Miega lasītāja galvas saite: 24 soļi (ar attēliem)

2025 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2025-01-23 14:59

Vai esat kādreiz domājuši, kā jūs naktīs guļat? Ierīces, piemēram, FitBit, izseko miegu, analizējot jūsu kustības visu nakti, taču tās nevar apskatīt jūsu smadzeņu darbību.

Pēc semestra mācību par medicīnas instrumentiem mūsu klasei tika uzdots uzdevums izveidot valkājamu ierīci, lai izmērītu kādu bioloģisko mainīgo. Mans partneris un es izvēlējāmies izveidot galvas saiti, kas var apskatīt, ko jūsu smadzenes dara miega laikā. Galvas saite nolasa smadzeņu viļņu signālus, lai uzraudzītu miega modeļus. Tas nosaka, kā lietotāja smadzeņu viļņi nakts laikā progresē alfa, beta, gamma un delta fāzēs. Pēc tam datus var eksportēt un analizēt programmā Excel.

Vai mēs pieminējām arī tā stilīgo?

1. darbība: materiāli un rīki

Lai izveidotu miega lasītāja galvas saiti, jums būs nepieciešami šādi materiāli:

1. Galvas saite (šim projektam tika izmantota HOTER Sportline galvas lente)
2. Adafruit Flora mikrokontrolleris
3. Flora Wearable Bluefruit LE modulis
4. Flora RGB Neo Pixel LED
5. Snaps
6. Vadošs pavediens
7. Vadi
8. Vītne
9. Baterijas paka
10. Bitalino EEG ar UC-E6 kabeli un 3 vadu elektrodu kabeli
11. Audums
12. Elastīga siksna

Šādi rīki palīdzēs jums izveidot galvas saiti:

1. Šūšanas tapa
2. Šķēres
3. Stiepļu noņēmēji
4. Lodāmurs un pildviela

2. solis: Sagatavošana

Pirms miega lasītāja galvas saites veidošanas veltiet laiku, lai uzzinātu par smadzeņu viļņiem un dažām pamata shēmām. Smadzenēs īpašas šūnas, kas pazīstamas kā neironi, organizē dažādas aktivitātes organismā. Šie neironi vada izrādi, nosūtot mazus elektriskos signālus viļņu veidā. Ir zināms, ka smadzenes rada četrus dažādus viļņu veidus - alfa, beta, teta un delta. Šos viļņus var atšķirt ar noteiktiem frekvenču diapazoniem, un katrs diapazons atbilst noteiktiem garīgās aktivitātes līmeņiem. Jūsu galvas saite izmantos ierīci, ko sauc par elektroencefalogrammu vai EEG, lai identificētu šos viļņus, jo jūsu smadzenes tos rada miega laikā.

Lai izveidotu miega lasītāju, jums būs jāpievieno dažas ierīces pie galvas saites. Galvenās ierīces ir mikroprocesors, kas ir mazs dators; Bluetooth modulis, kas ir mikroshēma, kas ļauj galvas saitei sazināties ar datoru; NeoPixel, kas ir krāsu mainoša gaisma; EEG; un akumulatoru.

Pilnīga sistēma ir veidota, savienojot katru ierīci kopā noteiktās vietās, izmantojot vadošu vītni. Ja jums nav bijusi pieredze ar šo pavedienu izmantošanu, apmācība ir pieejama šeit. Vītnes ir sasietas fiksatoros, kas ļauj ērti piestiprināt un noņemt Flora mikroprocesoru un Bluetooth moduli. Viens fiksatora gals ieiet audumā, bet otrs - uz elektriskās ierīces. Pamācība šo momentuzņēmumu ieviešanai ir pieejama šeit.

Pēc sistēmas izveides tai ir jānodrošina kods. Šis projekts īpaši izmanto Arduino kodu. Ja vēlaties iepazīties ar Arduino kodu, https://www.arduino.cc ir pilns ar noderīgām apmācībām. Lai ieviestu šim projektam izmantoto kodu, jums būs jālejupielādē lietotne Arduino vietnē https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Tas būs jāpapildina ar Flora dēli, kas pieejams šeit. Lai paplašinātu mikroprocesora iespējas, jums būs jālejupielādē arī dažas citas bibliotēkas; to var izdarīt, izmantojot vietni www.github.com. Nepieciešamās bibliotēkas ir:

• Ātrā Furjē transformācija (FFT)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Adafruit NeoPixel

Visbeidzot, savā viedtālrunī lejupielādējiet lietotni Adafruit Bluefruit LE Connect, lai to izmantotu kopā ar galvas saiti.

