Pagrindinis diržo kvėpavimo jutiklis: 8 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:49

Biosensingo pasaulyje yra daugybė kvėpavimo matavimo būdų. Temperatūrą aplink šnervę galima išmatuoti naudojant termistorių, bet vėlgi galbūt nenorite, kad prie nosies būtų pririštas keistas padargas. Prie diržo, kuris juda aukštyn ir žemyn, taip pat galima pritvirtinti akselerometrą, tačiau objektas tikriausiai turėtų gulėti arba kitaip nejudėti. Nors šis pagrindinis lanksčios juostos kvėpavimo jutiklis turi trūkumų (signalo atsakas nėra toks tikslus kaip kiti metodai), tai gerai, jei jūsų subjektas tiesiog nori prisisegti ir daryti viską, ką nori daryti, kai kvėpuoja yra matuojamas. Štai pagrindinio kvėpavimo jutiklio, skirto gyventi lankstaus diržo, kurį pritvirtinate prie krūtinės, pavyzdys. Kai atitinkama krūtinė išsiplečia ir susitraukia įkvėpus oro į plaučius, keičiasi įtrauktos ištemptos guminės virvelės dalis. Naudodami dar kelis komponentus, galime tai paversti analoginiu signalu, kurį tiesiogiai skaito jūsų „Arduino“. Tai daroma per labai svarbios ir lengvai išmoktos įtampos daliklio grandinės magiją.

ĮSPĖJIMAS: Prieš pradėdami, turėtumėte žinoti, kad nepatikrinta ir nestabili biologinio jutimo įranga visada kelia pavojų! Išbandykite ir sukurkite šią grandinę iš baterijos energijos šaltinio- aš padarysiu viską, kad parodysiu, kaip padaryti šią grandinę, kad įsitikintumėte, jog nenukentėsite, tačiau neprisiimu atsakomybės už galimus nelaimingus atsitikimus. Vadovaukitės sveiku protu ir prieš išbandydami ką nors ant krūtinės, visada patikrinkite savo grandinę multimetru.

1 žingsnis: KO REIKIA

1) Bet koks mikrovaldiklis su analoginiu įėjimu veiks, tačiau šiame pavyzdyje naudosiu „Arduino Uno“. Jei jums to reikia, galite jį gauti iš „Adafruit“ar „Sparkfun“.

2) laidus guminis laidas. Šis nuostabus laidas veiks kaip kintamasis rezistorius ir pasikeis atsparumas, kai jis bus ištemptas ar atleistas. Galima įsigyti iš „Adafruit“arba „Robotshop“yra įvairių ilgių su iš anksto pritvirtintomis metalinėmis galomis

3) multimetras

4) šviesos diodas

5) 1K rezistorius

6) Ištraukiamas rezistorius (mes išsiaiškinsime, kokia tai vertė vėliau!)

7) Lipni juosta

8) perforatorius arba žirklės

9) jungiamieji laidai

10) Duonos lenta

11) 2 aligatoriaus spaustukai

Atminkite, kad kaip ir visa biologinio jutimo įranga, šis projektas yra saugiausias, jei jūsų „Arduino“maitinamas iš baterijų.

Norėdami užbaigti šį projektą, jums taip pat gali prireikti:

· Lituoklis ir lituoklis

· Karšto klijų pistoletas

· Vielos atraižos

· Vielos nuėmiklis

· Pagalbinės rankos

· Vice, gofravimo įrankis arba didelė replių pora

· 2 ar daugiau žiedinių gofravimo gnybtų

2 žingsnis: nukirpkite laidą ir pritvirtinkite laidžius gnybtus

Nors šiam eksperimentui galite naudoti bet kokio ilgio guminį laidą nuo 2 iki 8 colių, trumpesnis gumos ilgis yra pigesnis ir jums iš tikrųjų nereikia itin didelio kiekio, kad atliktumėte darbą. Jei įsigijote ilgą gumos ilgį, rekomenduočiau nupjauti 4 colių ilgį. Nupjaukite šį ilgį ir pasiruoškite prie abiejų galų pritvirtinti laidžią galą.

Paimkite gnybtų jungtį, pvz., Vieną iš jų, pavaizduotą aukščiau, ir įkiškite vieną laidžiojo guminio laido galą į vienos iš gnybtų jungčių galą ir sulenkite galą. Norėdami tai padaryti, galite naudoti volelį arba vielos nuėmiklių galus, tačiau būkite atsargūs, kad nesuspaustumėte gnybto per stipriai, kad nesulaužytumėte ar nesupjaustytumėte gumos! Jei jums pavyksta tai padaryti ir laidas nutrūksta, tiesiog bandykite dar kartą naudodami kitą terminalo jungtį. Jūs vis tiek turėtumėte turėti daug laiko, kad atliktumėte šį žygdarbį. Jei jis tampa trumpesnis nei 2 coliai, tikriausiai turėtumėte tiesiog bandyti dar kartą naudodami naują 4 colių ilgį. Nesijaudink, tu tai gausi! Kai tai padarysite iš vienos pusės, nuostabu! Pakartokite kitoje pusėje. Dabar baigėte!

