Monitorklänning - Anslut hjärtsignaler till IoT: 18 steg (med bilder)

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

Monitorklänningen är ett experiment för att undersöka olika sätt att digitalisera bärarens hjärtaktivitet samt bearbeta data.

Tre elektroder inuti klänningen mäter de elektriska signalerna som går genom bärarens kropp. De analoga impulserna, som härrör från hjärtats muskelaktivitet, omvandlas till digitala signaler. Mikrokontrollern tänder sedan en cirkel av lysdioder framför klänningen, blinkande lila för varje hjärtslag. Mikrocontrollern skickar också data över ett trådlöst nätverk för annan användning. Data som skickas över det trådlösa nätverket tas upp av en dator som övervakar data för att animera den. Hjärtans elektriska signaler är nu synliga på displayen såväl som klänningen själv.

Monitorklänningen skapar ett smidigt gränssnitt mellan människokroppen, plagget och elektroniska komponenter - digitalisering och inspelning av våra övergående biosignaler.

Steg 1: Design och kretsöversikt

Klänningens överdel är gjord av svarta och tydliga akrylstycken - skurna med en laserskärare. En NeoPixel -ring limmas under den tydliga akrylcirkeln i mitten. Trådarna går bakom toppstycket till en tyglist som fästs på toppstycket på baksidan av klänningen. Tygremsan ansluts till den lilla fickan som rymmer mikrokontrollen, pulsmätaren och batteriet. Tre e-textilelektroder sys fast i klänningens foder. Ledningarna som förbinder elektroderna och mikrokontrollern går mellan två lager tyg.

Steg 2: Tillbehör:

Material:

• Tyg
• Dragkedja
• Trådar
• Värmekrympning
• 1/8 "svart akryl
• 1/8 "diffus akryl
• NeoPixel -ring (24 lysdioder) (Adafruit)
• Foton (partikel)
• Pulsmätare (Sparkfun)
• Biomediala sensorplattor (Sparkfun)
• Sensorkabel (Sparkfun)
• Ledande tyg (Sparkfun eller Adafruit)
• 5 knapptryckningar
• Perma-Proto Board (Adafruit)
• Kvinnliga + manliga bygeltrådar
• Värmekrympning
• 5V Power Bank (Amazon)

Verktyg:

• Sax
• Nål
• Tråd
• Pincett
• Lödkolv
• Löda
• Hot Lim
• Värmepistol
• Symaskin
• Laserskärare
• Hammare
• Papper
• Linjal
• Penna

Steg 3: Photon - ett Wi -Fi Development Kit

Photon är ett kraftfullt Wi-Fi-utvecklingssats som ansluter ditt projekt till Internet of Things (IoT). Brädan är ganska liten, vilket gör den bra för IoT -bärbara projekt.

Particle, tillverkaren av Photon, utarbetade ett fantastiskt Photon -datablad samt en mycket detaljerad Komma igång -guide med all information du behöver veta för att komma igång.

Ladda bara ner Particle-appen på din smartphone och följ instruktionerna för att få din Photon ansluten till ditt Wi-Fi-nätverk. Du kan också ladda ner Particle Dev -appen för din dator eller börja programmera med din webbläsare. Vi återkommer till Photon i steg 15.

Steg 4: Pulsmätaren

På bilden kan du se pulsmätarkortet samt en sensorkabel med 3 elektrodplattor och 3 matchande biomedicinska sensorplattor. Eftersom vi kommer att göra våra egna ledande tygelektroder till vår klänning, är det inte nödvändigt att använda sensorkablarna och -kuddarna. De är dock bra för prototyper och tester.

Innan jag sätter igång rekommenderar jag också att du läser Sparkfun's Pulsmätare. Den har många detaljer om hur pulsmätaren fungerar och hur elektroderna måste ordnas.

Steg 5: Laserskär toppstycket

Först designade jag ett 2D -toppstycke med Illustrator som jag klippte ur ett 1/8 "svart akrylark med en laserskärare. Eftersom cirkeln i mitten av designen kommer att lysa upp klippte jag ut matchande kronblad från en 1 /8 "diffus akrylark. Jag klippte också ut tre diffusa akrylcirkler i olika storlekar. Vi kommer att limma dem mellan kronbladen och NeoPixel -ringen för ett mer diffust ljus. Annars skulle du se de enskilda lysdioderna på ringen.

Steg 6: Formning av akryl

Efter att ha klippt akrylen är det dags att forma den och ge den en tredimensionell form. Du kan använda en värmepistol, hårtork eller vad som helst som fungerar snabbast, till exempel en gasspis. Var försiktig när du värmer upp den och rör alltid de heta delarna med en handduk. När det börjar bli smidigt, forma det som du vill och vänta tills det kallnar och stelnar igen.

