Sleep Reader Pannband: 24 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Har du någonsin undrat hur du sover på natten? Enheter som FitBit spårar sömn genom att analysera din rörelse hela natten, men de kan inte titta på vad din hjärna gör.

Efter en termins lärande om medicinsk instrumentering utmanades vår klass med uppgiften att skapa en bärbar enhet för att mäta någon biologisk variabel. Jag och min partner valde att utveckla ett pannband som kan titta på vad din hjärna gör när du sover. Pannbandet läser hjärnvågssignaler för att övervaka sömnmönster. Den identifierar hur användarens hjärnvågor utvecklas genom alfa-, beta-, gamma- och deltafaser under natten. Data kan sedan exporteras och analyseras i Excel.

Nämnde vi det också snyggt?

Steg 1: Material och verktyg

För att bygga Sleep Reader Headband behöver du följande material:

1. Pannband (ett HOTER Sportline Pannband användes för detta projekt)
2. Adafruit Flora mikrokontroller
3. Flora Wearable Bluefruit LE -modul
4. Flora RGB Neo Pixel LED
5. Snaps
6. Ledande tråd
7. Trådar
8. Tråd
9. Batteripaket
10. Bitalino EEG med UC-E6-kabel och 3-avledad elektrodkabel
11. Tyg
12. Resårband

Följande verktyg hjälper dig att konstruera pannbandet:

1. Synål
2. Sax
3. Wire strippers
4. Lödkolv och metall

Steg 2: Förberedelse

Innan du bygger ditt Sleep Reader Headband, ta lite tid att lära dig om hjärnvågor och några grundläggande kretsar. Inom hjärnan orkesterar speciella celler som kallas neuroner olika aktiviteter i kroppen. Dessa neuroner driver showen genom att skicka små elektriska signaler som har form av vågor. Hjärnan är känd för att producera fyra olika typer av vågor - alfa, beta, theta och delta. Dessa vågor kan särskiljas genom specifika frekvensområden, och varje intervall motsvarar vissa nivåer av mental aktivitet. Ditt pannband kommer att använda en enhet som kallas ett elektroencefalogram, eller EEG, för att identifiera dessa vågor när din hjärna producerar dem under sömnen.

För att göra din sömnläsare måste du ansluta några enheter till pannbandet. Huvudenheterna är en mikroprocessor, som är en liten dator; en Bluetooth -modul, som är ett chip som gör att pannbandet kan kommunicera med din dator; en NeoPixel, som är ett färgförändrande ljus; ett EEG; och ett batteri.

Hela systemet byggs genom att ansluta varje enhet på specifika platser via ledande tråd. Om du inte har någon erfarenhet av att använda dessa trådar finns en handledning här. Trådarna är bundna i snäpp som gör att du enkelt kan fästa och ta bort mikroprocessorn och Bluetooth -modulen. Ena änden av snäppet kommer att gå i tyget och en annan går på en elektrisk enhet. En handledning för att implementera dessa snaps finns här.

Efter att systemet har byggts måste det ha en kod. Detta projekt använder specifikt Arduino -kod. Om du vill bekanta dig med Arduino -koden är https://www.arduino.cc full av användbara handledning. För att implementera koden som används för detta projekt måste du ladda ner Arduino -appen på https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Detta måste kompletteras med Flora -tavlan, som finns här. Du måste också ladda ner en handfull andra bibliotek för att utöka din mikroprocessors kapacitet; detta kan göras med www.github.com. De nödvändiga biblioteken är:

• Fast Fourier Transform (FFT)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Adafruit NeoPixel

Slutligen bör du ladda ner Adafruit Bluefruit LE Connect -appen på din smartphone för användning med pannbandet.

Steg 3: Säkerhet

Människokroppen tål bara begränsad exponering för elektricitet, så rätt vård krävs vid användning av elektroniska enheter. Huvudprincipen för elsäkerhet är att undvika att göra din kropp till en väg för elektrisk ström att strömma igenom i den drivna kretsen. Några allmänna metoder för att undvika detta är:

• Vidrör bara ledningar och andra metallkretsar medan strömmen är AV
• Använd verktyg med isolerade handtag
• Försök att hålla vatten borta från arbetsområdet när du bygger din krets
• Försök att arbeta med en hand istället för två så mycket som möjligt för att minska risken för elektrisk ström som strömmar genom ditt hjärta

En annan oro att vara medveten om när du bygger din krets är att elektrisk ström kan antända brandfarliga material, så du måste se till att ledningar är helt anslutna i kretsen. Annars kan du tända håret eller pannbandet i brand.

Varning: Detta pannband är inte en certifierad medicinsk utrustning och ska inte användas för diagnos av neurologiska tillstånd.

Steg 4: Tips och tips

Här är några tips att tänka på när du bygger ditt sömnläsarhuvudband:

• Se till att ändarna på den ledande tråden inte vidrör varandra efter att du har bundit dem

• Om porten inte är tillgänglig i Arduino när du ansluter mikrokontrollen till Arduino, gör följande för att ladda upp din kod:

  1. Medan mikrokontrollern är ansluten laddar du upp koden medan du håller nere återställningsknappen på mikrokontrollen
  2. När statusfältet växlar från kompilering till uppladdning, släpp återställningsknappen
  3. Koden ska laddas upp och porten ska nu identifieras
• Vid lödning på snäpparna, var försiktig så att du inte lödar ihop två stift så att du inte kortsluter kretsen. En multimeter kan användas för att testa om en anslutning har skapats mellan stiften eller inte
• Se till att snäpparna förblir anslutna när du sätter på pannbandet
• Se till att Bluetooth -modulen är i dataläge och inte kommandoläge
• När ditt pannband har konstruerats vill du se till att det fungerar effektivt! För att få en bra signal, se till att du har ren kontakt mellan elektroderna och pannan genom att torka bort damm, lösa trådar, hår eller andra störningar.

