Senzor de bază pentru respirația centurii: 8 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:46

În lumea biosensibilizării, există multe modalități de a măsura respirația. Se poate folosi un termistor pentru a măsura temperatura din jurul nării, dar, din nou, poate nu doriți un instrument ciudat legat de nas. Se poate atașa, de asemenea, un accelerometru la o centură care se deplasează în sus și în jos, dar subiectul probabil ar trebui să fie culcat sau să nu se miște altfel. În timp ce acest senzor de respirație cu bandă flexibilă de bază are dezavantajele sale (răspunsul semnalului nu este la fel de precis ca alte metode), este bine dacă subiectul tău vrea doar să se prindă și să facă tot ce vrea să facă în timp ce respiră se măsoară. Iată un exemplu de senzor de respirație de bază, care este destinat să locuiască în interiorul unei centuri flexibile pe care o legați în jurul unui piept. Când pieptul în cauză se extinde și se contractă prin respirarea aerului în plămâni, rezistența unei bucăți încorporate de cordon de cauciuc extensibil se schimbă. Folosind doar câteva componente, putem traduce acest lucru într-un semnal analog citit în direct de Arduino. Acest lucru se face prin magia circuitului divizor de tensiune foarte esențial și ușor de învățat.

AVERTISMENT: Înainte de a începe, trebuie să știți că echipamentele de biosensibilizare netestate și instabile conțin întotdeauna un risc de pericol! Vă rugăm să testați și să creați acest circuit cu o sursă de energie a bateriei - Voi face totul pentru a vă arăta cum să faceți acest circuit pentru a mă asigura că nu veți fi afectat, dar nu îmi asum responsabilitatea pentru accidentele care pot apărea. Utilizați bunul simț și testați-vă întotdeauna circuitul cu un multimetru înainte de a lega ceva pe piept.

Pasul 1: DE CE VREI SĂ AVEȚI NEVOIE

1) Orice microcontroler cu intrare analogică va funcționa, dar în acest exemplu voi folosi un Arduino Uno. Dacă aveți nevoie de unul, îl puteți obține de la Adafruit sau Sparkfun.

2) Cordon conductiv din cauciuc. Acest cablu uimitor va acționa ca un rezistor variabil și va schimba rezistența pe măsură ce este întins sau eliberat. Disponibil de la Adafruit sau Robotshop are o mare varietate de lungimi cu terminații metalice pre-atașate

3) Un multimetru

4) Un LED

5) Un rezistor de 1K

6) O rezistență verticală (vom afla care este valoarea acesteia mai târziu!)

7) Bandă adezivă

8) Un perforator sau o foarfecă

9) fire de jumper

10) O placă de măsurare

11) 2 clipuri de aligator

Vă rugăm să rețineți că, la fel ca în cazul tuturor echipamentelor de biosensibilitate, acest proiect este cel mai sigur dacă Arduino este alimentat de la baterii.

Pentru a finaliza acest proiect, este posibil să aveți nevoie de:

· Fier de lipit și lipit

· Pistol de lipit fierbinte

· Snipuri de sârmă

· Decojitor de sârmă

· Mâinile ajutătoare

· Menghină, instrument de sertizare sau o pereche mare de clești

· 2 sau mai multe terminale de sertizare inelate

Pasul 2: Tăiați cablul și atașați bornele conductoare

Deși puteți utiliza orice lungime de cablu de cauciuc de la 2 "-8" la acest experiment, lungimile mai scurte de cauciuc sunt mai ieftine și de fapt nu aveți nevoie de o cantitate foarte mare pentru a face treaba. Dacă ați achiziționat o lungime lungă de cauciuc, atunci vă recomand să tăiați o lungime de 4”. Tăiați această lungime și pregătiți-vă să atașați un capăt conductiv la ambele capete.

Luați un conector terminal, cum ar fi unul dintre ele din imaginea de mai sus, și lipiți un capăt al cablului de cauciuc conductiv în interiorul capătului unuia dintre conectorii terminali și strângeți capătul împreună. Puteți folosi fie un menghină, fie capetele tăietorilor de sârmă pentru a face acest lucru, dar aveți grijă să nu strângeți terminalul prea bine pentru a nu vă rupe sau tăia cauciucul! Dacă reușiți să faceți acest lucru și cablul se întrerupe, încercați din nou cu un alt conector terminal. Încă ar trebui să ai multă lungime pentru a realiza acest lucru. Dacă devine mai scurt de 2”, probabil că ar trebui să încercați din nou cu o nouă lungime de 4”. Nu vă faceți griji, veți obține! Odată ce ați realizat acest lucru pe de o parte, genial! Repetați de cealaltă parte. Acum ai terminat!