Steg 7: Lägga till de genomskinliga kronbladen

Låt oss nu limma de klara akrylbladen inuti motsvarande utskärningar. Om akrylbladet har några brännmärken på kanterna kan du slipa av dem med sandpapper. Blanda ihop lite tvådelad epoxi och applicera försiktigt limet runt kronbladets kanter. Det hjälper till att hålla bitarna med lite tejp medan de placeras inuti toppstycket.

Steg 8: Designa din klänning

I de närmaste stegen kommer vi att designa och sy den svarta skinnklänningen.

När jag arbetade med Illustrator -filen hade jag redan en grov idé om designen. Efter att ha draperat lite tyg och toppstycket runt skyltdockan kom jag på det rätta mönstret: en halshållarklänning med två pilar fram och bak samt en delande midjesöm, en batterificka i ryggen och en osynlig dragkedja inuti vänster sidsöm. Innan du skär ditt fina tyg är det alltid värt att sy klänningen med billigare tyg (även kallat muslin) först. Det ger dig chansen att justera mönstret och göra små förändringar.

Steg 9: Sy klänningen

Spåra nu mönstren och sy den faktiska klänningen. Sy först pilarna fram och bak på klänningen. Sy sedan ihop de två främre och två bakstyckena, liksom foder, nackhållare och osynlig dragkedja. I slutet kommer vi att fästa batterifickan och remmarna (steg 10 och 11). Återigen använde jag laserskäraren för att klippa de sex tygremmarna. Det är inte nödvändigt, men det ger dig riktigt rena kanter som är lättare att sy och det är mycket snabbare att klippa!

Steg 10: Fäst bakfickan

Skär en fyrkant av ditt översta tyg och sy små kardborreband ovanpå vänster och höger kant. Vik kardborrekanterna över och sy dem på insidan av fickruta. Hitta en bra position för batterifickan (helst ovanpå midjesömmen) och fäst den på klänningen. Sy fast fickans botten på klänningen samt motsvarande kardborreband till vänster och höger sida.

Steg 11: Förbered tygremsorna

Tygremsorna på baksidan används för att ansluta toppstycket till klänningen och för att dölja alla trådar som går från batterifickan till lysdioderna på framsidan. Innan du syr ihop de långa kanterna ska du sätta in ett ögla i ett av remsorna. Detta kommer att ge klänningen ett renare utseende när du trycker trådarna genom och ut ur remsan. Sy sedan tygtunnlarna och vänd remsorna ut och in. Det är lättare att använda pincett.

I nästa steg matas tre långa trådar (tillräckligt långa för att springa från batterifickan till lysdioderna på framsidan) genom ögla-remsan och leder trådarna genom öglan ut ur tunneln. Markera varje tråd i båda ändarna med lite tejp så att du vet vilken som är vilken. Sy sedan remsorna på överstycket som visas på bilderna.

Steg 12: Avsluta toppstycket

Löd nu en av dina tre ledningar till GND -stiftet (jord), en till datainmatningsstiftet och den sista ledningen till +5 V -stiftet (ström). Se till att du vet vilken tråd som är lödd till vilken stift eftersom du inte kan spåra tillbaka den genom röret. Löd en honkontakt till var och en av de tre ledningarna. Glöm inte att använda någon värmekrympning för att säkra lödfogarna som är lätt att bryta. Med en värmepistol eller Epoxy lim de tre mjölkiga akrylcirklarna ovanpå varandra och vänta tills de har torkat. Centrera sedan cirklarna ovanpå insidan av akrylbladet och limma ihop dem. När limmet är torrt centrerar du NeoPixel -ringen ovanpå och applicerar lim runt det. Glöm inte att fästa trådarna runt ringen på baksidan av biten.

Steg 13: Sy tygremsorna på klänningen

Lägg nu klänningen och toppstycket på skyltdockan och ta reda på var du vill placera remsorna. Öppna försiktigt sömmarna i det markerade området samt midjesömmarna bakom batteripåsen (foder och toppskikt). Mata nu tygremsorna genom fodret och toppskiktet så att remsorna kommer ut genom midjesömmen. Fäst remsorna med önskad längd i rätt läge och stäng bara den övre sömmen för tillfället.

