Monitor Dress - Collega i segnali cardiaci all'IoT: 18 passaggi (con immagini)

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

Il Monitor Dress è un esperimento nella ricerca di diversi modi di digitalizzare l'attività cardiaca di chi lo indossa e di elaborare i dati.

Tre elettrodi all'interno del vestito misurano i segnali elettrici che attraversano il corpo di chi lo indossa. Quegli impulsi analogici, che emanano dall'attività muscolare del cuore, vengono convertiti in segnali digitali. Il microcontrollore accende quindi un cerchio di LED nella parte anteriore del vestito, lampeggiando in viola ad ogni battito del cuore. Il microcontrollore invia anche i dati su una rete wireless per altri usi. I dati inviati tramite la rete wireless vengono raccolti da un computer, che sta monitorando i dati per animarli. I segnali elettrici del cuore sono ora visibili sul display così come l'abito stesso.

Il Monitor Dress crea un'interfaccia perfetta tra il corpo umano, l'indumento e i componenti elettronici, digitalizzando e registrando i nostri biosegnali transitori.

Passaggio 1: panoramica del design e del circuito

La parte superiore del vestito è composta da pezzi di acrilico nero e trasparente, tagliati con un laser cutter. Un anello NeoPixel è incollato sotto il cerchio acrilico trasparente al centro. I fili corrono dietro il pezzo superiore a una striscia di tessuto che è attaccata al pezzo superiore sul retro del vestito. La striscia di tessuto si collega alla piccola tasca che contiene il microcontrollore, il cardiofrequenzimetro e la batteria. Tre elettrodi di e-textile sono cuciti nella fodera del vestito. I fili che collegano gli elettrodi e il microcontrollore corrono tra due strati di tessuto.

Passaggio 2: forniture:

Materiali:

• Tessuto
• Cerniera
• fili
• Termoretraibile
• Acrilico nero da 1/8"
• Acrilico diffuso 1/8"
• Anello NeoPixel (24 LED) (Adafruit)
• Fotone (particella)
• Cardiofrequenzimetro (Sparkfun)
• Cuscinetti per sensori biomediali (Sparkfun)
• Cavo del sensore (Sparkfun)
• Tessuto conduttivo (Sparkfun o Adafruit)
• 5 bottoni a pressione
• Scheda Perma-Proto (Adafruit)
• Cavi jumper femmina + maschio
• Termoretraibile
• Banca di alimentazione 5V (Amazon)

Utensili:

• Forbici
• Ago
• Filo
• pinzette
• Saldatore
• Saldare
• Colla calda
• Pistola termica
• Macchina da cucire
• Taglierina laser
• Martello
• Carta
• Governate
• Matita

Passaggio 3: Photon: un kit di sviluppo Wi-Fi

Photon è un potente kit di sviluppo Wi-Fi che collega il tuo progetto all'Internet of Things (IoT). La scheda è piuttosto piccola, il che la rende perfetta per i progetti indossabili IoT.

Particle, il creatore del Photon, ha preparato un ottimo Photon Datasheet e una guida introduttiva molto dettagliata con tutte le informazioni che devi sapere per iniziare.

Basta scaricare l'app Particle sul tuo smartphone e seguire le istruzioni per connettere il tuo Photon alla tua rete Wi-Fi. Puoi anche scaricare l'app Particle Dev per il tuo computer o iniziare a programmare utilizzando il browser. Torneremo al Photon nel passaggio 15.

Passaggio 4: il cardiofrequenzimetro

Nella foto puoi vedere la scheda del cardiofrequenzimetro e un cavo del sensore con 3 connettori per elettrodi e 3 sensori biomedicali abbinati. Dal momento che realizzeremo i nostri elettrodi in tessuto conduttivo per il nostro vestito, non è necessario utilizzare i cavi del sensore e gli elettrodi. Tuttavia, sono ottimi per la prototipazione e il test.

