Monitor Dress - เชื่อมต่อสัญญาณหัวใจกับ IoT: 18 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

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

Monitor Dress เป็นการทดลองในการค้นคว้าวิธีต่างๆ ในการทำให้กิจกรรมหัวใจของผู้สวมใส่เป็นดิจิทัล ตลอดจนการประมวลผลข้อมูล

อิเล็กโทรดสามตัวในชุดกระโปรงวัดสัญญาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านร่างกายของผู้สวมใส่ แรงกระตุ้นแบบแอนะล็อกเหล่านี้ซึ่งเกิดจากการทำงานของกล้ามเนื้อของหัวใจ จะถูกแปลงเป็นสัญญาณดิจิทัล จากนั้นไมโครคอนโทรลเลอร์จะจุดไฟวงกลม LED ที่ด้านหน้าของชุดเดรส กะพริบเป็นสีม่วงทุกครั้งที่หัวใจเต้น ไมโครคอนโทรลเลอร์ยังส่งข้อมูลผ่านเครือข่ายไร้สายเพื่อการใช้งานอื่นๆ คอมพิวเตอร์จะรับข้อมูลที่ส่งผ่านเครือข่ายไร้สาย ซึ่งกำลังตรวจสอบข้อมูลเพื่อให้ข้อมูลเคลื่อนไหว ขณะนี้สัญญาณไฟฟ้าของหัวใจสามารถมองเห็นได้บนจอแสดงผลและตัวชุดเอง

Monitor Dress สร้างการเชื่อมต่อที่ไร้รอยต่อระหว่างร่างกายมนุษย์ เสื้อผ้าและส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ – แปลงเป็นดิจิทัลและบันทึก biosignal ชั่วคราวของเรา

ขั้นตอนที่ 1: ภาพรวมการออกแบบและวงจร

ชิ้นบนสุดของชุดเป็นชิ้นอะครีลิคใสสีดำ ตัดด้วยเครื่องตัดเลเซอร์ วงแหวน NeoPixel ติดกาวไว้ใต้วงกลมอะคริลิกใสที่อยู่ตรงกลาง สายไฟวิ่งไปด้านหลังท่อนบนกับแถบผ้าที่ติดกับท่อนบนที่ด้านหลังของชุดเดรส แถบผ้าเชื่อมต่อกับกระเป๋าเล็กๆ ที่เก็บไมโครคอนโทรลเลอร์ เครื่องวัดอัตราการเต้นของหัวใจ และแบตเตอรี่ อิเล็กโทรดอิเล็กโทรดสามอันถูกเย็บเข้ากับซับในของชุดเดรส สายไฟที่เชื่อมต่ออิเล็กโทรดและไมโครคอนโทรลเลอร์ทำงานระหว่างผ้าสองชั้น

ขั้นตอนที่ 2: วัสดุสิ้นเปลือง:

วัสดุ:

• ผ้า
• ซิป
• สายไฟ
• หดความร้อน
• 1/8" อะคริลิคสีดำ
• 1/8" อะครีลิคกระจาย
• วงแหวน NeoPixel (24 LEDs) (อดาฟรุต)
• โฟตอน (อนุภาค)
• เครื่องวัดอัตราการเต้นของหัวใจ (Sparkfun)
• แผ่นเซ็นเซอร์ชีวการแพทย์ (Sparkfun)
• สายเซนเซอร์ (Sparkfun)
• ผ้านำไฟฟ้า (Sparkfun หรือ Adafruit)
• 5 ปุ่ม Snaps
• บอร์ด Perma-Proto (อดาฟรุต)
• สายจัมเปอร์หญิง + ชาย
• หดความร้อน
• พาวเวอร์แบงค์ 5V (อเมซอน)

เครื่องมือ:

• กรรไกร
• เข็ม
• เกลียว
• แหนบ
• หัวแร้ง
• ประสาน
• กาวร้อน
• ปืนความร้อน
• จักรเย็บผ้า
• เครื่องตัดเลเซอร์
• ค้อน
• กระดาษ
• ไม้บรรทัด
• ดินสอ

