Thiết bị tạo động lực tập thể dục: 22 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Chúng tôi là những sinh viên kỹ thuật, những người luôn tìm cách để có được thể chất tốt.

Chúng tôi biết cảm giác như thế nào khi có quá nhiều bài tập ở trường để ra ngoài và tập thể dục. Để hạ gục hai con chim bằng một viên đá, chúng tôi quyết định sử dụng một dự án cuối cùng trong một trong các lớp kỹ thuật của chúng tôi để thực hiện các bài đọc cảm biến sinh học cơ bản trong khi tập thể dục. Cụ thể hơn, dự án này cho phép người dùng đọc các kết quả từ gia tốc kế (ACC) và điện cơ đồ (EMG) trong khi truyền tải thông tin đầu ra tới hai đèn LED và một màn hình kỹ thuật số nhỏ.

Nếu bạn thích vi mạch, Arduino, chế biến gỗ, mã hóa, kỹ thuật y sinh hoặc hàn, dự án này có thể dành cho bạn!

Xem bạn đang làm gì

Trước khi bạn bắt đầu dự án này, hãy dành một phút để xem những gì bạn đang làm trong video ở trên.

Về bản chất, dự án này cho phép bạn kết hợp nhiều khía cạnh của những gì bạn biết. Nếu bạn là người mới làm quen với kỹ thuật y sinh (BME) hoặc cảm biến sinh học, không vấn đề gì. Có hai cảm biến chính được sử dụng trong dự án này. Các cảm biến này là một gia tốc kế và một điện cơ đồ (EMG). Như cái tên có thể gợi ý, gia tốc kế chỉ đơn giản là một cảm biến đo gia tốc. Ít trực quan hơn, một điện cơ đồ đo hoạt động điện trong cơ mà các điện cực tương ứng của nó được gắn vào. Trong dự án này, ba điện cực sinh học dạng gel bề mặt được sử dụng để từ một đạo trình điện đo tín hiệu đến từ bắp chân của đối tượng được gắn vào.

Vật liệu và Công cụ

Vật liệu

Để xây dựng dự án này, bạn sẽ cần những thứ sau:

• một bảng Arduino Uno (có thể mua tại
• nguồn cung cấp pin 9V (có thể mua tại
• một bộ cắm Bitalino (có thể mua tại www.bitalino.com)
• một tấm chắn và tấm chắn màn hình TFT Adafruit 1,8 "cùng với một bảng điều khiển perma có kích thước bằng một nửa (có thể mua tại www.adafruit.com)
• các loại dây nhảy, đèn LED, điện trở 220 Ohm, hàn và thông lượng (có thể mua tại www.radioshack.com)
• Vít gỗ 1/2 ", đinh hoàn thiện 5/8", một mảnh thép tấm 28 khổ 4 "x4", hai bản lề nhỏ và cơ cấu chốt đơn giản (có thể mua tại www.lowes.com)

• năm bàn chân gỗ

  Lưu ý: Bạn có thể mua gỗ cứng tại www.lowes.com, nhưng chúng tôi khuyên bạn nên tìm một thợ cưa ở địa phương và sử dụng gỗ từ người đó. Kích thước của gỗ được sử dụng trong dự án này không phổ biến một cách đáng kinh ngạc, do đó, tỷ lệ tìm kiếm gỗ được cắt sẵn theo kích thước độ dày cần thiết là khá mỏng

  Công cụ

• mỏ hàn (có thể mua từ www.radioshack.com)

• nhiều công cụ chế biến gỗ, được bao gồm trong các bức ảnh ở trên và được liệt kê ở đây

  • một cái cưa cắt (có thể mua từ www.lowes.com)
  • Máy cưa lọng hoặc máy cưa bàn tương đương (có thể mua tại www.shopsmith.com)
  • máy bào độ dày (có thể mua tại www.sears.com)
  • búa, mũi khoan, thước đo và bút chì (có thể mua tại www.lowes.com)
  • một máy khoan không dây và pin (có thể mua tại www.sears.com)
  • một chiếc cưa vòng (có thể mua từ www.grizzly.com)

