Sensore di polso indossabile: 10 passaggi (con immagini)

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

Descrizione del progetto

Questo progetto riguarda la progettazione e la creazione di un indossabile che tenga conto della salute dell'utente che lo indosserà.

Il suo obiettivo è agire come un esoscheletro la cui funzione è rilassare e calmare l'utente durante un periodo di ansia o situazioni di stress emettendo vibrazioni in quei punti di pressione che abbiamo sul corpo.

Il motore di vibrazione sarà acceso mentre il sensore di impulsi fotopletismografico riceve, per un po' di tempo, una gamma elevata di forti pulsazioni accelerate. Quando la frequenza del polso diminuisce, il che significa che l'utente si è calmato, le vibrazioni si fermano.

Una breve riflessione come conclusione

Grazie a questo progetto abbiamo potuto applicare parte delle conoscenze acquisite nelle esercitazioni in classe, in cui lavoriamo su più circuiti elettrici utilizzando sensori e motori diversi in un caso reale: un wearable che rilassa l'utente durante un periodo di ansia o situazioni stressanti.

Con questo progetto abbiamo sviluppato non solo la parte creativa progettando il mecenate e cucendolo, ma anche il ramo ingegneristico, e li abbiamo mescolati tutti insieme in un unico progetto.

Mettiamo in pratica le conoscenze elettriche anche quando creiamo il circuito elettrico sulla scheda prototipi e lo trasferiamo alla LilyPad Arduino saldando i componenti.

Forniture

Sensore di impulsi fotopletismografico (ingresso analogico)

Il sensore di pulsazioni è un sensore di frequenza cardiaca plug-and-play per Arduino. Il sensore ha due lati, da un lato è posizionato il LED insieme a un sensore di luce ambientale e dall'altro lato ci sono dei circuiti. Questo è il responsabile del lavoro di amplificazione e cancellazione del rumore. Il LED sul lato anteriore del sensore è posizionato sopra una vena nel nostro corpo umano.

Questo LED emette luce che cade direttamente sulla vena. Le vene avranno il flusso sanguigno al loro interno solo quando il cuore sta pompando, quindi se monitoriamo il flusso di sangue possiamo monitorare anche i battiti cardiaci. Se viene rilevato il flusso di sangue, il sensore di luce ambientale raccoglierà più luce poiché saranno riflesse dal sangue, questo piccolo cambiamento nella luce ricevuta viene analizzato nel tempo per determinare i nostri battiti cardiaci.

Dispone di tre fili: il primo è collegato alla massa dell'impianto, il secondo la tensione di alimentazione +5V e il terzo è il segnale di uscita pulsante.

Nel progetto viene utilizzato un sensore di impulsi. È posizionato sotto il polso in modo che possa rilevare le pulsazioni dure.

Motore di vibrazione (uscita analogica)

Questo componente è un motore a corrente continua che vibra quando riceve un segnale. Quando non lo riceve più, si ferma.

Nel progetto vengono utilizzati tre motori a vibrazione per calmare l'utente attraverso tre diversi punti di relax situati sul polso e sulla mano.

Arduino Uno

Arduino Uno è un microcontrollore open source e una scheda sviluppata da Arduino.cc. La scheda è dotata di set di pin di input/output (I/O) digitali e analogici. Dispone inoltre di 14 pin digitali, 6 pin analogici ed è programmabile con Arduino IDE (Integrated Development Environment) tramite un cavo USB di tipo B.

Cavo elettrico

I cavi elettrici sono conduttori che trasmettono elettricità da un luogo all'altro.

Nel progetto li abbiamo utilizzati per collegare il circuito elettrico saldato sulla piastra in bachelite ai pin Arduino.

Altri materiali:

- Braccialetto

- Filo nero

- Tintura nera

- Tessuto

Utensili:

- Saldatore

- Forbici

- Aghi

- Manichino in cartone

Passo 1:

Innanzitutto, abbiamo realizzato il circuito elettrico utilizzando una scheda prototipi in modo da poter definire come volevamo che fosse il circuito e quali componenti volevamo utilizzare.