ขั้นตอนที่ 3: โฟตอน - ชุดพัฒนา Wi-Fi

Photon คือชุดพัฒนา Wi-Fi ที่ทรงพลัง ซึ่งเชื่อมต่อโปรเจ็กต์ของคุณกับ Internet of Things (IoT) บอร์ดมีขนาดเล็กมาก ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับโครงการที่สวมใส่ได้ IoT

Particle ผู้ผลิต Photon ได้เตรียม Photon Datasheet ที่ยอดเยี่ยมพร้อมทั้งคู่มือการเริ่มต้นใช้งานโดยละเอียดพร้อมข้อมูลทั้งหมดที่คุณต้องรู้เพื่อเริ่มต้น

เพียงดาวน์โหลดแอป Particle บนสมาร์ทโฟนของคุณและทำตามคำแนะนำเพื่อให้ Photon ของคุณเชื่อมต่อกับเครือข่าย Wi-Fi ของคุณ คุณยังสามารถดาวน์โหลดแอป Particle Dev สำหรับคอมพิวเตอร์ของคุณหรือเริ่มเขียนโปรแกรมโดยใช้เบราว์เซอร์ของคุณ เราจะกลับมาที่โฟตอนในขั้นตอนที่ 15

ขั้นตอนที่ 4: เครื่องวัดอัตราการเต้นของหัวใจ

ในภาพ คุณสามารถเห็นบอร์ด Heart Rate Monitor รวมถึงสายเซ็นเซอร์ที่มีขั้วต่อแผ่นอิเล็กโทรด 3 อันและแผ่นเซ็นเซอร์ชีวการแพทย์ที่ตรงกัน 3 อัน เนื่องจากเราจะทำอิเล็กโทรดผ้าที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสำหรับชุดของเรา เราจึงไม่จำเป็นต้องใช้สายเซ็นเซอร์และแผ่นอิเล็กโทรด อย่างไรก็ตาม เหมาะสำหรับการสร้างต้นแบบและการทดสอบ

ก่อนเริ่มต้น ฉันยังแนะนำให้อ่านคู่มือการเชื่อมต่อ Heart Rate Monitor Hook Up ของ Sparkfun มีรายละเอียดมากมายเกี่ยวกับวิธีการทำงานของ Heart Rate Monitor และวิธีจัดเรียงอิเล็กโทรด

ขั้นตอนที่ 5: เลเซอร์ตัดชิ้นบน

ขั้นแรก ฉันออกแบบชิ้นบน 2 มิติโดยใช้ Illustrator ซึ่งฉันตัดแผ่นอะครีลิกสีดำขนาด 1/8 นิ้วด้วยเครื่องตัดเลเซอร์ เนื่องจากวงกลมที่อยู่ตรงกลางของการออกแบบจะสว่างขึ้น ฉันจึงตัดกลีบที่เข้ากันออกจาก 1 แผ่นอะครีลิคกระจาย /8 นอกจากนี้ ฉันยังตัดวงกลมอะคริลิกกระจายขนาดต่างๆ สามวงออกไปด้วย เราจะติดกาวระหว่างกลีบดอกไม้กับวงแหวน NeoPixel เพื่อให้ได้แสงที่กระจายมากขึ้น มิเช่นนั้น คุณจะเห็นไฟ LED แต่ละดวงบนวงแหวน

ขั้นตอนที่ 6: การสร้างอะคริลิก

หลังจากตัดอะครีลิคแล้ว ก็ถึงเวลาขึ้นรูปและทำให้เป็นรูปทรง 3 มิติ คุณสามารถใช้ปืนความร้อน ไดร์เป่าผม หรืออะไรก็ได้ที่ทำงานเร็วที่สุด เช่น เตาแก๊ส ระวังในขณะที่ร้อนขึ้นและสัมผัสส่วนที่ร้อนด้วยผ้าขนหนูเสมอ เมื่อมันเริ่มยืดหยุ่นได้ ให้จัดรูปทรงตามที่คุณต้องการ แล้วรอจนกระทั่งเย็นลงและแข็งตัวอีกครั้ง

