Sleep Reader hodebånd: 24 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Har du noen gang lurt på hvordan du sover om natten? Enheter som FitBit sporer søvn ved å analysere bevegelsen din gjennom hele natten, men de kan ikke se på hva hjernen din gjør.

Etter et semester med å lære om medisinsk instrumentering, ble klassen vår utfordret med oppgaven å lage en bærbar enhet for å måle noen biologisk variabel. Min partner og jeg valgte å utvikle et pannebånd som kan se på hva hjernen din gjør mens du sover. Pannebåndet leser hjernebølgesignaler for å overvåke søvnmønstre. Den identifiserer hvordan brukerens hjernebølger utvikler seg gjennom alfa-, beta-, gamma- og deltafaser i løpet av natten. Dataene kan deretter eksporteres og analyseres i Excel.

Nevnte vi at den også var stilig?

Trinn 1: Materialer og verktøy

For å bygge Sleep Reader hodebånd trenger du følgende materialer:

1. Hodebånd (et HOTER Sportline hodebånd ble brukt til dette prosjektet)
2. Adafruit Flora mikrokontroller
3. Flora Wearable Bluefruit LE -modul
4. Flora RGB Neo Pixel LED
5. Snaps
6. Ledende tråd
7. Ledninger
8. Tråd
9. Batteri pakke
10. Bitalino EEG med UC-E6-kabel og 3-avledet elektrodekabel
11. Stoff
12. Elastisk stropp

Følgende verktøy hjelper deg med å konstruere pannebåndet:

1. Synål
2. Saks
3. Wire strippere
4. Loddejern og sparkelmetall

Trinn 2: Forberedelse

Ta deg tid til å lære om hjernebølger og noen grunnleggende kretser før du bygger søvnleserpannebåndet. I hjernen orkesterer spesielle celler kjent som nevroner forskjellige aktiviteter i kroppen. Disse nevronene driver showet ved å sende små elektriske signaler som har form av bølger. Hjernen er kjent for å produsere fire forskjellige typer bølger - alfa, beta, theta og delta. Disse bølgene skiller seg ut fra spesifikke frekvensområder, og hvert område tilsvarer visse nivåer av mental aktivitet. Pannebåndet ditt vil bruke en enhet som kalles et elektroencefalogram, eller EEG, for å identifisere disse bølgene når hjernen din produserer dem under søvn.

For å lage din søvnleser må du koble noen få enheter til hodebåndet. Hovedenhetene er en mikroprosessor, som er en liten datamaskin; en Bluetooth -modul, som er en brikke som lar hodebåndet kommunisere med datamaskinen din; et NeoPixel, som er et fargeskiftende lys; et EEG; og et batteri.

Hele systemet er bygget ved å koble hver enhet sammen på bestemte steder via ledende tråd. Hvis du ikke har noen erfaring med bruk av disse trådene, er en opplæring tilgjengelig her. Trådene er bundet til snaps som lar deg enkelt feste og fjerne Flora -mikroprosessoren og Bluetooth -modulen. Den ene enden av snapet vil gå i stoffet og en annen går på en elektrisk enhet. En opplæring for å implementere disse snapsene er tilgjengelig her.

Etter at systemet er bygget, må det ha en kode. Dette prosjektet bruker spesifikt Arduino -kode. Hvis du vil bli kjent med Arduino -koden, er https://www.arduino.cc full av nyttige opplæringsprogrammer. For å implementere koden som ble brukt for dette prosjektet, må du laste ned Arduino -appen på https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Dette må suppleres med Flora -brettet, tilgjengelig her. Du må også laste ned en håndfull andre biblioteker for å utvide mikroprosessorens evner; dette kan gjøres ved hjelp av www.github.com. De nødvendige bibliotekene er:

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

Til slutt bør du laste ned Adafruit Bluefruit LE Connect -appen på smarttelefonen din for bruk med hodebåndet.

