Băng đô ngủ đầu đọc: 24 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Bạn đã bao giờ tự hỏi làm thế nào bạn ngủ vào ban đêm? Các thiết bị như FitBit theo dõi giấc ngủ bằng cách phân tích chuyển động của bạn suốt đêm, nhưng chúng không thể xem bộ não của bạn đang làm gì.

Sau một học kỳ học về thiết bị đo đạc y tế, lớp chúng tôi được thử thách với nhiệm vụ tạo ra một thiết bị đeo được để đo một số biến số sinh học. Đối tác của tôi và tôi đã chọn phát triển một chiếc băng đô có thể xem não của bạn làm gì trong khi ngủ. Băng đô đọc tín hiệu sóng não để theo dõi giấc ngủ. Nó xác định cách sóng não của người dùng tiến triển qua các giai đoạn alpha, beta, gamma và delta trong đêm. Dữ liệu sau đó có thể được xuất và phân tích trong Excel.

Chúng tôi đã đề cập đến phong cách của nó quá?

Bước 1: Vật liệu & Công cụ

Để chế tạo Băng đô Sleep Reader, bạn sẽ cần các vật liệu sau:

1. Băng đô (một Băng đô thể thao HOTER đã được sử dụng cho dự án này)
2. Bộ vi điều khiển Adafruit Flora
3. Mô-đun Flora Wearable Bluefruit LE
4. Flora RGB Neo Pixel LED
5. Snaps
6. Chủ đề dẫn điện
7. Dây điện
8. Chủ đề
9. Bộ pin
10. Bitalino EEG với Cáp UC-E6 và Cáp điện cực 3 đầu
11. Sợi vải
12. Dây đeo đàn hồi

Các công cụ sau sẽ hỗ trợ bạn trong việc xây dựng băng đô:

1. Ghim may
2. Cây kéo
3. Dụng cụ tuốt dây
4. Sắt hàn và kim loại phụ

Bước 2: Chuẩn bị

Trước khi xây dựng băng đô Sleep Reader, hãy dành một chút thời gian để tìm hiểu về sóng não và một số mạch điện cơ bản. Trong não, các tế bào đặc biệt được gọi là tế bào thần kinh điều phối các hoạt động khác nhau trong cơ thể. Các tế bào thần kinh này chạy chương trình bằng cách gửi các tín hiệu điện nhỏ dưới dạng sóng. Bộ não được biết là tạo ra bốn loại sóng khác nhau - alpha, beta, theta và delta. Các sóng này có thể phân biệt được bằng các dải tần số cụ thể, và mỗi dải tương ứng với các mức độ hoạt động trí óc nhất định. Băng đô của bạn sẽ sử dụng một thiết bị gọi là điện não đồ, hoặc EEG, để xác định những sóng này khi não của bạn tạo ra chúng trong khi ngủ.

Để tạo Sleep Reader, bạn sẽ cần kết nối một số thiết bị với băng đô. Các thiết bị chính là một bộ vi xử lý, một máy tính nhỏ; một mô-đun Bluetooth, là một con chip cho phép băng đô giao tiếp với máy tính của bạn; NeoPixel, là một loại đèn thay đổi màu sắc; điện não đồ; và pin.

Hệ thống hoàn chỉnh được xây dựng bằng cách kết nối từng thiết bị với nhau tại các vị trí cụ thể thông qua sợi dẫn điện. Nếu bạn chưa có bất kỳ kinh nghiệm nào với việc sử dụng các chuỗi này, một hướng dẫn có sẵn tại đây. Các chủ đề được buộc thành các đoạn ngắn cho phép bạn dễ dàng gắn và tháo bộ vi xử lý Flora và mô-đun bluetooth. Một đầu của snap sẽ đi vào vải và một đầu khác đi vào thiết bị điện. Hướng dẫn thực hiện các snaps này có sẵn tại đây.

Sau khi hệ thống được xây dựng, nó phải được cung cấp một mã. Dự án này đặc biệt sử dụng mã Arduino. Nếu bạn muốn làm quen với mã Arduino, https://www.arduino.cc có đầy đủ các hướng dẫn hữu ích. Để triển khai mã được sử dụng cho dự án này, bạn sẽ cần tải xuống ứng dụng Arduino tại https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Điều này sẽ cần được bổ sung với bảng Flora, có sẵn tại đây. Bạn cũng sẽ cần tải xuống một số thư viện khác để mở rộng khả năng của bộ vi xử lý; điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng www.github.com. Các thư viện cần thiết là:

• Biến đổi Fourier nhanh (FFT)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Adafruit NeoPixel

Cuối cùng, bạn nên tải xuống Ứng dụng Adafruit Bluefruit LE Connect trên điện thoại thông minh của mình để sử dụng với băng đô.