Prima di iniziare, consiglio anche di leggere la guida al collegamento del monitor della frequenza cardiaca di Sparkfun. Contiene molti dettagli su come funziona il cardiofrequenzimetro e su come devono essere disposti gli elettrodi.

Passaggio 5: taglio laser del pezzo superiore

Per prima cosa ho disegnato un pezzo superiore 2D usando Illustrator che ho ritagliato da un foglio acrilico nero da 1/8 "con un laser cutter. Poiché il cerchio al centro del disegno si illuminerà, ho ritagliato i petali corrispondenti da un 1 Foglio acrilico diffuso da /8". Inoltre, ho ritagliato tre cerchi acrilici diffusi di diverse dimensioni. Incolleremo quelli tra i petali e l'anello NeoPixel per una luce più diffusa. Altrimenti, vedresti i singoli LED sull'anello.

Passaggio 6: modellare l'acrilico

Dopo aver tagliato l'acrilico, è il momento di modellarlo e dargli una forma tridimensionale. Puoi usare una pistola termica, un asciugacapelli o qualsiasi altra cosa che funzioni più velocemente, come una stufa a gas. Fate attenzione durante il riscaldamento e toccate sempre le parti calde con un asciugamano. Una volta che inizia a diventare flessibile, modellalo come preferisci e aspetta che si raffreddi e si solidifichi di nuovo.

Passaggio 7: aggiunta dei petali traslucidi

Ora incolliamo i petali in acrilico trasparente all'interno dei ritagli corrispondenti. Se i petali in acrilico hanno segni di bruciatura sui bordi, puoi carteggiarli con carta vetrata. Mescola un po' di resina epossidica bicomponente e applica con cura la colla intorno ai bordi dei petali. Aiuta a tenere i pezzi con del nastro adesivo mentre li posiziona all'interno del pezzo superiore.

Passaggio 8: crea il tuo vestito

Nei prossimi passaggi disegneremo e cuciremo l'abito in pelle nera.

Mentre lavoravo al file Illustrator avevo già un'idea approssimativa per il design. Dopo aver drappeggiato un po' di tessuto e il pezzo superiore attorno al manichino, ho trovato il modello giusto: un vestito reggicollo con due pinces davanti e dietro e una cucitura divisoria in vita, una tasca per la batteria nella parte posteriore e una cerniera invisibile all'interno della cucitura laterale sinistra. Prima di tagliare il tuo bel tessuto, vale sempre la pena cucire il vestito con un tessuto più economico (chiamato anche mussola). Ciò ti dà la possibilità di regolare il modello e apportare piccole modifiche.

Passaggio 9: cucire il vestito

Ora traccia i modelli e cuci il vestito vero e proprio. Per prima cosa cuci le pinces nella parte anteriore e posteriore del vestito. Quindi cucire insieme i due pezzi davanti e due dietro, così come la fodera, il supporto per il collo e la cerniera invisibile. Alla fine, attaccheremo la tasca della batteria e le cinghie (passi 10 e 11). Ancora una volta, ho usato il laser cutter per tagliare le sei strisce di tessuto. Non è necessario, ma ti dà bordi davvero puliti che sono più facili da cucire ed è molto più veloce da tagliare!

Passaggio 10: collegare la tasca posteriore

Taglia un quadrato dal tessuto superiore e cuci piccole strisce di velcro sopra il bordo sinistro e destro. Piegare i bordi in velcro e cucirli all'interno del fazzoletto da taschino. Trova una buona posizione per la tasca della batteria (preferibilmente sopra la cucitura della vita) e fissala al vestito. Cucire il fondo della tasca sull'abito e la corrispondente striscia di velcro sul lato sinistro e destro.

Passaggio 11: preparare le strisce di tessuto

Le strisce di tessuto nella parte posteriore vengono utilizzate per collegare il pezzo superiore al vestito e per nascondere tutti i cavi che vanno dalla tasca della batteria ai LED nella parte anteriore. Prima di cucire insieme i bordi lunghi, inserire un occhiello in una delle strisce. Questo darà al vestito un aspetto più pulito quando spingi i fili attraverso e fuori dalla striscia. Quindi procedi a cucire i tunnel di tessuto e rivolta le strisce al rovescio. È più facile usare le pinzette.