3. darbība. Drošība

Cilvēka ķermenis var izturēt tikai ierobežotu elektrības iedarbību, tāpēc, lietojot elektroniskās ierīces, nepieciešama pienācīga aprūpe. Elektriskās drošības galvenais princips ir izvairīties no tā, lai jūsu ķermenis kļūtu par ceļu, kur elektriskā strāva plūst strāvas ķēdē. Dažas vispārīgas prakses, kā to izvairīties, ir šādas:

• Pieskarieties vadiem un citām metāla shēmām tikai tad, kad barošana ir izslēgta
• Izmantojiet instrumentus ar izolētiem rokturiem
• Veidojot ķēdi, mēģiniet atturēt ūdeni no darba zonas
• Mēģiniet pēc iespējas vairāk strādāt ar vienu roku, nevis divām, lai samazinātu risku, ka elektriskā strāva plūst caur sirdi

Vēl viena problēma, kas jāzina, veidojot ķēdi, ir tāda, ka elektriskā strāva var aizdegt uzliesmojošus materiālus, tāpēc jums jāpārliecinās, ka vadi ir pilnībā savienoti ķēdē. Pretējā gadījumā jūs varat iedegt matus vai galvas saiti.

Brīdinājums: šī galvas lente nav sertificēta medicīniska ierīce, un to nedrīkst izmantot neiroloģisku slimību diagnosticēšanai.

4. solis: padomi un padomi

Šeit ir daži padomi, kas jāpatur prātā, veidojot miega lasītāja galvas saiti:

• Pārliecinieties, ka vadošā diega gali nepieskaras viens otram pēc tam, kad esat tos sasaistījis

• Ja ports nav pieejams Arduino, kad pievienojat mikrokontrolleri Arduino, rīkojieties šādi, lai augšupielādētu kodu:

  1. Kamēr ir pievienots mikrokontrolleris, augšupielādējiet kodu, turot nospiestu mikrokontrollera atiestatīšanas pogu
  2. Kad statusa josla pārslēdzas no apkopošanas uz augšupielādi, atlaidiet atiestatīšanas pogu
  3. Kodam vajadzētu augšupielādēties, un tagad ir jāatpazīst ports
• Lodējot uz fiksatoriem, esiet piesardzīgs, lai neizlocītu divas tapas kopā, lai nesaslēgtu ķēdi. Multimetru var izmantot, lai pārbaudītu, vai ir izveidots savienojums starp tapām
• Uzlieciet galvas saiti, lai fiksatori paliktu savienoti
• Pārliecinieties, vai Bluetooth modulis ir datu režīmā, nevis komandu režīmā
• Kad jūsu galvas saite ir uzbūvēta, jūs vēlaties pārliecināties, ka tā darbojas efektīvi! Lai iegūtu labu signālu, pārliecinieties, ka starp elektrodiem un pieri ir tīrs kontakts, noslaukot putekļus, vaļīgus pavedienus, matus vai citus traucējumus.

5. solis: sāciet veidot savu ķēdi

Tagad, kad esat apguvis dažas pamatzināšanas un drošības procedūras, esat gatavs uzbūvēt stundas galvas saiti. Uzmanīgi izlasiet tālāk sniegtos norādījumus un ievērojiet pie attēliem atstātos komentārus ar papildu norādījumiem.

6. darbība: shēmas shēma

Iepriekšējā shēma parāda savienojumus pabeigtajā ķēdē. Izmantojiet šo shēmu kā atsauci, lai pārliecinātos, ka jūsu ķēde ir pareizi pievienota vadiem.

7. solis: Lodēšana iekļūst floras mikroprocesorā

Ja neizskatījāt saiti uz apmācību par to, kā izmantot momentuzņēmumus, veicot darbību "Sagatavošana", pārbaudiet to tūlīt. Šajā brīdī jūs savienosit snaps ar mikroprocesoru un Bluetooth moduli. Jūs nevēlaties sajaukt šo daļu, jo netīrs lodēšanas darbs var sabojāt jūsu ķēdi.

Mikroprocesoram būs jāpiespiež šādas tapas:

• Visas 3 sasmalcinātas (GND) tapas
• Abas 3.3V strāvas tapas
• SCL #3
• RX #0
• TX #1
• Digitālā tapa #9

8. solis: lodēt iesprauž Bluetooth modulī

Un Bluetooth modulim būs nepieciešami fiksatori uz šīm tapām:

• 3.3V jauda
• TX
• RX
• GND

9. solis: šujiet knaibles audumā Flora mikroprocesoram

Tagad jūs varat uzšūt otru knaibles uz auduma. Noteikti izmantojiet bluetooth moduli un mikroprocesoru ar tiem pievienotajiem fiksatoriem, lai pareizi saliktu šos snaps!

10. solis: šujiet knaibles audumā Bluetooth modulim

Tagad šujiet Bluetooth savienojumus.

