Monitorjurk - Verbind hartsignalen met het IoT: 18 stappen (met afbeeldingen)

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

De Monitor Dress is een experiment in het onderzoeken van verschillende manieren om de hartactiviteit van de drager te digitaliseren en de gegevens te verwerken.

Drie elektroden in de jurk meten de elektrische signalen die door het lichaam van de drager lopen. Die analoge impulsen, die voortkomen uit de spieractiviteit van het hart, worden omgezet in digitale signalen. De microcontroller verlicht vervolgens een cirkel van LED's aan de voorkant van de jurk, die bij elke hartslag paars knippert. De microcontroller verzendt de gegevens ook via een draadloos netwerk voor ander gebruik. De gegevens die over het draadloze netwerk worden verzonden, worden opgepikt door een computer, die de gegevens bewaakt om ze te animeren. De elektrische signalen van het hart zijn nu zichtbaar op het display, evenals de jurk zelf.

De Monitor Dress creëert een naadloze interface tussen het menselijk lichaam, kleding en elektronische componenten - het digitaliseren en opnemen van onze tijdelijke biosignalen.

Stap 1: Overzicht van ontwerp en circuit

Het bovenste stuk van de jurk is gemaakt van zwarte en heldere acrylstukken - gesneden met een lasersnijder. Onder de doorzichtige acrylcirkel in het midden wordt een NeoPixel-ring gelijmd. De draden lopen achter het bovenstuk naar een stoffen strook die aan het bovenstuk aan de achterkant van de jurk is bevestigd. De stoffen strip sluit aan op het kleine zakje waarin de microcontroller, hartslagmeter en batterij zitten. In de voering van de jurk zijn drie elektroden van e-textiel genaaid. De draden die de elektroden en de microcontroller verbinden, lopen tussen twee lagen stof.

Stap 2: Benodigdheden:

Materialen:

• Kleding stof
• Rits
• Draden
• Krimpkous
• 1/8" zwart acryl
• 1/8 "diffuus acryl
• NeoPixel Ring (24 LED's) (Adafruit)
• Foton (deeltje)
• Hartslagmeter (Sparkfun)
• Biomediale sensorpads (Sparkfun)
• Sensorkabel (Sparkfun)
• Geleidende stof (Sparkfun of Adafruit)
• 5 Knop Snaps
• Perma-Proto Bord (Adafruit)
• Vrouwelijke + mannelijke verbindingsdraden
• Krimpkous
• 5V Powerbank (Amazon)

Gereedschap:

• Schaar
• Naald
• Draad
• Pincet
• Soldeerbout
• Soldeer
• Hete lijm
• Hitte geweer
• Naaimachine
• Lasersnijder
• Hamer
• Papier
• Heerser
• Potlood

Stap 3: The Photon - een Wi-Fi Development Kit

De Photon is een krachtige Wi-Fi-ontwikkelkit die uw project verbindt met het Internet of Things (IoT). Het bord is vrij klein, wat het ideaal maakt voor draagbare IoT-projecten.

Particle, de maker van de Photon, heeft een geweldig Photon-gegevensblad opgesteld, evenals een zeer gedetailleerde handleiding Aan de slag met alle informatie die u moet weten om aan de slag te gaan.

Download gewoon de Particle-app op uw smartphone en volg de instructies om uw Photon te verbinden met uw wifi-netwerk. U kunt ook de Particle Dev-app voor uw computer downloaden of beginnen met programmeren met uw browser. We komen terug op het foton in stap 15.

Stap 4: De hartslagmeter

Op de afbeelding ziet u de kaart van de hartslagmeter en een sensorkabel met 3 elektrodepadconnectoren en 3 bijpassende biomedische sensorpads. Omdat we onze eigen geleidende stoffen elektroden voor onze jurk gaan maken, is het niet nodig om de sensorkabels en pads te gebruiken. Ze zijn echter geweldig voor prototyping en testen.