Bước 3: An toàn

Cơ thể con người chỉ có thể chịu được sự tiếp xúc với điện một cách hạn chế, vì vậy cần có sự chăm sóc thích hợp khi sử dụng các thiết bị điện tử. Nguyên tắc chính của an toàn điện là tránh tạo cho cơ thể bạn một đường dẫn cho dòng điện chạy qua trong mạch được cấp điện. Một số thực hành chung để tránh điều này là:

• Chỉ chạm vào dây và mạch kim loại khác khi nguồn điện TẮT
• Sử dụng các dụng cụ có tay cầm cách nhiệt
• Cố gắng giữ nước cách xa khu vực làm việc khi xây dựng mạch của bạn
• Cố gắng làm việc bằng một tay thay vì hai tay càng nhiều càng tốt để giảm nguy cơ dòng điện chạy qua tim của bạn

Một mối quan tâm khác cần lưu ý khi xây dựng mạch điện của bạn là dòng điện có thể đốt cháy các vật liệu dễ cháy, vì vậy bạn phải đảm bảo rằng các dây dẫn được kết nối hoàn toàn trong mạch điện. Nếu không, bạn có thể đốt cháy tóc hoặc băng đô.

Cảnh báo: Băng đô này không phải là thiết bị y tế được chứng nhận và không được sử dụng để chẩn đoán các bệnh lý thần kinh.

Bước 4: Gợi ý và Mẹo

Dưới đây là một số mẹo cần ghi nhớ khi bạn đang xây dựng Băng đô Sleep Reader của mình:

• Đảm bảo các đầu của sợi dẫn điện không chạm vào nhau sau khi bạn buộc chúng

• Nếu cổng không khả dụng trong Arduino khi bạn kết nối bộ điều khiển vi mô với Arduino, hãy thực hiện các bước sau để tải lên mã của bạn:

  1. Trong khi bộ điều khiển vi điều khiển được kết nối, hãy tải mã lên trong khi giữ nút đặt lại trên bộ vi điều khiển
  2. Khi thanh trạng thái chuyển từ biên dịch sang tải lên, hãy nhả nút đặt lại
  3. Mã sẽ được tải lên và cổng bây giờ sẽ được nhận dạng
• Khi hàn các chốt, hãy cẩn thận để tránh hàn hai chốt với nhau để không làm chập mạch. Một đồng hồ vạn năng có thể được sử dụng để kiểm tra xem kết nối đã được tạo giữa các chân hay chưa
• Đảm bảo rằng các snaps luôn được kết nối khi đeo băng đô
• Đảm bảo rằng mô-đun bluetooth đang ở chế độ dữ liệu chứ không phải chế độ lệnh
• Khi băng đô của bạn đã được chế tạo, bạn sẽ muốn đảm bảo rằng nó hoạt động hiệu quả! Để đạt được tín hiệu tốt, hãy đảm bảo rằng bạn tiếp xúc sạch sẽ giữa các điện cực và trán bằng cách lau sạch bụi, sợi chỉ, tóc hoặc các vật cản khác.

Bước 5: Bắt đầu xây dựng vi mạch của bạn

Bây giờ bạn đã được trang bị một số kiến thức nền tảng và quy trình an toàn, bạn đã sẵn sàng để xây dựng băng đô giờ. Đọc kỹ các hướng dẫn sau và chú ý các bình luận để lại trên hình ảnh với các hướng dẫn thêm.

Bước 6: Sơ đồ mạch

Sơ đồ mạch trên cho thấy các kết nối trong mạch đã hoàn thành. Sử dụng sơ đồ mạch này làm tài liệu tham khảo để đảm bảo mạch của bạn đã được nối dây đúng cách.

Bước 7: Hàn gắn vào bộ vi xử lý Flora

Nếu bạn chưa xem liên kết đến hướng dẫn về cách sử dụng snaps trong bước "Chuẩn bị", hãy xem ngay bây giờ. Tại thời điểm này, bạn sẽ kết nối snaps với bộ vi xử lý và mô-đun bluetooth. Bạn không muốn làm rối phần này vì công việc hàn lộn xộn có thể làm hỏng mạch của bạn.

Bộ vi xử lý sẽ yêu cầu các chốt trên các chân sau:

• Tất cả 3 chân nối đất (GND)
• Cả hai chân nguồn 3.3V
• SCL # 3
• RX # 0
• TX # 1
• Ghim kỹ thuật số # 9

Bước 8: Hàn gắn vào mô-đun Bluetooth

Và mô-đun bluetooth sẽ yêu cầu các chốt trên các chân này:

• Điện 3.3V
• TX
• RX
• GND

Bước 9: May Snaps vào vải cho bộ vi xử lý Flora

Bây giờ bạn có thể may đầu còn lại của chiếc chụp vào vải. Hãy đảm bảo sử dụng mô-đun bluetooth và bộ vi xử lý có gắn các snaps để sắp xếp các snaps này đúng cách!

Bước 10: May Snaps vào vải cho mô-đun Bluetooth

Bây giờ hãy may cho Bluetooth trong tích tắc.

