinnan ympärille. Kun kyseinen rintakehä laajenee ja supistuu hengittämällä ilmaa keuhkoihin, venytettävän kuminauhan vastus muuttuu. Käyttämällä vain muutamia muita komponentteja voimme kääntää tämän analogiseksi signaaliksi, jonka Arduino lukee suorana. Tämä tehdään erittäin tärkeän ja helposti opittavan jännitteenjakajapiirin taikuuden kautta.

VAROITUS: Ennen kuin aloitat, sinun tulee tietää, että testaamattomat ja epävakaat biosensiointilaitteet sisältävät aina vaaran! Testaa ja luo tämä piiri akkuvirralla- teen kaikkeni näyttääkseni, kuinka tehdä tämä piiri varmistaaksesi, että et vahingoitu, mutta en ota vastuuta mahdollisista onnettomuuksista. Käytä tervettä järkeä ja testaa aina piiriäsi yleismittarilla, ennen kuin kiinnität mitään rintaan.

Vaihe 1: MITÄ TARVITSET

1) Mikä tahansa mikro -ohjain, jolla on analoginen tulo, toimii, mutta tässä esimerkissä käytän Arduino Unoa. Jos tarvitset sellaisen, voit hankkia sen Adafruitista tai Sparkfunista.

2) Johtava kuminauha. Tämä hämmästyttävä johto toimii muuttuvana vastuksena ja muuttaa vastusta venyttäessään tai vapauttaessaan. Saatavana Adafruitista, tai Robotshopista on saatavana useita eri pituuksia, joissa on valmiiksi kiinnitetyt metalliset päätteet

3) Yleismittari

4) LED

5) 1K vastus

6) Vedettävä vastus (selvitämme tämän arvon myöhemmin!)

7) Teippi

8) Rei'itys tai sakset

9) Hyppyjohdot

10) Leipälauta

11) 2 Alligaattoripidikettä

Huomaa, että kuten kaikki biosensiointilaitteet, tämä projekti on turvallisin, jos Arduino saa virtansa paristoista.

Tämän projektin loppuun saattamiseksi saatat tarvita myös:

· Juotosrauta ja juote

· Kuuma liimapistooli

· Johtimet

· Langanpoistaja

· Auttavat kädet

· Vice, puristustyökalu tai suuri pihdit

· Kaksi tai useampia rengaspuristusliittimiä

Vaihe 2: Katkaise johto ja kiinnitä johtavat liittimet

Vaikka voit käyttää tähän kokeeseen minkä tahansa pituisia kumijohtoja 2–8”, lyhyemmät kumipituudet ovat halvempia, etkä tarvitse todellisuudessa suurta määrää työn suorittamiseen. Jos ostit pitkän kumin, suosittelen leikkaamaan 4 tuumaa. Leikkaa tämä pituus ja valmistaudu kiinnittämään johtava pääty molempiin päihin.

Ota liittimen liitin, kuten yksi yllä olevasta kuvasta, ja kiinnitä johtavan kumijohdon toinen pää liittimen liittimien päähän ja purista pää yhteen. Voit tehdä tämän joko ruuvipuristimella tai langanpoistoaineiden päillä, mutta ole varovainen, ettet purista liitintä liian tiukasti, jotta et napsauta tai leikkaa kumiasi! Jos onnistut tekemään tämän ja johto katkeaa, yritä uudelleen toisen liittimen avulla. Sinulla pitäisi vielä olla paljon aikaa tämän suorituksen suorittamiseen. Jos se on lyhyempi kuin 2 tuumaa, sinun pitäisi todennäköisesti yrittää uudelleen uudella 4 tuuman pituudella. Älä huoli, saat sen! Kun olet tehnyt tämän toisella puolella, loistava! Toista toisella puolella. Nyt olet valmis!

Nyt sinulla on johtava kumijohto, jonka kummassakin päässä on sopiva liitin. Mittaamme, mitkä ovat tämän johdon alueet yleismittarilla.

Vaihe 3: Mittaa vastustuskykysi

Käännä yleismittarisi valitsin ohmisymbolin (Ω) kohdalle ja kiinnitä yleismittarin punaiset ja mustat päät johtavan johdon kummallekin puolelle.

Jos et ole vielä varma yleismittarisi käytöstä, voit päivittää tämän Lady Ada -opetusohjelman avulla.