Dabar turite laidų guminį laidą su tinkamu gnybtu kiekviename gale. Išmatuokime, kokie yra šio laido diapazonai su multimetru.

3 žingsnis: išmatuokite savo pasipriešinimą

Pasukite multimetro ratuką į omo simbolį (Ω) ir priklijuokite raudonus ir juodus multimetro galus į bet kurią laidžiojo laido pusę.

Jei dar nesate tikri, kaip naudoti savo multimetrą, galite atsigaivinti naudodami šią Lady Ada pamoką.

Nors matuojant šis skaičius gali šiek tiek šoktelėti, šie skaičiai leidžia suprasti, kiek laidas yra ramybės būsenoje. Geriausiai atspėdami, užrašykite laido atsparumą ramybės būsenai, tada suapvalinkite iki artimiausio 10 kartotinio (ty: 239 = 240, 183 = 180)

Dabar, atsargiai pritvirtindami multimetro zondus viena ranka, kita ranka švelniai patraukite laidą. Galite ištempti šią medžiagą tik tol, kol ji bus apie 50–70% pradinio ilgio, todėl netraukite per stipriai! Stebėkite, kaip pasikeitė jūsų multimetro varžos vertės. Paleiskite ir pakartokite šį procesą keletą kartų, kad pamatytumėte, kaip pasipriešinimas sumažėja nuo mažiausios iki didžiausios. Kai jį ištempiate, pasipriešinimas padidėja, nes gumos dalelės yra nutolusios viena nuo kitos. Kai jėga bus atleista, guma susitrauks atgal, nors užtrunka minutę ar dvi, kad sugrįžtų į pradinį ilgį. Dėl šių fizinių apribojimų šis ištemptas laidas nėra tikras linijinis jutiklis, todėl jis nėra nuostabiai tikslus, tačiau yra būdų, kaip su juo dirbti kuriant jutiklį. Dar kartą ištempkite laidą iki galo ir, kai kiekvienas multimetro zondo galas yra abiejose guminio laido pusėse, užrašykite pasipriešinimo vertę, dar kartą suapvalintą iki artimiausio 10 kartotinio.

4 žingsnis: „Axel Benz“formulė

Mes ketiname naudoti paprastą įtampos skirstymo grandinę, kad būtų galima naudoti kintamą ištempimo laido varžą kaip kvėpavimo jutiklį. Jei norėtumėte daugiau sužinoti apie įtampos skirstymo grandines, tai iš esmės yra keli nuoseklūs rezistoriai, kurie didelę įtampą paverčia mažesne. Priklausomai nuo naudojamų rezistorių verčių, galite susmulkinti 5 V iš „Arduino“į didesnes ar mažesnes dalis, naudodami ištraukiamą rezistorių, kuris yra naudingas analoginiam skaitymui. Jei norėtumėte daugiau sužinoti apie matematiką, esančią už įtampos skirstymo grandinių, pažvelkite į puikią „Sparkfun“pamoką.

Nors mes žinome, kad pirmojo grandinės rezistoriaus (tempimo jutiklio) vertė bus pastovi, bet norėdami gauti kuo gražesnį ir įvairesnį signalą, turime naudoti tinkamą ištraukiamojo rezistoriaus varžos vertę..

Norėdami pradėti, naudokite „Axel Benz“formulę:

Ištraukiamas rezistorius = kvadratas (Rmin * Rmax)

Taigi, jei minimali ištempimo laido vertė yra 130 omų, o didžiausia - 240 omų

Ištraukiamas rezistorius = kvadratinis (130*240)

Ištraukiamas rezistorius = squareroot (31200)

Ištraukiamas rezistorius = 176.635217327

Taigi dabar turėtumėte pažvelgti į savo rezistorių kolekciją ir išsiaiškinti, koks jūsų geriausias rezistorius „kol kas“. Jei tiesiog turite atsitiktinių bitų ir bobų kolekciją, ši rezistorių spalvų juostos skaičiuoklė jums gali būti naudinga. Šio rezistoriaus parkavimas gali būti gerai, tikriausiai neturite tobulo rezistoriaus. Kol naudojate grandinę, galite pastebėti, kad vis tiek turite ją pakeisti kita, tačiau tai suteiks jums puikią pradžią žaisti.

Galiausiai apvalinu skaičių iki artimiausio 10 kartotinio.

Ištraukiamas rezistorius = 180 omų

5 žingsnis: Paruoškite savo duonos lentą

Naudodami trumpalaikius laidus, prijunkite „Arduino“5 voltų kaištį prie maitinimo šaltinio savo duonos plokštėje, o tada prijunkite GND kaištį prie duonos lentos įžeminimo bėgio.

Man patinka pritraukti 5 V iš „Arduino“, nes tai užtikrina, kad jums nereikės jaudintis, kad į analoginius kaiščius bus siunčiama per daug įtampos. Taip pat galite naudoti 3v3 įtampos kaištį, tačiau pastebiu, kad naudodamas 5v signalą gaunu geresnį signalą.

Prijunkite ištraukiamąjį rezistorių prie žemės.

