TfCD - AmbiHeart: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

บทนำ

การรับรู้ถึงหน้าที่ที่สำคัญของร่างกายของเราสามารถช่วยในการตรวจหาปัญหาสุขภาพ เทคโนโลยีปัจจุบันมีเครื่องมือสำหรับวัดอัตราการเต้นของหัวใจในสภาพแวดล้อมภายในประเทศ ในฐานะส่วนหนึ่งของหลักสูตรปริญญาโท Advanced Concept Design (sub-course TfCD) ที่ Technical University of Delft เราได้สร้างอุปกรณ์ตอบกลับทางชีวภาพ

อะไรที่คุณต้องการ?

1 เซ็นเซอร์ชีพจร

1 RGB LED

ตัวต้านทาน 3 ตัว (220 โอห์ม)

Arduino Uno

แบตเตอรี่ 9V

เขียงหั่นขนม

ตัวเครื่องพิมพ์ลาย 3 มิติ

จุดแข็ง

การนำเสนอการวัดด้วยสีอ่อนจะเข้าใจและตีความได้ง่ายกว่าตัวเลขดิบ มันยังทำให้พกพาได้ การใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์และเขียงหั่นขนมที่มีขนาดเล็กลงจะช่วยให้เพิ่มขนาดของกล่องหุ้มได้ รหัสของเราใช้ค่าเฉลี่ยของอัตราการเต้นของหัวใจ แต่ด้วยการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในรหัส คุณสามารถปรับผลตอบรับเป็นค่าเฉพาะมากขึ้นสำหรับกลุ่มอายุและภาวะสุขภาพของคุณ

จุดอ่อน

จุดอ่อนหลักคือการตอบสนองของเซ็นเซอร์วัดอัตราการเต้นของหัวใจ ต้องใช้เวลาสักครู่ในการตรวจจับอัตราการเต้นของหัวใจและแสดงผลตอบกลับที่ต้องการ ความล่าช้านั้นอาจมีนัยสำคัญในบางครั้งและอาจนำไปสู่การทำงานที่ผิดพลาด

ขั้นตอนที่ 1: การเตรียมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

เซ็นเซอร์วัดการเต้นของหัวใจใช้หลักการของโฟโตกราฟีสโมกราฟฟี มันวัดการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรของเลือดผ่านอวัยวะใด ๆ ของร่างกายซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในความเข้มของแสงผ่านอวัยวะนั้น (บริเวณหลอดเลือด) ในโครงการนี้ จังหวะเวลาของพัลส์มีความสำคัญมากกว่า การไหลของปริมาตรของเลือดจะขึ้นอยู่กับอัตราการเต้นของหัวใจ และเนื่องจากแสงถูกดูดกลืนโดยเลือด สัญญาณพัลส์จึงเทียบเท่ากับการเต้นของหัวใจ

ประการแรก เซ็นเซอร์ชีพจรจะต้องเชื่อมต่อกับ Arduino เพื่อตรวจจับ BPM (ครั้งต่อนาที) เชื่อมต่อเซ็นเซอร์ชีพจรกับ A1 ไฟ LED บนบอร์ด Arduino ควรกะพริบพร้อมกับการตรวจจับ BPM

ประการที่สอง วาง RGB LED พร้อมกับตัวต้านทาน 3 ตัว 220 โอห์มที่เชื่อมต่อตามที่แสดงในแผนผัง เชื่อมต่อหมุดสีแดงกับ 10 พินสีเขียวถึง 6 และพินสีเขียวถึง 9

ขั้นตอนที่ 2: การเขียนโปรแกรม

ใช้การวัดอัตราการเต้นของหัวใจเพื่อชีพจร LED ที่ความถี่ที่คำนวณได้ อัตราการเต้นของหัวใจขณะพักอยู่ที่ประมาณ 70 ครั้งต่อนาทีสำหรับคนส่วนใหญ่ หลังจากที่คุณมีไฟ LED ดวงหนึ่งทำงาน คุณสามารถใช้ไฟ LED อื่นที่จางหายไปกับ IBI ได้ อัตราการเต้นของหัวใจขณะพักปกติสำหรับผู้ใหญ่อยู่ระหว่าง 60 ถึง 100 ครั้งต่อนาที คุณสามารถจัดหมวดหมู่ BPM ในช่วงนี้ตามหัวข้อการทดสอบของคุณ

ที่นี่เราต้องการทดสอบกับบุคคลที่กำลังพักผ่อนและจัดหมวดหมู่ BPM ด้านบนและด้านล่างช่วงนี้เป็นห้าหมวดหมู่ตามลำดับ

น่ากลัว (ต่ำกว่า 40) - (สีน้ำเงิน)

คำเตือน (40 ถึง 60) - (ไล่ระดับจากสีน้ำเงินเป็นสีเขียว)

ดี (60 ถึง 100) - (สีเขียว)

คำเตือน (100 ถึง 120) - (การไล่ระดับจากสีเขียวเป็นสีแดง)

น่ากลัว (สูงกว่า 120) - (สีแดง)

ตรรกะในการจัดหมวดหมู่ BPM เป็นหมวดหมู่เหล่านี้คือ:

ถ้า (BPM<40)

R=0

G=0

B=0

ถ้า (40 < BPM < 60)

R = 0

G = (((BPM-40)/20)*255)

B = (((60-BPM)/20)*255)

ถ้า (60 < BPM < 100)

R = 0

G = 255

B = 0

ถ้า (100 < BPM <120)

R = (((BPM-100)/20)*255)

G = (((120-BPM)/20)*255)

B = 0

ถ้า (120 < BPM)