Steg 5: Börja bygga din krets

Nu när du har utrustats med en del bakgrundskunskap och säkerhetsrutiner, är du redo att bygga timmars pannband. Läs följande instruktioner noggrant och notera kommentarerna på bilderna med ytterligare instruktioner.

Steg 6: Kretsdiagram

Ovanstående kretsschema visar anslutningarna i den färdiga kretsen. Använd detta kretsschema som en referens för att se till att din krets är korrekt ansluten.

Steg 7: Lödning snäpps in i mikroprocessorn i Flora

Om du inte kollade in länken till självstudien om hur du använder snaps i steget "Förberedelse", kolla in det nu. Vid denna tidpunkt kommer du att ansluta snapsarna till mikroprocessorn och Bluetooth -modulen. Du vill inte förstöra den här delen eftersom ett rörigt lödjobb kan förstöra din krets.

Mikroprocessorn kräver snäpp på följande stift:

• Alla 3 slipade (GND) stift
• Båda 3,3V nätaggregat
• SCL #3
• RX #0
• TX #1
• Digital Pin #9

Steg 8: Lödning snäpps in i Bluetooth -modulen

Och Bluetooth -modulen kräver snäpp på dessa stift:

• 3.3V effekt
• TX
• RX
• GND

Steg 9: Sy fast i tyget för Flora mikroprocessor

Nu kan du sy den andra änden av snäpparna på tyget. Se till att använda Bluetooth -modulen och mikroprocessorn med sina bifogade snaps för att radera dessa snäpp ordentligt!

Steg 10: Sy fast i tyget för Bluetooth -modulen

Sy nu in snäpparna för Bluetooth.

Steg 11: Anslut Bluetooth -modul till Flora mikroprocessor

Anslut sedan Bluetooth -modulen till Flora -mikroprocessorn genom att sy ledande tråd mellan respektive snaps för varje enhet. Följande stiftanslutningar krävs:

1. Bluetooth 3.3V till mikroprocessor 3.3V
2. Bluetooth TX till mikroprocessor RX #0
3. Bluetooth RX till mikroprocessor TX #1
4. Bluetooth GND till mikroprocessor GND

Steg 12: Anslut Neo Pixel till Flora MicroProcessor

Anslut Neo Pixel till mikroprocessorn på följande sätt:

1. NeoPixel LED in till mikroprocessor digital pin #9
2. NeoPixel jord till mikroprocessor jord
3. NeoPixel -ström till mikroprocessoreffekt

Steg 13: Anslut batteripaketet till Flora mikroprocessor

Denna del är ganska viktig; du kan behöva en kraftkälla för att allt ska fungera!

Steg 14: Bygg EEG -kabel

Denna kabel är konstruerad med EEG-chip, 3-ledad elektrodkabel och UC-E6-kabel. EEG -chipet måste vara korrekt inriktat så att änden som läser "EEG" är ansluten till elektrodkabeln, som visas på bilden ovan.

Steg 15: Anslut EEG till Flora mikroprocessor

Anslut EEG -kabeln till Flora -mikroprocessorn. Bilden ovan är märkt med instruktioner för att visa rätt punkter för att ansluta dina ledningar. Följande anslutningar kommer att göras:

1. Röd tråd till ström
2. Svart tråd till jord
3. Lila tråd till SCL #3

Steg 16: Sy elektroder i pannbandet

Sy fast elektroderna i insidan av pannbandet. Se till att elektroderna är placerade i rätt position. När man tittar på insidan av pannbandet ska den röda elektroden vara placerad till vänster, den vita elektroden ska vara i mitten och den svarta elektroden ska vara till höger.

Steg 17: Sy tyg och rem till pannbandet

Nu har du slutfört ditt pannband! Woohoo!

Steg 18: Ladda upp kod

Nu kan du ladda upp den här koden till ditt pannband för att ge den tankeläsningsförmåga!

Steg 19: Anslut pannbandet till telefonen

Öppna Adafruit Bluefruit LE Connect -appen och anslut telefonen till dig Adafruit Bluefruit LE.

Steg 20: Sätt på pannbandet och samla in data

Nu kan du ta på dig pannbandet och testa det! Du kan välja "UART" i Adafruit Bluefruit LE Connect -appen för att se data när de kommer in.

Steg 21: Exportera data från telefon till dator

När dina data har samlats in kan du exportera data i flera filformat. Vi rekommenderar att du exporterar den som en.txt -fil för analys i Excel.

Steg 22: Dataanalys

Här är ett exempel på vilken typ av graf du kan göra för att visualisera och tolka data från ditt pannband. Vi har delta-, theta-, alfa- och beta -intervallerna alla markerade för att visa vilket intervall varje punkt faller inom.

Steg 23: Ytterligare idéer

När du har slutfört ditt Sleep Reader Headband kan du utforska några modifieringar av designen. Kanske försöker ändra koden för att automatiskt samla in data och generera en rapport som bedömer användarens sömnmönster. Eller så kan du ansluta en realtidsklocka för att övervaka den exakta tiden på natten när användaren somnar, går igenom djup sömn och REM-sömn och vaknar. Kanske är du intresserad av att spela in sömntal, i så fall kan du inkludera en ljudinspelare som aktiveras när användaren slår REM -sömn. Möjligheterna är oändliga!

Steg 24: Erkännande

Fourier -transformdelen av koden för detta projekt använde koden som publicerades på denna sida på Norwegian Creations. NeoPixel -delen av koden hänvisade också till exemplen från Adafruit.