Acum aveți un cablu de cauciuc conductiv cu un terminal adecvat la fiecare capăt. Să măsurăm care sunt intervalele acestui cablu cu un multimetru.

Pasul 3: Măsurați-vă rezistența

Rotiți cadranul multimetrului dvs. la simbolul ohm (Ω) și lipiți capetele roșii și negre ale multimetrului în ambele părți ale cablului conductor.

Dacă nu sunteți sigur cum să utilizați multimetrul, vă puteți răcori cu acest tutorial de la Lady Ada.

Chiar dacă numărul ar putea sări puțin în timp ce îl măsurați, aceste numere vă oferă o idee despre cât de mult este rezistența cablului atunci când este în repaus. Luând cea mai bună presupunere, scrieți rezistența la repaus a cablului, apoi rotunjiți-l la cel mai apropiat multiplu de 10. (adică: 239 = 240, 183 = 180)

Acum, având grijă să fixați sondele multimetrului cu o mână, folosiți cealaltă mână pentru a trage ușor cablul. Puteți întinde aceste lucruri numai până la aproximativ 50% -70% din lungimea sa originală, așa că nu trageți prea tare! Observați cum s-au schimbat valorile rezistenței de pe multimetru. Dați drumul și repetați acest proces de câteva ori pentru a urmări rezistența trecând de la minim la maxim. Pe măsură ce o întindeți, rezistența crește deoarece particulele din cauciuc sunt îndepărtate mai departe. Odată ce forța este eliberată, cauciucul se va micșora înapoi, deși durează un minut sau două pentru a reveni la lungimea inițială. Datorită acestor limitări fizice, acest cablu elastic nu este un adevărat senzor liniar, deci nu este uimitor de precis, dar există moduri de a lucra cu acesta în construcția senzorului. Întindeți cablul încă o dată la maxim și, cu fiecare capăt al sondelor multimetrului pe fiecare parte a cablului de cauciuc, notați valoarea rezistenței, rotunjită încă o dată la cel mai apropiat multiplu de 10.

Pasul 4: Formula Axel Benz

Vom folosi un circuit simplu de divizare a tensiunii pentru a utiliza rezistența variabilă a cablului întins ca senzor de respirație. Dacă doriți să aflați mai multe despre circuitele de divizare a tensiunii, practic sunt câteva rezistențe în serie care transformă o tensiune mare într-una mai mică. În funcție de valorile rezistențelor pe care le utilizați, vă puteți tăia 5V din Arduino în porțiuni mai mari sau mai mici din sine cu un rezistor pull-down, care este util pentru citirea analogică. Dacă doriți să aflați mai multe despre matematica din spatele circuitelor de divizare a tensiunii, aruncați o privire la excelentul tutorial de la Sparkfun.

Deși știm că valoarea primului rezistor din circuit (senzorul de întindere) va fi în flux constant, trebuie să folosim o valoare de rezistență adecvată pentru rezistorul de tragere pentru a obține un semnal cât mai frumos și variat posibil.

Pentru a începe, utilizați formula Axel Benz:

Pull-Down-Resistor = squareroot (Rmin * Rmax)

Deci, dacă valoarea minimă a cablului dvs. întins este de 130 ohmi, iar cea maximă este de 240 ohmi

Tragere în jos rezistor = squareroot (130 * 240)

Tragere în jos rezistor = squareroot (31200)

Tragerea în jos a rezistorului = 176.635217327

Deci, acum ar trebui să vă uitați la colecția de rezistențe și să aflați care este cel mai bun rezistor "deocamdată". Dacă aveți doar o colecție de biți și boburi aleatorii, acest calculator de bandă de culoare rezistor ar putea fi de ajutor pentru dvs. Stabilirea acestui rezistor poate fi ok, probabil că nu aveți la îndemână rezistorul perfect. În timp ce utilizați circuitul, s-ar putea să constatați că trebuie să îl schimbați oricum pentru altul, dar acest lucru vă va oferi un început minunat pentru a începe să jucați.

În cele din urmă, rotunjesc numărul la cel mai apropiat multiplu de 10.

Trageți rezistorul = 180 ohmi

Pasul 5: Pregătiți-vă panoul

Folosind fire jumper, conectați pinul de 5v al Arduino la șina de alimentare de pe placa dvs. de masă, apoi conectați un pin GND la șina de la sol a panoului de masă.

Îmi place să extrag 5V de pe Arduino, deoarece acest lucru vă asigură că nu trebuie să vă faceți griji cu privire la trimiterea prea multă tensiune la pinii analogici. Puteți utiliza și pinul de tensiune 3v3, dar constat că primesc un semnal mai bun din utilizarea 5v.