Các công cụ tùy chọn

• bàn ủi khử hàn (có thể mua từ www.radioshack.com)
• một máy bào khớp (có thể mua từ www.sears.com)

Sự chuẩn bị

Mặc dù đây không phải là thử thách nhất mà người hướng dẫn phải thực hiện, nhưng nó cũng không phải là đơn giản nhất. Kiến thức tiên quyết về mã hóa, mạch đi dây, hàn và chế biến gỗ là cần thiết. Ngoài ra, công việc trước đây với Arduino hoặc Adafruit sẽ hữu ích.

Một khóa học lập trình đơn giản hoặc kinh nghiệm thực tế về chủ đề này là đủ cho phạm vi của tài liệu hướng dẫn này.

Các mạch hàn và đấu dây được học tốt nhất bằng cách thực hiện các thao tác này. Mặc dù một khóa học về mạch lý thuyết có thể hữu ích trong việc hiểu kỹ thuật về mạch, nhưng nó sẽ chẳng có ích gì trừ khi bạn xây dựng một số mạch trong đó! Trong khi đấu dây, hãy cố gắng làm cho dây càng thẳng càng tốt. Tránh bắt chéo dây hoặc sử dụng dây dài hơn mức cần thiết, bất cứ khi nào có thể. Điều này sẽ giúp bạn khắc phục sự cố mạch khi nó dường như đã hoàn thành và không hoạt động bình thường. Khi hàn, hãy đảm bảo rằng bạn sử dụng đủ thông lượng để giữ cho chất hàn chảy ở nơi bạn muốn. Sử dụng quá ít chất trợ dung sẽ làm cho quá trình hàn trở nên khó khăn hơn mức cần thiết. Tuy nhiên, không sử dụng quá nhiều chất hàn. Khi nói đến quá trình hàn, việc thêm quá nhiều vật liệu hàn thường không giúp làm cho kết nối được hàn tốt hơn. Thay vào đó, quá nhiều chất hàn có thể làm cho kết nối của bạn trông không hợp lý, ngay cả khi nó được tạo không đúng cách.

Chế biến gỗ là một hoạt động buôn bán thực hành. Nó chắc chắn cần một số thực hành. Nền tảng về các đặc tính vật liệu của gỗ sẽ giúp ích, chẳng hạn như được cung cấp trong Wood bởi Eric Meier, đặc biệt nếu bạn sẽ thực hiện nhiều dự án chế biến gỗ hơn trong tương lai. Tuy nhiên, điều này là không bắt buộc. Đã từng xem một người thợ thủ công làm việc gỗ hoặc tự mình làm một số công việc chế biến gỗ sẽ là một nền tảng phong phú cho dự án này. Biết đường đi của bạn trong một cửa hàng gỗ cũng rất cần thiết. Hiểu những công cụ nào thực hiện các chức năng nhất định sẽ giúp bạn hoàn thành dự án một cách nhanh chóng và an toàn hơn những gì có thể được thực hiện theo cách khác.

Trang web hữu ích

• www.github.com; trang web này giúp thao tác mã
• www.adafruit.com; trang web này cho bạn biết cách nối dây màn hình TFT
• www.fritzing.com; trang web này giúp bạn vẽ và hình thành khái niệm về mạch

Sự an toàn

Trước khi tiến hành, chúng ta cần nói về sự an toàn. An toàn cần phải được duy trì trên hết khi thực hiện các chỉ dẫn hoặc gần như bất cứ điều gì khác trong cuộc sống, bởi vì nếu ai đó bị thương, điều đó không phải là niềm vui cho bất kỳ ai.

