Fascia per lettore del sonno: 24 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Ti sei mai chiesto come dormi la notte? Dispositivi come FitBit monitorano il sonno analizzando i tuoi movimenti durante la notte, ma non possono guardare cosa sta facendo il tuo cervello.

Dopo un semestre di apprendimento della strumentazione medica, la nostra classe è stata sfidata con il compito di creare un dispositivo indossabile per misurare alcune variabili biologiche. Io e il mio compagno abbiamo scelto di sviluppare un cerchietto in grado di osservare cosa fa il tuo cervello mentre dormi. La fascia legge i segnali delle onde cerebrali per monitorare i modelli di sonno. Identifica come le onde cerebrali dell'utente progrediscono attraverso le fasi alfa, beta, gamma e delta durante la notte. I dati possono quindi essere esportati e analizzati in Excel.

Abbiamo già detto che è anche elegante?

Passaggio 1: materiali e strumenti

Per costruire la fascia per il lettore del sonno, avrai bisogno dei seguenti materiali:

1. Fascia (per questo progetto è stata utilizzata una fascia HOTER Sportline)
2. Microcontrollore Adafruit Flora
3. Modulo Bluefruit LE indossabile Flora
4. LED Flora RGB Neo Pixel
5. Scatta
6. Filo conduttivo
7. fili
8. Filo
9. Pacco batteria
10. Bitalino EEG con cavo UC-E6 e cavo per elettrodi a 3 derivazioni
11. Tessuto
12. Cinturino elastico

I seguenti strumenti ti aiuteranno nella costruzione della fascia:

1. spilla da cucito
2. Forbici
3. Spelafili
4. Saldatore e metallo d'apporto

Passaggio 2: preparazione

Prima di costruire la fascia per il lettore del sonno, prenditi del tempo per conoscere le onde cerebrali e alcuni circuiti di base. All'interno del cervello, cellule speciali note come neuroni orchestrano diverse attività all'interno del corpo. Questi neuroni gestiscono lo spettacolo inviando piccoli segnali elettrici che assumono la forma di onde. È noto che il cervello produce quattro diversi tipi di onde: alfa, beta, theta e delta. Queste onde sono distinguibili da specifiche gamme di frequenze e ciascuna gamma corrisponde a determinati livelli di attività mentale. La tua fascia utilizzerà un dispositivo chiamato elettroencefalogramma, o EEG, per identificare queste onde mentre il tuo cervello le produce durante il sonno.

Per realizzare il tuo Sleep Reader, dovrai collegare alcuni dispositivi all'archetto. I dispositivi principali sono un microprocessore, che è un piccolo computer; un modulo Bluetooth, che è un chip che consente all'archetto di comunicare con il computer; un NeoPixel, che è una luce che cambia colore; un elettroencefalogramma; e una batteria.

Il sistema completo è costruito collegando ogni dispositivo insieme in posizioni specifiche tramite filo conduttivo. Se non hai avuto alcuna esperienza con l'utilizzo di questi thread, è disponibile un tutorial qui. I fili sono legati in bottoni automatici che consentono di collegare e rimuovere facilmente il microprocessore Flora e il modulo bluetooth. Un'estremità dello snap andrà nel tessuto e l'altra andrà su un dispositivo elettrico. Un tutorial per l'implementazione di questi snap è disponibile qui.

Dopo che il sistema è stato costruito, deve essere dotato di un codice. Questo progetto utilizza specificamente il codice Arduino. Se desideri familiarizzare con il codice Arduino, https://www.arduino.cc è pieno di tutorial utili. Per implementare il codice utilizzato per questo progetto, dovrai scaricare l'app Arduino all'indirizzo https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Questo dovrà essere integrato con la scheda Flora, disponibile qui. Dovrai anche scaricare una manciata di altre librerie per espandere le capacità del tuo microprocessore; questo può essere fatto usando www.github.com. Le librerie necessarie sono:

• Trasformata di Fourier veloce (FFT)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Adafruit NeoPixel

Infine, dovresti scaricare l'app Adafruit Bluefruit LE Connect sul tuo smartphone per l'uso con l'archetto.

