TfCD - AmbiHeart - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Invoering

Bewustwording van de vitale functies van ons lichaam kan helpen bij het opsporen van gezondheidsproblemen. De huidige technologie biedt hulpmiddelen voor het meten van een hartslag in een huiselijke omgeving. Als onderdeel van de masteropleiding Advanced Concept Design (deelvak TfCD) aan de Technische Universiteit Delft hebben we een bio-feedback apparaat gemaakt.

Wat heb je nodig?

1 pulssensor

1 RGB-led

3 weerstanden (220 Ohm)

Arduino Uno

9V batterij

Breadboard

3D-geprinte behuizingen

Sterke punten

Het presenteren van metingen met een lichte kleur is eenvoudiger te begrijpen en te interpreteren dan ruwe cijfers. Het kan ook draagbaar worden gemaakt. Door een kleinere microcontroller en breadboard te gebruiken, kan de behuizing groter worden. Onze code gebruikt gemiddelde waarden van de hartslag, maar door kleine wijzigingen in de code kunt u de feedback aanpassen aan meer specifieke waarden voor uw leeftijdsgroep en gezondheidstoestand.

Zwakke punten

De belangrijkste zwakte is de responsiviteit van de hartslagsensor. Het duurt even voordat de hartslag wordt gedetecteerd en de gewenste feedback wordt weergegeven. Die vertraging kan soms aanzienlijk zijn en kan leiden tot verkeerde prestaties.

Stap 1: Elektronica voorbereiden

De hartslagsensor is gebaseerd op het principe van fotoplethysmografie. Het meet de verandering in het bloedvolume door elk orgaan van het lichaam die een verandering in de lichtintensiteit veroorzaakt door dat orgaan (een vasculair gebied). In dit project is de timing van de pulsen belangrijker. De stroom van het bloedvolume wordt bepaald door de snelheid van hartpulsen en aangezien licht door bloed wordt geabsorbeerd, zijn de signaalpulsen gelijk aan de hartslag.

Ten eerste moet de hartslagsensor worden aangesloten op Arduino om de BPM (beats per minute) te detecteren. Sluit de polssensor aan op A1. De led op het Arduino-bord moet synchroon knipperen met de detectie van BPM.

Ten tweede plaats je een RGB LED samen met 3 weerstanden van 220 Ohm aangesloten zoals weergegeven in het schema. verbind de rode pin met 10, groene pin met 6 en groene pin met 9.

Stap 2: Programmeren

Gebruik de hartslagmeting om de LED te pulseren met de berekende frequentie. De hartslag in rust is voor de meeste mensen rond de 70 slagen per minuut. Nadat je een LED hebt laten werken, kun je een andere uitfaden gebruiken met IBI. Een normale hartslag in rust voor volwassenen varieert van 60 tot 100 slagen per minuut. Binnen dit bereik kunt u de BPM indelen op basis van uw proefpersoon.

Hier wilden we testen op rustende personen en daarom categoriseerden we de BPM boven en onder dit bereik in vijf categorieën

Alarmerend (onder 40) - (blauw)

Waarschuwing (40 tot 60) - (gradiënt van blauw naar groen)

Goed (60 tot 100) - (groen)

Waarschuwing (100 tot 120) - (gradiënt van groen naar rood)

Alarmerend (boven 120) - (rood)

De logica voor het categoriseren van BPM in deze categorieën is:

als (BPM<40)

R=0

G=0

B=0

als (40 < BPM < 60)

R = 0

G = (((BPM-40)/20)*255)

B = (((60-BPM)/20)*255)

als (60 < BPM < 100)

R = 0

G = 255

B = 0

als (100 < BPM <120)

R = (((BPM-100)/20)*255)

G = (((120-BPM)/20)*255)

B = 0

als (120 < BPM)

R = 255

G = 0

B = 0

U kunt de Processing Visualizer App gebruiken om de hartslagsensor te valideren en te zien hoe de BPM en IBI veranderen. Het gebruik van de visualiser vereist speciale bibliotheken, als u denkt dat seriële plotter niet nuttig is, kunt u gebruik maken van dit programma, waarin de BPM-gegevens worden verwerkt tot een leesbare invoer voor Visualizer.

Er zijn verschillende manieren om de hartslag te meten met de polssensor zonder vooraf geladen bibliotheken. We gebruikten de volgende logica, die werd gebruikt in een van vergelijkbare toepassingen, met vijf pulsen om de hartslag te berekenen.

Five_pusle_time=time2-time1;

Single_pulse_time= Five_pusle_time /5;

rate=60000/ Single_pulse_time;

waarbij tijd1 de eerste pulstellerwaarde is

time2 is lijst pulsteller waarde

hartslag is de uiteindelijke hartslag.

Stap 3: Modelleren en 3D-printen

Voor het meetcomfort en de veiligheid van elektronica is het aan te raden een behuizing te maken. Bovendien voorkomt het dat de componenten tijdens het gebruik kortgesloten worden. We ontwierpen een houdbare eenvoudige vorm die de organische esthetiek volgt. Het is verdeeld in twee delen: bodem met gat voor de pulssensor en bevestigingsribben voor Arduino en breadboard, en een bovenste met een lichtgeleider om een mooie visuele feedback te geven.

Stap 4: Elektromechanisch prototype

Zodra u de behuizingen gereed heeft, plaatst u de hartslagsensor in de geleidingsribben voor het gat. Zorg ervoor dat de vinger de sensor bereikt en het oppervlak volledig bedekt. Om het effect van de visuele feedback te versterken, bedek je het binnenoppervlak van de bovenste behuizing met een ondoorzichtige film (we gebruikten aluminiumfolie) en laat je een opening in het midden over. Het zal het licht in een specifieke opening beperken. Koppel de Arduino los van de laptop en sluit een batterij van meer dan 5V aan (we gebruikten hier 9V) om hem draagbaar te maken. Plaats nu alle elektronica in de onderste behuizing en sluit af met de bovenste behuizing.

Stap 5: Testen en probleemoplossing

Nu is het tijd om de resultaten te controleren! aangezien de sensor binnenin is geplaatst, net voor de opening van de behuizing, kan er weinig verandering zijn in de gevoeligheid van de sensor. Zorg ervoor dat alle andere verbindingen intact zijn. Als er iets mis lijkt te zijn, presenteren we hier enkele gevallen om u te helpen ermee om te gaan.

De mogelijke fouten kunnen zijn met invoer van de sensor of uitvoer voor RGB LED. Om problemen met de sensor op te lossen, zijn er enkele dingen waar u op moet letten. Als de sensor BPM detecteert, moet er een LED op het bord (L) knipperen die synchroon loopt met uw BPM. Als u geen knippering ziet, controleer dan de ingangsaansluiting op A1. Als het lampje op de polssensor niet brandt, moet u de andere twee aansluitingen (5V en GND) controleren. Seriële plotter of seriële monitor kan u ook helpen om ervoor te zorgen dat de sensor werkt.

Als u geen licht op RGB ziet, moet u eerst de ingangsaansluiting (A1) controleren, omdat de code alleen werkt als er een BPM wordt gedetecteerd. Als alles van sensoren in orde lijkt, zoek dan naar de over het hoofd geziene kortsluitingen op breadboard.

Stap 6: Gebruikerstesten

Als u nu een gereed prototype heeft, kunt u uw hartslag meten om lichte feedback te ontvangen. Ondanks dat u informatie over uw gezondheid ontvangt, kunt u met verschillende emoties spelen en de reactie van het apparaat controleren. Het kan ook worden gebruikt als meditatie-instrument.