Passo 2:

Quindi, abbiamo realizzato il circuito finale che avremmo inserito all'interno del manichino saldando i componenti con una saldatura a stagno. Il circuito dovrebbe assomigliare alla fotografia sopra.

Ogni cavo deve essere collegato alla corrispondente porta dell'Arduino Uno ed è consigliabile coprire la parte elettrica del cablaggio per evitare cortocircuiti utilizzando del nastro isolante.

Passaggio 3:

Abbiamo programmato il codice utilizzando il software Arduino e lo abbiamo caricato su Arduino utilizzando un cavo USB.

//buffer per filtrare le basse frequenze#define BSIZE 50 float buf[BSIZE]; int bPos = 0;

//algoritmo del battito cardiaco

#define THRESHOLD 4 //soglia di rilevamento unsigned long t; //ultimo heartbeat rilevato float lastData; int lastBpm;

void setup() {

// inizializza la comunicazione seriale a 9600 bit al secondo: Serial.begin(9600); pinMode(6, USCITA); //dichiara il vibratore 1 pinMode(11, OUTPUT);//dichiara il vibratore 2 pinMode(9, OUTPUT);//dichiara il vibratore 3 }

ciclo vuoto() {

// legge ed elabora l'input dal sensore sul pin analogico 0: float processData = processData(analogRead(A0));

//Serial.println(processedData); //rimuovi il commento per usare il plotter seriale

if (processedData > THRESHOLD) // sopra questo valore è considerato un battito cardiaco

{ if (lastData < THRESHOLD) //la prima volta che superiamo la soglia calcoliamo il BPM { int bpm = 60000 / (millis() - t); if (abs(bpm - lastBpm) 40 && bpm < 240) { Serial.print("New heartbeat: "); Serial.print(bpm); //mostra sullo schermo il bpms Serial.println(" bpm");

if (bpm >= 95) { //se bpm è maggiore di 95 o 95…

analogWrite(6, 222); //vibratore 1 vibra

analogWrite(11, 222); //vibratore 2 vibra analogWrite(9, 222); //vibratore 3 vibra } else {//se no (bpm è inferiore a 95)… analogWrite(6, 0);//vibratore 1 non vibra analogWrite(11, 0);//vibratore 2 non vibra analogWrite(9, 0);//vibrator 3 non vibra } } lastBpm = bpm; t = millis(); } } lastData = processData; ritardo(10); }

float processData(int val)

{ buf[bPos] = (float) val; bPos++; if (bPos >= BSIZE) { bPos = 0; } media mobile = 0; for (int i = 0; i < BSIZE; i++) { media += buf; } return (float)val - media / (float) BSIZE; }

Passaggio 4:

Durante il processo di progettazione abbiamo dovuto prendere in considerazione la posizione dei punti di pressione nel corpo per sapere dove devono essere posizionati i motori a vibrazione, e ne abbiamo selezionati tre.

Passaggio 5:

Per ottenere l'indossabile, abbiamo prima tinto il cinturino color carne utilizzando un colorante nero seguendo le istruzioni del prodotto.

Passaggio 6:

Una volta ottenuto il braccialetto, abbiamo praticato quattro fori nel manichino di cartone. Tre di questi sono stati realizzati per estrarre i tre motori a vibrazione che abbiamo utilizzato nel circuito elettrico e l'ultimo è stato fatto per posizionare il sensore di pulsazioni sul polso del manichino. A parte questo, abbiamo anche fatto un piccolo taglio sul cinturino per rendere visibile quest'ultimo sensore.

Passaggio 7:

Successivamente, abbiamo praticato un ultimo foro sul lato inferiore della mano di cartone per collegare e scollegare il cavo USB dal computer alla scheda Arduino per alimentare il circuito. Abbiamo fatto un ultimo test per verificare che tutto funzionasse bene.

Passaggio 8:

Per dare al nostro prodotto un design più personalizzabile, disegniamo e tagliamo un cerchio color granato in cui abbiamo poi cucito delle linee per rappresentare i battiti cardiaci elettrici.

Passaggio 9:

Infine, poiché il cinturino nero copriva i motori a vibrazione, abbiamo tagliato e cucito tre piccoli cuori sull'indossabile per conoscerne la posizione.