Basic Belt Respiration Sensor: 8 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

I biosensingsverdenen er det mange måter å måle respirasjon på. Man kan bruke en termistor til å måle temperaturen rundt neseboret, men kanskje du ikke vil ha et merkelig redskap festet til nesen din. Man kan også feste et akselerometer til et belte som beveger seg opp og ned, men motivet bør sannsynligvis ligge eller ikke bevege seg på annen måte. Selv om denne grunnleggende, fleksible båndbelte -respirasjonssensoren har sine ulemper (signalresponsen er ikke like nøyaktig som andre metoder), er den bra hvis motivet bare vil spenne seg fast og gjøre hva det er de vil gjøre mens de puster. blir målt. Her er et eksempel på en grunnleggende respirasjonssensor, som er ment å leve inne i et fleksibelt belte som du fester rundt et bryst. Når det aktuelle brystet ekspanderer og trekker seg sammen gjennom å puste luft inn i lungene, endres motstanden til et innarbeidet stykke elastisk gummisnor. Ved å bruke bare noen få flere komponenter, kan vi oversette dette til et analogt signal som leses live av Arduino. Dette gjøres gjennom magien til den svært viktige og lettlærte spenningsdelerkretsen.

ADVARSEL: Før vi begynner, bør du vite at uprøvd og ustabilt biosensingsutstyr alltid inneholder en fare for fare! Vennligst test og opprett denne kretsen med en kilde til batteristrøm. Jeg vil gjøre alt for å vise deg hvordan du lager denne kretsen for å sikre at du ikke blir skadet, men jeg påtar meg intet ansvar for ulykker som kan oppstå. Bruk sunn fornuft og test alltid kretsen din med et multimeter før du fester noe på brystet.

Trinn 1: Hva du trenger

1) Enhver mikrokontroller med en analog inngang vil fungere, men i dette eksemplet vil jeg bruke en Arduino Uno. Hvis du trenger en, kan du få den fra Adafruit eller Sparkfun.

2) Ledende gummisnor. Denne fantastiske ledningen vil fungere som en variabel motstand, og vil endre seg i motstand når den strekkes eller slippes ut. Tilgjengelig fra Adafruit, eller Robotshop har et stort utvalg av lengder med forhåndsfestede metallender

3) Et multimeter

4) En LED

5) En 1K motstand

6) En nedtrekksmotstand (vi finner ut hva verdien av dette er senere!)

7) Duct tape

8) Et hull eller en saks

9) Stikkledere

10) Et brødbrett

11) 2 Alligator -klipp

Vær oppmerksom på at som med alt biosensingsutstyr, er dette prosjektet sikrest hvis Arduino er drevet av batterier.

For å fullføre dette prosjektet kan du også trenge:

· Loddejern og loddetinn

· Varm limpistol

· Trådklipper

· Wire stripper

· Hjelpende hender

· Skruestik, krympeverktøy eller en stor tang

· 2 eller flere ringeterminaler

Trinn 2: Klipp av ledningen, og fest ledende terminaler

Selv om du kan bruke hvilken som helst lengde på gummisnor fra 2”-8” til dette eksperimentet, er kortere gummilengder billigere, og du trenger faktisk ikke en super stor mengde for å få jobben gjort. Hvis du kjøpte en lengde med gummi, vil jeg anbefale å kutte en 4”lengde. Klipp denne lengden og gjør deg klar til å feste en ledende avslutning til begge ender.

Ta en terminalkontakt, for eksempel en av dem på bildet ovenfor, og stikk den ene enden av den ledende gummisnoren inne i enden av en av terminalene, og krymp enden sammen. Du kan bruke enten skrustikke eller endene på wire strippere for å gjøre dette, men vær forsiktig så du ikke klemmer terminalen for tett, slik at du ikke klikker eller kutter gummien din! Hvis du klarer å gjøre dette, og ledningen kutter, kan du bare prøve igjen med en annen terminalkontakt. Du bør fortsatt ha god tid til å oppnå denne bragden. Hvis den blir kortere enn 2”, bør du sannsynligvis bare prøve igjen med en ny 4” lengde. Ikke bekymre deg, du får det! Når du har oppnådd dette på den ene siden, strålende! Gjenta på den andre siden. Nå er du ferdig!