Steg 14: Integrera elektroder

Skär tre rutor ur ledande tyg. Den första bilden visar var du måste placera elektroderna inuti klänningen. Jag använde en sicksack-söm som syde rutorna på fodret. Elektroderna måste tryckas hårt mot din bara hud för att få upp ditt hjärtslag. Annars kan det ledande tyget inte ta upp de elektriska signalerna som går genom kroppen. Löd nu en tråd (jag rekommenderar flexibel kiseltråd) på en knappsnäpp. Förbered tre ledningar totalt, en för varje elektrod. Sy knapparna bakom fodret med den ledande tyglappen - mellan foder och toppskikt. Det är viktigt att använda ledande tråd för att ansluta elektroderna med tråden och senare på mikrokontrollen. För sedan alla tre ledningarna genom klänningen tills de kommer ut från den öppna platsen i midjesömmen bakom batteripuppen. För att skydda trådarna lite mer lägger jag dem i en liten bit kvar av tygröret precis där jag sydde över dem för att stänga den öppna midjesömmen. Klipp de tre ledningarna till önskad längd och löd en honkabel i varje ände. Detta är nödvändigt för att ansluta elektroderna med Hart Rate Monitor Board. Kom ihåg att det är viktigt att veta vilken tråd som ansluts till vilken elektrod.

Än så länge är allt bra. Klänningen är ganska klar.

Steg 15: Ändra och ladda upp koden

Låt oss nu komma tillbaka till programvaran och hårdvaran:

Efter att du har installerat din Photon och installerat Particle Dev (steg 3), ladda ner pulsklockans kod. Om du öppnar filen ser du två mappar, en som kallas foton och en annan som kallas bearbetning.

Fortsätt och öppna Particle Dev och välj Arkiv> Öppna … i rullgardinsmenyn. Navigera till din fotonmapp och klicka på Öppna. Klicka på WorkingPhotonHeartRateMonitor.ino till vänster för att öppna koden. Ändra nu antalet lysdioder som definieras i koden till antalet lysdioder du använder i ditt projekt.

#define NUM_LEDS 24

Till klänningen använde jag 24 lysdioder. Du kan också ändra numret för de andra stiften om du använder olika stift. Det lilla diagrammet ger dig en överblick. Om du vill ändra knappen för läge -knappen klickar du på filen knappar.h och ändrar siffran 6 till den stift du använder.

#define MODEBUTTON 6

Om du vill kan du lägga till en liten tryckknapp på denna pin för att växla mellan live -läge och några inspelade pulsdata. Det är en trevlig funktion att ha om klänningen på en skyltdocka. Efter att du har anslutit elektroderna till din kropp (i nästa steg) kan du bara öppna den seriella bildskärmen, spela in dina egna data och ersätta siffrorna med dina hjärtslag i filen recordData.h.

Steg 16: Montera hårdvaran

Innan du lödar alla elektroniska komponenter på en "Perma-Proto halvstor brödbräda" använder du en vanlig brödbräda för att testa din elektronik först. Anslut pulsmätaren, knappen och lysdioderna till de fotonstift som definieras i koden. Fäst elektroderna på din kropp som på bilden, se till att elektroderna matchar rätt stift. Nu kan du öppna foton seriell bildskärm och få din hjärtslag data över din lokala WiFi.

Om du vill se EKG -diagrammet på din bildskärm måste du ladda ner Processing. I Bearbetning, öppna skissen i bearbetningsmappen och kör skissen genom att klicka på pilen i det vänstra hörnet. Om allt är rätt inställt öppnas ett fönster och du kan se ditt hjärts aktivitet. Det hjälper till att röra sig så lite som möjligt och det tar ett tag tills biosignalen är tillräckligt stabil för en ren visualisering. Mer information och/eller felsökning finns i Sparkfun's Pulsmätarguide. Du kan behöva ändra raden i skissen som innehåller Serial.list () [3] och ändra numret till vilken port din seriella bildskärm är på. Om du är osäker på siffran, prova 0 till 6.

Steg 17: Lödning på Perma-Proto

För att ansluta våra anpassade integrerade e-textilelektroder till brädet, och inte de skrymmande klibbiga elektroderna, löd en rubrik på var och en av RA (höger arm), LA (vänster arm) och RL (höger ben) på brädet.

Om allt fungerar kan du lödda komponenterna på ett perma-proto-kort. Jag började med fotonen, sedan ledningarna följt av pulsmätaren till slut. Istället för att lödda de tre LED -trådarna permanent på kortet använde jag tre (Data, VCC och GND) hantrådar för att ansluta dem till LED -trådarna.

En 5V powerbank som strömförsörjning fungerar utmärkt för fotonet eftersom det är uppladdningsbart. Du kan också använda den för att ladda andra elektroniska enheter som din smartphone.

Steg 18: Anslut dina hjärtsignaler till IoT

Nu är du klar och du kan ansluta din hjärtaktivitet till Internet of Things.

Observera att fotonen alltid måste vara ansluten till ett trådlöst nätverk, annars slutar den inte att söka och din kod körs inte. I en framtida uppdatering kan jag förbättra den så att en internetanslutning är valfri.

Om du har några frågor, tveka inte att fråga. Glad att göra.

Andra pris i DIY -klänningstävlingen