Voordat ik aan de slag ga, raad ik ook aan om Sparkfun's Heart Rate Monitor Hook Up Guide te lezen. Het bevat veel details over hoe de hartslagmeter werkt en hoe de elektroden moeten worden geplaatst.

Stap 5: Lasergesneden het bovenste stuk

Eerst ontwierp ik met Illustrator een 2D-topstuk dat ik met een lasersnijder uit een 1/8" zwarte acrylplaat heb gesneden. Aangezien de cirkel in het midden van het ontwerp gaat oplichten, knip ik bijpassende bloembladen uit een 1 /8 "diffuus acrylplaat. Ook heb ik drie diffuse acrylcirkels van verschillende grootte uitgesneden. We lijmen die tussen de bloembladen en de NeoPixel-ring voor een meer diffuus licht. Anders zou u de afzonderlijke LED's op de ring zien.

Stap 6: Het acryl vormgeven

Na het snijden van het acryl is het tijd om het vorm te geven en een driedimensionale vorm te geven. Je kunt een heteluchtpistool, föhn of wat dan ook het snelst werken, zoals een gasfornuis. Wees voorzichtig bij het opwarmen en raak de hete delen altijd aan met een handdoek. Zodra het buigzaam begint te worden, vorm het dan zoals je wilt en wacht tot het afkoelt en weer stolt.

Stap 7: De doorschijnende bloemblaadjes toevoegen

Laten we nu de heldere acrylbloemblaadjes in de bijbehorende uitsparingen lijmen. Als de acrylblaadjes aan de randen wat brandplekken hebben, kun je ze wegschuren met schuurpapier. Meng wat tweecomponenten epoxy en breng voorzichtig de lijm aan rond de randen van bloembladen. Het helpt om de stukken vast te houden met wat plakband terwijl u ze in het bovenste stuk plaatst.

Stap 8: Ontwerp je jurk

In de volgende paar stappen zullen we de zwarte leren jurk ontwerpen en naaien.

Tijdens het werken aan het Illustrator-bestand had ik al een globaal idee voor het ontwerp. Nadat ik wat stof en het bovenstuk om de etalagepop had gedrapeerd, vond ik het juiste patroon: een jurk met nekhouder met twee coupenaden aan de voor- en achterkant, evenals een deelbare taillenaad, een batterijzakje aan de achterkant en een onzichtbare ritssluiting binnenkant van de linker zijnaad. Voordat je je mooie stof gaat knippen, is het altijd de moeite waard om eerst de jurk met goedkopere stof (ook wel mousseline genoemd) te naaien. Dat geeft je de kans om het patroon aan te passen en kleine veranderingen aan te brengen.

Stap 9: Naai de jurk

Trek nu de patronen over en naai de eigenlijke jurk. Naai eerst de figuurnaden aan de voor- en achterkant van de jurk. Naai vervolgens de twee voor- en twee achterstukken aan elkaar, evenals de voering, nekhouder en onzichtbare ritssluiting. Aan het einde bevestigen we het batterijvak en de riemen (stappen 10 en 11). Nogmaals, ik gebruikte de lasersnijder om de zes stoffen banden te snijden. Het is niet nodig, maar het geeft je echt schone randen die gemakkelijker te naaien zijn en het is veel sneller om te snijden!

Stap 10: Bevestig de achterzak

Knip een vierkant uit je bovenstof en naai kleine klittenbandstroken bovenop de linker- en rechterrand. Vouw de klittenbandranden om en naai ze aan de binnenkant van de pochet. Zoek een goede positie voor het batterijzakje (bij voorkeur bovenop de taillenaad) en speld deze op de jurk. Naai de onderkant van de zak op de jurk en de bijbehorende klittenband aan de linker- en rechterkant.

Stap 11: Bereid de stoffen stroken voor

De stoffen strips aan de achterkant worden gebruikt om het bovenstuk met de jurk te verbinden en om alle draden te verbergen die van het batterijvak naar de LED's aan de voorkant lopen. Voordat u de lange randen aan elkaar naait, steekt u een oogje in een van de stroken. Dit geeft de jurk een schoner uiterlijk wanneer de draden door en uit de strip worden geduwd. Ga je gang, naai de stoffen tunnels en keer de stroken binnenstebuiten. Het is gemakkelijker om een pincet te gebruiken.

