ที่คาดผม Sleep Reader: 24 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าคุณนอนหลับตอนกลางคืนอย่างไร? อุปกรณ์อย่าง FitBit ติดตามการนอนหลับโดยวิเคราะห์การเคลื่อนไหวของคุณตลอดทั้งคืน แต่ไม่สามารถดูว่าสมองของคุณทำอะไรอยู่

หลังจากปิดเทอมการเรียนรู้เกี่ยวกับเครื่องมือแพทย์ ชั้นเรียนของเราถูกท้าทายด้วยงานในการสร้างอุปกรณ์สวมใส่เพื่อวัดตัวแปรทางชีวภาพบางอย่าง คู่ของฉันและฉันเลือกที่จะพัฒนาแถบคาดศีรษะที่สามารถดูว่าสมองของคุณทำอะไรขณะหลับ แถบคาดศีรษะอ่านสัญญาณคลื่นสมองเพื่อติดตามรูปแบบการนอนหลับ ระบุว่าคลื่นสมองของผู้ใช้ดำเนินไปอย่างไรในเฟสอัลฟา เบต้า แกมมา และเดลต้าในตอนกลางคืน ข้อมูลสามารถส่งออกและวิเคราะห์ใน Excel

เราพูดถึงสไตล์ของมันด้วยเหรอ?

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุและเครื่องมือ

ในการสร้างแถบคาดศีรษะ Sleep Reader คุณจะต้องมีวัสดุดังต่อไปนี้:

1. แถบคาดศีรษะ (ใช้แถบคาดศีรษะ HOTER Sportline สำหรับโครงการนี้)
2. ไมโครคอนโทรลเลอร์ Adafruit Flora
3. โมดูล Flora Wearable Bluefruit LE
4. ฟลอร่า RGB Neo Pixel LED
5. Snaps
6. ด้ายนำไฟฟ้า
7. สายไฟ
8. เกลียว
9. ชุดแบตเตอรี่
10. Bitalino EEG พร้อมสายเคเบิล UC-E6 และสายเคเบิลอิเล็กโทรด 3-Lead
11. ผ้า
12. สายยางยืด

เครื่องมือต่อไปนี้จะช่วยคุณในการสร้างแถบคาดศีรษะ:

1. เข็มเย็บผ้า
2. กรรไกร
3. เครื่องปอกสายไฟ
4. หัวแร้งและโลหะเติม

ขั้นตอนที่ 2: การเตรียมการ

ก่อนสร้างแถบคาดศีรษะ Sleep Reader ให้ใช้เวลาเรียนรู้เกี่ยวกับคลื่นสมองและวงจรพื้นฐาน ภายในสมอง เซลล์พิเศษที่เรียกว่าเซลล์ประสาททำหน้าที่ควบคุมกิจกรรมต่างๆ ภายในร่างกาย เซลล์ประสาทเหล่านี้ดำเนินการแสดงโดยส่งสัญญาณไฟฟ้าเล็กน้อยซึ่งอยู่ในรูปแบบของคลื่น เป็นที่ทราบกันดีว่าสมองสร้างคลื่นสี่ประเภท ได้แก่ อัลฟา เบต้า ทีต้า และเดลต้า คลื่นเหล่านี้สามารถจำแนกได้ตามช่วงความถี่ที่เฉพาะเจาะจง และแต่ละช่วงจะสอดคล้องกับระดับของกิจกรรมทางจิต แถบคาดศีรษะของคุณจะใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าอิเล็กโทรเซฟาโลแกรมหรือ EEG เพื่อระบุคลื่นเหล่านี้ในขณะที่สมองของคุณสร้างขึ้นระหว่างการนอนหลับ

ในการสร้าง Sleep Reader คุณจะต้องต่ออุปกรณ์สองสามชิ้นเข้ากับแถบคาดศีรษะ อุปกรณ์หลักคือไมโครโปรเซสเซอร์ ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก โมดูล Bluetooth ซึ่งเป็นชิปที่ช่วยให้แถบคาดศีรษะสื่อสารกับคอมพิวเตอร์ของคุณ NeoPixel ซึ่งเป็นแสงที่เปลี่ยนสีได้ EEG; และแบตเตอรี่