ขั้นตอนที่ 7: เพิ่มกลีบโปร่งแสง

ทีนี้มาติดกลีบอะครีลิคใสในรอยตัดที่เกี่ยวข้องกัน หากกลีบอะคริลิกมีรอยไหม้ที่ขอบ คุณสามารถขัดออกด้วยกระดาษทราย ผสมอีพ็อกซี่สองส่วนเข้าด้วยกันแล้วทากาวรอบๆ ขอบกลีบอย่างระมัดระวัง ช่วยยึดชิ้นงานด้วยเทปกาวบางๆ ขณะที่วางตำแหน่งไว้ในชิ้นบน

ขั้นตอนที่ 8: ออกแบบชุดของคุณ

ขั้นตอนต่อไป เราจะออกแบบและเย็บชุดหนังสีดำ

ขณะทำงานกับไฟล์ Illustrator ฉันมีแนวคิดคร่าวๆ สำหรับการออกแบบอยู่แล้ว หลังจากปาดผ้าและท่อนบนรอบๆ หุ่นแล้ว ฉันก็ได้รูปแบบที่ถูกต้อง นั่นคือ ชุดเดรสสำหรับคล้องคอที่มีลูกดอกสองดอกที่ด้านหน้าและด้านหลัง รวมถึงตะเข็บที่เอวแบบแบ่งส่วน กระเป๋าใส่แบตเตอรี่ด้านหลัง และซิปที่มองไม่เห็น ภายในตะเข็บด้านซ้าย ก่อนตัดผ้าสวยๆ ควรเย็บชุดด้วยผ้าราคาถูก (เรียกอีกอย่างว่ามัสลิน) ก่อนเสมอ ที่เปิดโอกาสให้คุณปรับรูปแบบและทำการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย

ขั้นตอนที่ 9: เย็บชุด

ตอนนี้ติดตามรูปแบบและเย็บชุดจริง ขั้นแรกให้เย็บลูกดอกที่ด้านหน้าและด้านหลังของชุด จากนั้นเย็บด้านหน้า 2 ชิ้นและด้านหลัง 2 ชิ้นเข้าด้วยกัน รวมทั้งซับใน ที่ยึดคอ และซิปที่มองไม่เห็น ในตอนท้าย เราจะติดช่องใส่แบตเตอรี่และสายรัด (ขั้นตอนที่ 10 และ 11) อีกครั้งที่ฉันใช้เครื่องตัดเลเซอร์ตัดสายรัดผ้าทั้งหกเส้น ไม่จำเป็น แต่ให้ขอบที่สะอาดมาก ซึ่งเย็บง่ายกว่าและตัดเร็วกว่ามาก!

ขั้นตอนที่ 10: ติดกระเป๋าด้านหลัง

ตัดสี่เหลี่ยมออกจากผ้าด้านบนของคุณแล้วเย็บแถบเวลโครเล็ก ๆ ที่ด้านบนของขอบด้านซ้ายและขวา พับขอบเวลโครแล้วเย็บเข้าด้านในของพ็อกเก็ตสแควร์ หาตำแหน่งที่ดีสำหรับกระเป๋าใส่แบตเตอรี่ (ควรอยู่ที่ตะเข็บเอวด้านบน) แล้วปักหมุดไว้บนเดรส เย็บด้านล่างของกระเป๋าเข้ากับชุดเดรสและแถบเวลโครที่สอดคล้องกันทางด้านซ้ายและด้านขวา

ขั้นตอนที่ 11: เตรียมแถบผ้า

แถบผ้าด้านหลังใช้สำหรับเชื่อมต่อส่วนบนเข้ากับชุดเดรส และเพื่อซ่อนสายไฟทั้งหมดที่วิ่งจากกระเป๋าแบตเตอรี่ไปยังไฟ LED ด้านหน้า ก่อนเย็บขอบยาวเข้าด้วยกัน ให้สอดรูร้อยเข้าไปในแถบใดแถบหนึ่ง สิ่งนี้จะทำให้ชุดดูสะอาดตายิ่งขึ้นเมื่อดันสายไฟเข้าและออกจากแถบ จากนั้นไปข้างหน้าเย็บอุโมงค์ผ้าแล้วกลับแถบด้านในออก ใช้แหนบได้ง่ายขึ้น