11. solis: savienojiet Bluetooth moduli ar Flora mikroprocesoru

Pēc tam pievienojiet Bluetooth moduli Flora mikroprocesoram, šujot vadošu pavedienu starp katras ierīces atbilstošajiem fiksatoriem. Nepieciešami šādi tapu savienojumi:

1. Bluetooth 3.3V uz mikroprocesoru 3.3V
2. Bluetooth TX uz mikroprocesoru RX #0
3. Bluetooth RX uz mikroprocesoru TX #1
4. Bluetooth GND uz mikroprocesoru GND

12. solis: savienojiet Neo Pixel ar Flora mikroprocesoru

Pievienojiet Neo Pixel mikroprocesoram šādā veidā:

1. NeoPixel LED ievads mikroprocesora digitālajā tapā #9
2. NeoPixel Ground to Microprocessor Ground
3. NeoPixel jauda - mikroprocesora jauda

13. solis: vadu akumulatora komplekts ar Flora mikroprocesoru

Šī daļa ir sava veida svarīga; jums var būt nepieciešams enerģijas avots, lai viss darbotos!

14. darbība: izveidojiet EEG kabeli

Šis kabelis ir izgatavots, izmantojot EEG mikroshēmu, 3 vadu elektrodu kabeli un UC-E6 kabeli. EEG mikroshēmai jābūt pareizi izlīdzinātai, lai gals ar uzrakstu "EEG" būtu savienots ar elektrodu kabeli, kā parādīts attēlā iepriekš.

15. solis: savienojiet EEG ar Flora mikroprocesoru

Pievienojiet EEG kabeli Flora mikroprocesoram. Iepriekš redzamais attēls ir apzīmēts ar norādījumiem, lai parādītu pareizos vadu pievienošanas punktus. Tiks izveidoti šādi savienojumi:

1. Sarkanais vads pie barošanas
2. Melns vads pie zemes
3. Violeta stieple līdz SCL #3

16. solis: iešujiet elektrodus galvas saitē

Šujiet elektrodus galvas saites iekšpusē. Pārliecinieties, vai elektrodi ir novietoti pareizajās pozīcijās. Aplūkojot galvas saites iekšpusi, sarkanajam elektrodam jāatrodas kreisajā pusē, baltajam - vidū, bet melnajam - labajā pusē.

17. solis: šujiet audumu un siksnu pie galvas saites

Tagad esat pabeidzis galvas saiti! Woohoo!

18. darbība: augšupielādējiet kodu

Tagad jūs varat augšupielādēt šo kodu savā galvas saitē, lai dotu tai iespēju lasīt prātu!

19. solis: savienojiet galvas saiti ar tālruni

Atveriet lietotni Adafruit Bluefruit LE Connect un savienojiet tālruni ar jums Adafruit Bluefruit LE.

20. darbība: uzvelciet galvas saiti un apkopojiet datus

Tagad jūs varat uzlikt galvas saiti un to pārbaudīt! Jūs varat izvēlēties “UART” lietotnē Adafruit Bluefruit LE Connect, lai skatītu datus, kādi tie ir.

21. darbība: eksportējiet datus no tālruņa uz datoru

Kad jūsu dati ir savākti, varat tos eksportēt vairākos failu formātos. Mēs iesakām to eksportēt kā.txt failu analīzei programmā Excel.

22. darbība: datu analīze

Šeit ir diagrammas veida piemērs, ko varat izveidot, lai vizualizētu un interpretētu galvas saites datus. Mums ir atzīmēti delta, teta, alfa un beta diapazoni, lai parādītu, kurā diapazonā katrs punkts ietilpst.

23. solis: citas idejas

Kad esat pabeidzis miega lasītāja galvas saiti, nekautrējieties izpētīt dažas dizaina izmaiņas. Varbūt mēģiniet modificēt kodu, lai automātiski apkopotu datus un izveidotu pārskatu, kurā tiek novērtēts lietotāja miega režīms. Varat arī savienot reāllaika pulksteni, lai uzraudzītu precīzu nakts laiku, kad lietotājs aizmieg, pāriet dziļā miega un REM miega režīmā un pamostas. Varbūt jūs interesē miega sarunas ierakstīšana, tādā gadījumā varat iekļaut audio ierakstītāju, kas tiek aktivizēts, kad lietotājs nokļūst REM miega režīmā. Iespējas ir bezgalīgas!

24. darbība. Atzīšana

Šī projekta koda četrstruktūras pārveidošanas daļā tika izmantots kods, kas ievietots šajā lapā vietnē Norvēģijas darbi. Arī koda NeoPixel daļa atsaucās uz Adafruit sniegtajiem piemēriem.