Sensor Pernafasan tali pinggang asas: 8 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:12

Di dunia biosensing, terdapat banyak cara untuk mengukur pernafasan. Seseorang boleh menggunakan termistor untuk mengukur suhu di sekitar lubang hidung, tetapi sekali lagi mungkin anda tidak mahu alat pelik diikat ke hidung anda. Seseorang juga boleh memasang akselerometer ke tali pinggang yang bergerak ke atas dan ke bawah, tetapi subjek mungkin harus berbaring atau tidak bergerak. Walaupun sensor pernafasan tali pinggang tali asas dan fleksibel ini mempunyai kekurangannya (tindak balas isyarat tidak tepat seperti kaedah lain), ada baiknya jika subjek anda hanya mahu masuk dan melakukan apa sahaja yang mereka mahu lakukan semasa mereka bernafas sedang diukur. Berikut adalah contoh sensor pernafasan asas, yang dimaksudkan untuk tinggal di dalam tali pinggang fleksibel yang diikat di dada. Apabila dada yang bersangkutan mengembang dan berkontraksi melalui udara yang menghirup udara ke paru-paru, rintangan sekeping tali getah yang boleh digabungkan digabungkan. Dengan hanya menggunakan beberapa komponen lagi, kami dapat menerjemahkannya menjadi isyarat analog yang dibaca langsung oleh Arduino anda. Ini dilakukan melalui keajaiban litar pembahagi voltan yang sangat penting dan mudah dipelajari.

PERINGATAN: Sebelum kita bermula, anda harus tahu bahawa peralatan biosensing yang belum diuji dan tidak stabil selalu mengandungi risiko bahaya! Sila uji dan buat litar ini dengan sumber kuasa bateri - Saya akan melakukan segalanya untuk menunjukkan kepada anda bagaimana membuat litar ini untuk memastikan anda tidak akan dicederakan, tetapi saya tidak bertanggungjawab terhadap kemalangan yang mungkin berlaku. Gunakan akal sehat dan selalu menguji litar anda dengan multimeter sebelum mengikat sesuatu ke dada.

Langkah 1: APA YANG ANDA PERLUKAN

1) Mana-mana mikrokontroler dengan input analog akan berfungsi, tetapi dalam contoh ini saya akan menggunakan Arduino Uno. Sekiranya memerlukannya, anda boleh mendapatkannya dari Adafruit atau Sparkfun.

2) Kabel Getah Konduktif. Kabel yang luar biasa ini akan bertindak sebagai perintang yang berubah-ubah, dan akan berubah pada rintangan semasa diregangkan atau dilepaskan. Tersedia dari Adafruit, atau Robotshop mempunyai pelbagai panjang dengan hujung logam yang dipasang

3) Multimeter

4) LED

5) Perintang 1K

6) Perintang penarik (kami akan mengetahui berapa nilai ini kemudian!)

7) Pita saluran

8) Pukulan lubang atau gunting

9) Wayar pelompat

10) Papan roti

11) 2 klip Buaya

Harap maklum bahawa seperti semua peralatan biosensing, projek ini paling selamat jika Arduino anda dikuasakan dari bateri.

Untuk menyelesaikan projek ini, anda mungkin juga memerlukan:

· Pateri solder dan pateri

· Pistol gam panas

· Gunting wayar

· Pelucut wayar

· Menolong Tangan

· Alat naib, kelim, atau sepasang tang yang besar

· 2 atau lebih Terminal Crimp Berdering

Langkah 2: Potong Kabel, dan Pasang Terminal Konduktif

Walaupun anda boleh menggunakan panjang tali getah dari 2 "-8" untuk eksperimen ini, panjang getah yang lebih pendek lebih murah dan anda sebenarnya tidak memerlukan jumlah yang sangat besar untuk menyelesaikan tugas. Sekiranya anda membeli getah panjang maka saya akan mengesyorkan memotong panjang 4”. Potong panjang ini dan bersiap untuk memasang hujung konduktif ke kedua-dua hujungnya.

Ambil penyambung terminal, seperti salah satu daripadanya yang digambarkan di atas, dan pasangkan salah satu hujung tali getah konduktif di hujung salah satu penyambung terminal anda, dan lipatkan ujungnya bersama-sama. Anda boleh menggunakan alat naib atau hujung pelucut wayar anda untuk melakukan ini, tetapi berhati-hatilah untuk tidak merapatkan terminal terlalu ketat sehingga anda tidak dapat memotong atau memotong getah anda! Sekiranya anda berjaya melakukannya, dan kabelnya terputus, cuba lagi dengan penyambung terminal yang lain. Anda masih harus mempunyai banyak masa untuk mencapai prestasi ini. Sekiranya ia lebih pendek dari 2 "anda mungkin harus mencuba lagi dengan panjang 4" baru. Jangan risau, anda akan mendapatnya! Sebaik sahaja anda berjaya melakukannya di satu pihak, cemerlang! Ulangi di seberang. Sekarang anda sudah selesai!