Passaggio 3: sicurezza

Il corpo umano può sopportare solo un'esposizione limitata all'elettricità, quindi è necessaria una cura adeguata quando si utilizzano dispositivi elettronici. Il principio fondamentale della sicurezza elettrica consiste nell'evitare di rendere il proprio corpo un percorso per il flusso di corrente elettrica nel circuito alimentato. Alcune pratiche generali per evitarlo sono:

• Toccare solo fili e altri circuiti metallici quando l'alimentazione è disattivata
• Utilizzare strumenti con impugnature isolate
• Cerca di tenere l'acqua lontana dall'area di lavoro quando costruisci il tuo circuito
• Cerca di lavorare il più possibile con una mano anziché con due per ridurre il rischio che la corrente elettrica scorra attraverso il tuo cuore

Un'altra preoccupazione da tenere presente quando si costruisce il circuito è che la corrente elettrica può incendiare materiali infiammabili, quindi è necessario assicurarsi che i fili siano completamente collegati nel circuito. Altrimenti, potresti dare fuoco ai tuoi capelli o alla fascia.

Avvertenza: questa fascia non è un dispositivo medico certificato e non deve essere utilizzata per la diagnosi di condizioni neurologiche.

Passaggio 4: suggerimenti e consigli

Ecco alcuni suggerimenti da tenere a mente mentre costruisci la fascia per il lettore del sonno:

• Assicurati che le estremità del filo conduttivo non si tocchino l'una con l'altra dopo averle legate

• Se la porta non è disponibile in Arduino quando colleghi il micro controller ad Arduino, procedi come segue per caricare il codice:

  1. Mentre il microcontrollore è collegato, caricare il codice tenendo premuto il pulsante di ripristino sul microcontrollore
  2. Quando la barra di stato passa dalla compilazione al caricamento, rilascia il pulsante di ripristino
  3. Il codice dovrebbe essere caricato e la porta ora dovrebbe essere riconosciuta
• Quando si saldano gli snap, fare attenzione a evitare di saldare due pin insieme in modo da non cortocircuitare il circuito. Un multimetro può essere utilizzato per verificare se è stata creata o meno una connessione tra i pin
• Assicurati che gli snap rimangano collegati quando indossi l'archetto
• Assicurati che il modulo bluetooth sia in modalità dati e non in modalità comando
• Una volta che la tua fascia è stata costruita, vorrai assicurarti che funzioni in modo efficace! Per ottenere un buon segnale, assicurarsi di avere un contatto pulito tra gli elettrodi e la fronte rimuovendo polvere, fili sciolti, capelli o altre interferenze.

Passaggio 5: inizia a costruire il tuo circuito

Ora che sei stato dotato di alcune conoscenze di base e procedure di sicurezza, sei pronto per costruire un archetto per ore. Leggere attentamente le seguenti istruzioni e notare i commenti lasciati sulle immagini con ulteriori istruzioni.

Passaggio 6: diagramma del circuito

Lo schema circuitale sopra mostra le connessioni nel circuito completato. Usa questo schema elettrico come riferimento per assicurarti che il tuo circuito sia stato cablato correttamente.

Passaggio 7: la saldatura si inserisce nel microprocessore Flora

Se non hai controllato il link al tutorial su come utilizzare gli snap nel passaggio "Preparazione", dai un'occhiata ora. A questo punto collegherai gli snap al microprocessore e al modulo bluetooth. Non vuoi rovinare questa parte poiché un lavoro di saldatura disordinato può rovinare il tuo circuito.

Il microprocessore richiederà snap sui seguenti pin:

• Tutti e 3 i pin di terra (GND)
• Entrambi i pin di alimentazione da 3,3 V
• SCL #3
• RX #0
• TX #1
• Pin digitale #9

Passaggio 8: la saldatura si inserisce nel modulo Bluetooth

E il modulo bluetooth richiederà snap su questi pin:

• Potenza 3,3 V
• TX
• RX
• GND

Passaggio 9: cucire gli scatti nel tessuto per il microprocessore Flora

Ora puoi cucire l'altra estremità dei bottoni automatici sul tessuto. Assicurati di utilizzare il modulo bluetooth e il microprocessore con i relativi bottoni automatici per allinearli correttamente!

Passaggio 10: cucire gli snap nel tessuto per il modulo Bluetooth

Ora cuci gli snap per il Bluetooth.

