Slaaplezer hoofdband: 24 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Heb je je ooit afgevraagd hoe je 's nachts slaapt? Apparaten zoals FitBit houden de slaap bij door je beweging gedurende de nacht te analyseren, maar ze kunnen niet kijken naar wat je hersenen aan het doen zijn.

Na een semester van leren over medische instrumenten, werd onze klas uitgedaagd met de taak om een draagbaar apparaat te maken om een biologische variabele te meten. Mijn partner en ik hebben ervoor gekozen om een hoofdband te ontwikkelen die kan kijken naar wat je hersenen doen terwijl je slaapt. De hoofdband leest hersengolfsignalen om slaappatronen te volgen. Het identificeert hoe de hersengolven van de gebruiker gedurende de nacht door de alfa-, bèta-, gamma- en deltafasen gaan. De gegevens kunnen vervolgens worden geëxporteerd en geanalyseerd in Excel.

Hadden we al gezegd dat het stijlvol is?

Stap 1: Materialen en gereedschappen

Om de Sleep Reader-hoofdband te bouwen, hebt u de volgende materialen nodig:

1. Hoofdband (voor dit project is een HOTER Sportline hoofdband gebruikt)
2. Adafruit Flora-microcontroller
3. Flora draagbare Bluefruit LE-module
4. Flora RGB Neo Pixel LED
5. Snaps
6. Geleidende draad
7. Draden
8. Draad
9. Batterijpakket
10. Bitalino EEG met UC-E6-kabel en 3-draads elektrodekabel
11. Kleding stof
12. Elastische band

De volgende hulpmiddelen helpen u bij het maken van de hoofdband:

1. Naaipen
2. Schaar
3. Draadstrippers
4. Soldeerbout en vulmetaal

Stap 2: Voorbereiding

Voordat u uw Sleep Reader-hoofdband gaat bouwen, moet u even de tijd nemen om meer te weten te komen over hersengolven en enkele basiscircuits. In de hersenen orkestreren speciale cellen die bekend staan als neuronen verschillende activiteiten in het lichaam. Deze neuronen leiden de show door kleine elektrische signalen te sturen die de vorm van golven aannemen. Van de hersenen is bekend dat ze vier verschillende soorten golven produceren: alfa, bèta, theta en delta. Deze golven zijn te onderscheiden door specifieke frequentiebereiken en elk bereik komt overeen met bepaalde niveaus van mentale activiteit. Uw hoofdband gebruikt een apparaat dat een elektro-encefalogram of EEG wordt genoemd om deze golven te identificeren terwijl uw hersenen ze tijdens de slaap produceren.

Om uw Sleep Reader te maken, moet u een paar apparaten aansluiten op de hoofdband. De belangrijkste apparaten zijn een microprocessor, een kleine computer; een Bluetooth-module, een chip waarmee de hoofdband met uw computer kan communiceren; een NeoPixel, een licht dat van kleur verandert; een EEG; en een batterij.

Het complete systeem wordt opgebouwd door elk apparaat op specifieke locaties met elkaar te verbinden via geleidende draad. Als je geen ervaring hebt met het gebruik van deze threads, is hier een tutorial beschikbaar. De draden zijn in drukknopen vastgemaakt waarmee u de Flora-microprocessor en de Bluetooth-module eenvoudig kunt bevestigen en verwijderen. Het ene uiteinde van de module gaat in de stof en een ander uiteinde gaat op een elektrisch apparaat. Een zelfstudie voor het implementeren van deze snaps is hier beschikbaar.

Nadat het systeem is gebouwd, moet het worden voorzien van een code. Dit project maakt specifiek gebruik van Arduino-code. Als je kennis wilt maken met Arduino-code, staat https://www.arduino.cc vol handige tutorials. Om de code die voor dit project wordt gebruikt te implementeren, moet u de Arduino-app downloaden op https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Dit moet worden aangevuld met het Flora-bord, hier verkrijgbaar. U zult ook een handvol andere bibliotheken moeten downloaden om de mogelijkheden van uw microprocessor uit te breiden; dit kan via www.github.com. De benodigde bibliotheken zijn:

• Snelle Fourier-transformatie (FFT)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Adafruit NeoPixel

Ten slotte moet u de Adafruit Bluefruit LE Connect-app op uw smartphone downloaden voor gebruik met de hoofdband.