Kini anda mempunyai tali getah konduktif dengan terminal yang sesuai di setiap hujungnya. Mari kita ukur jarak kord ini dengan multimeter.

Langkah 3: Ukur Ketahanan Anda

Putar dail multimeter anda ke simbol ohm (Ω) dan lekatkan kedua-dua hujung merah dan hitam multimeter anda ke kedua-dua bahagian tali konduktif anda.

Sekiranya anda belum pasti cara menggunakan multimeter anda, anda boleh memperbaharui tutorial ini dari Lady Ada.

Walaupun jumlahnya mungkin sedikit melonjak ketika anda mengukurnya, angka-angka ini memberi anda gambaran tentang berapa daya tahan kord ketika berada dalam keadaan rehat. Mengira tekaan terbaik anda, tuliskan rintangan rehat kord anda, kemudian bulatkan ke gandaan terdekat 10. (iaitu: 239 = 240, 183 = 180)

Sekarang, berhati-hati untuk memasang probe multimeter dengan satu tangan, gunakan tangan anda yang lain untuk menarik tali dengan lembut. Anda hanya boleh meregangkan barang ini sehingga kira-kira 50% -70% dari panjang asalnya, jadi jangan tarik terlalu kuat! Perhatikan bagaimana nilai rintangan pada multimeter anda telah berubah. Lepaskan, dan ulangi proses ini beberapa kali untuk menyaksikan rintangan meningkat dari minimum hingga maksimum. Semasa anda meregangkannya, rintangan meningkat kerana zarah-zarah di getah digerakkan lebih jauh. Setelah daya dilepaskan, getah akan menyusut kembali, walaupun memerlukan satu atau dua minit untuk kembali ke panjang asalnya. Kerana keterbatasan fizikal, tali regangan ini bukanlah sensor linear yang sebenarnya, jadi tidak tepat tepat tetapi ada cara untuk bekerja dengan ini dalam pembinaan sensor anda. Peregangkan tali sekali lagi sehingga maksimum, dan dengan setiap hujung probe multimeter dipasang di kedua-dua sisi tali getah anda, tuliskan nilai rintangan, bulat sekali lagi ke gandaan terdekat 10.

Langkah 4: Formula Axel Benz

Kami akan menggunakan litar pemisah voltan sederhana untuk menggunakan rintangan berubah dari tali regangan sebagai sensor pernafasan. Sekiranya anda ingin mengetahui lebih lanjut mengenai litar pemisah voltan, pada dasarnya ini adalah beberapa perintang dalam siri yang mengubah voltan besar menjadi voltan yang lebih kecil. Bergantung pada nilai perintang yang anda gunakan, anda boleh memotong 5V dari Arduino anda menjadi bahagian yang lebih besar atau lebih kecil dengan perintang tarik, yang berguna untuk Analog Read. Sekiranya anda ingin mengetahui lebih lanjut mengenai matematik di sebalik litar pemisah voltan, lihat tutorial yang sangat baik di Sparkfun.

Walaupun kita tahu bahawa nilai perintang pertama dalam litar (sensor regangan) akan berada dalam fluks malar, kita perlu menggunakan nilai rintangan yang tepat untuk perintang tarik untuk mendapatkan isyarat yang sebaik dan bervariasi.

Untuk memulakan, gunakan formula Axel Benz:

Pull-Down-Resistor = kuasa dua (Rmin * Rmax)

Jadi jika nilai minimum tali regangan anda ialah 130ohms, dan maksimum ialah 240ohms

Pull-Down Resistor = kuasa dua (130 * 240)

Pull-Down Resistor = kuasa dua (31200)

Perintang Pull-Down = 176.635217327

Jadi sekarang anda harus melihat koleksi perintang anda dan mencari tahu apakah perintang kes terbaik anda "buat masa ini". Sekiranya anda hanya mempunyai sekumpulan bit dan bob rawak, kalkulator jalur warna perintang ini mungkin berguna untuk anda. Melancarkan perintang ini boleh jadi baik, anda mungkin tidak mempunyai perintang yang sempurna di tangan. Walaupun anda menggunakan litar, anda mungkin akan menukarnya untuk yang lain, tetapi ini akan memberi anda permulaan yang baik untuk mula bermain.

Akhirnya, saya membundarkan nombor ke gandaan terdekat 10.

Pull Down Resistor = 180ohms

Langkah 5: Sediakan Papan Roti Anda

Dengan menggunakan kabel jumper, sambungkan pin 5v Arduino ke rel kuasa di papan roti anda, dan kemudian sambungkan pin GND ke landasan landasan papan roti anda.

Saya suka menarik 5V dari Arduino kerana ini memastikan bahawa anda tidak perlu risau untuk menghantar voltan terlalu banyak ke pin analog. Anda juga boleh menggunakan pin voltan 3v3, tetapi saya mendapat isyarat yang lebih baik daripada menggunakan 5v.

