Dispositivo ansiolitico Breathe Light con cardiofrequenzimetro: 18 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Con il mondo sempre più affollato, tutti si trovano in un ambiente sempre più stressante. Gli studenti universitari corrono un rischio ancora maggiore di stress e ansia. Gli esami sono periodi particolarmente stressanti per gli studenti e gli smartwatch con impostazioni di esercizi di respirazione in genere non possono essere utilizzati durante gli esami poiché possono anche inviare messaggi di testo e connettersi a Internet.

"Breathe Light" è un dispositivo semplicistico incentrato sull'ansia che non dispone di connettività Internet e sarà accolto favorevolmente negli esami. Questo dispositivo non è specifico per l'utente, il che consente di adattarlo facilmente a qualsiasi persona che necessita di controllo dell'ansia. Utilizzando una serie di quattro LED NeoPixel, l'utente sarà in grado di seguire i passaggi per eseguire esercizi di respirazione e anche monitorare la frequenza cardiaca prima e dopo gli esercizi per determinare se i livelli di stress si stanno abbassando.

Passaggio 1: materiali e strumenti necessari

Materiali:

1. Adafruit Flora ($ 14,95)
2. Tagliere ($ 5,00)
3. Adafruit NeoPixels (4) ($ 7,95)
4. Sensore di impulsi ($ 25,00)
5. Clip a coccodrillo ($ 3,95)
6. Fili per ponticelli breadboard ($ 3,95)
7. Batteria ai polimeri di litio ($ 9,95)
8. Resistenza da 220 Ohm ($6.28)
9. Pulsante ($ 5,99)
10. Lego assortiti ($ 10-$ 40) (Nota: non hai bisogno di molti Lego)

Costo totale: ($ 94-$ 124)

Utensili:

1. Software Arduino (GRATUITO) - Richiesto
2. Pinze ad ago (~ $ 6) o tronchesi per cuticole (~ $ 4) - Consigliato
3. Kit/materiali di saldatura (~$11)- Opzionale

Costo totale: ($ 15-17)

Passaggio 2: preparazione

Prima di iniziare il progetto e utilizzare i materiali di cui sopra, è importante sviluppare una buona conoscenza di base di ciò che viene utilizzato.

Adafruit Flora

Adafruit Flora è un microcontrollore piccolo, semplice e potente, utile sia per i principianti che per gli esperti. È molto piccolo (solo leggermente più grande di un quarto) e indossabile! L'immagine sopra mostra il diagramma di pinout per Adafruit Flora. Per ulteriori informazioni sulla Flora, visitare il seguente link:

learn.adafruit.com/getting-started-with-fl…

Adafruit NeoPixels

I NeoPixel di Adafruit sono LED RGB indirizzabili individualmente progettati specificamente per i dispositivi indossabili. I NeoPixel sono concatenabili, il che significa che è necessaria una sola connessione pin al microcontrollore per collegare tutti i LED desiderati. Possono essere codificati in Arduino, ma richiedono un po' di pratica, ricerca ed esempio di aiuto online per acquisire familiarità e far sì che i NeoPixel funzionino come desideri. I diversi passaggi nel seguente collegamento sono molto utili in quanto ti informano su come funzionano i NeoPixel e forniscono suggerimenti ed esempi di codifica con Arduino.

learn.adafruit.com/flora-rgb-smart-pixels/…

Sensore di impulsi

Il PulseSensor è un sensore di frequenza cardiaca plug and play per Arduino per raccogliere dati sulla frequenza cardiaca in tempo reale per una varietà di progetti come questo! La libreria che può essere scaricata su Arduino (verrà mostrata di seguito a breve) ha codici di esempio per aiutarti a diventare un esperto istantaneo con l'implementazione del PulseSensor in un progetto. Il seguente collegamento mostra ulteriori informazioni per il PulseSensor e descrive mini-progetti di esempio per avviare le persone.

pulsesensor.com/pages/getting-advanced

Librerie Arduino

Affinché il codice possa comunicare con Flora per determinate funzioni e comandi, è necessario installare in Arduino le seguenti librerie per i diversi componenti elettrici. Utilizzare questo collegamento o quello nella sezione "Introduzione e materiali di consumo" per scaricare il software

