Pamata jostas elpošanas sensors: 8 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:58

Biosensēšanas pasaulē ir daudz veidu, kā izmērīt elpošanu. Temperatūru ap nāsi var izmērīt ar termistoru, bet varbūt atkal jūs nevēlaties, lai pie deguna būtu piesieta dīvaina ierīce. Pie jostas, kas pārvietojas uz augšu un uz leju, var piestiprināt arī akselerometru, bet objektam, iespējams, vajadzētu gulēt vai citādi nekustēties. Lai gan šim pamata elastīgajam joslas elpošanas sensoram ir trūkumi (signāla reakcija nav tik precīza kā citām metodēm), tas ir labi, ja jūsu objekts vienkārši vēlas piesprādzēties un darīt visu, ko vēlas elpas laikā tiek mērīts. Šeit ir piemērs pamata elpošanas sensoram, kas paredzēts dzīvošanai elastīgās jostas iekšpusē, kuru piesprādzējat ap krūtīm. Kad attiecīgā krūtis izplešas un saraujas, elpojot gaisu plaušās, mainās iestiepta gumijas auklas gabala pretestība. Izmantojot vēl dažus komponentus, mēs varam to pārvērst par analogo signālu, ko tiešraidē nolasa jūsu Arduino. Tas tiek darīts, izmantojot ļoti būtiskas un viegli apgūstamas sprieguma dalītāja ķēdes burvību.

BRĪDINĀJUMS: Pirms sākat, jums jāzina, ka nepārbaudīts un nestabils biosensēšanas aprīkojums vienmēr ietver briesmu risku! Lūdzu, pārbaudiet un izveidojiet šo ķēdi ar akumulatora enerģijas avotu- es darīšu visu, lai parādītu, kā izveidot šo ķēdi, lai pārliecinātos, ka jums netiks nodarīts kaitējums, taču es neuzņemos nekādu atbildību par iespējamām avārijām. Izmantojiet veselo saprātu un vienmēr pārbaudiet savu ķēdi ar multimetru, pirms piesprādzējiet kaut ko pie krūtīm.

1. solis: kas jums būs nepieciešams

1) Jebkurš mikrokontrolleris ar analogo ieeju darbosies, taču šajā piemērā es izmantošu Arduino Uno. Ja jums tas ir vajadzīgs, varat to iegūt no Adafruit vai Sparkfun.

2) Vadoša gumijas aukla. Šis apbrīnojamais vads darbosies kā mainīgs rezistors, un, izstiepjot vai atlaižot, mainīsies pretestība. Pieejams no Adafruit vai Robotshop ir jauki dažādi garumi ar iepriekš piestiprinātiem metāla galiem

3) Multimetrs

4) LED

5) 1K rezistors

6) Nolaižams rezistors (mēs noskaidrosim, kāda ir šī vērtība vēlāk!)

7) Līmlente

8) Perforators vai šķēres

9) Jumper vadi

10) maizes dēlis

11) 2 aligatora skavas

Lūdzu, ņemiet vērā, ka, tāpat kā ar visām biosensēšanas iekārtām, šis projekts ir drošākais, ja jūsu Arduino tiek darbināts no baterijām.

Lai pabeigtu šo projektu, jums var būt nepieciešams arī:

· Lodāmurs un lodētava

· Karstās līmes pistole

· Stiepļu spraugas

· Stiepļu noņēmējs

· Palīdzīgas rokas

· Vice, gofrēšanas rīks vai liels knaibles

· 2 vai vairāk gredzenveida gofrēšanas termināļi

2. solis: nogrieziet vadu un pievienojiet vadošos spailes

Lai gan šim eksperimentam varat izmantot jebkura garuma gumijas vadu no 2”-8”, īsāks gumijas garums ir lētāks, un jums faktiski nav nepieciešams īpaši liels daudzums, lai paveiktu darbu. Ja iegādājāties garu gumiju, es ieteiktu griezt 4 collu garumu. Nogrieziet šo garumu un sagatavojieties abiem galiem piestiprināt vadošu galu.

Paņemiet spaiļu savienotāju, piemēram, vienu no tiem, kas attēlots iepriekš, un pielieciet vienu vadošās gumijas auklas galu viena termināla savienotāja galā un saspiediet galu kopā. Lai to izdarītu, varat izmantot vai nu skrūvspīli, vai stieples noņēmēju galus, taču esiet piesardzīgs, lai nesaspiestu spaili pārāk cieši, lai nesaspiestu vai nesagrieztu gumiju! Ja jums tas izdodas un vads pārtrūkst, vienkārši mēģiniet vēlreiz ar citu termināļa savienotāju. Lai sasniegtu šo sasniegumu, jums joprojām vajadzētu būt pietiekami daudz laika. Ja tas kļūst īsāks par 2”, iespējams, vienkārši mēģiniet vēlreiz ar jaunu 4 collu garumu. Neuztraucieties, jūs to saņemsiet! Kad esat to paveicis vienā pusē, izcili! Atkārtojiet to otrā pusē. Tagad esat pabeidzis!