Stap 3: Veiligheid

Het menselijk lichaam is slechts bestand tegen beperkte blootstelling aan elektriciteit, dus de juiste zorg is nodig bij het gebruik van elektronische apparaten. Het belangrijkste principe van elektrische veiligheid is om te voorkomen dat uw lichaam een pad wordt waar elektrische stroom doorheen kan stromen in het aangedreven circuit. Enkele algemene praktijken om dit te voorkomen zijn:

• Raak alleen draden en andere metalen schakelingen aan terwijl de stroom is uitgeschakeld
• Gebruik gereedschap met geïsoleerde handgrepen
• Probeer water uit de buurt van het werkgebied te houden bij het bouwen van uw circuit
• Probeer zoveel mogelijk met één hand te werken in plaats van met twee om het risico te verkleinen dat elektrische stroom door uw hart gaat

Een andere zorg waarmee u rekening moet houden bij het bouwen van uw circuit, is dat elektrische stroom ontvlambare materialen kan ontsteken, dus u moet ervoor zorgen dat de draden volledig in het circuit zijn aangesloten. Anders zou u uw haar of de hoofdband in brand kunnen steken.

Waarschuwing: deze hoofdband is geen gecertificeerd medisch apparaat en mag niet worden gebruikt voor de diagnose van neurologische aandoeningen.

Stap 4: Hints en tips

Hier zijn enkele tips om in gedachten te houden bij het maken van uw Sleep Reader-hoofdband:

• Zorg ervoor dat de uiteinden van de geleidende draad elkaar niet raken nadat u ze hebt afgebonden

• Als de poort niet beschikbaar is in Arduino wanneer u de microcontroller op Arduino aansluit, voert u de volgende stappen uit om uw code te uploaden:

  1. Terwijl de microcontroller is aangesloten, uploadt u de code terwijl u de resetknop op de microcontroller ingedrukt houdt
  2. Wanneer de statusbalk overschakelt van compileren naar uploaden, laat je de resetknop los
  3. De code moet worden geüpload en de poort moet nu worden herkend
• Let er bij het solderen op de snaps op dat u geen twee pinnen aan elkaar soldeert, zodat u uw circuit niet kortsluit. Een multimeter kan worden gebruikt om te testen of er een verbinding is gemaakt tussen pinnen
• Zorg ervoor dat de drukknopen verbonden blijven wanneer u de hoofdband opzet
• Zorg ervoor dat de Bluetooth-module in de datamodus staat en niet in de opdrachtmodus
• Als uw hoofdband eenmaal is gemaakt, wilt u er zeker van zijn dat deze effectief werkt! Om een goed signaal te krijgen, moet u ervoor zorgen dat u schoon contact hebt tussen de elektroden en uw voorhoofd door stof, losse draden, haar of andere storingen weg te vegen.

Stap 5: Begin met het bouwen van uw circuit

Nu je bent uitgerust met wat achtergrondkennis en veiligheidsprocedures, ben je klaar om een uurhoofdband te bouwen. Lees de volgende instructies aandachtig en let op de opmerkingen bij de afbeeldingen met verdere instructies.

Stap 6: Schakelschema

Het bovenstaande schakelschema toont de aansluitingen in de voltooide schakeling. Gebruik dit schakelschema als referentie om ervoor te zorgen dat uw circuit correct is aangesloten.

Stap 7: Soldeer klikt in Flora Microprocessor

Als je de link naar de tutorial over het gebruik van snaps in de stap "Voorbereiding" niet hebt bekeken, bekijk hem dan nu. Op dit punt verbind je de snaps met de microprocessor en bluetooth-module. Je wilt dit onderdeel niet verknoeien, omdat een rommelige soldeerklus je circuit kan verpesten.

De microprocessor vereist snaps op de volgende pinnen:

• Alle 3 grond (GND) pinnen
• Beide 3.3V voedingspinnen
• SCL #3
• RX #0
• TX #1
• Digitale pin #9

Stap 8: Soldeer klikt in Bluetooth-module

En de Bluetooth-module vereist snaps op deze pinnen:

• 3.3V vermogen
• TX
• RX
• GND

Stap 9: Naai snaps in stof voor Flora Microprocessor

Nu kunt u het andere uiteinde van de drukknopen op de stof naaien. Zorg ervoor dat u de Bluetooth-module en microprocessor gebruikt met hun bijgevoegde drukknopen om deze drukknopen correct uit te lijnen!

Stap 10: Naai snaps in stof voor Bluetooth-module

Naai nu de drukknopen voor de Bluetooth in.