Conectați rezistorul de tragere la masă.

Luați ambele cleme de aligator și fixați-le la bornele de pe ambele părți ale cablului elastic rezistent variabil. Atașați un capăt al acestor cleme de aligator la șina de 5v. Conectați celălalt clip aligator la un fir în configurația demonstrată în diagrame.

Asigurându-vă că „celelalte” capete ale rezistenței dvs. de tragere și cablul de întindere conductiv sunt conectate, conectați acum un fir jumper de la un pin analogic (să folosim A0) la centrul acestor două puncte de conectare.

În cele din urmă, atașați un LED cu un rezistor de 1k la pinul 9 din Arduino.

Pasul 6: Programați-vă Arduino

Notă: tocmai am văzut că utilizatorii GitHub Non0Mad s-au îmbunătățit cu codul meu! (Mulțumesc) Încercați acest cod dacă preferați:

Dacă preferați să o încercați pe cea pe care am făcut-o, rulați schița atașată „RespSensorTest.ino” pe Arduino.

Aveți grijă să nu atingeți metalul expus, ridicați-vă cele două agrafe de aligator și întindeți banda de cauciuc. Urmăriți cum LED-urile se estompează în timp ce vă întindeți. Deschideți monitorul serial și urmăriți modificările analogice de tensiune. Dacă nu sunteți mulțumit de valorile de decolorare sau de numerele dvs., puteți încerca câteva lucruri:

1) Încercați să schimbați o altă valoare a rezistorului vertical care este similară cu ultima pe care ați folosit-o. Face o diferență pozitivă? (Acesta este cel mai bun mod de ao face)

2) Dacă tot ce vrei să faci este să aprinzi LED-ul, încearcă să joci cu variabila scaleValue pentru a vedea dacă poți produce intervale mai bune în acest fel. (Acesta ar putea fi cel mai simplu mod de a face acest lucru)

Odată ce sunteți suficient de fericiți cu numerele și strălucirea cu LED-uri, este timpul să prototipați un model pentru a purta în jurul pieptului! Opriți Arduino și dezactivați alimentarea la panoul de control pentru pasul următor.

Pasul 7: Faceți o bandă de respirație prototip

Cea mai rapidă modalitate de a crea o bandă prototip este să jiguiți ceva împreună cu bandă adezivă. Luați o bandă lungă de bandă adezivă (aproximativ 30”-36” ar trebui să acopere cea mai mare parte, dar în cele din urmă aceasta este doar circumferința pieptului) și pliați-o astfel încât părțile lipicioase să se lipească de sine. Faceți găuri în ambele părți ale benzii de bandă adezivă, astfel încât să semene cu o centură.

Folosiți șuruburi pentru a fixa terminalele în găurile perforate pe care le-ați făcut pentru senzor și conectați confortabil bucata lungă de bandă adezivă într-o buclă pe care o purtați pe piept. Doriți să vă asigurați că „centura” dvs. se potrivește destul de bine pe dvs. sau pe plexul solar al subiectului, dar asigurați-vă că există suficient spațiu pentru respirațiile care intră pentru a întinde cablul.

În cele din urmă, atașați din nou clemele de aligator și conectați fiecare jumper de la capătul cablului extensibil conductiv înapoi la locul său în panou. Acum suntem gata să testăm prototipul!

Pasul 8: Testează prototipul

Porniți Arduino și rulați schița anterioară. Ce mai fac acele valori analogice? Obțineți o rezoluție frumoasă de date cu respirațiile? LED-ul are o variație frumoasă a luminii în timp ce respirați și ieșiți? Dacă nu, încercați să schimbați rezistența verticală pentru o valoare din apropiere pentru a vedea dacă valorile pe care le-ați citit se îmbunătățesc.

Când v-ați stabilit rezistența verticală ideală, bucurați-vă! Circuitul dvs. este complet, respirația dvs. este înregistrată, iar LED-ul vă va urmări cu fericire respirația.

În mod ideal, fie dumneavoastră, fie altcineva, veți coase în cele din urmă o bandă din țesătură sintetică neconductivă, cu un pic de întindere în ea însăși și o centură D-Ring pentru a strânge. (Velcro este ok ca element de fixare, dar uneori este o mizerie totală cu îmbrăcăminte și pulovere uneori.) Puteți coase în siguranță cablul conductor în această bandă, de fapt terminalele circulare sunt grozave pentru a fi fixate pe o țesătură. Pentru ceva puțin mai permanent decât clemele de aligator, poate doriți să lipiți câteva fire foarte lungi multi-catenare la capetele conectorilor terminali și să le atașați la circuitul dvs.