Basisriemademhalingssensor - Ajarnpa

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

In de biosensing-wereld zijn er veel manieren om de ademhaling te meten. Je kunt een thermistor gebruiken om de temperatuur rond het neusgat te meten, maar misschien wil je ook niet dat er een raar instrument aan je neus wordt vastgemaakt. Men kan ook een versnellingsmeter bevestigen aan een riem die op en neer beweegt, maar het onderwerp moet waarschijnlijk liggen of anderszins niet bewegen. Hoewel deze eenvoudige, flexibele bandademhalingssensor zijn nadelen heeft (de signaalrespons is niet zo nauwkeurig als andere methoden), is het goed voor als je onderwerp zich gewoon wil vastmaken en doen wat het ook is dat ze willen doen terwijl ze ademen wordt gemeten. Hier is een voorbeeld van een basisademhalingssensor, die bedoeld is om in een flexibele riem te leven die u om een borstkas vastmaakt. Wanneer de betreffende borstkas uitzet en samentrekt door lucht in de longen te ademen, verandert de weerstand van een ingebouwd stuk rekbaar rubberen koord. Met nog een paar componenten kunnen we dit vertalen naar een analoog signaal dat live door je Arduino wordt gelezen. Dit wordt gedaan door de magie van het zeer essentiële en gemakkelijk te leren spanningsdelercircuit.

WAARSCHUWING: Voordat we beginnen, moet u weten dat niet-geteste en onstabiele biosensingapparatuur altijd een risico op gevaar inhoudt! Test en maak dit circuit met een bron van batterijvoeding. Ik zal er alles aan doen om u te laten zien hoe u dit circuit kunt maken om ervoor te zorgen dat u geen schade oploopt, maar ik aanvaard geen verantwoordelijkheid voor eventuele ongelukken. Gebruik uw gezond verstand en test uw circuit altijd met een multimeter voordat u iets op uw borst vastbindt.

Stap 1: WAT U NODIG HEBT

1) Elke microcontroller met een analoge ingang zal werken, maar in dit voorbeeld zal ik een Arduino Uno gebruiken. Als je er een nodig hebt, kun je die krijgen bij Adafruit of Sparkfun.

2) Geleidend rubberen koord. Dit verbazingwekkende snoer zal fungeren als een variabele weerstand en zal in weerstand veranderen als het wordt uitgerekt of losgelaten. Verkrijgbaar bij Adafruit, of Robotshop heeft een mooie variëteit aan lengtes met voorgemonteerde metalen uiteinden

3) Een multimeter

4) Een LED

5) Een weerstand van 1K

6) Een pull-down weerstand (wat de waarde hiervan is komen we later wel tegen!)

7) Duct-tape

8) Een perforator of schaar

9) Doorverbindingsdraden

10) Een breadboard

11) 2 krokodillenklemmen

Houd er rekening mee dat, net als bij alle biosensing-apparatuur, dit project het veiligst is als uw Arduino op batterijen werkt.

Om dit project te voltooien, hebt u mogelijk ook nodig:

· Soldeerbout en soldeer

· Heet lijmpistool

· Draadknipsels

· Draadstripper

· Helpende handen

· Bankschroef, krimptang of een grote tang

· 2 of meer ringvormige krimpklemmen

Stap 2: Knip het snoer door en bevestig de geleidende aansluitingen

Hoewel je voor dit experiment elke lengte rubberen koord van 2 "-8" kunt gebruiken, zijn kortere stukken rubber goedkoper en heb je niet echt een supergrote hoeveelheid nodig om de klus te klaren. Als je een lange lengte rubber hebt gekocht, raad ik aan om een lengte van 4 inch af te knippen. Knip deze lengte af en maak je klaar om een geleidend uiteinde aan beide uiteinden te bevestigen.

Neem een terminalconnector, zoals een van de hierboven afgebeelde, en steek het ene uiteinde van het geleidende rubberen koord in het uiteinde van een van uw terminalconnectoren en krimp het uiteinde samen. U kunt hiervoor een bankschroef of de uiteinden van uw draadstrippers gebruiken, maar pas op dat u de aansluiting niet te strak samendrukt, zodat u niet in uw rubber breekt of snijdt! Als het je lukt om dit te doen en het snoer valt af, probeer het dan gewoon opnieuw met een andere terminalconnector. Je moet nog steeds voldoende lengte hebben om deze prestatie te bereiken. Als het korter wordt dan 2 ", moet u het waarschijnlijk gewoon opnieuw proberen met een nieuwe lengte van 4". Maak je geen zorgen, je krijgt het! Als je dit aan één kant hebt bereikt, briljant! Herhaal aan de andere kant. Nu ben je klaar!