Stap 11: Bluetooth-module aansluiten op Flora-microprocessor

Verbind vervolgens de Bluetooth-module met de Flora Microprocessor door geleidende draad te naaien tussen de respectievelijke drukknopen voor elk apparaat. De volgende pinverbindingen zijn vereist:

1. Bluetooth 3.3V naar Microprocessor 3.3V
2. Bluetooth TX naar Microprocessor RX #0
3. Bluetooth RX naar Microprocessor TX #1
4. Bluetooth GND naar Microprocessor GND

Stap 12: Sluit Neo Pixel aan op Flora MicroProcessor

Sluit de Neo Pixel op de volgende manier aan op de microprocessor:

1. NeoPixel LED In naar Microprocessor Digitale Pin #9
2. NeoPixel-aarde naar microprocessor-aarde
3. NeoPixel Power naar Microprocessor Power

Stap 13: Batterijpakket aansluiten op Flora-microprocessor

Dit deel is nogal belangrijk; je hebt misschien een krachtbron nodig om alles te laten werken!

Stap 14: Bouw EEG-kabel

Deze kabel is gemaakt met behulp van de EEG-chip, 3-draads elektrodekabel en UC-E6-kabel. De EEG-chip moet goed worden uitgelijnd, zodat het uiteinde met de tekst "EEG" is aangesloten op de elektrodekabel, zoals weergegeven in de afbeelding hierboven.

Stap 15: Draad EEG naar Flora Microprocessor

Sluit de EEG-kabel aan op de Flora-microprocessor. De afbeelding hierboven is gelabeld met instructies om de juiste punten te tonen om uw draden aan te sluiten. De volgende verbindingen worden gemaakt:

1. Rode draad naar stroom
2. Zwarte draad naar aarde
3. Paarse draad naar SCL #3

Stap 16: Steek elektroden in de hoofdband

Naai de elektroden aan de binnenkant van de hoofdband. Zorg ervoor dat de elektroden in de juiste posities worden geplaatst. Kijkend naar de binnenkant van de hoofdband, moet de rode elektrode aan de linkerkant zitten, de witte elektrode in het midden en de zwarte elektrode aan de rechterkant.

Stap 17: Naai doek en riem aan hoofdband

Nu heb je je hoofdband voltooid! Woehoe!

Stap 18: Code uploaden

Nu kun je deze code uploaden naar je hoofdband om hem gedachten te kunnen lezen!

Stap 19: Sluit de hoofdband aan op de telefoon

Open de Adafruit Bluefruit LE Connect-app en verbind je telefoon met je Adafruit Bluefruit LE.

Stap 20: Hoofdband omdoen en gegevens verzamelen

Nu kun je je hoofdband omdoen en testen! U kunt "UART" selecteren in de Adafruit Bluefruit LE Connect-app om de gegevens te bekijken zodra deze binnenkomen.

Stap 21: Gegevens exporteren van telefoon naar computer

Zodra uw gegevens zijn verzameld, kunt u de gegevens in meerdere bestandsindelingen exporteren. We raden aan om het te exporteren als een.txt-bestand voor analyse in Excel.

Stap 22: Gegevensanalyse

Hier is een voorbeeld van het type grafiek dat u kunt maken om de gegevens van uw hoofdband te visualiseren en te interpreteren. We hebben de delta-, theta-, alfa- en bètabereiken allemaal gemarkeerd om te laten zien binnen welk bereik elk punt valt.

Stap 23: Verdere ideeën

Nadat je je Sleep Reader-hoofdband hebt voltooid, kun je enkele wijzigingen aan het ontwerp bekijken. Probeer misschien de code aan te passen om de gegevens automatisch te verzamelen en een rapport te genereren dat het slaappatroon van de gebruiker beoordeelt. Of u kunt een realtime klok aansluiten om de exacte tijd van de nacht te controleren wanneer de gebruiker in slaap valt, door diepe slaap en REM-slaap gaat en wakker wordt. Misschien ben je geïnteresseerd in het opnemen van slaappraat, in welk geval je een audiorecorder kunt toevoegen die wordt geactiveerd wanneer de gebruiker de REM-slaap bereikt. De mogelijkheden zijn eindeloos!

Stap 24: Erkenning

Het fourier-transformatiegedeelte van de code voor dit project gebruikte de code die op deze pagina op Norwegian Creations is geplaatst. Ook verwees het NeoPixel-gedeelte van de code naar de voorbeelden van Adafruit.