Tagad jums ir vadoša gumijas aukla ar piemērotu spaili katrā galā. Izmērīsim, kādi ir šīs auklas diapazoni ar multimetru.

3. darbība: izmēriet savu pretestību

Pagrieziet multimetra ciparnīcu uz omu simbolu (Ω) un pielīmējiet multimetra sarkanos un melnos galus abās vadu vada pusēs.

Ja vēl neesat pārliecināts, kā izmantot savu multimetru, varat atsvaidzināties ar šo Lady Ada apmācību.

Pat ja mērīšanas laikā skaitlis var nedaudz lēkt apkārt, šie skaitļi sniedz priekšstatu par to, cik liela ir auklas pretestība miera stāvoklī. Labāk uzminot, pierakstiet auklas pretestību miera stāvoklī, pēc tam noapaļojiet to līdz tuvākajam 10 reizinājumam (ti: 239 = 240, 183 = 180)

Tagad, uzmanīgi nostiprinot multimetra zondes ar vienu roku, ar otru roku uzmanīgi pavelciet vadu uz augšu. Jūs varat izstiepties tikai līdz 50–70% no sākotnējā garuma, tāpēc nevelciet pārāk stipri! Ievērojiet, kā ir mainījušās multimetra pretestības vērtības. Atlaidiet un atkārtojiet šo procesu dažas reizes, lai redzētu, kā pretestība samazinās no minimālās līdz maksimālajai. Izstiepjot to, pretestība palielinās, jo gumijas daļiņas tiek pārvietotas tālāk viena no otras. Kad spēks ir atbrīvots, gumija saruks atpakaļ, lai gan ir vajadzīga minūte vai divas, lai atgrieztos sākotnējā garumā. Šo fizisko ierobežojumu dēļ šis izstieptais vads nav īsts lineārs sensors, tāpēc tas nav pārsteidzoši precīzs, taču ir veidi, kā ar to strādāt, veidojot sensoru. Vēlreiz izstiepiet vadu līdz maksimālajam līmenim un, kad katrs multimetra zondes gals ir novietots abās gumijas auklas pusēs, pierakstiet pretestības vērtību, noapaļojot līdz tuvākajam 10 reizinājumam.

4. solis: Aksela Benza formula

Mēs izmantosim vienkāršu sprieguma dalīšanas ķēdi, lai stiepes auklas mainīgo pretestību izmantotu kā elpošanas sensoru. Ja vēlaties uzzināt vairāk par sprieguma dalīšanas ķēdēm, pamatā ir daži sērijas rezistori, kas lielu spriegumu pārvērš par mazāku. Atkarībā no izmantoto rezistoru vērtībām jūs varat sasmalcināt 5 V no sava Arduino lielākās vai mazākās daļās, izmantojot nolaižamo rezistoru, kas ir noderīgi analogu lasīšanai. Ja vēlaties uzzināt vairāk par matemātiku aiz sprieguma dalīšanas ķēdēm, apskatiet lielisko apmācību vietnē Sparkfun.

Lai gan mēs zinām, ka ķēdes pirmā rezistora (stiepes sensora) vērtība būs nemainīgā plūsmā, mums ir jāizmanto nolaižamajam rezistoram atbilstoša pretestības vērtība, lai iegūtu pēc iespējas jaukāku un daudzveidīgāku signālu.

Lai sāktu, izmantojiet Axel Benz formulu:

Nolaižamais rezistors = kvadrātveida sakne (Rmin * Rmax)

Tātad, ja stiepes minimālā vērtība ir 130 omi, bet maksimālā - 240 omi

Nolaižamais rezistors = kvadrātveida sakne (130*240)

Nolaižamais rezistors = squareroot (31200)

Nolaižamais rezistors = 176.635217327

Tāpēc tagad jums vajadzētu apskatīt savu rezistoru kolekciju un noskaidrot, kāds ir jūsu labākais rezistors “pagaidām”. Ja jums ir tikai nejaušu bitu un bobu kolekcija, šis rezistoru krāsu joslas kalkulators jums varētu būt noderīgs. Šī rezistora lodēšana var būt kārtībā, iespējams, ka jums nav ideāla rezistora. Kamēr izmantojat ķēdi, var gadīties, ka tā ir jāmaina pret citu, taču tas dos lielisku sākumu spēlēt.

Visbeidzot, es noapaļo skaitli līdz tuvākajam 10.

Nolaižamais rezistors = 180 omi

5. darbība: sagatavojiet savu maizes dēli

Izmantojot džemperu vadus, pievienojiet Arduino 5V tapu pie maizes dēļa barošanas sliedes un pēc tam pievienojiet GND tapu pie maizes dēļa zemes sliedes.

Man patīk zīmēt 5 V no Arduino, jo tas nodrošina, ka jums nav jāuztraucas par pārāk liela sprieguma nosūtīšanu uz analogām tapām. Varat arī izmantot sprieguma tapu 3v3, bet es uzskatu, ka, izmantojot 5v, es saņemu labāku signālu.

Pievienojiet nolaižamo rezistoru zemei.