Bước 11: Nối Mô-đun Bluetooth đến Bộ vi xử lý Flora

Tiếp theo, kết nối mô-đun Bluetooth với Bộ vi xử lý Flora bằng cách khâu chỉ dẫn điện giữa các chụp tương ứng cho từng thiết bị. Các kết nối chân sau là bắt buộc:

1. Bluetooth 3.3V đến Bộ vi xử lý 3.3V
2. Bluetooth TX đến Bộ vi xử lý RX # 0
3. Bluetooth RX đến Bộ vi xử lý TX # 1
4. Bluetooth GND đến Bộ vi xử lý GND

Bước 12: Nối Neo Pixel vào Flora MicroProcessor

Kết nối Pixel Neo với bộ vi xử lý theo cách sau:

1. NeoPixel LED vào chân kỹ thuật số bộ vi xử lý # 9
2. NeoPixel Ground đến Microprocessor Ground
3. NeoPixel Power thành Microprocessor Power

Bước 13: Nối Bộ pin tới Bộ vi xử lý Flora

Phần này là loại quan trọng; bạn có thể cần một nguồn năng lượng để làm cho mọi thứ hoạt động!

Bước 14: Xây dựng cáp điện não đồ

Cáp này được cấu tạo bằng chip EEG, cáp điện cực 3 đầu dẫn và cáp UC-E6. Chip EEG phải được căn chỉnh phù hợp để đầu ghi "EEG" được kết nối với cáp điện cực, như trong hình trên.

Bước 15: Nối EEG tới Vi xử lý Flora

Kết nối cáp EEG với bộ vi xử lý Flora. Hình ảnh trên được gắn nhãn với các hướng dẫn để chỉ ra các điểm thích hợp để kết nối dây của bạn. Các kết nối sau sẽ được thực hiện:

1. Dây màu đỏ để cấp nguồn
2. Dây đen nối đất
3. Dây màu tím đến SCL # 3

Bước 16: Khâu điện cực vào băng đô

May các điện cực vào bên trong băng đô. Đảm bảo rằng các điện cực được đặt ở vị trí thích hợp. Nhìn vào bên trong của băng đô, điện cực màu đỏ nên được đặt ở bên trái, điện cực màu trắng nên ở giữa và điện cực màu đen nên ở bên phải.

Bước 17: Khâu vải và dây đeo vào băng đô

Bây giờ bạn đã hoàn thành chiếc băng đô của mình! Tuyệt vời!

Bước 18: Tải lên mã

Bây giờ bạn có thể tải mã này lên băng đô của mình để giúp nó có khả năng đọc suy nghĩ!

Bước 19: Kết nối Headband với điện thoại

Mở Ứng dụng kết nối Adafruit Bluefruit LE và kết nối điện thoại của bạn với bạn Adafruit Bluefruit LE.

Bước 20: Đeo băng đô và thu thập dữ liệu

Bây giờ bạn có thể đeo băng đô của mình và thử nghiệm nó! Bạn có thể chọn "UART" trên ứng dụng Adafruit Bluefruit LE Connect để xem dữ liệu khi nó được đưa vào.

Bước 21: Xuất dữ liệu từ điện thoại sang máy tính

Khi dữ liệu của bạn đã được thu thập, bạn có thể xuất dữ liệu ở nhiều định dạng tệp. Chúng tôi khuyên bạn nên xuất nó dưới dạng tệp.txt để phân tích trong Excel.

Bước 22: Phân tích dữ liệu

Dưới đây là ví dụ về loại biểu đồ bạn có thể thực hiện để trực quan hóa và diễn giải dữ liệu từ băng đô của mình. Chúng tôi đã đánh dấu tất cả các phạm vi delta, theta, alpha và beta để hiển thị từng điểm nằm trong phạm vi nào.

Bước 23: Ý tưởng bổ sung

Sau khi bạn đã hoàn thành Vòng đeo đầu Sleep Reader của mình, hãy thoải mái khám phá một số sửa đổi đối với thiết kế. Có thể cố gắng sửa đổi mã để tự động thu thập dữ liệu và tạo báo cáo đánh giá các kiểu ngủ của người dùng. Hoặc bạn có thể kết nối đồng hồ thời gian thực để theo dõi thời gian chính xác trong đêm khi người dùng đi vào giấc ngủ, tiến triển qua giấc ngủ sâu và giấc ngủ REM và thức dậy. Có thể bạn quan tâm đến việc ghi âm cuộc nói chuyện khi ngủ, trong trường hợp đó, bạn có thể bao gồm một máy ghi âm được kích hoạt khi người dùng nhấn chế độ ngủ REM. Khả năng là vô tận!

Bước 24: Nhận biết

Phần biến đổi fourier của mã cho dự án này đã sử dụng mã được đăng trên trang này trên Norwegian Creations. Ngoài ra, phần mã NeoPixel tham chiếu đến các ví dụ do Adafruit cung cấp.