Nu heb je een geleidend rubberen koord met aan elk uiteinde een geschikte aansluiting. Laten we met een multimeter meten wat het bereik van dit snoer is.

Stap 3: Meet je weerstand

Draai de draaiknop van je multimeter naar het ohm-symbool (Ω) en steek zowel het rode als het zwarte uiteinde van je multimeter aan weerszijden van je geleidende snoer.

Als je nog niet zeker weet hoe je je multimeter moet gebruiken, kun je je opfrissen met deze tutorial van Lady Ada.

Ook al kan het getal een beetje rondspringen terwijl je het meet, deze getallen geven je een idee van hoeveel de weerstand van het snoer is wanneer het in rust is. Neem uw beste gok, noteer de weerstand in rust van uw koord en rond deze vervolgens af naar het dichtstbijzijnde veelvoud van 10. (dwz: 239 = 240, 183 = 180)

Zorg er nu voor dat u de multimetersondes met één hand op hun plaats bevestigt en gebruik uw andere hand om voorzichtig aan het snoer te trekken. Je kunt dit spul alleen uitrekken tot het ongeveer 50% -70% van de oorspronkelijke lengte is, dus trek niet te hard! Observeer hoe de weerstandswaarden op uw multimeter zijn veranderd. Laat los en herhaal dit proces een paar keer om te zien hoe de weerstand van het minimum naar het maximum gaat. Naarmate je het uitrekt, neemt de weerstand toe omdat de deeltjes in het rubber verder uit elkaar worden bewogen. Zodra de kracht wordt opgeheven, krimpt het rubber terug, hoewel het een minuut of twee duurt om terug te keren naar zijn oorspronkelijke lengte. Vanwege deze fysieke beperkingen is dit rekbare snoer geen echte lineaire sensor, dus het is niet verbazingwekkend nauwkeurig, maar er zijn manieren om hiermee te werken bij de constructie van je sensor. Rek het snoer nog een keer uit tot het maximum, en met elk uiteinde van de multimetersondes op hun plaats aan weerszijden van uw rubberen snoer, noteert u de weerstandswaarde, nogmaals afgerond tot het dichtstbijzijnde veelvoud van 10.

Stap 4: Axel Benz-formule

We gaan een eenvoudig spanningsdelingscircuit gebruiken om de variabele weerstand van het rekkoord als ademhalingssensor te gebruiken. Als je meer wilt weten over spanningsdelende circuits, zijn het eigenlijk een paar weerstanden in serie die een grote spanning in een kleinere veranderen. Afhankelijk van de waarden van de weerstanden die je gebruikt, kun je je 5V van je Arduino in grotere of kleinere delen van zichzelf hakken met een pull-down-weerstand, wat handig is voor Analog Read. Als je meer wilt weten over de wiskunde achter spanningsdelingscircuits, bekijk dan de uitstekende tutorial op Sparkfun.

Hoewel we weten dat de waarde van de eerste weerstand in het circuit (de reksensor) constant in beweging zal zijn, moeten we een juiste weerstandswaarde gebruiken voor de pull-down-weerstand om een zo mooi en gevarieerd mogelijk signaal te krijgen.

Gebruik om te beginnen de formule van Axel Benz:

Pull-Down-weerstand = vierkantswortel (Rmin * Rmax)

Dus als de minimumwaarde van uw reksnoer 130 ohm is en het maximum 240 ohm

Pull-Down Weerstand = vierkantswortel (130*240)

Pull-Down Weerstand = vierkantswortel (31200)

Pull-Down-weerstand = 176.635217327

Dus nu zou je naar je weerstandsverzameling moeten kijken en uitzoeken wat je best-case weerstand "voor nu" is. Als je gewoon een verzameling willekeurige bits en bobs hebt, kan deze weerstandskleurbandcalculator misschien nuttig voor je zijn. Ballparkeren met deze weerstand kan goed zijn, je hebt waarschijnlijk niet de perfecte weerstand bij de hand. Terwijl je het circuit gebruikt, kan het zijn dat je het toch voor een ander moet ruilen, maar dit geeft je een goede start om te beginnen met spelen.

Ten slotte rond ik het getal af op het dichtstbijzijnde veelvoud van 10.

Trekweerstand = 180ohm

Stap 5: Bereid je breadboard voor

Sluit met behulp van jumperdraden de 5v-pin van de Arduino aan op uw stroomrail op uw breadboard en sluit vervolgens een GND-pin aan op de grondrail van uw breadboard.

Ik trek graag 5V uit de Arduino omdat dit ervoor zorgt dat je je geen zorgen hoeft te maken over het sturen van te veel spanning naar de analoge pinnen. Je kunt ook de 3v3-spanningspen gebruiken, maar ik merk dat ik een beter signaal krijg door 5v te gebruiken.

