Màn hình Dress - Kết nối tín hiệu tim với IoT: 18 bước (có hình ảnh)

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

Màn hình Dress là một thử nghiệm trong việc nghiên cứu các cách khác nhau để số hóa hoạt động tim của người mặc cũng như xử lý dữ liệu.

Ba điện cực bên trong chiếc váy đo tín hiệu điện chạy qua cơ thể người mặc. Những xung tương tự, phát ra từ hoạt động cơ của tim, được chuyển đổi thành tín hiệu kỹ thuật số. Sau đó, bộ vi điều khiển sẽ phát sáng một vòng tròn đèn LED ở phía trước của chiếc váy, nhấp nháy màu tím theo từng nhịp tim. Bộ vi điều khiển cũng gửi dữ liệu qua mạng không dây cho các mục đích sử dụng khác. Dữ liệu được gửi qua mạng không dây sẽ được thu nhận bởi một máy tính, máy tính này đang giám sát dữ liệu để tạo hiệu ứng cho nó. Các tín hiệu điện của trái tim hiện có thể nhìn thấy trên màn hình cũng như trên chính chiếc váy.

Màn hình Dress tạo ra một giao diện liền mạch giữa cơ thể người, quần áo và các thành phần điện tử - số hóa và ghi lại các biên niên sử sinh học nhất thời của chúng tôi.

Bước 1: Thiết kế và Tổng quan về mạch

Phần trên cùng của chiếc váy được làm từ các mảnh acrylic màu đen và trong suốt - được cắt bằng máy cắt laser. Một vòng NeoPixel được dán bên dưới vòng tròn acrylic trong suốt ở giữa. Các dây chạy phía sau mảnh trên cùng đến một dải vải được gắn vào mảnh trên cùng ở phía sau của chiếc váy. Dải vải kết nối với túi nhỏ chứa bộ vi điều khiển, máy đo nhịp tim và pin. Ba điện cực dệt điện tử được khâu vào lớp lót của trang phục. Các dây nối các điện cực và bộ vi điều khiển chạy giữa hai lớp vải.

Bước 2: Nguồn cung cấp:

Vật liệu:

• Sợi vải
• Dây kéo
• Dây điện
• Co nhiệt
• 1/8 "Acrylic đen
• 1/8 "Acrylic khuếch tán
• NeoPixel Ring (24 đèn LED) (Adafruit)
• Photon (Hạt)
• Theo dõi nhịp tim (Sparkfun)
• Miếng đệm cảm biến y sinh (Sparkfun)
• Cáp cảm biến (Sparkfun)
• Vải dẫn điện (Sparkfun hoặc Adafruit)
• 5 nút bấm
• Ban Perma-Proto (Adafruit)
• Dây nhảy nữ + nam
• Co nhiệt
• Ngân hàng điện 5V (Amazon)

Công cụ:

• Cây kéo
• Cây kim
• Chủ đề
• Cái nhíp
• Sắt hàn
• Hàn
• Keo nóng
• Súng thổi hơi nóng
• Máy may
• Máy cắt laser
• cây búa
• Giấy
• Cái thước kẻ
• Bút chì

Bước 3: Photon - Bộ phát triển Wi-Fi

Photon là một bộ phát triển Wi-Fi mạnh mẽ kết nối dự án của bạn với Internet of Things (IoT). Bo mạch khá nhỏ, điều này làm cho nó trở nên tuyệt vời cho các dự án thiết bị đeo được IoT.

Particle, nhà sản xuất Photon, đã chuẩn bị một Bảng dữ liệu Photon tuyệt vời cũng như Hướng dẫn Bắt đầu rất chi tiết với tất cả thông tin bạn cần biết để bắt đầu.

Chỉ cần tải xuống ứng dụng Particle trên điện thoại thông minh của bạn và làm theo hướng dẫn để kết nối Photon với mạng Wi-Fi của bạn. Bạn cũng có thể tải xuống ứng dụng Particle Dev cho máy tính của mình hoặc bắt đầu lập trình bằng trình duyệt của mình. Chúng ta sẽ quay lại với Photon trong Bước 15.

Bước 4: Theo dõi nhịp tim

Trong hình, bạn có thể thấy bảng theo dõi nhịp tim cũng như cáp cảm biến với 3 đầu nối đệm điện cực và 3 đệm cảm biến y sinh phù hợp. Vì chúng tôi sẽ tự chế tạo các điện cực vải dẫn điện cho trang phục của mình, nên không cần thiết phải sử dụng cáp và miếng đệm cảm biến. Tuy nhiên, chúng tuyệt vời để tạo mẫu và thử nghiệm.