1. Parco giochi sensore di impulsi

   (Nota: il file Arduino di esempio "PulseSensor_BPM" è stato utile per creare il codice per Breathe Light)

2. Libreria Adafruit NeoPixel

   (Nota: il file Arduino di esempio "Strandtest" è stato utile per creare il codice per Breathe Light)

(Nota: per ulteriore assistenza sull'installazione delle librerie, visitare il seguente collegamento:

GitHub

GitHub è una potente piattaforma che consente alle persone di creare e condividere software insieme. Il codice creato per Breathe Light è condiviso tramite GitHub ed è possibile accedervi qui. Verrà anche fatto riferimento più avanti nell'istruzione al punto 14. È possibile accedere alle librerie Arduino e agli esempi sopra menzionati necessari per il progetto anche tramite i seguenti collegamenti GitHub.

1. Sensore di impulsi
2. NeoPixel

Per ulteriori informazioni su cos'è GitHub e perché è utile, guarda questo video.

Passaggio 3: sicurezza

Quando si ha a che fare con qualsiasi circuito elettrico, incluso quello che creerai in questo progetto, è importante comprendere e seguire tutti i protocolli di sicurezza elettrica per mantenere il tuo progetto al sicuro e assicurarti di non rimanere scioccato. Il seguente elenco descrive alcuni semplici passaggi da seguire.

1. NON collegare Flora al computer quando si spostano e si collegano i cavi al circuito.
2. Quando si toccano fili o altri componenti metallici nel circuito, assicurarsi che l'alimentazione sia disattivata per evitare che la corrente scorra attraverso il corpo.
3. Tenere liquidi, cibo e qualsiasi altra cosa che potrebbe essere versata lontano dal circuito.
4. Controllare ogni volta che non ci siano cavi elettrici sfilacciati prima di accendere l'unità.

AVVERTIMENTO:

Questo NON è un dispositivo medico e non deve essere utilizzato in alcun contesto clinico per fare affidamento su misurazioni accurate della frequenza cardiaca. Vai dal tuo medico se desideri dati precisi sulla frequenza cardiaca. Questo è semplicemente uno strumento per aiutare le persone ad alleviare lo stress e non dovrebbe essere usato per diagnosticare alcuna condizione.

Passaggio 4: suggerimenti e consigli

Di seguito sono riportati alcuni suggerimenti e suggerimenti da tenere a mente durante la creazione di Breathe Light.

Strategie per la risoluzione dei problemi

1. Se il codice non funziona correttamente, suddividere le diverse funzioni/sezioni di codice e testarle per determinare dove si trova il problema.
2. Prima di iniziare con il codice e il progetto, usa i codici di esempio forniti nelle librerie Arduino per PulseSensor e NeoPixel per assicurarti che i dispositivi funzionino correttamente.
3. Assicurarsi che il PulseSensor disponga di una connessione stretta e sicura prima di raccogliere dati per rimuovere potenziali artefatti da movimento.
4. Durante il cablaggio, utilizzare fili dello stesso colore quando si effettua il collegamento alle stesse porte per evitare confusione.
5. Utilizzare piccoli cavi jumper per fissare i fili in modo che non perdano la connessione quando il dispositivo si sposta.
6. Se hai accesso a un saldatore, considera di usarlo per proteggere i collegamenti dei cavi che potrebbero non funzionare bene.

Approfondimenti

• Per risparmiare tempo, prova con i coccodrilli per la prototipazione prima di utilizzare i cavi.

• Per risparmiare tempo e frustrazione, allunga i fili per creare una connessione solida e costante con ogni NeoPixel.

  I Lego sono anche molto utili per proteggere Flora e batteria

Passaggio 5: assemblaggio parte 1a

Inizia utilizzando una clip a coccodrillo per collegare la porta #6 su FLORA. Quindi utilizzare un'altra clip a coccodrillo per collegare la porta GND. Fai lo stesso con la porta VBATT su FLORA.

