TfCD - AmbiHeart: 6 passaggi (con immagini)

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

introduzione

La consapevolezza delle funzioni vitali del nostro corpo può aiutare a rilevare problemi di salute. La tecnologia attuale fornisce strumenti per effettuare misurazioni di una frequenza cardiaca in ambiente domestico. Nell'ambito del corso di master Advanced Concept Design (sottocorso TfCD) presso l'Università tecnica di Delft, abbiamo creato un dispositivo di biofeedback.

Di che cosa hai bisogno?

1 sensore di pulsazioni

1 LED RGB

3 resistenze (220 Ohm)

Arduino Uno

Batteria da 9V

tagliere

Custodie stampate in 3D

punti di forza

Presentare la misurazione con un colore chiaro è più semplice da capire e interpretare rispetto ai numeri grezzi. Potrebbe anche essere reso portatile. L'uso di microcontrollori e breadboard più piccoli consentirà di aumentare le dimensioni del contenitore. Il nostro codice utilizza valori medi della frequenza cardiaca, ma con piccole modifiche al codice è possibile adattare il feedback a valori più specifici per la fascia di età e le condizioni di salute.

Debolezze

Il principale punto debole è la reattività del sensore di frequenza cardiaca. Ci vuole del tempo per rilevare la frequenza cardiaca e mostrare il feedback desiderato. Tale ritardo potrebbe essere significativo a volte e potrebbe portare a prestazioni errate.

Passaggio 1: preparazione dell'elettronica

Il sensore del battito cardiaco si basa sul principio della fotopletismografia. Misura la variazione di volume del sangue attraverso qualsiasi organo del corpo che provoca un cambiamento nell'intensità della luce attraverso quell'organo (una regione vascolare). In questo progetto, la tempistica degli impulsi è più importante. Il flusso del volume sanguigno è deciso dalla frequenza delle pulsazioni cardiache e poiché la luce viene assorbita dal sangue, le pulsazioni del segnale sono equivalenti al battito cardiaco.

Innanzitutto, il sensore di impulsi deve essere collegato ad Arduino per rilevare i BPM (battiti al minuto). Collegare il sensore pulsazioni ad A1. Il led sulla scheda Arduino dovrebbe lampeggiare in sincronia con il rilevamento di BPM.

In secondo luogo, posiziona un LED RGB insieme a 3 resistori da 220 Ohm collegati come mostrato nel diagramma schematico. collegare il pin rosso al 10, il pin verde al 6 e il pin verde al 9.

Passaggio 2: programmazione

Utilizzare la misurazione della frequenza cardiaca per far pulsare il LED alla frequenza calcolata. La frequenza cardiaca a riposo è di circa 70 bpm per la maggior parte delle persone. Dopo che un LED è in funzione, puoi utilizzarne un altro in dissolvenza con IBI. Una normale frequenza cardiaca a riposo per gli adulti varia da 60 a 100 battiti al minuto. Puoi classificare il BPM in questo intervallo in base al soggetto del test.

Qui abbiamo voluto testare su persone a riposo e quindi abbiamo classificato il BPM sopra e sotto questo intervallo in cinque categorie di conseguenza

Allarmante (sotto 40) - (blu)

Avviso (da 40 a 60) - (gradiente da blu a verde)

Buono (da 60 a 100) - (verde)

Avviso (da 100 a 120) - (gradiente da verde a rosso)

Allarmante (oltre 120) - (rosso)

La logica per classificare il BPM in queste categorie è:

se (BPM<40)

R=0

G=0

B=0

se (40 < BPM < 60)

R = 0

G = (((BPM-40)/20)*255)

B = (((60-BPM)/20)*255)

se (60 < BPM < 100)

R = 0

G = 255

B = 0

se (100 < BPM <120)

R = (((BPM-100)/20)*255)

Sol = (((120-BPM)/20)*255)

B = 0

se (120 < BPM)

R = 255

G = 0

B = 0

Puoi utilizzare l'app Processing Visualizer per convalidare il sensore del polso e vedere come cambiano BPM e IBI. L'uso del visualizzatore richiede librerie speciali, se pensi che il plotter seriale non sia utile, puoi utilizzare questo programma, in cui elabora i dati BPM in un input leggibile per il visualizzatore.

Esistono diversi modi per misurare il battito cardiaco utilizzando il sensore del polso senza librerie precaricate. Abbiamo utilizzato la seguente logica, utilizzata in una delle applicazioni simili, utilizzando cinque impulsi per calcolare il battito cardiaco.

Five_pusle_time=time2-time1;

Single_pulse_time= Five_pusle_time /5;

rate=60000/ Single_pulse_time;

dove time1 è il primo valore del contatore di impulsi

time2 è il valore del contatore di impulsi dell'elenco

la frequenza è la frequenza cardiaca finale.

Passaggio 3: modellazione e stampa 3D

Per il comfort della misurazione e la sicurezza dell'elettronica è consigliabile realizzare una custodia. Inoltre impedisce che i componenti vengano cortocircuitati durante l'uso. Abbiamo progettato una forma semplice e maneggevole che segue l'estetica organica. È diviso in due parti: una parte inferiore con foro per il sensore di pulsazioni e nervature di supporto per Arduino e breadboard, e una parte superiore con una guida luminosa per dare un bel feedback visivo.

Fase 4: Prototipo elettromeccanico

Una volta che le custodie sono pronte, posizionare il sensore pulsazioni nelle nervature guida davanti al foro. Assicurati che il dito raggiunga il sensore e copra completamente la superficie. Per migliorare l'effetto del feedback visivo, copri la superficie interna della custodia superiore con una pellicola opaca (abbiamo usato un foglio di alluminio) lasciando un'apertura nel mezzo. Condurrà la luce in un'apertura specifica. Scollega l'Arduino dal laptop e collega una batteria di oltre 5 V (qui abbiamo usato 9 V) per renderlo portatile. Ora posiziona tutta l'elettronica nell'involucro inferiore e chiudi con l'involucro superiore.

Passaggio 5: test e risoluzione dei problemi

Ora è il momento di fare un controllo incrociato dei risultati! poiché il sensore è stato posizionato all'interno, appena prima dell'apertura dell'involucro, potrebbe esserci un piccolo cambiamento nella sensibilità del sensore. Assicurati che tutte le altre connessioni siano intatte. Se sembra che ci sia qualcosa di sbagliato, qui presentiamo alcuni casi per aiutarti ad affrontarlo.

I possibili errori possono essere sia con input da sensore che con output per LED RGB. Per risolvere i problemi con il sensore, ci sono poche cose che dovrai osservare. Se il sensore sta rilevando BPM, dovrebbe esserci un LED sulla scheda (L) che lampeggia in sincronia con il tuo BPM. Se non vedi un lampeggio, controlla il terminale di ingresso su A1. Se la spia sul sensore di pulsazioni non si accende, devi controllare gli altri due terminali (5V e GND). Il plotter seriale o il monitor seriale potrebbero anche aiutarti ad assicurarti che il sensore funzioni.

Se non vedi nessuna luce su RGB, per prima cosa devi controllare il terminale di ingresso (A1) perché il codice funziona solo se viene rilevato un BPM. Se tutto dai sensori sembra a posto, cerca i cortocircuiti trascurati sulla breadboard.

Passaggio 6: test utente

Ora, quando hai un prototipo pronto, puoi misurare la frequenza cardiaca per ricevere un leggero feedback. Nonostante ricevi informazioni sulla tua salute puoi giocare con diverse emozioni e controllare la risposta del dispositivo. Potrebbe anche essere usato come strumento di meditazione.