Nå har du en ledende gummisnor med en passende terminal i hver ende. La oss måle rekkevidden til denne ledningen med et multimeter.

Trinn 3: Mål din motstand

Vri multimeterskiven til ohm -symbolet (Ω) og stikk både den røde og den svarte enden av multimeteret på hver side av den ledende ledningen.

Hvis du ikke er sikker på hvordan du bruker multimeteret ditt ennå, kan du friske opp med denne opplæringen fra Lady Ada.

Selv om tallet kan hoppe rundt litt mens du måler det, gir disse tallene deg en ide om hvor mye motstanden til ledningen er når den er i ro. Gjør ditt beste gjetning, skriv ned hvilemotstanden på ledningen din, og rund den deretter til nærmeste multiplum på 10. (dvs.: 239 = 240, 183 = 180)

Vær forsiktig med å fikse multimeterprober på plass med den ene hånden, bruk den andre hånden til å trekke forsiktig opp ledningen. Du kan bare strekke dette til det er omtrent 50% -70% av den opprinnelige lengden, så ikke trekk for hardt! Se hvordan motstandsverdiene på multimeteret ditt har endret seg. Slipp, og gjenta denne prosessen noen ganger for å se motstanden gå fra minimum til maksimum. Når du strekker den ut, øker motstanden fordi partiklene i gummien beveges lenger fra hverandre. Når kraften slippes, vil gummien krympe tilbake, selv om det tar et minutt eller to å gå tilbake til sin opprinnelige lengde. På grunn av disse fysiske begrensningene er denne elastiske ledningen ikke en ekte lineær sensor, så den er ikke utrolig presis, men det er måter å jobbe med dette i konstruksjonen av sensoren din. Strekk ledningen igjen til maksimum, og med hver ende av multimeterprober på plass på hver side av gummisnoren din, skriv ned motstandsverdien, avrundet igjen til nærmeste multiplum på 10.

Trinn 4: Axel Benz Formula

Vi kommer til å bruke en enkel spenningsdelende krets for å bruke den variable motstanden til strekkledningen som en respirasjonssensor. Hvis du vil vite mer om spenningsdelende kretser, er det i utgangspunktet noen få motstander i serie som gjør en stor spenning til en mindre. Avhengig av verdiene til motstandene du bruker, kan du kutte din 5V ut fra Arduino til større eller mindre deler av seg selv med en nedtrekksmotstand, noe som er nyttig for Analog Read. Hvis du vil lære mer om matematikken bak spenningsdelende kretser, kan du ta en titt på den utmerkede opplæringen på Sparkfun.

Selv om vi vet at verdien til den første motstanden i kretsen (strekkføleren) vil være i konstant flux, må vi bruke en riktig motstandsverdi for nedtrekksmotstanden for å få et så fint og variert signal som mulig.

For å starte, bruk Axel Benz -formelen:

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

Så hvis minimumsverdien for strekkledningen din er 130 ohm, og maksimum er 240 ohm

Nedtrekksmotstand = squareroot (130*240)

Nedtrekksmotstand = squareroot (31200)

Nedtrekksmotstand = 176.635217327

Så nå bør du se på motstandssamlingen din og finne ut hva din best-case motstand "for nå" er. Hvis du bare har en samling tilfeldige biter og bobs, kan denne motstandens fargebåndkalkulator være nyttig for deg. Å parkere denne motstanden kan være ok, du har sannsynligvis ikke den perfekte motstanden tilgjengelig. Mens du bruker kretsen kan det hende du finner ut at du må bytte den til en annen, men dette vil gi deg en god start på å spille.

Til slutt avrunder jeg tallet til nærmeste multiplum av 10.

Trekk ned motstand = 180 ohm

Trinn 5: Forbered ditt brødbrett

Bruk jumperledninger til å koble Arduino -5v -pinnen til strømskinnen på brødbrettet, og koble deretter en GND -pinne til bakken på brødbrettet.

Jeg liker å trekke 5V fra Arduino fordi dette sikrer at du ikke trenger å bekymre deg for å sende for mye spenning til de analoge pinnene. Du kan også bruke 3v3 spenningspinnen, men jeg finner ut at jeg får et bedre signal fra å bruke 5v.