Passaggio 6: assemblaggio parte 1b

Ora, collega la clip a coccodrillo collegata alla porta 6 alla freccia rivolta verso l'interno sul NeoPixel. Collegare la clip della porta GND al (-) del NeoPixel e la clip della porta VBATT al (+) del NeoPixel.

Abbiamo usato questa configurazione per testare ogni NeoPixel per vedere se funzionava usando le istruzioni dalla pagina NeoPixel Adafruit.

Passaggio 7: assemblaggio parte 2

Una volta che hai confermato che ciascuno dei NeoPixel è funzionante, puoi iniziare a costruire il Breathe Light!

Inizia collegando i cavi a FLORA su VBATT, #12, #6, GND e #10. Per evitare confusione, scegli i colori che corrisponderanno a ciascuna delle porte. Li collegheremo alla breadboard nei passaggi successivi.

Passaggio 8: assemblaggio parte 3

Successivamente, inizieremo a creare la catena di NeoPixel. Come nel primo passaggio, alla fine collegheremo il (+) alla porta VBATT, il (-) alla porta GND e le frecce indicheranno la direzione del flusso del segnale nella linea dei NeoPixel. Ho iniziato con l'ultimo e mi sono fatto strada.

Innanzitutto, aggiungi i fili ai NeoPixel nei colori corrispondenti. Nella foto, puoi vedere che abbiamo usato il bianco per VBATT, il verde per GND e il giallo per il segnale proveniente dalla porta #6. Usa le pinze ad ago per avvolgere davvero il filo attorno ai piccoli fori. Puoi anche usare le forbicine per cuticole se non disponi di pinze ad ago prontamente disponibili.

(I piccoli fili rossi sullo sfondo verranno spiegati nei passaggi successivi. Per ora non preoccuparti.)

Passaggio 9: parte di montaggio 4

Aggiungi fili agli altri NeoPixel proprio come il primo. Assicurati che la linea di frecce punti dalla porta #6 su FLORA alla parte inferiore della catena.

Quindi, collegare ciascuno dei fili bianchi ai pin (+) sulla breadboard e i fili verdi ai pin (-) sulla breadboard. Assicurati che le connessioni abbiano una certa tensione per fissare i fili.

Passaggio 10: parte di montaggio 5

Ora, collega il filo verde da GND alla parte superiore dei pin (-). Collega il filo bianco dalla porta VBATT ai pin (+) sulla breadboard e collega il filo giallo #6 all'inizio della catena NeoPixel.

Il filo viola e il filo rosso verranno collegati in seguito.

(I fili rossi vicino alla parte inferiore aiutano a creare tensione tra i fili di segnale gialli tra i NeoPixel, ma potresti non averne bisogno a seconda di quanto sono strette le connessioni)

Passaggio 11: parte di montaggio 6

Successivamente, collegheremo il pulsante alla nostra breadboard. Questo inizierà le misurazioni della frequenza cardiaca e l'esercizio di respirazione ansiosa!

Posiziona il pulsante come mostrato nell'immagine. Quindi utilizzare un filo bianco per collegare il pin del pulsante superiore al (+). Posizionare la resistenza da 220 ohm tra il pin inferiore sullo stesso lato e i pin (-). Infine, collega il filo rosso n. 10 al pin del pulsante in basso a destra.

Fase 12: Fase di montaggio 7

Ora collegheremo il sensore di pulsazioni! Collegare il filo rosso del sensore ai pin (+) sulla breadboard e il filo nero del sensore ai pin (-). Quindi, metti il filo viola del sensore e il filo viola proveniente dalla porta n. 12 nella stessa fila per collegarli.

Fase 13: Fase di montaggio 8

Con i Lego assortiti, costruisci una piattaforma su cui far sedere FLORA e una piccola cavità per la batteria al litio. Assicurati che FLORA abbia un po' di tensione su di essa affinché i fili gialli si colleghino correttamente. Per fare ciò, abbiamo utilizzato i Lego gialli visti nella foto sopra.

La piattaforma Lego varierà di dimensioni a seconda delle dimensioni della tua breadboard, ma assicurati che FLORA possa stare in piano, che ci sia un po' di tensione con i fili di segnale gialli e che ci sia una cavità per inserire il pacco batteria.

