Dispositivo motivatore fitness: 22 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Siamo studenti di ingegneria che cercano di essere fisicamente in forma.

Sappiamo cosa vuol dire avere troppi compiti scolastici per uscire e fare esercizio. Per prendere due piccioni con una fava, abbiamo deciso di utilizzare un progetto finale in una delle nostre lezioni di ingegneria per effettuare letture di base del biosensore durante l'esercizio. Più specificamente, questo progetto consente all'utente di acquisire letture da un accelerometro (ACC) e da un elettromiogramma (EMG) trasmettendo le informazioni in uscita a due LED e un piccolo display digitale.

Se ti piacciono i circuiti, Arduino, la lavorazione del legno, la codifica, l'ingegneria biomedica o la saldatura, questo progetto potrebbe fare al caso tuo!

Guarda cosa stai facendo

Prima di iniziare questo progetto, prenditi un minuto per vedere cosa stai facendo nel video qui sopra.

In sostanza, questo progetto ti consente di combinare più sfaccettature di ciò che conosci. Se sei nuovo nell'ingegneria biomedica (BME) o nei biosensori, nessun problema. Ci sono due sensori primari che vengono utilizzati in questo progetto. Questi sensori sono un accelerometro e un elettromiogramma (EMG). Come suggerisce il nome, un accelerometro è semplicemente un sensore che misura l'accelerazione. In modo meno intuitivo, un elettromiogramma misura l'attività elettrica nel muscolo a cui sono attaccati gli elettrodi corrispondenti. In questo progetto, sono stati utilizzati tre bioelettrodi in gel di superficie da un cavo elettrico che misurava i segnali provenienti dal polpaccio del soggetto attaccato.

Materiali e strumenti

Materiali

Per costruire questo progetto, avrai bisogno di quanto segue:

• una scheda Arduino Uno (acquistabile su
• un alimentatore a batteria da 9V (acquistabile su
• un kit plug Bitalino (acquistabile su www.bitalino.com)
• un display Adafruit da 1,8" TFT breakout e shield oltre a una scheda prototipi perma di dimensioni ridotte (che può essere acquistata su www.adafruit.com)
• cavi per ponticelli assortiti, LED, resistori da 220 Ohm, saldatura e flusso (acquistabili su www.radioshack.com)
• Viti per legno da 1/2", chiodi di finitura da 5/8", un pezzo di lamiera d'acciaio da 4"x4" di 28 gauge, due piccole cerniere e un semplice meccanismo di chiusura (può essere acquistato su www.lowes.com)

• cinque piedi di tavola di legno

  Nota: il legno duro può essere acquistato su www.lowes.com, ma consigliamo di trovare un segatore locale e di utilizzare il legno di quella persona. Le dimensioni del legno utilizzato in questo progetto non sono sorprendentemente comuni, quindi le probabilità di trovare legno pretagliato con le dimensioni di spessore necessarie sono piuttosto ridotte

  Utensili

• un saldatore (che può essere acquistato da www.radioshack.com)

• molti strumenti per la lavorazione del legno, che sono inclusi nelle foto sopra ed elencati qui

  • una troncatrice (acquistabile su www.lowes.com)
  • una sega da banco Shopsmith o equivalente (acquistabile su www.shopsmith.com)
  • una pialla a spessore (acquistabile su www.sears.com)
  • un martello, punte da trapano, un metro a nastro e una matita (acquistabili su www.lowes.com)
  • un trapano a batteria e una batteria (acquistabili su www.sears.com)
  • una sega a nastro (può essere acquistata su www.grizzly.com)

Strumenti opzionali

• un dissaldatore (acquistabile su www.radioshack.com)
• una piallatrice (acquistabile su www.sears.com)

Preparazione

Anche se questo non è l'istruibile più impegnativo da intraprendere, non è nemmeno il più semplice. Sono necessarie conoscenze preliminari nella codifica, nei circuiti di cablaggio, nella saldatura e nella lavorazione del legno. Inoltre, il lavoro precedente con Arduino o Adafruit sarà utile.

Un semplice corso di programmazione o un'esperienza pratica in materia dovrebbe essere sufficiente per lo scopo di questo istruibile.

I circuiti di saldatura e cablaggio si imparano meglio eseguendo queste azioni. Mentre un corso di circuiti teorici può essere utile per la comprensione tecnica dei circuiti, è di scarsa utilità a meno che non ci siano stati costruiti dei circuiti! Durante il cablaggio, cerca di rendere il cablaggio il più semplice possibile. Evita di incrociare i cavi o di utilizzare cavi più lunghi del necessario, quando possibile. Questo ti aiuterà a risolvere i problemi del circuito quando sembra essere completato e non funziona correttamente. Durante la saldatura, assicurati di utilizzare un flusso sufficiente per mantenere la saldatura che scorre dove vuoi. Usare troppo poco flusso renderà semplicemente il processo di saldatura più frustrante di quanto dovrebbe essere. Tuttavia, non usare troppa saldatura. Quando si tratta di saldatura, l'aggiunta di troppo materiale di saldatura generalmente non aiuta a migliorare la connessione saldata. Piuttosto, troppa saldatura può far sembrare ragionevole la tua connessione, anche se è stata fatta in modo improprio.