Voer in de volgende stap drie lange draden (lang genoeg om van het batterijvak naar de LED's aan de voorkant te lopen) door de oogstrip en leid de draden door het oogje uit de tunnel. Markeer elke draad aan beide uiteinden met wat tape, zodat u weet welke welke is. Naai vervolgens de stroken op het bovenstuk zoals op de foto's.

Stap 12: Topstuk afmaken

Soldeer nu een van je drie draden aan de GND-pin (aarde), een aan de Data Input-pin en de laatste draad aan de +5 V-pin (voeding). Zorg ervoor dat u weet welke draad op welke pin is gesoldeerd, omdat u deze niet door de buis kunt traceren. Soldeer een vrouwelijke stekker aan elk van de drie draden. Vergeet niet wat krimpkous te gebruiken om de gemakkelijk te breken soldeerverbindingen vast te zetten. Lijm met een heteluchtpistool of epoxy de drie melkachtige acrylcirkels op elkaar en wacht tot ze droog zijn. Centreer vervolgens de cirkels bovenop de binnenkant van de acrylbloemblaadjes en lijm ze aan elkaar. Nadat de lijm droog is, centreert u de NeoPixel-ring erop en brengt u er lijm omheen. Vergeet niet om de draden die rond de ring lopen vast te maken aan de achterkant van het stuk.

Stap 13: Naai de stoffen stroken op de jurk

Leg nu de jurk en het bovenstuk op de paspop en bedenk waar je de stroken wilt plaatsen. Open voorzichtig de naden in het gemarkeerde gebied en de taillenaden achter de batterijzak (voering en toplaag). Voer nu de stoffen stroken door de voering en de bovenlaag zodat de stroken door de taillenaad naar buiten komen. Speld de stroken met de gewenste lengte op de juiste plaats en sluit voorlopig alleen de bovenste naad.

Stap 14: Elektroden integreren

Knip drie vierkanten uit geleidende stof. De eerste afbeelding laat zien waar je de elektroden in de jurk moet plaatsen. Ik gebruikte een zigzagsteek om de vierkanten op de voering te naaien. De elektroden moeten strak op uw blote huid worden geduwd om uw hartslag op te vangen. Anders kan de geleidende stof de elektrische signalen die door je lichaam gaan niet opvangen. Soldeer nu een draad (ik raad flexibele siliconendraad aan) op een drukknop. Bereid in totaal drie draden voor, één voor elke elektrode. Naai die drukknopen achter de voering met de geleidende stoffen patch - tussen voering en bovenlaag. Het is belangrijk om geleidende draad te gebruiken om de elektroden te verbinden met de draad en later met de microcontroller. Leid vervolgens alle drie de draden door de jurk totdat ze uit de open plek in de taillenaad achter de batterijstroper komen. Om de draden wat meer te beschermen heb ik ze in een klein stukje overgebleven stof koker gedaan, precies waar ik eroverheen naaide om de open taillenaad te sluiten. Knip de drie draden op de gewenste lengte en soldeer een vrouwelijke jumperdraad aan elk uiteinde. Dit is nodig om de elektroden aan te sluiten op de Hartslagmonitorkaart. Onthoud dat het belangrijk is om te weten welke draad op welke elektrode is aangesloten.

Tot zover goed. De jurk is zo goed als klaar.

Stap 15: Wijzig en upload de code

Laten we nu terugkomen op de software en hardware:

Na het instellen van uw Photon en het installeren van Particle Dev (stap 3), downloadt u de hartslagmetercode. Als u het bestand opent, ziet u twee mappen, een genaamd photon en een andere genaamd processing.