ระบบที่สมบูรณ์ถูกสร้างขึ้นโดยการเชื่อมต่ออุปกรณ์แต่ละเครื่องเข้าด้วยกันในตำแหน่งเฉพาะผ่านเกลียวนำไฟฟ้า หากคุณไม่เคยมีประสบการณ์ใดๆ กับการใช้ชุดข้อความเหล่านี้ บทช่วยสอนมีให้ที่นี่ เธรดถูกผูกเป็นสแน็ปซึ่งช่วยให้คุณติดและถอดไมโครโปรเซสเซอร์ Flora และโมดูลบลูทูธได้อย่างง่ายดาย ปลายด้านหนึ่งของสแน็ปจะเข้าไปในเนื้อผ้าและอีกด้านจะไปที่อุปกรณ์ไฟฟ้า บทแนะนำสำหรับการใช้งาน snaps เหล่านี้มีให้ที่นี่

หลังจากสร้างระบบแล้วจะต้องมีรหัส โครงการนี้ใช้รหัส Arduino โดยเฉพาะ หากคุณต้องการทำความคุ้นเคยกับโค้ด Arduino https://www.arduino.cc เต็มไปด้วยบทช่วยสอนที่มีประโยชน์ ในการติดตั้งโค้ดที่ใช้สำหรับโปรเจ็กต์นี้ คุณจะต้องดาวน์โหลดแอป Arduino ที่ https://www.arduino.cc/en/Main/Software สิ่งนี้จะต้องเสริมด้วยบอร์ด Flora ที่มีให้ที่นี่ คุณจะต้องดาวน์โหลดไลบรารีอื่นๆ จำนวนหนึ่งเพื่อขยายขีดความสามารถของไมโครโปรเซสเซอร์ สามารถทำได้โดยใช้ www.github.com ห้องสมุดที่จำเป็นคือ:

• การแปลงฟูริเยร์อย่างรวดเร็ว (FFT)
• Adafruit BLE (บลูทูธ)
• อดาฟรุต NeoPixel

สุดท้ายนี้ คุณควรดาวน์โหลดแอป Adafruit Bluefruit LE Connect บนสมาร์ทโฟนของคุณเพื่อใช้กับแถบคาดศีรษะ

ขั้นตอนที่ 3: ความปลอดภัย

ร่างกายมนุษย์สามารถทนต่อการสัมผัสกับกระแสไฟฟ้าได้จำกัด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องได้รับการดูแลอย่างเหมาะสมเมื่อใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หลักการสำคัญของความปลอดภัยทางไฟฟ้าคือการหลีกเลี่ยงการทำให้ร่างกายของคุณเป็นเส้นทางให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านในวงจรไฟฟ้า แนวทางปฏิบัติทั่วไปบางประการที่ควรหลีกเลี่ยงคือ:

• เฉพาะสายสัมผัสและวงจรโลหะอื่นๆ ขณะปิดเครื่อง
• ใช้เครื่องมือที่มีด้ามจับหุ้มฉนวน
• พยายามเก็บน้ำให้ห่างจากพื้นที่ทำงานเมื่อสร้างวงจรของคุณ
• พยายามใช้มือข้างเดียวแทนสองมือให้มากที่สุดเพื่อลดความเสี่ยงที่กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านหัวใจ

ข้อกังวลอีกประการหนึ่งที่ต้องระวังในการสร้างวงจรคือกระแสไฟฟ้าสามารถจุดไฟให้กับวัสดุที่ติดไฟได้ ดังนั้นคุณต้องแน่ใจว่าสายไฟต่ออยู่ในวงจรอย่างสมบูรณ์ มิฉะนั้น คุณอาจจุดไฟผมหรือที่คาดผมของคุณ