Verbind je pull-down weerstand met aarde.

Neem beide krokodillenklemmen en klem ze vast aan de aansluitingen aan beide zijden van uw rekbare koord met variabele weerstand. Bevestig het ene uiteinde van deze krokodillenklemmen aan de 5v-rail. Sluit de andere krokodillenklem aan op een draad in de configuratie die wordt getoond in de diagrammen.

Zorg ervoor dat de "andere" uiteinden van uw pull-down-weerstand en uw geleidende reksnoer zijn aangesloten, sluit nu een jumperdraad van een analoge pin (laten we A0 gebruiken) aan op het midden van deze twee verbindingspunten.

Bevestig ten slotte een LED met een weerstand van 1k op pin 9 van je Arduino.

Stap 6: Programmeer uw Arduino

Opmerking: ik zag net dat GitHub-gebruikers Non0Mad mijn code heeft verbeterd! (Bedankt)Probeer deze code als je wilt:

Als je liever degene probeert die ik heb gemaakt, voer dan de bijgevoegde "RespSensorTest.ino" -schets uit op je Arduino.

Zorg ervoor dat u het blootgestelde metaal niet aanraakt, pak uw twee krokodillenklemmen op en rek de rubberen band uit. Kijk hoe de LED in- en uitgaat terwijl u zich uitrekt. Open uw seriële monitor en kijk hoe uw analoge spanning verandert. Als u niet tevreden bent met de vervagende waarden of uw cijfers, kunt u een paar dingen proberen:

1) Probeer een andere pull-down-weerstandswaarde uit te wisselen die vergelijkbaar is met de laatste die u hebt gebruikt. Maakt het een positief verschil? (Dit is de beste manier om het te doen)

2) Als u alleen maar de LED wilt aansteken, probeer dan te prutsen met de variabele scaleValue om te zien of u op die manier betere bereiken kunt produceren. (Dit is misschien de gemakkelijkste manier om het te doen)

Als je eenmaal tevreden bent met je cijfers en LED-gloed, is het tijd om een prototype te maken van een model dat je om je borst kunt dragen! Schakel uw Arduino uit en schakel de stroom naar het breadboard uit voor de volgende stap.

Stap 7: Maak een prototype ademhalingsband

De snelste manier om een prototype-band te maken, is door gewoon iets aan elkaar te schuiven met ducttape. Neem een lange strook ducttape (ongeveer 30 "-36" zou het meeste moeten bedekken, maar uiteindelijk is dit slechts de omtrek van je borst) en vouw het zodat de plakkerige zijkanten aan zichzelf blijven kleven. Maak aan weerszijden van de ducttape-strip gaten, zodat deze op een riem lijkt.

Gebruik schroeven om de aansluitingen vast te zetten in de geperforeerde gaten die u voor uw sensor hebt gemaakt, en sluit uw lange stuk ducttape goed aan in een lus die u over uw borst draagt. U wilt ervoor zorgen dat uw "riem" vrij strak om u of de solar plexus van uw onderwerp past, maar zorg ervoor dat er voldoende ruimte is voor inkomende ademhalingen om het snoer te strekken.

Bevestig ten slotte uw krokodillenklemmen weer en steek elk van de jumpers vanaf het uiteinde van het geleidende reksnoer weer op hun plaats in het breadboard. We zijn nu klaar om het prototype te testen!

Stap 8: Test het prototype

Zet de Arduino aan en voer de vorige schets opnieuw uit. Hoe gaat het met die analoge waarden? Krijg je een mooie resolutie van gegevens met je ademhalingen? Heeft de LED een mooie variatie van licht als je in- en uitademt? Als dat niet het geval is, probeer dan uw pull-down-weerstand uit te wisselen voor een waarde in de buurt om te zien of de waarden die u leest beter worden.

Als je de ideale pull-down-weerstand hebt gevonden, verheug je dan! Je circuit is voltooid, je ademhaling wordt geregistreerd en de LED zal je ademhaling met plezier volgen.

In het ideale geval naait u of iemand anders uiteindelijk een band voor u uit niet-geleidende synthetische stof met een beetje rek erin en een riem met D-ring om aan te spannen. (Klittenband is ok als sluiting, maar het is soms een totale puinhoop met kleding en truien.) Je kunt het geleidende koord veilig in deze band naaien, in feite zijn de ronde terminals geweldig om aan een stof te bevestigen. Voor iets meer permanents dan krokodillenklemmen, wil je misschien gewoon een paar zeer lange meeraderige draden aan de uiteinden van de terminalconnectoren solderen en deze aan je circuit bevestigen.