ในขั้นตอนต่อไป ให้ป้อนสายไฟยาวสามเส้น (ยาวพอที่จะวิ่งจากกระเป๋าแบตเตอรี่ไปยังไฟ LED ด้านหน้า) ผ่านแถบตาไก่ นำทางสายไฟผ่านรูร้อยออกจากอุโมงค์ ทำเครื่องหมายลวดแต่ละเส้นที่ปลายทั้งสองด้วยเทปเพื่อให้คุณรู้ว่าอันไหนเป็นอันไหน แล้วเย็บแถบด้านบนตามภาพ

ขั้นตอนที่ 12: เสร็จสิ้น Top Piece

ตอนนี้ประสานสายหนึ่งในสามสายของคุณเข้ากับพิน GND (กราวด์) หนึ่งสายกับพินอินพุตข้อมูลและสายสุดท้ายไปยังพิน +5 V (กำลัง) ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณรู้ว่าสายใดถูกบัดกรีกับขาใดเนื่องจากคุณไม่สามารถติดตามกลับเข้าไปในท่อได้ บัดกรีปลั๊กตัวเมียเข้ากับสายไฟทั้งสามเส้น อย่าลืมใช้การหดตัวด้วยความร้อนเพื่อรักษาข้อต่อบัดกรีที่หักง่าย ใช้ปืนความร้อนหรือกาวอีพ็อกซี่กาวสามวงอะครีลิคน้ำนมที่ด้านบนของกันและกันแล้วรอจนแห้ง จากนั้นวางวงกลมตรงกลางด้านในของกลีบอะครีลิคแล้วติดกาวเข้าด้วยกัน หลังจากที่กาวแห้งสนิทแล้ว ให้ใช้วงแหวน NeoPixel ที่ด้านบนแล้วทากาวรอบๆ อย่าลืมยึดสายไฟรอบวงแหวนไว้ที่ด้านหลังของชิ้นส่วน

ขั้นตอนที่ 13: เย็บแถบผ้าเข้ากับชุด

ตอนนี้ใส่ชุดเดรสและท่อนบนของนางแบบแล้วหาตำแหน่งที่คุณต้องการวางแถบ เปิดตะเข็บอย่างระมัดระวังในบริเวณที่ทำเครื่องหมาย รวมทั้งตะเข็บเอวด้านหลังถุงแบตเตอรี่ (ซับในและชั้นบนสุด) ตอนนี้ป้อนแถบผ้าผ่านซับในและชั้นบนสุดเพื่อให้แถบออกมาทางตะเข็บเอว ตรึงแถบด้วยความยาวที่ต้องการในตำแหน่งที่ถูกต้องและปิดเฉพาะตะเข็บด้านบนในตอนนี้