Trước khi bắt đầu, tôi cũng khuyên bạn nên đọc Hướng dẫn kết nối theo dõi nhịp tim của Sparkfun. Nó có nhiều chi tiết về cách hoạt động của Máy theo dõi nhịp tim và cách sắp xếp các điện cực.

Bước 5: Cắt bằng tia laser

Đầu tiên, tôi thiết kế phần trên cùng 2D bằng Illustrator mà tôi cắt từ tấm acrylic đen 1/8 "bằng máy cắt laser. Vì hình tròn ở giữa thiết kế sẽ sáng lên, tôi cắt các cánh hoa phù hợp từ 1 / Tấm acrylic khuếch tán 8 ". Ngoài ra, tôi cắt ra ba vòng tròn acrylic khuếch tán có kích thước khác nhau. Chúng tôi sẽ dán những thứ đó giữa các cánh hoa và vòng NeoPixel để có ánh sáng khuếch tán nhiều hơn. Nếu không, bạn sẽ thấy các đèn LED riêng lẻ trên vòng.

Bước 6: Định hình Acrylic

Sau khi cắt acrylic, đã đến lúc tạo hình và tạo cho nó một dạng 3 chiều. Bạn có thể sử dụng súng nhiệt, máy sấy tóc hoặc bất cứ thứ gì hoạt động nhanh nhất, chẳng hạn như bếp ga. Cẩn thận trong khi làm nóng và luôn dùng khăn chạm vào các bộ phận còn nóng. Khi nó bắt đầu trở nên mềm dẻo, hãy định hình nó theo cách bạn muốn và đợi cho đến khi nó nguội và đông lại.

Bước 7: Thêm cánh hoa mờ

Bây giờ chúng ta hãy dán các cánh hoa acrylic trong suốt bên trong các đường cắt tương ứng. Nếu các cánh hoa acrylic có một số vết cháy ở các cạnh, bạn có thể dùng giấy nhám để chà sạch chúng. Trộn một ít epoxy hai phần với nhau và cẩn thận bôi keo xung quanh các cạnh của cánh hoa. Nó giúp giữ các miếng bằng một số băng dính trong khi định vị chúng bên trong miếng trên cùng.

Bước 8: Thiết kế trang phục của bạn

Trong vài bước tiếp theo, chúng tôi sẽ thiết kế và may chiếc váy da đen.

Trong khi làm việc trên tệp Illustrator, tôi đã có ý tưởng sơ bộ về thiết kế. Sau khi quấn một số vải và mảnh trên cùng xung quanh ma-nơ-canh, tôi đã tìm ra mẫu phù hợp: một chiếc váy có cổ với hai phi tiêu ở phía trước và phía sau cũng như đường may chia eo, một túi pin ở phía sau và một dây kéo vô hình. bên trong đường may bên trái. Trước khi cắt vải đẹp, bạn nên may chiếc váy bằng vải rẻ hơn (còn gọi là vải dạ) trước. Điều đó cho bạn cơ hội điều chỉnh mẫu và thực hiện những thay đổi nhỏ.

Bước 9: May trang phục

Bây giờ theo dõi các mẫu và may chiếc váy thực tế. Đầu tiên khâu những chiếc phi tiêu ở mặt trước và mặt sau của chiếc váy. Sau đó may hai miếng trước và hai miếng sau lại với nhau, vừa là miếng lót, ngăn giữ cổ và khóa kéo vô hình. Cuối cùng, chúng tôi sẽ gắn túi pin và dây đai (bước 10 và 11). Một lần nữa, tôi sử dụng máy cắt laser để cắt sáu dây đai vải. Nó không cần thiết, nhưng nó mang lại cho bạn các cạnh thực sự sạch sẽ, dễ may hơn và cắt nhanh hơn nhiều!

Bước 10: Đính kèm túi sau

Cắt một hình vuông từ vải trên cùng của bạn và khâu các dải Velcro nhỏ lên trên cạnh trái và phải. Gấp các cạnh Velcro lại và khâu chúng vào mặt trong của hình vuông bỏ túi. Tìm một vị trí tốt cho túi pin (tốt nhất là ở phía trên đường nối eo) và ghim nó vào trang phục. May đáy túi vào trang phục cũng như dải Velcro tương ứng ở mặt trái và mặt phải.