Trinn 3: Sikkerhet

Menneskekroppen tåler bare begrenset eksponering for elektrisitet, så riktig omsorg er nødvendig når du bruker elektroniske enheter. Hovedprinsippet for elektrisk sikkerhet er å unngå å gjøre kroppen din til en vei for elektrisk strøm å strømme gjennom i den drevne kretsen. Noen generelle fremgangsmåter for å unngå dette er:

• Berør bare ledninger og andre metallkretser mens strømmen er AV
• Bruk verktøy med isolerte håndtak
• Prøv å holde vann borte fra arbeidsområdet når du bygger kretsen
• Prøv å jobbe med en hånd i stedet for to så mye som mulig for å redusere risikoen for elektrisk strøm som strømmer gjennom hjertet ditt

En annen bekymring du må være oppmerksom på når du bygger en krets, er at elektrisk strøm kan antenne brannfarlige materialer, så du må sørge for at ledninger er helt tilkoblet i kretsen. Ellers kan du tenne på håret eller pannebåndet.

Advarsel: Dette pannebåndet er ikke et sertifisert medisinsk utstyr, og bør ikke brukes til diagnostisering av nevrologiske tilstander.

Trinn 4: Tips og tips

Her er noen tips du bør huske på når du bygger søvnleserpannebåndet:

• Sørg for at endene på den ledende tråden ikke berører hverandre etter at du har festet dem

• Hvis porten ikke er tilgjengelig i Arduino når du kobler mikrokontrolleren til Arduino, gjør du følgende for å laste opp koden:

  1. Mens mikrokontrolleren er tilkoblet, laster du opp koden mens du holder nullstillingsknappen på mikrokontrolleren nede
  2. Når statuslinjen går fra kompilering til opplasting, slipper du tilbakestillingsknappen
  3. Koden skal lastes opp og porten skal nå gjenkjennes
• Når du lodder på snaps, må du passe på å unngå å lodde to pinner sammen slik at du ikke kortslutter kretsen. Et multimeter kan brukes til å teste om det er opprettet en forbindelse mellom pinner eller ikke
• Sørg for at snaps forblir tilkoblet når du tar på hodebåndet
• Sørg for at Bluetooth -modulen er i datamodus og ikke kommandomodus
• Når hodebåndet er konstruert, vil du sørge for at det fungerer effektivt! For å oppnå et godt signal, må du sørge for at du har ren kontakt mellom elektrodene og pannen ved å tørke bort støv, løse tråder, hår eller andre forstyrrelser.

Trinn 5: Begynn å bygge kretsen din

Nå som du har blitt utstyrt med litt bakgrunnskunnskap og sikkerhetsprosedyrer, er du klar til å bygge timebånd. Les instruksjonene nedenfor nøye og legg merke til kommentarene på bildene med ytterligere instruksjoner.

Trinn 6: Kretsdiagram

Kretsdiagrammet ovenfor viser tilkoblingene i den ferdige kretsen. Bruk dette kretsdiagrammet som en referanse for å forsikre deg om at kretsen din er riktig koblet til.

Trinn 7: Loddetinn klikkes inn i Flora mikroprosessor

Hvis du ikke sjekket ut lenken til opplæringen om hvordan du bruker snaps i trinnet "Forberedelse", sjekk det ut nå. På dette tidspunktet kobler du snapene til mikroprosessoren og Bluetooth -modulen. Du vil ikke rote denne delen siden en rotete loddejobb kan ødelegge kretsen din.

Mikroprosessoren krever snaps på følgende pinner:

• Alle 3 slipede (GND) pinner
• Begge 3,3V strømnålene
• SCL #3
• RX #0
• TX #1
• Digital pin #9

Trinn 8: Loddetinn klikkes inn i Bluetooth -modulen

Og Bluetooth -modulen krever snaps på disse pinnene:

• 3,3V strøm
• TX
• RX
• GND

Trinn 9: Sy sammenklips i stoffet for Flora mikroprosessor

Nå kan du sy den andre enden av snapsene på stoffet. Sørg for å bruke bluetooth -modulen og mikroprosessoren med de vedlagte snapsene for å få disse snuppene på riktig måte!

Trinn 10: Sy sammenklips i stoff for Bluetooth -modul

Sy nå inn knappene for Bluetooth.