ขั้นตอนที่ 14: รวมอิเล็กโทรด

ตัดสามสี่เหลี่ยมออกจากผ้านำไฟฟ้า ภาพแรกแสดงตำแหน่งที่คุณต้องวางอิเล็กโทรดภายในชุดเดรส ฉันใช้ตะเข็บซิกแซกเย็บสี่เหลี่ยมลงบนซับใน ต้องกดอิเล็กโทรดให้แน่นบนผิวหนังเปล่าเพื่อกระตุ้นการเต้นของหัวใจ มิฉะนั้นผ้าที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจะไม่สามารถรับสัญญาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านร่างกายของคุณได้ ตอนนี้บัดกรีลวด (ฉันแนะนำลวดซิลิกอนที่ยืดหยุ่น) ลงบนสแน็ปปุ่ม เตรียมสายไฟทั้งหมดสามเส้น หนึ่งเส้นสำหรับแต่ละอิเล็กโทรด เย็บกระดุมด้านหลังซับในด้วยแผ่นปะผ้านำไฟฟ้า - ระหว่างซับในและชั้นบนสุด สิ่งสำคัญคือการใช้เกลียวนำไฟฟ้าเพื่อเชื่อมต่ออิเล็กโทรดกับสายไฟและต่อมากับไมโครคอนโทรลเลอร์ จากนั้นนำสายไฟทั้งสามเส้นผ่านชุดเดรสจนออกมาจากจุดเปิดในตะเข็บเอวด้านหลังแบตเตอรี เพื่อป้องกันสายไฟอีกเล็กน้อย ฉันจึงใส่มันไว้ในท่อผ้าที่เหลือเล็กๆ น้อยๆ ตรงที่ฉันเย็บทับเพื่อปิดตะเข็บเอวเปิด ตัดสายไฟสามเส้นตามความยาวที่คุณต้องการแล้วบัดกรีสายจัมเปอร์ตัวเมียที่ปลายแต่ละด้าน นี่เป็นสิ่งจำเป็นในการเชื่อมต่ออิเล็กโทรดกับ Hart Rate Monitor Board โปรดจำไว้ว่าสิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าสายใดเชื่อมต่อกับอิเล็กโทรดใด

จนถึงตอนนี้ดีมาก ชุดสวยพร้อมมาก

ขั้นตอนที่ 15: แก้ไขและอัปโหลดโค้ด

กลับมาที่ซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์กัน:

หลังจากตั้งค่าโฟตอนของคุณและติดตั้ง Particle Dev (ขั้นตอนที่ 3) แล้ว ให้ดาวน์โหลดรหัสตรวจสอบอัตราการเต้นของหัวใจ หากคุณเปิดไฟล์ คุณจะเห็นสองโฟลเดอร์ โฟลเดอร์หนึ่งเรียกว่าโฟตอน และอีกโฟลเดอร์หนึ่งเรียกว่าการประมวลผล

ไปข้างหน้าและเปิด Particle Dev แล้วเลือกไฟล์ > เปิด… ในเมนูแบบเลื่อนลง ไปที่โฟลเดอร์โฟตอนแล้วคลิกเปิด ทางด้านซ้าย ให้คลิกที่ WorkingPhotonHeartRateMonitor.ino เพื่อเปิดรหัส ตอนนี้เปลี่ยนจำนวน LED ที่กำหนดไว้ในโค้ดเป็นจำนวน LED ที่คุณใช้ในโครงการของคุณ

#define NUM_LEDS 24

สำหรับชุดนั้น ฉันใช้ไฟ LED 24 ดวง คุณยังสามารถเปลี่ยนหมายเลขของพินอื่นๆ ได้ หากคุณใช้พินอื่น แผนภูมิเล็กๆ จะให้ภาพรวมแก่คุณ หากคุณต้องการเปลี่ยนหมุดปุ่มโหมด ให้คลิกที่ไฟล์ buttons.h และเปลี่ยนหมายเลข 6 เป็นพินที่คุณใช้

#define MODEBUTTON 6

หากต้องการ คุณสามารถเพิ่มปุ่มกดเล็กๆ ที่พินนี้เพื่อสลับระหว่างโหมดสดและข้อมูลการเต้นของหัวใจที่บันทึกไว้ เป็นคุณลักษณะที่ดีที่จะมีถ้าแต่งตัวบนนางแบบ หลังจากเชื่อมต่ออิเล็กโทรดเข้ากับร่างกายของคุณแล้ว (ในขั้นตอนต่อไป) คุณสามารถเปิดมอนิเตอร์แบบอนุกรม บันทึกข้อมูลของคุณเอง และแทนที่ตัวเลขด้วยการเต้นของหัวใจของคุณในไฟล์ที่บันทึกไว้ Data.h