Sambungkan perintang tarik ke tanah.

Ambil kedua klip buaya anda dan klipkannya ke terminal di kedua-dua sisi tali regangan rintangan berubah-ubah anda. Pasang satu hujung klip buaya ini ke rel 5v. Sambungkan klip buaya lain ke wayar dalam konfigurasi yang ditunjukkan dalam gambar rajah.

Pastikan hujung "lain" dari penarik tarik ke bawah dan tali regangan konduktif anda disambungkan, sekarang sambungkan wayar pelompat dari pin analog (mari kita gunakan A0) ke tengah-tengah kedua titik penghubung ini.

Akhirnya, pasangkan LED dengan perintang 1k ke pin 9 Arduino anda.

Langkah 6: Program Arduino Anda

Nota: Saya baru sahaja melihat bahawa pengguna GitHub Non0Mad telah meningkatkan kod saya! (Terima kasih) Cuba kod ini jika anda mahu:

Sekiranya anda lebih suka mencuba yang saya buat, jalankan lakaran "RespSensorTest.ino" yang dilampirkan di Arduino anda.

Berhati-hati untuk tidak menyentuh logam yang terdedah, ambil dua klip buaya anda dan regangkan gelang getah. Perhatikan LED memudar masuk dan keluar semasa anda meregangkan. Buka Monitor Serial anda, dan perhatikan perubahan voltan analog anda. Sekiranya anda tidak berpuas hati dengan nilai atau nombor anda yang semakin pudar, anda boleh mencuba beberapa perkara:

1) Cuba tukar nilai resistor pull-down yang serupa dengan yang terakhir anda gunakan. Adakah ia memberi perbezaan positif? (Ini adalah kaedah terbaik untuk melakukannya)

2) Sekiranya semua yang anda benar-benar ingin lakukan adalah menyalakan LED, cuba mainkan dengan pemboleh ubah skalaValue untuk melihat apakah anda dapat menghasilkan julat yang lebih baik dengan cara itu. (Ini mungkin kaedah termudah untuk melakukannya)

Setelah anda cukup berpuas hati dengan angka dan cahaya LED anda, inilah masanya untuk memprototaip model untuk dipakai di dada! Matikan Arduino anda dan matikan kuasa ke papan roti untuk langkah seterusnya.

Langkah 7: Buat Prototaip Respiration Band

Cara terpantas untuk membuat prototaip band adalah dengan hanya membuat sesuatu bersama dengan pita saluran. Ambil jalur pita saluran yang panjang (Lebih kurang 30 "-36" harus menutupi sebahagian besarnya, tetapi akhirnya ini hanya lilitan dada anda) dan lipat sehingga bahagian yang melekit melekat pada dirinya sendiri. Tebuk lubang ke kedua sisi jalur pita saluran anda, sehingga menyerupai tali pinggang.

Gunakan skru untuk menahan terminal ke dalam lubang yang anda buat untuk sensor anda, dan pasangkan pita saluran panjang anda ke dalam gelung yang anda pakai di dada anda. Anda ingin memastikan bahawa "tali pinggang" anda sesuai dengan anda atau plexus solar subjek anda, tetapi pastikan ada ruang yang cukup untuk nafas masuk untuk meregangkan tali pusat.

Akhirnya, pasang semula klip buaya anda dan pasangkan setiap pelompat dari hujung tali regangan konduktif kembali ke tempatnya di papan roti. Kami kini bersedia untuk menguji prototaip!

Langkah 8: Uji Prototaip

Hidupkan Arduino dan jalankan sketsa sebelumnya. Bagaimana nilai analog tersebut dilakukan? Adakah anda mendapat penyelesaian data yang menarik dengan nafas anda? Adakah LED mempunyai variasi cahaya yang bagus semasa anda menghirup dan keluar? Sekiranya tidak, cuba tukar perintang tarik ke bawah untuk mendapatkan nilai terdekat untuk melihat apakah nilai yang anda baca semakin baik.

Apabila anda menggunakan perintang penarik yang ideal, bergembira! Litar anda selesai, pernafasan anda sedang direkam, dan LED dengan senang hati akan mengikut nafas anda.

Sebaik-baiknya anda atau orang lain akhirnya akan menjahit tali dari kain sintetik yang tidak konduktif dengan sedikit regangan di dalamnya sendiri, dan tali pinggang D-Ring untuk diketatkan. (Velcro baik sebagai pengikat tetapi kadang-kadang berantakan dengan pakaian dan sweater.) Anda boleh menjahit tali konduktif dengan selamat ke jalur ini, sebenarnya terminal bulat sangat bagus untuk diikat pada kain. Untuk sesuatu yang sedikit lebih kekal daripada klip buaya, anda mungkin hanya ingin menyisipkan beberapa wayar multi-helai yang sangat panjang ke hujung penyambung terminal dan pasangkannya ke litar anda.