Paimkite abu aligatoriaus spaustukus ir priveržkite juos prie gnybtų abiejose kintamo pasipriešinimo laidų pusėse. Pritvirtinkite vieną šių aligatoriaus spaustukų galą prie 5v bėgelio. Prijunkite kitą aligatoriaus spaustuką prie laido, kurio konfigūracija parodyta diagramose.

Įsitikinkite, kad „kiti“ištraukiamojo rezistoriaus ir laidžiojo laido galai yra prijungti, dabar prijunkite trumpąjį laidą iš analoginio kaiščio (naudokime A0) prie šių dviejų jungiamųjų taškų centro.

Galiausiai prie „Arduino“9 kaiščio pritvirtinkite šviesos diodą su 1k rezistoriumi.

6 veiksmas: užprogramuokite „Arduino“

Pastaba: ką tik pamačiau, kad „GitHub“naudotojai „Non0Mad“patobulino mano kodą! (Ačiū) Jei norite, išbandykite šį kodą:

Jei norėtumėte išbandyti mano sukurtą, paleiskite pridedamą „RespSensorTest.ino“eskizą „Arduino“.

Būkite atsargūs ir nelieskite apnuoginto metalo, paimkite du aligatoriaus spaustukus ir ištempkite guminę juostelę. Stebėkite, kaip šviesos diodas išblėsta ir išnyksta tempiant. Atidarykite serijinį monitorių ir stebėkite, kaip keičiasi analoginė įtampa. Jei nesate patenkinti išblukusiomis vertėmis ar skaičiais, galite išbandyti keletą dalykų:

1) Pabandykite pakeisti kitą nusileidžiančio rezistoriaus vertę, panašią į paskutinę, kurią naudojote. Ar tai daro teigiamą skirtumą? (Tai geriausias būdas tai padaryti)

2) Jei viskas, ką jūs tikrai norite padaryti, yra uždegti šviesos diodą, pabandykite pakoreguoti „scaleValue“kintamąjį, kad pamatytumėte, ar tokiu būdu galite sukurti geresnius diapazonus. (Tai gali būti lengviausias būdas tai padaryti)

Kai būsite pakankamai patenkinti savo skaičiais ir šviesos diodų švytėjimu, laikas prototipuoti modelį, kurį galima dėvėti aplink krūtinę! Išjunkite „Arduino“ir išjunkite duonos lentos maitinimą kitam žingsniui.

7 žingsnis: sukurkite kvėpavimo juostos prototipą

Greičiausias būdas sukurti juostos prototipą yra tiesiog ką nors suklijuoti kartu su lipnia juosta. Paimkite ilgą lipnios juostos juostelę (apie 30–36 colių turėtų apimti didžiąją dalį, bet galiausiai tai yra tik jūsų krūtinės apimtis) ir sulenkite taip, kad lipnios pusės priliptų prie savęs. Įdėkite skyles į abi lipniosios juostos juostos puses, kad ji primintų diržą.

Naudodami varžtus pritvirtinkite gnybtus prie skylių, kurias padarėte savo jutikliui, ir tvirtai prijunkite ilgą lipnios juostos gabalėlį prie kilpos, kurią dėvite per krūtinę. Norite įsitikinti, kad jūsų „diržas“gana gerai priglunda prie jūsų ar jūsų objekto saulės rezginio, tačiau įsitikinkite, kad įeinantiems įkvėpimams pakanka vietos ištiesti laidą.

Galiausiai vėl prijunkite aligatoriaus spaustukus ir prijunkite visus džemperius nuo laidžio laido galo atgal į duonos lentą. Dabar esame pasirengę išbandyti prototipą!

8 žingsnis: išbandykite prototipą

Įjunkite „Arduino“ir paleiskite ankstesnį eskizą. Kaip veikia tos analoginės vertės? Ar kvėpavimu gaunate gerą duomenų skiriamąją gebą? Ar kvepuojant ir iškvepiant, šviesos diodas turi gerą šviesos dispersiją? Jei ne, pabandykite pakeisti nuleidžiamąjį rezistorių į netoliese esančią vertę, kad pamatytumėte, ar perskaitytos vertės pagerėja.

Kai nuspręsite dėl idealaus ištraukiamojo rezistoriaus, džiaukitės! Jūsų grandinė baigta, jūsų kvėpavimas įrašomas, o šviesos diodas džiaugsmingai seka jūsų kvėpavimą.

Idealiu atveju jūs arba kas nors kitas galiausiai pasiūlys jums juostą iš nelaidžio sintetinio audinio, kuriame yra šiek tiek ištempimo, ir D formos žiedo diržą, kurį reikia priveržti. (Velcro tinka kaip užsegimas, bet kartais tai yra visiška netvarka su drabužiais ir megztiniais.) Į šią juostą galite saugiai prisiūti laidų laidą, iš tikrųjų apskriti gnybtai puikiai tinka tvirtinti prie audinio. Jei norite kažko šiek tiek patvaresnio už aligatoriaus spaustukus, galbūt norėsite paprasčiausiai lituoti kelis labai ilgus daugiagyslius laidus prie gnybtų jungčių galų ir pritvirtinti juos prie savo grandinės.