R = 255

G = 0

B = 0

คุณสามารถใช้แอป Processing Visualizer เพื่อตรวจสอบเซ็นเซอร์ชีพจรและดูว่า BPM และ IBI เปลี่ยนไปอย่างไร การใช้ Visualiser จำเป็นต้องมีไลบรารีพิเศษ ถ้าคุณคิดว่า Serial plotter ไม่เป็นประโยชน์ คุณสามารถใช้โปรแกรมนี้ได้ ซึ่งจะประมวลผลข้อมูล BPM เป็นอินพุตที่อ่านได้สำหรับ Visualizer

มีหลายวิธีในการวัดการเต้นของหัวใจโดยใช้เซ็นเซอร์ชีพจรโดยไม่ต้องโหลดไลบรารี่ไว้ล่วงหน้า เราใช้ตรรกะต่อไปนี้ ซึ่งใช้ในแอปพลิเคชันที่คล้ายคลึงกัน โดยใช้ห้าพัลส์เพื่อคำนวณการเต้นของหัวใจ

Five_pusle_time=time2-time1;

Single_pulse_time= Five_pusle_time /5;

อัตรา=60000/ Single_pulse_time;

โดยที่ time1 เป็นค่าตัวนับพัลส์แรก

time2 เป็นรายการค่าตัวนับชีพจร

อัตราคืออัตราการเต้นของหัวใจขั้นสุดท้าย

ขั้นตอนที่ 3: การสร้างแบบจำลองและการพิมพ์ 3 มิติ

เพื่อความสะดวกในการวัดและความปลอดภัยของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แนะนำให้ทำตู้ นอกจากนี้ยังป้องกันไม่ให้ส่วนประกอบลัดวงจรระหว่างการใช้งาน เราออกแบบรูปทรงเรียบง่ายที่สามารถจับถือได้ซึ่งเป็นไปตามสุนทรียศาสตร์แบบออร์แกนิก แบ่งออกเป็นสองส่วน: ด้านล่างมีรูสำหรับพัลส์เซนเซอร์และซี่โครงยึดสำหรับ Arduino และเขียงหั่นขนม และส่วนด้านบนมีตัวนำทางแสงเพื่อให้การตอบกลับด้วยภาพที่ดี

ขั้นตอนที่ 4: ต้นแบบเครื่องกลไฟฟ้า

เมื่อคุณมีกล่องหุ้มพร้อมแล้ว ให้วางเซ็นเซอร์ชีพจรลงในซี่โครงนำทางที่ด้านหน้าของรู ตรวจสอบให้แน่ใจว่านิ้วไปถึงเซ็นเซอร์และปิดพื้นผิวให้สนิท เพื่อเพิ่มเอฟเฟกต์ของการสะท้อนกลับด้วยภาพ ให้คลุมพื้นผิวด้านในของโครงด้านบนด้วยฟิล์มทึบแสง (เราใช้อลูมิเนียมฟอยล์) โดยเว้นช่องตรงกลางไว้ มันจะจำกัดแสงในช่องเปิดที่เฉพาะเจาะจง ตัดการเชื่อมต่อ Arduino จากแล็ปท็อปและเชื่อมต่อแบตเตอรี่มากกว่า 5V (เราใช้ 9V ที่นี่) เพื่อให้พกพาได้ ตอนนี้วางอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดลงในกล่องหุ้มด้านล่างและปิดด้วยกล่องด้านบน

ขั้นตอนที่ 5: การทดสอบและการแก้ไขปัญหา

ตอนนี้ได้เวลาตรวจสอบผลลัพธ์แล้ว! เนื่องจากเซ็นเซอร์ถูกวางไว้ภายใน ก่อนการเปิดกล่องหุ้ม ความไวของเซ็นเซอร์อาจเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่ออื่นๆ ทั้งหมดไม่เสียหาย หากดูเหมือนว่าจะมีอะไรผิดปกติ เราขอนำเสนอบางกรณีเพื่อช่วยคุณจัดการกับมัน

ข้อผิดพลาดที่เป็นไปได้อาจเกิดจากอินพุตจากเซ็นเซอร์หรือเอาต์พุตสำหรับ RGB LED ในการแก้ไขปัญหาเซ็นเซอร์ มีบางสิ่งที่คุณจะต้องสังเกต หากเซ็นเซอร์ตรวจจับ BPM ควรมีไฟ LED บนบอร์ด (L) กะพริบตาม BPM ของคุณ หากคุณไม่เห็นการกะพริบ ให้ตรวจสอบขั้วอินพุตบน A1 หากไฟที่เซ็นเซอร์ชีพจรไม่เรืองแสง คุณต้องตรวจสอบขั้วอีกสองขั้ว (5V และ GND) เครื่องพล็อตเตอร์แบบอนุกรมหรือจอภาพแบบอนุกรมสามารถช่วยให้คุณแน่ใจว่าเซ็นเซอร์ทำงาน

หากคุณไม่เห็นแสงใดๆ บน RGB คุณต้องตรวจสอบขั้วอินพุต (A1) ก่อน เนื่องจากโค้ดจะทำงานก็ต่อเมื่อตรวจพบ BPM เท่านั้น หากทุกอย่างจากเซ็นเซอร์ดูดี ให้มองหาวงจรลัดที่มองข้ามไปบนเขียงหั่นขนม

ขั้นตอนที่ 6: การทดสอบผู้ใช้

เมื่อคุณมีต้นแบบที่พร้อมใช้งานแล้ว คุณสามารถวัดอัตราการเต้นของหัวใจเพื่อรับการตอบสนองแบบเบาได้ แม้จะได้รับข้อมูลเกี่ยวกับสุขภาพของคุณ คุณก็สามารถเล่นกับอารมณ์ต่างๆ และตรวจสอบการตอบสนองของอุปกรณ์ได้ สามารถใช้เป็นเครื่องฝึกสมาธิได้