La lavorazione del legno è un mestiere pratico. Ci vuole sicuramente un po' di pratica. Il background nelle proprietà del materiale del legno aiuta, come quello fornito in Wood da Eric Meier, specialmente se in futuro farai più progetti di lavorazione del legno. Tuttavia, questo non è richiesto. Avere visto un artigiano lavorare il legno o fare un po' di falegnameria dovrebbe essere un ampio background per questo progetto. Anche sapere come muoversi in un negozio di legno è essenziale. Comprendere quali strumenti svolgono determinate funzioni ti aiuterà a portare a termine il progetto in modo più rapido e sicuro di quanto potrebbe essere fatto altrimenti.

Siti utili

• www.github.com; questo sito aiuta a manipolare il codice
• www.adafruit.com; questo sito ti dice come cablare lo schermo TFT
• www.fritzing.com; questo sito ti aiuta a disegnare e concettualizzare i circuiti

Sicurezza

Prima di procedere, dobbiamo parlare di sicurezza. La sicurezza deve rimanere prima di tutto nel fare istruttori o quasi qualsiasi altra cosa nella vita, perché se qualcuno si fa male, non è divertente per nessuno.

Anche se questo istruibile incorpora biosensori, né le parti né il dispositivo assemblato sono un dispositivo medico. Non devono essere utilizzati per scopi medici o maneggiati come tali.

Questo istruibile prevede l'uso di elettricità, un saldatore e utensili elettrici. Con negligenza o mancanza di comprensione, queste cose possono diventare pericolose.

L'elettricità è necessaria per alimentare Arduino, display Adafruit e LED. È alimentato da una batteria da 9V. In generale, quando si interagisce con l'elettricità, è difficile essere troppo sicuri.

Tuttavia, seguono alcuni consigli utili per la sicurezza elettrica:

• Tieni le mani asciutte e assicurati che la pelle sia intatta.
• Se vi deve passare una corrente, cercate di mantenere i punti di entrata e di uscita sulla stessa estremità.
• Fornire mezzi di messa a terra, interruttori di circuito e interruttori di guasto per tutti i circuiti. Questi aiutano a prevenire il sovraccarico dei circuiti o la dispersione di corrente, se qualcosa va storto con il dispositivo o il percorso dell'elettrico.
• Non utilizzare dispositivi elettrici durante i temporali o in altri casi in cui gli sbalzi di tensione hanno un tasso di incidenza superiore al normale.
• Non immergere i dispositivi elettrici o cercare di usarli in un ambiente acquoso.
• Modificare i circuiti solo quando l'alimentazione è scollegata.

Un saldatore è un dispositivo elettrico. Qui valgono tutte le precauzioni di sicurezza per i dispositivi elettrici. Tuttavia, anche la punta del ferro diventa molto calda. Per evitare di scottarsi, evitare il contatto con la punta del ferro. Tieni il ferro e la saldatura in modo tale che se uno degli oggetti scivola dalla presa, le tue mani non toccheranno la punta del ferro.

Anche gli utensili elettrici richiedono elettricità. Con la presente, attenersi alle precauzioni di sicurezza elettrica mostrate sopra. Inoltre, sappi che gli utensili elettrici hanno molte parti mobili. Pertanto, tieni il tuo corpo e qualsiasi altra cosa a cui tieni lontano da queste parti quando gli strumenti sono in uso. Ricorda che l'utensile non sa cosa sta tagliando o lavorando. In qualità di operatore, sei responsabile del funzionamento sicuro degli utensili elettrici. Mantenere in posizione le protezioni e gli schermi di sicurezza durante l'utilizzo di utensili elettrici.

Suggerimenti e consigli

Le seguenti informazioni potrebbero essere utili in tutto questo istruibile. Non tutti i suggerimenti o i suggerimenti si applicano a ogni passaggio, ma il buon senso dovrebbe essere una guida su quali suggerimenti e suggerimenti si applicano in ogni caso.