Ga je gang en open Particle Dev en kies Bestand> Openen … in het vervolgkeuzemenu. Navigeer naar uw fotonmap en klik op Openen. Klik aan de linkerkant op WorkingPhotonHeartRateMonitor.ino om de code te openen. Wijzig nu het aantal LED's dat in de code is gedefinieerd in het aantal LED's dat u in uw project gebruikt.

#define NUM_LEDS 24

Voor de jurk heb ik 24 LED's gebruikt. U kunt ook het nummer voor de andere pinnen wijzigen als u andere pinnen gebruikt. De kleine grafiek geeft u een overzicht. Als u de pin van de modusknop wilt wijzigen, klikt u op het bestand buttons.h en wijzigt u het cijfer 6 in de pin die u gebruikt.

#define MODEBUTTON 6

Als je wilt, kun je een kleine drukknop aan deze pin toevoegen om te schakelen tussen de live-modus en enkele opgenomen hartslaggegevens. Het is een leuke feature om te hebben als de jurk op een paspop staat. Nadat u de elektroden op uw lichaam hebt aangesloten (in de volgende stap), kunt u gewoon de seriële monitor openen, uw eigen gegevens opnemen en de cijfers vervangen door uw hartslag in het opgenomenData.h-bestand.

Stap 16: Monteer de hardware

Voordat u alle elektronische componenten op een 'Perma-Proto Half-sized Breadboard' soldeert, gebruikt u eerst een normaal breadboard om uw elektronica te testen. Sluit de hartslagmeter, knop en LED's aan op de foton-pinnen die in de code zijn gedefinieerd. Plak de elektroden op uw lichaam zoals op de afbeelding, en zorg ervoor dat de elektroden op de juiste pinnen passen. Nu kunt u de foton-seriële monitor openen en uw hartslaggegevens ontvangen via uw lokale wifi.

Als u het ECG-diagram op uw monitor wilt zien, moet u Processing downloaden. Open in Processing de schets in de verwerkingsmap en voer de schets uit door op de pijl in de linkerhoek te klikken. Als alles correct is ingesteld, wordt er een venster geopend en kun je de activiteit van je hart zien. Het helpt om zo min mogelijk te bewegen en het duurt even voordat het biosignaal stabiel genoeg is voor een zuivere visualisatie. Voor meer informatie en/of het oplossen van problemen, bekijk de Sparkfun's Heart Rate Monitor Guide. Mogelijk moet u de regel in de schets die Serial.list()[3] bevat, wijzigen en het nummer wijzigen in de poort van uw seriële monitor. Als je het nummer niet zeker weet, probeer dan 0 tot en met 6.

Stap 17: Soldeer op Perma-Proto

Om onze op maat gemaakte geïntegreerde e-textielelektroden met het bord te verbinden, en niet met de omvangrijke kleverige elektroden, soldeert u een header op elk van de RA (rechterarm), LA (linkerarm) en RL (rechterbeen) pinnen op het bord.

Als alles werkt, soldeer je de componenten op een perma-proto board. Ik begon met het foton, daarna de draden en uiteindelijk de hartslagmeter. In plaats van de drie LED-draden permanent op het bord te solderen, heb ik drie (Data, VCC en GND) mannelijke jumperdraden gebruikt om ze met de LED-draden te verbinden.

Een 5V powerbank als voeding werkt prima voor het foton omdat het oplaadbaar is. Je kunt hem ook gebruiken voor het opladen van andere elektronische apparaten zoals je smartphone.

Stap 18: Verbind uw hartsignalen met het IoT

Nu bent u helemaal klaar en kunt u uw hartactiviteit verbinden met het internet der dingen.

Houd er rekening mee dat het foton altijd verbonden moet zijn met een draadloos netwerk, anders stopt het niet met zoeken en wordt uw code niet uitgevoerd. In een toekomstige update kan ik het verbeteren zodat een internetverbinding optioneel is.

Als u vragen heeft, aarzel dan niet om deze te stellen. Gelukkig maken.

Tweede prijs in de DIY Dress Contest