Mặc dù tài liệu hướng dẫn này kết hợp cảm biến sinh học, nhưng cả các bộ phận hoặc thiết bị đã lắp ráp đều không phải là thiết bị y tế. Chúng không nên được sử dụng cho mục đích y tế hoặc xử lý như vậy.

Hướng dẫn này liên quan đến việc sử dụng điện, mỏ hàn và dụng cụ điện. Chỉ cần sơ suất hoặc thiếu hiểu biết, những điều này có thể trở nên nguy hiểm.

Cần có điện để cấp nguồn cho Arduino, màn hình Adafruit và đèn LED. Nó được cung cấp bởi một pin 9V. Nói chung, khi tương tác với điện, khó có thể quá an toàn.

Tuy nhiên, một số mẹo an toàn điện hữu ích sau đây:

• Giữ tay của bạn khô và đảm bảo da trên tay không bị rạn.
• Nếu một dòng điện phải chạy qua bạn, hãy cố gắng giữ cho các điểm vào và ra ở cùng một cực.
• Cung cấp các phương tiện nối đất, bộ ngắt mạch và bộ ngắt sự cố cho tất cả các mạch. Những điều này giúp ngăn ngừa quá tải mạch hoặc rò rỉ dòng điện, nếu có sự cố xảy ra với thiết bị hoặc đường dẫn điện.
• Không sử dụng các thiết bị điện khi có giông bão hoặc trong các trường hợp điện giật có tỷ lệ xảy ra cao hơn bình thường.
• Không nhấn chìm các thiết bị điện hoặc cố gắng sử dụng chúng khi ở trong môi trường nước.
• Chỉ sửa mạch khi ngắt nguồn.

Mỏ hàn là một thiết bị điện. Trong tài liệu này, áp dụng tất cả các biện pháp phòng ngừa an toàn cho các thiết bị điện. Tuy nhiên, đầu bàn ủi cũng trở nên rất nóng. Để tránh bị bỏng, tránh tiếp xúc với đầu bàn ủi. Giữ bàn ủi và vật hàn sao cho nếu một trong các vật dụng trượt khỏi tay cầm của bạn, tay bạn sẽ không tiếp xúc với đầu bàn ủi.

Các công cụ điện cũng cần có điện. Ở đây, hãy tuân thủ các biện pháp phòng ngừa an toàn điện được trình bày ở trên. Ngoài ra, hãy biết rằng dụng cụ điện có nhiều bộ phận chuyển động. Do đó, hãy giữ cho cơ thể của bạn và bất kỳ thứ gì khác mà bạn quan tâm tránh xa những bộ phận này khi các dụng cụ đang được sử dụng. Hãy nhớ rằng công cụ không biết những gì nó đang cắt hoặc gia công. Là người vận hành, bạn có trách nhiệm vận hành an toàn các dụng cụ điện. Giữ các bộ phận bảo vệ và tấm chắn an toàn tại chỗ trong khi chạy các dụng cụ điện.

Gợi ý và lời khuyên

Thông tin sau có thể hữu ích trong suốt hướng dẫn này. Không phải mọi gợi ý hoặc mẹo đều áp dụng cho mọi bước, nhưng cách hiểu thông thường sẽ là hướng dẫn về các gợi ý và mẹo áp dụng trong từng trường hợp.