Nella fase successiva, fai passare tre fili lunghi (abbastanza lunghi da passare dalla tasca della batteria ai LED nella parte anteriore) attraverso la striscia a occhiello, guidando i fili attraverso l'occhiello fuori dal tunnel. Segna ogni filo ad entrambe le estremità con del nastro adesivo in modo da sapere quale è quale. Quindi cucire le strisce sul pezzo superiore come mostrato nelle immagini.

Passaggio 12: finitura del pezzo superiore

Ora salda uno dei tuoi tre fili al pin GND (terra), uno al pin di ingresso dati e l'ultimo filo al pin +5 V (alimentazione). Assicurati di sapere quale filo è saldato a quale pin poiché non puoi risalire attraverso il tubo. Saldare una spina femmina a ciascuno dei tre fili. Non dimenticare di utilizzare un termoretraibile per fissare i giunti di saldatura facili da rompere. Con una pistola termica o una resina epossidica, incolla i tre cerchi di acrilico lattiginoso uno sopra l'altro e aspetta che si asciughino. Quindi centra i cerchi sopra l'interno dei petali di acrilico e incollali insieme. Dopo che la colla è asciutta, centra l'anello NeoPixel sulla parte superiore e applica la colla attorno ad esso. Non dimenticare di fissare i fili che corrono attorno all'anello sul retro del pezzo.

Passaggio 13: cucire le strisce di tessuto sul vestito

Ora metti il vestito e la parte superiore sul manichino e scopri dove vuoi posizionare le strisce. Aprire con cautela le cuciture nell'area contrassegnata e le cuciture in vita dietro la borsa della batteria (fodera e strato superiore). Ora fai passare le strisce di tessuto attraverso la fodera e lo strato superiore in modo che le strisce fuoriescano dalla cucitura in vita. Appuntare le strisce con la lunghezza desiderata nella giusta posizione e chiudere solo la cucitura superiore per ora.

Passaggio 14: integrazione degli elettrodi

Taglia tre quadrati di tessuto conduttivo. La prima immagine mostra dove devi posizionare gli elettrodi all'interno del vestito. Ho usato un punto zig-zag per cucire i quadrati sulla fodera. Gli elettrodi devono essere premuti sulla pelle nuda per aumentare il battito cardiaco. Altrimenti il tessuto conduttivo non può captare i segnali elettrici che attraversano il tuo corpo. Ora saldare un filo (consiglio un filo di silicone flessibile) su un bottone a pressione. Preparare tre fili in totale, uno per ogni elettrodo. Cuci i bottoni automatici dietro la fodera con la toppa in tessuto conduttivo, tra la fodera e lo strato superiore. È importante utilizzare un filo conduttivo per collegare gli elettrodi con il filo e successivamente con il microcontrollore. Quindi guida tutti e tre i fili attraverso il vestito fino a quando non fuoriescono dal punto aperto nella cucitura della vita dietro la batteria. Per proteggere un po' di più i fili li ho messi in un pezzettino di tubo di tessuto avanzato proprio dove li ho cuciti sopra per chiudere la cucitura aperta della vita. Tagliare i tre fili alla lunghezza desiderata e saldare un ponticello femmina su ciascuna estremità. Ciò è necessario per collegare gli elettrodi alla scheda Hart Rate Monitor. Ricorda che è importante sapere quale filo si collega a quale elettrodo.

Fin qui tutto bene. Il vestito è praticamente pronto.

Passaggio 15: modifica e carica il codice

Torniamo ora al software e all'hardware:

Dopo aver configurato Photon e installato Particle Dev (passo 3), scarica il codice del cardiofrequenzimetro. Se apri il file vedrai due cartelle, una chiamata photon e l'altra chiamata processing.