ขั้นตอนที่ 16: ประกอบฮาร์ดแวร์

ก่อนที่จะบัดกรีส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดลงบน 'Perma-Proto Half-sized Breadboard' ให้ใช้เขียงหั่นขนมธรรมดาสำหรับการทดสอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของคุณก่อน เชื่อมต่อเครื่องวัดอัตราการเต้นของหัวใจ ปุ่ม และไฟ LED กับหมุดโฟตอนที่กำหนดไว้ในรหัส ติดอิเล็กโทรดเข้ากับร่างกายของคุณตามที่แสดงในภาพ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอิเล็กโทรดตรงกับพินที่ถูกต้อง ตอนนี้คุณสามารถเปิดโฟตอนมอนิเตอร์อนุกรมและรับข้อมูลการเต้นของหัวใจผ่าน WiFi ในพื้นที่ของคุณ

หากคุณต้องการดูไดอะแกรม EKG บนจอภาพ คุณต้องดาวน์โหลดการประมวลผล ในการประมวลผล ให้เปิดภาพสเก็ตช์ในโฟลเดอร์การประมวลผล และเรียกใช้ภาพร่างโดยคลิกที่ลูกศรที่มุมซ้าย หากทุกอย่างถูกตั้งค่าอย่างถูกต้อง หน้าต่างจะเปิดขึ้นและคุณสามารถเห็นกิจกรรมของหัวใจ ช่วยให้เคลื่อนไหวน้อยที่สุดและใช้เวลาสักครู่จนกว่า biosignal จะคงที่เพียงพอสำหรับการสร้างภาพข้อมูลที่สะอาด สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมและ/หรือการแก้ไขปัญหา โปรดดูคู่มือการตรวจวัดอัตราการเต้นของหัวใจของ Sparkfun คุณอาจต้องแก้ไขบรรทัดในสเก็ตช์ซึ่งมี Serial.list()[3] และเปลี่ยนหมายเลขเป็นพอร์ตใดก็ตามที่มอนิเตอร์ซีเรียลของคุณเปิดอยู่ หากคุณไม่แน่ใจเกี่ยวกับตัวเลข ให้ลอง 0 ถึง 6

ขั้นตอนที่ 17: ประสานบน Perma-Proto

ในการเชื่อมต่ออิเล็กโทรด e-textile แบบบูรณาการของเรากับบอร์ด ไม่ใช่อิเล็กโทรดเหนียวขนาดใหญ่ ให้บัดกรีส่วนหัวเข้ากับหมุด RA (แขนขวา), LA (แขนซ้าย) และ RL (ขาขวา) บนบอร์ด

หากทุกอย่างใช้งานได้ คุณสามารถประสานส่วนประกอบต่างๆ บนบอร์ด perma-proto ได้ ฉันเริ่มต้นด้วยโฟตอน จากนั้นจึงต่อสายไฟตามด้วยเครื่องวัดอัตราการเต้นของหัวใจในตอนท้าย แทนที่จะบัดกรีสายไฟ LED สามเส้นบนบอร์ดอย่างถาวร ฉันใช้สายจัมเปอร์ตัวผู้ (Data, VCC และ GND) สามเส้นเพื่อเชื่อมต่อกับสาย LED

พาวเวอร์แบงค์ขนาด 5V เป็นแหล่งจ่ายไฟทำงานได้ดีสำหรับโฟตอนเพราะสามารถชาร์จใหม่ได้ คุณยังสามารถใช้เพื่อชาร์จอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ เช่น สมาร์ทโฟนของคุณ

ขั้นตอนที่ 18: เชื่อมต่อสัญญาณหัวใจของคุณกับ IoT

ตอนนี้คุณพร้อมแล้ว และคุณสามารถเชื่อมต่อกิจกรรมการเต้นของหัวใจกับอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง

โปรดทราบว่าโฟตอนจะต้องเชื่อมต่อกับเครือข่ายไร้สายเสมอ มิฉะนั้น โฟตอนจะไม่หยุดค้นหาและรหัสของคุณจะไม่ทำงาน ในการอัปเดตในอนาคต ฉันจะสามารถปรับปรุงเพื่อให้มีการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตหรือไม่ก็ได้

หากคุณมีคำถามใด ๆ อย่าลังเลที่จะถาม มีความสุขในการทำ

รางวัลรองชนะเลิศการประกวด DIY Dress Contest