• Durante il cablaggio, il colore del filo non ha importanza. Tuttavia, può essere utile stabilire uno schema di colori ed essere coerente con esso per tutto il progetto. Ad esempio, può essere utile utilizzare il filo rosso per una tensione fornita positiva nel circuito.
• I bioelettrodi devono essere posizionati su una parte del corpo ben rasata. I capelli causano un eccesso di rumore e artefatti di movimento nei segnali raccolti.
• È necessario impedire che i fili collegati ai bioelettrodi si muovano più del necessario per evitare artefatti da movimento. Un calzino o un nastro a compressione funziona bene per fissare questi fili.
• Saldare in modo appropriato. Assicurati che ogni connessione saldata sia sufficiente e controlla queste connessioni se il circuito sembra essere completo ma non funziona correttamente.
• Durante la piallatura, piallare pezzi di materiale non meno di sei pollici di lunghezza. La piallatura di pezzi inferiori a questa lunghezza può causare snipe o un eccessivo contraccolpo dei pezzi da lavorare.
• Allo stesso modo, non stare direttamente di fronte alla piallatrice. Piuttosto, posizionati accanto ad esso mentre i pezzi da lavorare vengono inseriti e ricevuti dalla piallatrice.
• Quando si utilizzano le seghe, assicurarsi che i pezzi da lavorare rimangano contro le protezioni o le recinzioni appropriate. Questo aiuta a garantire un taglio sicuro e preciso.
• Fornire fori pilota durante il fissaggio con viti o chiodi. La punta pilota dovrebbe avere un diametro più piccolo del dispositivo di fissaggio previsto, ma non meno della metà del diametro del dispositivo di fissaggio. Ciò aiuta ad evitare la spaccatura e la scheggiatura del legno da fissare, alleviando le eccessive sollecitazioni dovute alla presenza dell'elemento di fissaggio.
• Se si eseguono fori pilota per i chiodi, cercare di mantenere il foro pilota di un ottavo di pollice più superficiale della lunghezza prevista del chiodo. Questo aiuta a dare all'unghia qualcosa in cui affondare e fornisce ampio attrito per aiutare a tenere l'unghia in posizione quando è affondata.
• Quando si martella, guidare dritto sulla testa del chiodo con il centro della testa del martello. Fai oscillazioni moderate rispetto a oscillazioni esclusivamente conservative, poiché le oscillazioni conservative generalmente non forniscono energia sufficiente per guidare il chiodo, ma forniscono solo energia sufficiente per far piegare e piegare il chiodo in modi indesiderati.
• Usa l'artiglio del martello per rimuovere i chiodi che non guidano come previsto.
• . Tenere le mani lontane dalla linea di taglio delle lame della sega. Se qualcosa va storto, non vuoi che ti tagli la mano.
• Per risparmiare tempo, misura due volte e taglia una volta. In caso contrario, dovrai realizzare alcuni pezzi più di una volta.
• Utilizzare lame affilate sulla pialla a spessore e sulle seghe. Sulle seghe, le lame con un numero di denti più elevato sono utili per fornire un taglio regolare vicino alla qualità della finitura. Nella realizzazione di questo progetto, abbiamo utilizzato una lama di taglio di precisione da 96 denti da 12" sulla troncatrice a doppia inclinazione Dewalt e una lama con almeno 6 denti per pollice lineare sulla sega a nastro.
• Mantenere il motore di Shopsmith nell'intervallo di velocità consigliato per la configurazione della sega da banco. Assicurati che il tavolo sia regolato a un'altezza appropriata, esponendo la lama non più del necessario per eseguire ogni taglio.

Passaggio 1: iniziamo

Costruisci prima il componente del circuito. Inizia collegando l'alimentazione e la messa a terra alla scheda prototipi perma.

Passaggio 2: aggiunta dei biosensori

Collega i biosensori alla scheda prototipi perma e annota quale sensore è quale. Abbiamo usato il segnale a sinistra nel diagramma come accelerometro.

Passaggio 3: inclusi i LED

Quindi, aggiungi i LED. Tieni presente che la direzione del LED è importante.

Passaggio 4: aggiunta del display

Aggiungi il display digitale. Utilizzare il cablaggio fornito in questo sito Web per aiutare:

Passaggio 5: tempo di codifica

Poiché il circuito è ora completo, carica il codice su di esso. Il codice allegato è il codice che abbiamo utilizzato per completare questo progetto. L'immagine è un esempio di come dovrebbe apparire il codice una volta aperto correttamente. Qui è dove la risoluzione dei problemi può iniziare completamente. Se le cose funzionano correttamente, vengono prima letti i segnali dall'accelerometro. Se il segnale è al di sotto della soglia, il LED rosso si accende, il LED verde rimane spento e il display visualizza "Alzati!". Nel frattempo, se il segnale dell'accelerometro è al di sopra della soglia, il LED rosso si spegne, il LED verde si accende e lo schermo visualizza "Vieni!". Inoltre, viene quindi letto un segnale EMG. Se il segnale EMG è al di sopra di una soglia impostata, il display digitale legge "Ottimo lavoro!" Tuttavia, se il segnale EMG è al di sotto della soglia, lo schermo visualizza "Vai avanti!". Questo si ripete nel tempo e lo stato dei LED e dello schermo cambia quando gli input dell'accelerometro e dell'EMG lo richiedono. Le soglie impostate per l'accelerometro e l'EMG dovrebbero essere impostate in base alla calibrazione con il particolare soggetto a portata di mano durante gli stati di riposo ed esercizio fisico.