• Khi đấu dây, màu sắc dây không quan trọng. Tuy nhiên, có thể hữu ích khi thiết lập một bảng màu và nhất quán với nó trong suốt dự án của bạn. Ví dụ, sử dụng dây màu đỏ cho điện áp được cung cấp dương trong mạch có thể hữu ích.
• Điện cực sinh học phải được đặt trên phần được cạo sạch sẽ của cơ thể. Tóc dẫn đến tiếng ồn dư thừa và tạo tác chuyển động trong các tín hiệu thu thập được.
• Các dây được gắn vào điện cực sinh học phải được ngăn chặn di chuyển nhiều hơn mức cần thiết để tránh tạo ra chuyển động. Một chiếc tất nén hoặc băng dính hoạt động tốt trong việc cố định các dây này.
• Hàn một cách thích hợp. Đảm bảo rằng mỗi kết nối được hàn là đủ và kiểm tra các kết nối này nếu mạch dường như đã hoàn thành nhưng không hoạt động bình thường.
• Khi bào, các mảnh vật liệu phẳng có chiều dài không nhỏ hơn sáu inch. Các mảnh bào nhỏ hơn chiều dài này có thể gây ra hiện tượng cắt hoặc giật lùi quá nhiều các chi tiết gia công.
• Tương tự, không đứng trực tiếp trước máy bào. Thay vào đó, hãy đứng cạnh nó khi các chi tiết gia công được đưa vào và nhận từ máy bào.
• Khi sử dụng cưa, hãy đảm bảo các chi tiết gia công vẫn dựa vào các thanh chắn hoặc hàng rào thích hợp. Điều này giúp đảm bảo cắt an toàn, chính xác.
• Cung cấp các lỗ thí điểm khi bắt chặt bằng vít hoặc đinh. Bit hoa tiêu phải có đường kính nhỏ hơn đường kính của dây buộc dự kiến, nhưng không nhỏ hơn một nửa đường kính của dây buộc. Điều này giúp tránh tình trạng gỗ bị tách và mảnh vụn được gắn chặt bằng cách giảm căng thẳng quá mức do sự hiện diện của dây buộc.
• Nếu khoan lỗ hoa tiêu để lấy đinh, cố gắng giữ cho lỗ hoa tiêu nông hơn một phần tám inch so với chiều dài đinh dự định. Điều này giúp tạo cho móng tay một vật gì đó chìm vào và tạo ra nhiều ma sát để giúp giữ móng đúng vị trí khi nó bị chìm.
• Khi đóng búa, lái thẳng vào đầu đinh với tâm của đầu búa. Đung đưa vừa phải thay vì chỉ lắc lư theo hướng thận trọng, vì những động tác xoay nhẹ nhàng thường không cung cấp đủ năng lượng để điều khiển móng mà chỉ cung cấp đủ năng lượng để khiến móng bị cong lại và uốn cong theo những cách không mong muốn.
• Dùng móng vuốt của búa để loại bỏ những chiếc đinh không lái như ý muốn.
• Giữ tay của bạn rõ ràng về đường cắt của lưỡi cưa. Nếu có vấn đề gì xảy ra, bạn không muốn bị đứt tay.
• Để tiết kiệm thời gian, hãy đo hai lần và cắt một lần. Nếu không làm như vậy sẽ khiến bạn phải thực hiện một số tác phẩm nhiều lần.
• Sử dụng các lưỡi sắc trên máy bào và máy cưa. Trên máy cưa, các lưỡi có số răng cao hơn sẽ tốt để cung cấp chất lượng đường cắt mịn gần như hoàn thiện. Khi thực hiện dự án này, chúng tôi đã sử dụng một lưỡi cắt chính xác 96 răng 12 "trên máy cưa lọng kép Dewalt và một lưỡi có ít nhất 6 răng trên mỗi inch tuyến tính trên máy cưa vòng.
• Giữ động cơ của Shopsmith trong phạm vi tốc độ được khuyến nghị cho cấu hình máy cưa bàn. Đảm bảo bàn được điều chỉnh đến độ cao thích hợp, không để lộ lưỡi dao nhiều hơn mức cần thiết để thực hiện mỗi lần cắt.

Bước 1: Bắt đầu

Xây dựng thành phần mạch đầu tiên. Bắt đầu bằng cách đấu dây nguồn và nối đất tới bảng perma-protoboard.

Bước 2: Thêm cảm biến sinh học

Nối dây cảm biến sinh học vào perma-protoboard và ghi lại cảm biến nào. Chúng tôi sử dụng tín hiệu bên trái trong biểu đồ làm gia tốc kế.