Paņemiet abus aligatora skavas un piestipriniet pie spailēm mainīgās pretestības elastīgās auklas abās pusēs. Pievienojiet šo aligatora skavu vienu galu pie 5V sliedes. Pievienojiet otru aligatora skavu pie stieples tādā konfigurācijā, kā parādīts diagrammās.

Pārliecinoties, ka nolaižamā rezistora “citi” galiņi un vadītspējīgais stiepes vads ir savienoti, tagad pievienojiet savienojuma vadu no analogās tapas (izmantosim A0) līdz šo divu savienojuma punktu centram.

Visbeidzot, pievienojiet LED ar 1k rezistoru Arduino 9. tapai.

6. solis: ieprogrammējiet savu Arduino

Piezīme: es tikko redzēju, ka GitHub lietotāji Non0Mad ir uzlabojuši manu kodu! (Paldies) Izmēģiniet šo kodu, ja vēlaties:

Ja vēlaties izmēģināt manu izveidoto, palaidiet pievienoto "RespSensorTest.ino" skici savā Arduino.

Esiet piesardzīgs, lai nepieskartos atklātajam metālam, paņemiet divus aligatora skavas un izstiepiet gumijas joslu. Skatieties, kā izstiepjot gaismas diode izgaist un izdziest. Atveriet seriālo monitoru un vērojiet analogā sprieguma izmaiņas. Ja neesat apmierināts ar zūdošajām vērtībām vai skaitļiem, varat izmēģināt dažas lietas:

1) Mēģiniet nomainīt citu nolaižamo rezistora vērtību, kas ir līdzīga pēdējai izmantotajai. Vai tam ir pozitīva atšķirība? (Tas ir labākais veids, kā to izdarīt)

2) Ja viss, ko jūs patiešām vēlaties darīt, ir iedegt gaismas diodi, pamēģiniet izmantot mainīgo scaleValue, lai redzētu, vai tādā veidā varat iegūt labākus diapazonus. (Tas varētu būt vienkāršākais veids, kā to izdarīt)

Kad esat pietiekami apmierināts ar saviem numuriem un LED mirdzumu, ir pienācis laiks izveidot modeļa prototipu, ko valkāt ap krūtīm! Izslēdziet Arduino un atspējojiet maizes dēļa barošanu nākamajam solim.

7. solis: izveidojiet elpošanas joslas prototipu

Ātrākais veids, kā izveidot prototipa joslu, ir vienkārši kaut ko salikt kopā ar līmlenti. Paņemiet garu līmlentes sloksni (apmēram 30”-36” jāaptver lielākā daļa, bet galu galā tas ir tikai jūsu krūšu apkārtmērs) un salieciet to tā, lai lipīgās malas pielīp pie sevis. Ieduriet caurumus abās līmlentes sloksnes pusēs, lai tas atgādinātu jostu.

Izmantojiet skrūves, lai piestiprinātu spailes štancētajos caurumos, ko izveidojāt sensoram, un cieši savienojiet garo līmlentes gabalu cilpā, ko valkājat krūtīs. Jūs vēlaties pārliecināties, ka jūsu “josta” diezgan cieši pieguļ jums vai jūsu objekta saules pinumam, taču pārliecinieties, ka ienākošajām elpām ir pietiekami daudz vietas, lai izstieptu vadu.

Visbeidzot, atkal piestipriniet aligatora skavas un pievienojiet katru džemperi no vadošā stiepes gala atpakaļ maizes dēļa vietā. Tagad mēs esam gatavi pārbaudīt prototipu!

8. solis: pārbaudiet prototipu

Ieslēdziet Arduino un palaidiet iepriekšējo skiču ķēdi. Kā darbojas šīs analogās vērtības? Vai ar elpu iegūstat jauku datu izšķirtspēju? Vai gaismas diodes gaismas jauda ir patīkama, ieelpojot un izelpojot? Ja nē, mēģiniet nomainīt nolaižamo pretestību pret tuvumā esošu vērtību, lai redzētu, vai izlasītās vērtības kļūst labākas.

Kad esat apmetušies uz ideālo nolaižamo rezistoru, priecājieties! Jūsu ķēde ir pabeigta, jūsu elpošana tiek ierakstīta, un gaismas diode priecīgi sekos jūsu elpai.

Ideālā gadījumā vai nu jūs, vai kāds cits galu galā uzšūs jums joslu no nevadoša sintētiska auduma, kurā ir nedaudz stiepes, un D-gredzena josta, lai pievilktu. (Velcro ir labi kā aizdare, bet dažreiz tas ir pilnīgs haoss ar apģērbu un džemperiem.) Jūs varat droši iešūt vadošo vadu šajā joslā, patiesībā apļveida spailes ir lieliski piestiprināmas pie auduma. Lai iegūtu kaut ko mazliet pastāvīgāku nekā aligatora skavas, iespējams, vēlēsities vienkārši pielodēt dažus ļoti garus daudzpavedienu vadus spaiļu savienotāju galos un pievienot tos savai ķēdei.