Bước 11: Chuẩn bị các dải vải

Các dải vải ở phía sau được sử dụng để kết nối mảnh trên cùng với chiếc váy và để giấu tất cả các dây chạy từ túi pin đến đèn LED ở phía trước. Trước khi khâu các mép dài lại với nhau, hãy lắp một chiếc khoen vào một trong các dải. Điều này sẽ giúp chiếc váy trông gọn gàng hơn khi đẩy dây qua và ra khỏi dải. Sau đó, bạn hãy may các đường hầm vải và lộn các dải vải từ trong ra ngoài. Nó dễ dàng hơn bằng cách sử dụng nhíp.

Trong bước tiếp theo, hãy cấp ba sợi dây dài (đủ dài để chạy từ túi pin đến đèn LED ở phía trước) qua dải khoen, dẫn các dây qua lỗ cắm ra khỏi đường hầm. Đánh dấu mỗi dây ở cả hai đầu bằng một số băng dính để bạn biết dây nào là dây nào. Sau đó, khâu các dải vào mảnh trên cùng như trong hình.

Bước 12: Hoàn thành mảnh hàng đầu

Bây giờ, hãy hàn một trong ba dây của bạn vào chân GND (nối đất), một vào chân Đầu vào dữ liệu và dây cuối cùng vào chân +5 V (nguồn). Đảm bảo bạn biết dây nào được hàn vào chốt nào vì bạn không thể dò ngược nó qua ống. Hàn một phích cắm cái vào mỗi dây trong số ba dây. Đừng quên sử dụng một ít co nhiệt để cố định các mối hàn dễ gãy. Dùng súng nhiệt hoặc keo Epoxy dán ba hình tròn màu trắng sữa lên nhau và đợi cho đến khi khô. Sau đó căn giữa các vòng tròn lên trên mặt trong của cánh hoa acrylic và dán chúng lại với nhau. Sau khi keo khô, đặt giữa vòng NeoPixel lên trên và bôi keo xung quanh nó. Đừng quên cố định các dây chạy xung quanh vòng vào mặt sau của mảnh.

Bước 13: May các dải vải vào trang phục

Bây giờ đặt chiếc váy và phần trên cùng của ma-nơ-canh và tìm vị trí bạn muốn đặt các dải. Cẩn thận mở các đường nối ở khu vực đã đánh dấu cũng như các đường nối thắt lưng phía sau túi pin (lớp lót và lớp trên cùng). Bây giờ nạp các dải vải qua lớp lót và lớp trên cùng để các dải vải đi ra ngoài qua đường may thắt lưng. Ghim các dải có độ dài mong muốn vào đúng vị trí và chỉ đóng đường may trên cùng.

Bước 14: Tích hợp các điện cực

Cắt ba hình vuông từ vải dẫn điện. Hình ảnh đầu tiên cho thấy nơi bạn phải đặt các điện cực bên trong trang phục. Tôi dùng mũi may zig-zag khâu các ô vuông lên tấm lót. Các điện cực cần được đẩy chặt vào da trần của bạn để bắt nhịp tim của bạn. Nếu không, vải dẫn điện không thể nhận tín hiệu điện chạy qua cơ thể bạn. Bây giờ hãy hàn một sợi dây (tôi khuyên bạn nên dùng dây silicon dẻo) vào một nút bấm. Chuẩn bị tổng cộng ba dây, một dây cho mỗi điện cực. May những chiếc khuy cài sau lớp lót bằng miếng dán vải dẫn điện - giữa lớp lót và lớp trên cùng. Điều quan trọng là sử dụng sợi dẫn điện để kết nối các điện cực với dây dẫn và sau này đối với vi điều khiển. Sau đó luồn cả ba sợi dây qua chiếc váy cho đến khi ra khỏi chỗ hở ở đường may thắt lưng phía sau miếng pin. Để bảo vệ dây hơn một chút, tôi đặt chúng vào một đoạn ống vải nhỏ còn sót lại ngay nơi tôi đã khâu qua chúng để đóng đường nối hở eo. Cắt ba dây theo chiều dài mong muốn của bạn và hàn một dây áo nữ vào mỗi đầu. Điều này là cần thiết để kết nối các điện cực với Bảng theo dõi tỷ lệ Hart. Hãy nhớ rằng điều quan trọng là phải biết dây kết nối với điện cực nào.

Càng xa càng tốt. Trang phục đã sẵn sàng khá nhiều.

Bước 15: Sửa đổi và tải lên mã

Bây giờ chúng ta hãy quay lại phần mềm và phần cứng:

Sau khi thiết lập Photon và cài đặt Particle Dev (bước 3), hãy tải xuống mã theo dõi nhịp tim.