Passaggio 11: collegare il modulo Bluetooth al microprocessore Flora

Quindi collegare il modulo Bluetooth al Microprocessore Flora cucendo filo conduttivo tra i rispettivi bottoni automatici per ciascun dispositivo. Sono necessarie le seguenti connessioni pin:

1. Da Bluetooth 3.3V a Microprocessore 3.3V
2. Da Bluetooth TX a Microprocessore RX #0
3. Da Bluetooth RX a Microprocessore TX #1
4. Bluetooth GND a Microprocessore GND

Passaggio 12: collegare Neo Pixel al microprocessore Flora

Collega il Neo Pixel al microprocessore nel seguente modo:

1. NeoPixel LED In al pin digitale del microprocessore #9
2. NeoPixel da terra a massa del microprocessore
3. Potenza NeoPixel alla potenza del microprocessore

Passaggio 13: collegare la batteria al microprocessore Flora

Questa parte è piuttosto importante; potresti aver bisogno di una fonte di energia per far funzionare tutto!

Passaggio 14: costruire il cavo EEG

Questo cavo è costruito utilizzando il chip EEG, il cavo dell'elettrodo a 3 derivazioni e il cavo UC-E6. Il chip EEG deve essere allineato correttamente in modo che l'estremità con la scritta "EEG" sia collegata al cavo dell'elettrodo, come mostrato nell'immagine sopra.

Passaggio 15: collegare l'EEG al microprocessore Flora

Collegare il cavo EEG al microprocessore Flora. L'immagine sopra è etichettata con le istruzioni per mostrare i punti corretti per collegare i cavi. Verranno effettuati i seguenti collegamenti:

1. Filo rosso per l'alimentazione
2. Filo nero a terra
3. Filo viola a SCL #3

Passaggio 16: cucire gli elettrodi nell'archetto

Cucire gli elettrodi all'interno della fascia. Assicurarsi che gli elettrodi siano posizionati nelle posizioni corrette. Guardando l'interno dell'archetto, l'elettrodo rosso dovrebbe essere posizionato a sinistra, l'elettrodo bianco dovrebbe essere al centro e l'elettrodo nero dovrebbe essere a destra.

Passaggio 17: cucire il panno e il cinturino sull'archetto

Ora hai completato la tua fascia! Woooh!

Passaggio 18: caricare il codice

Ora puoi caricare questo codice sulla tua fascia per dargli capacità di lettura della mente!

Passaggio 19: collegare l'archetto al telefono

Apri l'app Adafruit Bluefruit LE Connect e collega il tuo telefono ad Adafruit Bluefruit LE.

Passaggio 20: indossa la fascia e raccogli i dati

Ora puoi indossare la fascia e provarla! Puoi selezionare "UART" sull'app Adafruit Bluefruit LE Connect per visualizzare i dati non appena arrivano.

Passaggio 21: esportare i dati dal telefono al computer

Una volta che i tuoi dati sono stati raccolti, puoi esportare i dati in più formati di file. Si consiglia di esportarlo come file.txt per l'analisi in Excel.

Passaggio 22: analisi dei dati

Ecco un esempio del tipo di grafico che puoi creare per visualizzare e interpretare i dati dalla tua fascia. Abbiamo gli intervalli delta, theta, alfa e beta tutti contrassegnati per mostrare in quale intervallo rientra ciascun punto.

Passaggio 23: ulteriori idee

Dopo aver completato la fascia per il lettore del sonno, sentiti libero di esplorare alcune modifiche al design. Forse provare a modificare il codice per raccogliere automaticamente i dati e generare un rapporto che valuti i modelli di sonno dell'utente. Oppure puoi collegare un orologio in tempo reale per monitorare l'ora esatta della notte in cui l'utente si addormenta, passa attraverso il sonno profondo e il sonno REM e si sveglia. Forse sei interessato a registrare i discorsi del sonno, nel qual caso puoi includere un registratore audio che si attiva quando l'utente raggiunge il sonno REM. Le possibilità sono infinite!

Passaggio 24: riconoscimento

La parte del codice della trasformata di Fourier per questo progetto ha utilizzato il codice pubblicato in questa pagina su Norwegian Creations. Inoltre, la parte NeoPixel del codice fa riferimento agli esempi forniti da Adafruit.