Vaikka luku saattaa hypätä hieman mittauksen aikana, nämä luvut antavat sinulle käsityksen siitä, kuinka paljon johto on levossa. Kirjoita johdon lepotilan vastus parhaan arvion mukaan ja pyöristä se lähimpään kymmenkertaiseen kymmenkertaiseen (eli: 239 = 240, 183 = 180)

Kiinnitä nyt yleismittarianturit paikalleen yhdellä kädellä varovasti vetämällä johtoa toisella kädellä. Voit venyttää tätä tavaraa vain, kunnes se on noin 50–70% alkuperäisestä pituudestaan, joten älä vedä liian kovaa! Tarkkaile, kuinka yleismittarisi vastusarvot ovat muuttuneet. Päästä irti ja toista tämä prosessi muutaman kerran nähdäksesi, kuinka vastus menee minimistä maksimiin. Kun venytät sitä ulos, vastus kasvaa, koska kumin hiukkaset siirtyvät kauemmas toisistaan. Kun voima vapautuu, kumi kutistuu takaisin, vaikka alkuperäisen pituuden palaaminen kestää minuutin tai kaksi. Näiden fyysisten rajoitusten vuoksi tämä joustava johto ei ole todellinen lineaarinen anturi, joten se ei ole hämmästyttävän tarkka, mutta on olemassa tapoja työskennellä sen kanssa anturin rakentamisessa. Venytä johtoa vielä kerran maksimiinsa ja kirjoita vastusarvo pyöristettynä lähimpään kymmenen kerrannaiseen, kun kummatkin yleismittarin mittapäät ovat paikallaan kuminauhan kummallakin puolella.

Vaihe 4: Axel Benzin kaava

Aiomme käyttää yksinkertaista jännitteenjakopiiriä käyttääksemme venytyslangan muuttuvaa vastusta hengitysanturina. Jos haluat tietää enemmän jännitteenjakopiireistä, se on pohjimmiltaan muutama sarja vastuksia, jotka muuttavat suuren jännitteen pienemmäksi. Käytettävien vastuksien arvoista riippuen voit pilkkoa 5 V: n Arduinostasi suuremmiksi tai pienemmiksi osiksi itsestäsi alasvetovastuksella, mikä on hyödyllistä analogiselle lukemiselle. Jos haluat oppia lisää jännitteenjakopiirien takana olevasta matematiikasta, katso Sparkfunin erinomainen opetusohjelma.

Vaikka tiedämme, että piirin ensimmäisen vastuksen (venytysanturin) arvo on jatkuvassa virtauksessa, meidän on käytettävä asianmukaista vastusarvoa alasvetovastukselle, jotta saadaan mahdollisimman mukava ja vaihteleva signaali.

Aloita käyttämällä Axel Benzin kaavaa:

Pull-Down-vastus = neliöjuuri (Rmin * Rmax)

Joten jos venytysjohdon vähimmäisarvo on 130 ohmia ja maksimimäärä 240 ohmia

Vedettävä vastus = neliöjuuri (130*240)

Vedettävä vastus = neliöjuuri (31200)

Vedettävä vastus = 176.635217327

Joten nyt sinun pitäisi katsoa vastuskokoelmasi ja selvittää, mikä paras tapaasi on "toistaiseksi". Jos sinulla on vain kokoelma satunnaisia bittejä ja bobia, tämä vastuksen värikaistalaskin voi olla hyödyllinen sinulle. Tämän vastuksen palloparkkaus voi olla ok, sinulla ei todennäköisesti ole täydellistä vastusta käsilläsi. Kun käytät piiriä, saatat huomata, että sinun on joka tapauksessa vaihdettava se toiseen, mutta tämä antaa sinulle hyvän alun pelaamisen aloittamiseen.

Lopuksi pyöristän luvun lähimpään kymmenkertaiseen.

Vedä vastus alas = 180 ohmia

Vaihe 5: Valmista leipälevy

Kytke Arduinon 5 V -nasta hyppyjohtimilla leipälevyn virtakiskoon ja liitä sitten GND -nasta leipälautasi maadoituskiskoon.

Tykkään vetää 5 V Arduinosta, koska tämä varmistaa, että sinun ei tarvitse huolehtia liiallisen jännitteen lähettämisestä analogisille nastoille. Voit myös käyttää 3v3 -jännitetappia, mutta huomaan, että saan paremman signaalin 5v: n käytöstä.

Liitä alasvetovastus maahan.