Tiếp tục và mở Particle Dev và chọn Tệp> Mở… trong trình đơn thả xuống. Điều hướng đến thư mục photon của bạn và nhấp vào Mở. Ở phía bên trái, nhấp vào WorkingPhotonHeartRateMonitor.ino để mở mã. Bây giờ thay đổi số lượng đèn LED được xác định trong mã thành số đèn LED bạn đang sử dụng trong dự án của mình.

#define NUM_LEDS 24

Đối với chiếc váy, tôi đã sử dụng 24 đèn LED. Bạn cũng có thể thay đổi số cho các chân khác nếu bạn đang sử dụng các chân khác. Biểu đồ nhỏ cung cấp cho bạn một cái nhìn tổng quan. Nếu bạn muốn thay đổi ghim của nút chế độ, hãy nhấp vào tệp button.h và thay đổi số 6 thành ghim bạn đang sử dụng.

#define MODEBUTTON 6

Nếu muốn, bạn có thể thêm một nút nhấn nhỏ vào ghim này để chuyển đổi giữa chế độ trực tiếp và một số dữ liệu nhịp tim đã ghi. Đó là một tính năng tuyệt vời nếu trang phục trên ma-nơ-canh. Sau khi kết nối các điện cực với cơ thể của bạn (trong bước tiếp theo), bạn chỉ cần mở màn hình nối tiếp, ghi lại dữ liệu của riêng bạn và thay thế các con số bằng nhịp tim của bạn trong tệp RecordData.h.

Bước 16: Lắp ráp phần cứng

Trước khi hàn tất cả các thành phần điện tử vào 'Bảng mạch phân nửa cỡ Perma-Proto', hãy sử dụng bảng mạch thông thường để kiểm tra thiết bị điện tử của bạn trước. Kết nối màn hình nhịp tim, nút và đèn LED với các chân photon được xác định trong mã. Dán các điện cực vào cơ thể của bạn như trong hình, đảm bảo các điện cực khớp đúng các chân. Giờ đây, bạn có thể mở màn hình nối tiếp photon và nhận dữ liệu nhịp tim qua WiFi cục bộ.

Nếu bạn muốn xem biểu đồ EKG trên màn hình của mình, bạn phải tải xuống Xử lý. Trong Xử lý, mở bản phác thảo trong thư mục xử lý và chạy bản phác thảo bằng cách nhấp vào mũi tên ở góc bên trái. Nếu mọi thứ được thiết lập chính xác, một cửa sổ sẽ mở ra và bạn có thể thấy hoạt động của trái tim mình. Nó giúp di chuyển ít nhất có thể và phải mất một thời gian cho đến khi dấu hiệu sinh học đủ ổn định để có hình ảnh rõ ràng. Để biết thêm thông tin và / hoặc khắc phục sự cố, hãy xem Hướng dẫn theo dõi nhịp tim của Sparkfun. Bạn có thể phải sửa đổi dòng trong bản phác thảo chứa Serial.list () [3] và thay đổi số thành bất kỳ cổng nào mà màn hình nối tiếp của bạn đang bật. Nếu bạn không chắc chắn về con số, hãy thử từ 0 đến 6.

Bước 17: Hàn vào Perma-Proto

Để kết nối các điện cực dệt điện tử tích hợp tùy chỉnh của chúng tôi với bảng chứ không phải các điện cực dính cồng kềnh, hãy hàn một đầu cắm vào mỗi chân RA (tay phải), LA (tay trái) và RL (chân phải) trên bo mạch.

Nếu mọi thứ hoạt động, bạn có thể hàn các thành phần trên bảng perma-proto. Tôi bắt đầu với photon, sau đó là dây dẫn và cuối cùng là máy đo nhịp tim. Thay vì hàn cố định ba dây LED vào bảng, tôi đã sử dụng ba dây jumper đực (Data, VCC và GND) để kết nối chúng với dây LED.

Nguồn điện 5V như một nguồn cung cấp năng lượng hoạt động tốt cho photon vì nó có thể sạc lại được. Bạn cũng có thể sử dụng nó để sạc các thiết bị điện tử khác như điện thoại thông minh của mình.

Bước 18: Kết nối Tín hiệu tim của bạn với IoT

Bây giờ bạn đã sẵn sàng và bạn có thể kết nối hoạt động của tim mình với Internet of Things.

Lưu ý rằng photon luôn cần được kết nối với mạng không dây, nếu không nó sẽ không ngừng tìm kiếm và mã của bạn sẽ không chạy. Trong bản cập nhật trong tương lai, tôi có thể cải thiện nó để kết nối internet là tùy chọn.

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại hỏi. Chúc bạn làm vui vẻ.

Giải nhì cuộc thi trang phục tự làm