Koble nedtrekksmotstanden til bakken.

Ta begge krokodilleklippene og fest dem til terminalene på begge sider av den elastiske ledningen med variabel motstand. Fest den ene enden av disse krokodilleklippene til 5v -skinnen. Koble det andre krokodilleklippet til en ledning i konfigurasjonen som er vist i diagrammene.

Sørg for at de "andre" endene på nedtrekksmotstanden og den ledende strekkledningen er koblet til, og koble nå en startkabel fra en analog pin (la oss bruke A0) til midten av disse to tilkoblingspunktene.

Til slutt festet du en LED med en 1k motstand til pinne 9 på din Arduino.

Trinn 6: Programmer din Arduino

Merk: Jeg så nettopp at GitHub -brukere Non0Mad har forbedret koden min! (Takk) Prøv denne koden hvis du foretrekker det:

Hvis du heller vil prøve den jeg har laget, kan du kjøre den vedlagte "RespSensorTest.ino" -skissen på din Arduino.

Vær forsiktig så du ikke berører det eksponerte metallet, ta opp de to krokodilleklippene og strekk gummibåndet. Se LED -lampen falme inn og ut mens du strekker deg. Åpne opp den serielle skjermen, og se den analoge spenningen endres. Hvis du ikke er fornøyd med fadingverdiene eller tallene dine, kan du prøve et par ting:

1) Prøv å bytte ut en annen nedtrekksmotstandsverdi som ligner den siste du brukte. Gjør det en positiv forskjell? (Dette er den beste måten å gjøre det på)

2) Hvis alt du virkelig vil gjøre er å tenne på LED -en, kan du prøve å fikse med skalaValue -variabelen for å se om du kan produsere bedre områder på den måten. (Dette kan være den enkleste måten å gjøre det på)

Når du er fornøyd nok med tallene og LED -gløden, er det på tide å prototype en modell for bruk rundt brystet! Slå av Arduino og deaktiver strømmen til brødbrettet for neste trinn.

Trinn 7: Lag et prototype respirasjonsbånd

Den raskeste måten å lage et prototypebånd på er å bare jigge noe sammen med tape. Ta en lang stripe med tape (ca. 30”-36” skal dekke de fleste, men til syvende og sist er dette bare omkretsen av brystet) og brett den slik at de klebrig sidene holder seg til seg selv. Stikk hull i hver side av tape -stripen, slik at den ligner et belte.

Bruk skruer for å feste terminalene i de hullene du har laget for sensoren din, og koble det lange stykke tape til en sløyfe som du bærer over brystet. Du vil sørge for at "beltet" sitter ganske tett over deg eller motivets solar plexus, men sørg for at det er nok plass for innkommende pust til å strekke ledningen.

Fest til slutt krokodilleklippene og plugg hver av hopperne fra enden av den ledende strekkledningen tilbake på plass i brødbrettet. Vi er nå klare til å teste prototypen!

Trinn 8: Test ut prototypen

Slå på Arduino og kjør forrige skisse igjen. Hvordan går det med de analoge verdiene? Får du en fin oppløsning av data med pusten? Har LED -en en god variasjon i lyset når du puster inn og ut? Hvis ikke, kan du prøve å bytte ut nedtrekksmotstanden for en verdi i nærheten for å se om verdiene du leser blir bedre.

Når du har bestemt deg for den ideelle nedtrekksmotstanden, gled deg! Kretsen din er fullført, respirasjonen din blir registrert, og LED -en vil gjerne følge pusten din.

Ideelt sett vil du eller noen andre til slutt sy et bånd for deg av ikke-ledende syntetisk stoff med litt strekk i seg selv, og et D-ringbelte for å stramme. (Borrelås er ok som feste, men det er totalt rot med klær og gensere noen ganger.) Du kan trygt sy den ledende snoren inn i dette båndet, faktisk er de sirkulære terminalene gode å feste til et stoff. For noe som er litt mer permanent enn krokodilleklipp, vil du kanskje bare lodde noen få lange flerstrengede ledninger til endene på terminalkontaktene og feste disse til kretsen din.