Ota molemmat alligaattoripidikkeet ja kiinnitä ne muuttuvan vastuksen joustavan johdon molemmin puolin oleviin liittimiin. Kiinnitä näiden alligaattoripidikkeiden toinen pää 5v -kiskoon. Kytke toinen alligaattoripidike kaapeleissa esitettyyn kokoonpanoon.

Varmista, että alasvetovastasi ja johtavan venytysjohtosi”muut” päät on kytketty, yhdistä nyt hyppyjohdin analogisesta nastasta (käytämme A0) näiden kahden liitäntäpisteen keskelle.

Lopuksi kiinnität 1k vastuksella varustetun LED -valon Arduinon nastaan 9.

Vaihe 6: Ohjelmoi Arduino

Huomautus: Näin juuri, että GitHubin käyttäjät Non0Mad ovat parantaneet koodiani! (Kiitos) Kokeile tätä koodia, jos haluat:

Jos haluat mieluummin kokeilla tekemääni, suorita liitteenä oleva RespSensorTest.ino -luonnos Arduinollasi.

Varo koskettamasta paljastettua metallia, ota kaksi alligaattoripidikettä ja venytä kuminauhaa. Katso, että LED -valo sammuu ja sammuu venyttäessäsi. Avaa sarjamonitori ja katso analogisen jännitteen muutosta. Jos et ole tyytyväinen häipyviin arvoihin tai numeroihisi, voit kokeilla seuraavia asioita:

1) Kokeile vaihtaa toinen vedettävä vastusarvo, joka on samanlainen kuin viimeksi käyttämäsi arvo. Onko sillä positiivinen ero? (Tämä on paras tapa tehdä se)

2) Jos haluat vain sytyttää LED -valon, kokeile käyttää skaala -arvo -muuttujaa nähdäksesi, voitko tuottaa parempia alueita tällä tavalla. (Tämä voi olla helpoin tapa tehdä se)

Kun olet tarpeeksi tyytyväinen numeroihisi ja LED -valoon, on aika prototyypittää malli rinnan ympärillä käytettäväksi! Sammuta Arduino ja sammuta leipälevyn virta seuraavasta vaiheesta.

Vaihe 7: Tee prototyyppinen hengitysnauha

Nopein tapa tehdä prototyyppinauha on vain jigata jotain yhdessä teipin kanssa. Ota pitkä teippi (noin 30”-36” peittää suurimman osan, mutta lopulta tämä on vain rintakehän ympärysmitta) ja taita se niin, että tahmeat sivut tarttuvat itseensä. Tee reikiä teippinauhan molemmille puolille, joten se muistuttaa vyötä.

Kiinnitä liittimet ruuveilla anturiin tekemiisi reikiin ja yhdistä pitkä teippi tiukasti silmukkaan, jota käytät rinnassa. Haluat varmistaa, että vyösi istuu melko tiukasti sinun tai kohteesi aurinkopunoksen yli, mutta varmista, että saapuville hengityksille on tarpeeksi tilaa venyttää narua.

Kiinnitä lopuksi alligaattoripidikkeet takaisin ja kytke jokainen hyppyjohdin johtavan johtimen päästä takaisin paikalleen leipälautaan. Olemme nyt valmiita testaamaan prototyyppiä!

Vaihe 8: Testaa prototyyppi

Käynnistä Arduino ja suorita edellinen luonnos. Miten nuo analogiset arvot toimivat? Saatko hyvän resoluution dataa hengitykselläsi? Onko LED -valossa mukava vaihtelu, kun hengität sisään ja ulos? Jos ei, kokeile vaihtaa alasvetovastus lähellä olevaan arvoon nähdäksesi, paranevatko lukemasi arvot.

Kun olet asettunut ihanteelliseen alasvetovastaukseen, iloitse! Kierros on valmis, hengitystäsi tallennetaan ja LED seuraa iloisesti hengitystäsi.

Ihannetapauksessa joko sinä tai joku muu lopulta ompelee sinulle nauhan johtamattomasta synteettisestä kankaasta, jossa on hieman venytystä, ja kiristä D-rengasvyötä. (Tarranauha on ok kiinnikkeenä, mutta se on totaalinen sotku vaatteissa ja puseroissa.) Voit ommella johtavan langan turvallisesti tähän nauhaan, itse asiassa pyöreät liittimet on hyvä kiinnittää kankaaseen. Jos haluat jotain pysyvämpää kuin alligaattoripidikkeet, sinun kannattaa yksinkertaisesti juottaa muutama erittäin pitkä monisäikeinen johto liittimien liittimien päihin ja kiinnittää ne piiriin.