Trinn 11: Koble Bluetooth -modulen til Flora mikroprosessor

Koble deretter Bluetooth -modulen til Flora mikroprosessor ved å sy ledende tråd mellom de respektive snappene for hver enhet. Følgende pin -tilkoblinger kreves:

1. Bluetooth 3.3V til mikroprosessor 3.3V
2. Bluetooth TX til mikroprosessor RX #0
3. Bluetooth RX til mikroprosessor TX #1
4. Bluetooth GND til mikroprosessor GND

Trinn 12: Koble Neo Pixel til Flora MicroProcessor

Koble Neo Pixel til mikroprosessoren på følgende måte:

1. NeoPixel LED inn til mikroprosessor digital pin #9
2. NeoPixel jord til mikroprosessor bakken
3. NeoPixel strøm til mikroprosessor strøm

Trinn 13: Koble batteripakken til Flora mikroprosessor

Denne delen er litt viktig; du trenger kanskje en kraftkilde for å få alt til å fungere!

Trinn 14: Bygg EEG -kabel

Denne kabelen er konstruert ved hjelp av EEG-brikken, 3-leder elektrodekabel og UC-E6-kabel. EEG -brikken må være riktig justert slik at enden som leser "EEG" er koblet til elektrodekabelen, som vist på bildet ovenfor.

Trinn 15: Koble EEG til Flora mikroprosessor

Koble EEG -kabelen til Flora -mikroprosessoren. Bildet ovenfor er merket med instruksjoner for å vise de riktige punktene for å koble ledningene dine. Følgende tilkoblinger vil bli gjort:

1. Rød ledning til strøm
2. Svart ledning til jord
3. Lilla ledning til SCL #3

Trinn 16: Sy elektroder i hodebånd

Sy elektrodene inn i innsiden av pannebåndet. Sørg for at elektrodene er plassert i riktig posisjon. Når du ser på innsiden av hodebåndet, skal den røde elektroden være plassert til venstre, den hvite elektroden skal være i midten og den svarte elektroden til høyre.

Trinn 17: Sy klut og stropp til hodebånd

Nå har du fullført pannebåndet! Woohoo!

Trinn 18: Last opp kode

Nå kan du laste opp denne koden til pannebåndet ditt for å gi den tankelesende evner!

Trinn 19: Koble hodebåndet til telefonen

Åpne Adafruit Bluefruit LE Connect -appen og koble telefonen til deg Adafruit Bluefruit LE.

Trinn 20: Ta på hodebåndet og samle data

Nå kan du ta på deg pannebåndet og teste det! Du kan velge "UART" på Adafruit Bluefruit LE Connect -appen for å se dataene når de kommer inn.

Trinn 21: Eksporter data fra telefon til datamaskin

Når dataene er samlet inn, kan du eksportere dataene i flere filformater. Vi anbefaler å eksportere den som en.txt -fil for analyse i Excel.

Trinn 22: Dataanalyse

Her er et eksempel på typen graf du kan lage for å visualisere og tolke dataene fra hodebåndet. Vi har delta-, theta-, alfa- og beta -områdene alle merket av for å vise hvilket område hvert punkt faller innenfor.

Trinn 23: Ytterligere ideer

Etter at du har fullført Sleep Reader Headband, kan du utforske noen modifikasjoner av designet. Kanskje prøve å endre koden for å automatisk samle inn dataene og generere en rapport som vurderer brukerens søvnmønstre. Eller du kan koble til en sanntidsklokke for å overvåke den nøyaktige tiden på natten når brukeren sovner, går videre gjennom dyp søvn og REM-søvn og våkner. Kanskje du er interessert i å ta opp søvnprat, i så fall kan du inkludere en lydopptaker som aktiveres når brukeren treffer REM -søvn. Mulighetene er endeløse!

Trinn 24: Anerkjennelse

Fourier -transformasjonsdelen av koden for dette prosjektet brukte koden som ble lagt ut på denne siden på Norwegian Creations. NeoPixel -delen av koden refererte også til eksemplene fra Adafruit.