Bước 3: Bao gồm đèn LED

Tiếp theo, thêm các đèn LED. Hãy nhớ rằng hướng của đèn LED rất quan trọng.

Bước 4: Thêm màn hình

Thêm màn hình kỹ thuật số. Sử dụng hệ thống dây được cung cấp tại trang web này để trợ giúp:

Bước 5: Thời gian mã hóa

Vì mạch hiện đã hoàn thành, hãy tải mã lên nó. Mã đính kèm là mã chúng tôi đã sử dụng để hoàn thành dự án này. Hình ảnh là một ví dụ về mã sẽ trông như thế nào khi được mở đúng cách. Đây là nơi hoàn toàn có thể bắt đầu khắc phục sự cố. Nếu mọi thứ hoạt động bình thường, tín hiệu từ gia tốc kế sẽ được đọc trước tiên. Nếu tín hiệu dưới ngưỡng, đèn LED màu đỏ sẽ bật, đèn LED màu xanh lục vẫn không sáng và màn hình hiển thị thông báo "Đứng dậy!". Trong khi đó, nếu tín hiệu gia tốc kế trên ngưỡng, đèn LED màu đỏ sẽ tắt, đèn LED màu xanh lá cây được bật và màn hình hiển thị "Cố lên!". Ngoài ra, tín hiệu EMG sau đó sẽ được đọc. Nếu tín hiệu EMG vượt quá ngưỡng đã đặt, màn hình kỹ thuật số sẽ thông báo "Làm tốt lắm!" Tuy nhiên, nếu tín hiệu EMG dưới ngưỡng, màn hình sẽ hiển thị "Bắt đầu!". Điều này lặp lại theo thời gian và trạng thái của đèn LED và màn hình thay đổi khi các đầu vào từ gia tốc kế và EMG theo nhu cầu. va bai tập.

Để truy cập mã này trong GitHub, vui lòng nhấp vào ĐÂY!

Bước 6: Lập kế hoạch

Bắt đầu làm các hộp để chứa mạch và pin.

Lưu ý rằng tất cả các bản vẽ được hiển thị sau đây có kích thước được chỉ định bằng inch, trừ khi được đánh dấu khác.

Bắt đầu bằng cách bào gỗ cần thiết cho dự án theo độ dày thích hợp bằng máy bào độ dày. Khoảng ba tấm rưỡi foot nên được bào thành độ dày 1/2 ". Một nửa tấm ván nên được bào với độ dày 3/8". Một nửa chân bảng khác phải được bào thành độ dày 1/4 ". Nửa chân bảng cuối cùng phải sao cho có thể tạo kênh chữ u tạo thành phần thân của hộp pin như mô tả ở bước sau.

Bước 7: Dưới cùng của Hộp chính

Tạo đáy của hộp chính theo kích thước được hiển thị và gắn bảng mạch và Arduino vào đó. Nhấp vào hình ảnh để hiển thị các kích thước này.

Bước 8: Kết thúc Hộp chính

Tạo các đầu của hộp chính theo kích thước được hiển thị và gắn chặt chúng vào đáy hộp chính.

Bước 9: Các mặt của hộp chính- Mặt cảm biến

Tiếp tục bằng cách làm cho mặt cảm biến của hộp chính theo kích thước được hiển thị và gắn nó vào phần còn lại của hộp bằng đinh hoàn thiện.

Bước 10: Các mặt của Hộp chính - Mặt màn hình

Tạo cạnh màn hình của hộp chính theo kích thước đã chỉ định và gắn nó vào phần còn lại của hộp.

Bước 11: Kiểm tra những gì bạn có

Tại thời điểm này, hãy kiểm tra để đảm bảo hình dạng tổng thể của hộp chính giống như được hiển thị ở đây, ngay cả khi một số kích thước phải khác nhau do bạn lựa chọn phần cứng hoặc vị trí đặt phần cứng.