คำเตือน: แถบคาดศีรษะนี้ไม่ใช่อุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ผ่านการรับรอง และไม่ควรใช้ในการวินิจฉัยโรคทางระบบประสาท

ขั้นตอนที่ 4: คำแนะนำและเคล็ดลับ

ต่อไปนี้คือเคล็ดลับบางประการที่ควรคำนึงถึงขณะสร้างแถบคาดศีรษะสำหรับ Sleep Reader:

• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าปลายด้ายนำไฟฟ้าไม่สัมผัสกันหลังจากที่คุณมัดออก

• หากพอร์ตไม่พร้อมใช้งานใน Arduino เมื่อคุณเชื่อมต่อไมโครคอนโทรลเลอร์กับ Arduino ให้ทำตามขั้นตอนต่อไปนี้เพื่ออัปโหลดโค้ดของคุณ:

  1. ขณะที่เชื่อมต่อไมโครคอนโทรลเลอร์ ให้อัปโหลดโค้ดในขณะที่กดปุ่มรีเซ็ตบนไมโครคอนโทรลเลอร์ค้างไว้
  2. เมื่อแถบสถานะเปลี่ยนจากการคอมไพล์เป็นการอัพโหลด ให้ปล่อยปุ่มรีเซ็ต
  3. รหัสควรอัปโหลดและพอร์ตควรเป็นที่รู้จัก
• เมื่อทำการบัดกรีที่สแน็ปช็อต ระวังอย่าให้บัดกรีสองพินเข้าด้วยกัน เพื่อไม่ให้วงจรของคุณลัดวงจร สามารถใช้มัลติมิเตอร์เพื่อทดสอบว่ามีการสร้างการเชื่อมต่อระหว่างพินหรือไม่
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสแนปเชื่อมต่ออยู่เมื่อสวมแถบคาดศีรษะ
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าโมดูลบลูทูธอยู่ในโหมดข้อมูล ไม่ใช่โหมดคำสั่ง
• เมื่อสร้างแถบคาดศีรษะของคุณแล้ว คุณจะต้องแน่ใจว่ามันทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ! เพื่อให้ได้สัญญาณที่ดี ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณมีการสัมผัสที่สะอาดระหว่างอิเล็กโทรดกับหน้าผากของคุณโดยการเช็ดฝุ่น เกลียวที่หลวม เส้นผม หรือสิ่งรบกวนอื่นๆ ออก

ขั้นตอนที่ 5: เริ่มสร้างวงจรของคุณ

เมื่อคุณได้รับความรู้พื้นฐานและขั้นตอนด้านความปลอดภัยแล้ว คุณก็พร้อมที่จะสร้างแถบคาดศีรษะชั่วโมงแล้ว อ่านคำแนะนำต่อไปนี้อย่างละเอียดและสังเกตความคิดเห็นที่ทิ้งไว้บนรูปภาพพร้อมคำแนะนำเพิ่มเติม

ขั้นตอนที่ 6: แผนภาพวงจร

แผนภาพวงจรด้านบนแสดงการเชื่อมต่อในวงจรที่เสร็จสมบูรณ์ ใช้แผนภาพวงจรนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงเพื่อให้แน่ใจว่าวงจรของคุณต่อสายอย่างถูกต้อง

ขั้นตอนที่ 7: ประสานเข้ากับไมโครโปรเซสเซอร์ Flora

หากคุณไม่ได้ดูลิงก์ไปยังบทช่วยสอนเกี่ยวกับวิธีใช้ snaps ในขั้นตอน "การเตรียมการ" ให้ลองดูตอนนี้ ณ จุดนี้ คุณจะเชื่อมต่อ snaps กับไมโครโปรเซสเซอร์และโมดูลบลูทูธ คุณคงไม่อยากยุ่งในส่วนนี้เพราะงานบัดกรีที่ยุ่งเหยิงอาจทำให้วงจรของคุณเสียหายได้

ไมโครโปรเซสเซอร์จะต้องยึดหมุดต่อไปนี้:

• หมุดกราวด์ (GND) ทั้ง 3 ตัว
• ปลั๊กไฟ 3.3V ทั้งคู่
• SCL #3
• RX #0
• TX #1
• พินดิจิตอล #9

ขั้นตอนที่ 8: ประสานเข้ากับโมดูล Bluetooth

และโมดูลบลูทูธจะต้องยึดหมุดเหล่านี้:

• กำลังไฟ 3.3V
• TX
• RX
• GND

ขั้นตอนที่ 9: เย็บ Snaps เป็นผ้าสำหรับไมโครโปรเซสเซอร์ Flora

ตอนนี้คุณสามารถเย็บปลายอีกด้านของกระดุมลงบนผ้าได้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ใช้โมดูลบลูทูธและไมโครโปรเซสเซอร์พร้อมกับสแน็ปช็อตที่แนบมาเพื่อจัดเรียงสแนปเหล่านี้อย่างถูกต้อง!

ขั้นตอนที่ 10: เย็บ Snaps เป็น Fabric สำหรับโมดูล Bluetooth

ตอนนี้เย็บใน snaps สำหรับ Bluetooth

ขั้นตอนที่ 11: ต่อโมดูล Bluetooth เข้ากับไมโครโปรเซสเซอร์ของ Flora

ถัดไป เชื่อมต่อโมดูล Bluetooth กับไมโครโปรเซสเซอร์ของ Flora โดยเย็บด้ายนำไฟฟ้าระหว่างสแน็ปตามลำดับสำหรับแต่ละอุปกรณ์ จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อพินต่อไปนี้:

1. บลูทูธ 3.3V เป็นไมโครโปรเซสเซอร์ 3.3V
2. Bluetooth TX เป็นไมโครโปรเซสเซอร์ RX #0
3. Bluetooth RX เป็นไมโครโปรเซสเซอร์ TX #1
4. Bluetooth GND เป็นไมโครโปรเซสเซอร์ GND

ขั้นตอนที่ 12: ต่อสาย Neo Pixel กับ Flora MicroProcessor

เชื่อมต่อ Neo Pixel กับไมโครโปรเซสเซอร์ด้วยวิธีต่อไปนี้:

1. NeoPixel LED เข้าสู่ไมโครโปรเซสเซอร์ Digital Pin #9
2. กราวด์ NeoPixel ไปยังกราวด์ไมโครโปรเซสเซอร์
3. พลัง NeoPixel สู่พลังไมโครโปรเซสเซอร์

ขั้นตอนที่ 13: ต่อสายแบตเตอรี่ไปยังไมโครโปรเซสเซอร์ของ Flora

ส่วนนี้มีความสำคัญ คุณอาจต้องการแหล่งพลังที่จะทำให้ทุกอย่างทำงานได้!

ขั้นตอนที่ 14: สร้างสายเคเบิล EEG

สายเคเบิลนี้สร้างขึ้นโดยใช้ชิป EEG, สายเคเบิลอิเล็กโทรด 3 ลีด และสายเคเบิล UC-E6 ชิป EEG ต้องได้รับการจัดตำแหน่งให้เหมาะสม เพื่อให้ปลายที่อ่านว่า "EEG" เชื่อมต่อกับสายอิเล็กโทรด ดังที่แสดงในภาพด้านบน

ขั้นตอนที่ 15: เชื่อมต่อ EEG กับไมโครโปรเซสเซอร์ของ Flora

เชื่อมต่อสาย EEG กับไมโครโปรเซสเซอร์ Flora ภาพด้านบนมีป้ายกำกับคำแนะนำเพื่อแสดงจุดที่เหมาะสมในการเชื่อมต่อสายไฟของคุณ จะทำการเชื่อมต่อดังต่อไปนี้:

1. สายสีแดงต่อไฟ
2. ลวดสีดำลงกราวด์
3. ลวดสีม่วงกับ SCL #3

ขั้นตอนที่ 16: เย็บอิเล็กโทรดเข้ากับแถบคาดศีรษะ

เย็บอิเล็กโทรดเข้าด้านในของแถบคาดศีรษะ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอิเล็กโทรดอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสม เมื่อมองที่ด้านในของแถบคาดศีรษะ อิเล็กโทรดสีแดงควรอยู่ทางด้านซ้าย อิเล็กโทรดสีขาวควรอยู่ตรงกลาง และอิเล็กโทรดสีดำควรอยู่ทางขวา

ขั้นตอนที่ 17: เย็บผ้าและสายรัดเข้ากับแถบคาดศีรษะ

ตอนนี้คุณทำแถบคาดศีรษะเสร็จแล้ว! วู้ฮู!

ขั้นตอนที่ 18: อัปโหลดรหัส

ตอนนี้คุณสามารถอัปโหลดรหัสนี้ไปยังแถบคาดศีรษะเพื่อให้มีความสามารถในการอ่านใจ!

ขั้นตอนที่ 19: เชื่อมต่อสายคาดศีรษะกับโทรศัพท์

เปิดแอป Adafruit Bluefruit LE Connect และเชื่อมต่อโทรศัพท์ของคุณกับ Adafruit Bluefruit LE

ขั้นตอนที่ 20: สวมที่คาดผมและรวบรวมข้อมูล

ตอนนี้คุณสามารถสวมที่คาดผมและทดสอบได้! คุณสามารถเลือก "UART" ในแอป Adafruit Bluefruit LE Connect เพื่อดูข้อมูลเมื่อมีเข้ามา

ขั้นตอนที่ 21: ส่งออกข้อมูลจากโทรศัพท์ไปยังคอมพิวเตอร์

เมื่อรวบรวมข้อมูลของคุณแล้ว คุณสามารถส่งออกข้อมูลในรูปแบบไฟล์ต่างๆ ได้ เราขอแนะนำให้ส่งออกเป็นไฟล์.txt สำหรับการวิเคราะห์ใน Excel

ขั้นตอนที่ 22: การวิเคราะห์ข้อมูล

ต่อไปนี้คือตัวอย่างประเภทของกราฟที่คุณสามารถสร้างเพื่อแสดงภาพและตีความข้อมูลจากแถบคาดศีรษะของคุณได้ เรามีช่วง delta, theta, alpha และ beta ที่ทำเครื่องหมายไว้ทั้งหมดเพื่อแสดงว่าแต่ละจุดอยู่ภายในช่วงใด

ขั้นตอนที่ 23: แนวคิดเพิ่มเติม

หลังจากที่คุณทำแถบคาดศีรษะ Sleep Reader เสร็จแล้ว อย่าลังเลที่จะสำรวจการปรับเปลี่ยนการออกแบบ อาจพยายามแก้ไขรหัสเพื่อรวบรวมข้อมูลโดยอัตโนมัติและสร้างรายงานที่ประเมินรูปแบบการนอนหลับของผู้ใช้ หรือคุณสามารถเชื่อมต่อนาฬิกาแบบเรียลไทม์เพื่อตรวจสอบเวลาที่แน่นอนของคืนเมื่อผู้ใช้หลับ เข้าสู่โหมดหลับลึกและหลับ REM และตื่นขึ้น บางทีคุณอาจสนใจบันทึกการสนทนาเกี่ยวกับการนอนหลับ ซึ่งในกรณีนี้ คุณสามารถรวมเครื่องบันทึกเสียงที่เปิดใช้งานเมื่อผู้ใช้เข้าสู่โหมดพัก REM ความเป็นไปได้ไม่มีที่สิ้นสุด!

ขั้นตอนที่ 24: การรับรู้

ส่วนการแปลงฟูริเยร์ของโค้ดสำหรับโครงการนี้ใช้โค้ดที่โพสต์ในหน้านี้ใน Norwegian Creations นอกจากนี้ ส่วน NeoPixel ของโค้ดยังอ้างอิงถึงตัวอย่างที่ Adafruit จัดเตรียมให้