Vai avanti e apri Particle Dev e scegli File> Apri … nel menu a discesa. Passa alla cartella dei fotoni e fai clic su Apri. Sul lato sinistro, fai clic su WorkingPhotonHeartRateMonitor.ino per aprire il codice. Ora cambia i numeri di LED definiti nel codice con il numero di LED che stai utilizzando nel tuo progetto.

#define NUM_LEDS 24

Per il vestito ho usato 24 LED. Puoi anche cambiare il numero per gli altri pin se stai usando pin diversi. Il piccolo grafico offre una panoramica. Se vuoi cambiare il pin del pulsante della modalità, fai clic sul file button.h e cambia il numero 6 nel pin che stai utilizzando.

#define MODEBUTTON 6

Se lo desideri, puoi aggiungere un piccolo pulsante a questo pin per passare dalla modalità live ad alcuni dati del battito cardiaco registrati. È una bella caratteristica da avere se il vestito su un manichino. Dopo aver collegato gli elettrodi al tuo corpo (nel passaggio successivo), puoi semplicemente aprire il monitor seriale, registrare i tuoi dati e sostituire i numeri con i tuoi battiti cardiaci nel file recorderData.h.

Passaggio 16: assemblare l'hardware

Prima di saldare tutti i componenti elettronici su una 'Breadboard Perma-Proto Half-sized', usa una normale breadboard per testare prima i tuoi dispositivi elettronici. Collegare il cardiofrequenzimetro, il pulsante e i LED ai pin dei fotoni definiti nel codice. Attacca gli elettrodi al tuo corpo come mostrato nell'immagine, assicurandoti che gli elettrodi corrispondano ai pin corretti. Ora puoi aprire il monitor seriale del fotone e ottenere i dati del battito cardiaco tramite il tuo WiFi locale.

Se vuoi vedere il diagramma ECG sul tuo monitor devi scaricare Processing. In Elaborazione, apri lo schizzo nella cartella di elaborazione ed esegui lo schizzo facendo clic sulla freccia nell'angolo sinistro. Se tutto è impostato correttamente, si aprirà una finestra e potrai vedere l'attività del tuo cuore. Aiuta a muoversi il meno possibile e ci vuole un po' di tempo prima che il segnale biologico sia abbastanza stabile per una visualizzazione pulita. Per ulteriori informazioni e/o risoluzione dei problemi, consulta la guida al cardiofrequenzimetro di Sparkfun. Potrebbe essere necessario modificare la riga nello schizzo che contiene Serial.list()[3] e modificare il numero in base alla porta su cui si trova il monitor seriale. Se non sei sicuro del numero, prova da 0 a 6.

Passaggio 17: saldatura su Perma-Proto

Per collegare i nostri elettrodi e-textile personalizzati integrati con la scheda, e non gli ingombranti elettrodi appiccicosi, saldare un'intestazione su ciascuno dei pin RA (braccio destro), LA (braccio sinistro) e RL (gamba destra) sulla scheda.

Se tutto funziona, puoi saldare i componenti su una scheda perma-proto. Ho iniziato con il fotone, poi i fili e infine il cardiofrequenzimetro. Invece di saldare permanentemente i tre fili LED sulla scheda, ho usato tre fili di ponticello maschio (Data, VCC e GND) per collegarli ai fili LED.

Un power bank da 5 V come alimentatore funziona benissimo per il fotone perché è ricaricabile. Puoi anche usarlo per caricare altri dispositivi elettronici come il tuo smartphone.

Passaggio 18: collega i segnali cardiaci all'IoT

Ora sei pronto e puoi connettere la tua attività cardiaca all'Internet of Things.

Nota che il fotone deve sempre essere connesso a una rete wireless, altrimenti non smetterà di cercare e il tuo codice non verrà eseguito. In un futuro aggiornamento posso migliorarlo in modo che una connessione Internet sia facoltativa.

Se hai domande, non esitare a chiedere. Fare felice.

Secondo Premio al Concorso DIY Dress