Bước 12: Trên cùng của Hộp chính

Tạo đầu hộp chính như hình minh họa. Nhấp vào hình ảnh được hiển thị để mở rộng nó thành kích thước đầy đủ và xem các kích thước liên quan.

Bước 13: Tất cả bản lề về điều này

Gắn chặt phần trên của hộp chính vào phần còn lại của hộp chính bằng cách sử dụng bản lề ở cuối có đèn LED. Đảm bảo rằng phần trên của hộp vuông với phần còn lại của hộp trước khi gắn một trong các bản lề nhỏ.

Bước 14: Chốt lại

Cài một chốt nhỏ vào đầu trước của hộp, ở cuối đối diện với bản lề. Điều này ngăn hộp chính mở trừ khi cần thiết.

Bước 15: Thắt dây an toàn

Để giúp thiết bị này có thể di chuyển được, hãy uốn cong miếng thép tấm mỏng dọc theo một trong các kích thước của nó để một dây đai có thể vừa giữa thiết bị và đáy của hộp chính. Sau khi uốn, gắn nó vào đáy hộp sơ cấp bằng vít gỗ.

Bước 16: Đế hộp pin

Bây giờ là lúc để làm hộp pin. Làm cho cơ sở của hộp này theo các kích thước được hiển thị.

Bước 17: Kết thúc hộp pin

Khi chúng tôi làm các đầu của hộp pin, chúng tôi sử dụng vật liệu 3/8 . Sử dụng các kích thước được chỉ định để làm các đầu và gắn chặt chúng vào đế hộp pin.

Bước 18: Đầu hộp pin

Chúng tôi tạo phần trên của hộp pin bằng cách cắt một số vật liệu 1/4 theo chiều dài bằng cưa Mitre và theo chiều rộng thích hợp bằng cưa vòng. Để xem kích thước, hãy nhấp vào hình ảnh để mở rộng nó.

Bước 19: Đặt nắp vào hộp pin

Sử dụng quy trình tương tự đã sử dụng để đặt nắp hộp chính, gắn nắp hộp pin vào thân hộp pin.

Bước 20: Kiểm tra hộp pin

Tại thời điểm này, hãy nhìn qua hộp pin để đảm bảo rằng nó trông giống như hình ảnh hiển thị ở đây. Nếu không, bây giờ sẽ là thời điểm tuyệt vời để xem lại một số bước trước đó!

Bước 21: Gắn chặt hộp pin vào hộp chính

Đặt hộp pin lên trên hộp chính. Sử dụng vít gỗ hoặc đinh hoàn thiện để hoàn tất việc cố định hộp pin vào hộp chính.

Bước 22: Ý tưởng bổ sung

Nếu bạn đã làm theo các bước sau, bạn đã làm được! Sau khi triển khai phần cứng và phần mềm, chúng tôi đã có thể sử dụng thiết bị. Ở dạng hiện tại, thiết bị có ứng dụng hạn chế, nhưng vẫn là sự kết hợp thú vị giữa các khía cạnh khác nhau của thiết kế. Các đầu ra thực hiện mọi thứ chúng tôi dự định sau khi nhận được tín hiệu từ các đầu vào cảm biến sinh học. Nhìn chung, thiết bị nặng vài pound.

Trong các bản render trong tương lai, sẽ rất thú vị khi làm cho thiết bị nặng hơn và chiếm ít dung lượng hơn. Nếu điều này là có thể, thiết bị sẽ trở nên hữu ích hơn và có thể được đeo dễ dàng hơn trong khi tập thể dục. Để có thể thực hiện được điều này, chúng tôi khuyên bạn nên thử nghiệm sử dụng vi mạch Arduino và in hộp 3-D. Để giúp tiết kiệm dung lượng, sẽ rất tốt nếu bạn thử nghiệm sử dụng pin có thể sạc lại chiếm ít dung lượng hơn so với pin 9V đơn giản. Kích thước của hộp pin có thể được giảm xuống tương ứng.