Fase 14: Fase di assemblaggio 9

Per completare l'assemblaggio, aggiungi la piattaforma Lego con la FLORA accanto alla breadboard. Collegare il pacco batteria a FLORA.

Passaggio 15: Assemblaggio Passaggio 10: Carica il codice e termina l'assemblaggio

Il passaggio finale è caricare questo codice su Breathe Light. Dopo che il codice è stato caricato, Breathe Light dovrebbe funzionare in modo portatile quando l'interruttore ON è attivato nel mezzo di FLORA!

Come ottenere il codice da GitHub a Flora

1. Utilizzare il collegamento sopra per accedere al sito Web di GitHub.

2. Fare clic su "Clona o scarica"

   Fare clic su "Scarica ZIP"

3. Salva il file zip scaricato nella posizione desiderata sul tuo computer.
4. Apri il file "Breathe_Light_V3.0" in Arduino.
5. Sotto "Strumenti" nella barra Arduino in alto, vai su "Board:" e seleziona "Adafruit Flora"
6. Infine (con Flora collegata al computer), fai clic su "Carica" (la freccia a destra nella parte superiore dello schermo)

Dopo aver completato i passaggi precedenti, il codice dovrebbe essere caricato su Flora. Il Flora può essere disconnesso dal computer e Breathe Light è pronto per l'uso!

Fase 16: Assemblaggio Fase 11: Spiegazione del codice

Questo è ciò che fa il codice:

Innanzitutto, il codice raccoglie la frequenza cardiaca iniziale del soggetto utilizzando un PulseSensor e la visualizza attraverso quattro NeoPixel individuali disposti in linea. In base a quale frequenza cardiaca viene rilevata, verrà visualizzata una determinata serie di LED/colori. Ad esempio, se la frequenza cardiaca è 76, ci saranno 3 NeoPixel illuminati in blu. Questi colori/soglie vengono dati al soggetto tramite un adesivo sul dispositivo (visto sopra) in modo che sappia qual è la sua frequenza cardiaca.

Quindi, dopo che viene rilevata la frequenza cardiaca, passa attraverso un esercizio di ansia che aiuta a inspirare ed espirare in modo profondo e lento. All'inizio di questo esercizio, tutti e quattro i LED sono verdi. Man mano che l'esercizio prosegue, i LED diventano blu uno ad uno, che corrisponde a quando il soggetto dovrebbe inspirare. Dopo che tutti e quattro i LED sono stati accesi, il soggetto deve trattenere il respiro e, quando i LED tornano al verde, possono espirare lentamente. Dopo aver eseguito l'esercizio ansioso, il codice rileverà e visualizzerà nuovamente la frequenza cardiaca della persona per determinare se è stata in grado di calmarsi.

Passaggio 17: diagramma del circuito

Questo schema elettrico è stato realizzato in EAGLE. Tutto all'interno del grande rettangolo è il microprocessore Adafruit FLORA. Ha molti dettagli, ma nel suo insieme è contenuto all'interno del rettangolo. Tutti i componenti che abbiamo aggiunto a FLORA sono sotto il grande rettangolo.

I 4 Neopixel si vedono collegati all'uscita D6* FLORA. Il pulsante è collegato a IO10* e il sensore di pulsazioni è collegato a FLORA tramite la porta IO12*.

Passaggio 18: ulteriori idee

Ci sono molti modi in cui Breathe Light potrebbe essere portato avanti, e qui ci sono alcuni suggerimenti.

• Rendilo indossabile: usa una fascia o un bracciale per orologio (come questo) e usa un filo conduttivo per realizzare tutti i collegamenti dei cavi.
• Aggiungi alla funzione ansiaEsercizio () per creare un esercizio di respirazione visivamente più accattivante (come l'aggiunta di più colori).
• Sostituisci i singoli NeoPixel con un NeoPixel Ring o un NeoPixel Array per aggiungere più LED e aumentare le capacità di entrambe le funzioni heartRateDisplay() e ansiaExercise().