Per accedere a questo codice in GitHub, fai clic QUI!

Passaggio 6: piallatura

Iniziare a realizzare le scatole per contenere il circuito e la batteria.

Si noti che tutti i disegni mostrati di seguito hanno le dimensioni specificate in pollici, se non diversamente indicato.

Inizia piallando il legno necessario per il progetto fino allo spessore corretto con la pialla a spessore. Circa tre piedi e mezzo di tavola dovrebbero essere piallati con uno spessore di 1/2". Mezzo piede di tavola dovrebbe essere piallato con uno spessore di 3/8". Un altro mezzo piede di tavola dovrebbe essere piallato con uno spessore di 1/4". L'ultimo mezzo piede di tavola dovrebbe essere tale che un canale a U che forma il corpo della scatola della batteria possa essere realizzato come descritto in un passaggio successivo.

Passaggio 7: parte inferiore della casella principale

Rendi il fondo della scatola primaria alle dimensioni mostrate e fissa il circuito e Arduino ad esso. Clicca sull'immagine per rivelare queste dimensioni.

Passaggio 8: estremità della casella principale

Rendi le estremità della scatola principale alle dimensioni mostrate e fissale alla parte inferiore della scatola principale.

Passaggio 9: lati della scatola primaria - lato sensore

Continuare facendo il lato sensore della scatola primaria alle dimensioni mostrate e fissarlo al resto della scatola con chiodi di finitura.

Passaggio 10: lati della scatola principale - Lato dello schermo

Rendi il lato dello schermo della scatola principale alle dimensioni specificate e collegalo al resto della scatola.

Passaggio 11: controlla ciò che hai

A questo punto, controlla per assicurarti che la forma complessiva della scatola principale sia come quella mostrata qui, anche se alcune delle dimensioni devono differire a causa della tua scelta di hardware o posizionamento dell'hardware.

Passaggio 12: parte superiore della casella principale

Crea la parte superiore della casella principale come mostrato. Fare clic sull'immagine mostrata per espanderla a grandezza naturale e vedere le dimensioni associate.

Passaggio 13: tutto dipende da questo

Fissare la parte superiore della scatola primaria al resto della scatola primaria usando la cerniera all'estremità con i LED. Assicurati che la parte superiore della scatola sia quadrata con il resto della scatola prima di attaccare una delle piccole cerniere.

Passaggio 14: bloccalo

Installare un piccolo fermo sull'estremità anteriore della scatola, all'estremità opposta alla cerniera. Ciò impedisce l'apertura della scatola principale tranne quando necessario.

Passaggio 15: Allaccia le cinture

Per rendere portatile questo dispositivo, piegare il sottile pezzo di lamiera d'acciaio lungo una delle sue dimensioni in modo che una cintura possa adattarsi tra esso e il fondo della scatola primaria. Dopo averlo piegato, fissalo al fondo della scatola principale con viti per legno.

Passaggio 16: base del vano batteria

Ora è il momento di fare la scatola della batteria. Realizza la base di questa scatola alle dimensioni mostrate.

Passaggio 17: estremità del vano batteria

Quando abbiamo realizzato le estremità della scatola della batteria, abbiamo utilizzato materiale da 3/8 . Utilizzare le dimensioni specificate per realizzare le estremità e fissarle alla base della scatola della batteria.

Passaggio 18: parte superiore del vano batteria

Abbiamo realizzato la parte superiore della scatola della batteria tagliando del materiale da 1/4 a lunghezza con la troncatrice e alla larghezza corretta utilizzando una sega a nastro. Per vedere le dimensioni, fare clic sull'immagine per ingrandirla.

Passaggio 19: mettere il coperchio sulla scatola della batteria

Utilizzando la stessa procedura utilizzata per mettere il coperchio sulla scatola primaria, fissare il coperchio della scatola della batteria al corpo della scatola della batteria.

Passaggio 20: controllare la scatola della batteria

A questo punto, guarda sopra la scatola della batteria per assicurarti che assomigli in qualche modo all'immagine mostrata qui. In caso contrario, ora sarebbe un ottimo momento per rivisitare alcuni dei passaggi precedenti!

Passaggio 21: fissare la scatola della batteria alla scatola principale

Posiziona la scatola della batteria sopra la scatola principale. Utilizzare viti per legno o chiodi di finitura per completare il fissaggio della scatola della batteria alla scatola principale.

Passaggio 22: ulteriori idee

Se hai seguito questi passaggi, ce l'hai fatta! Dopo aver implementato l'hardware e il software, siamo stati in grado di utilizzare il dispositivo. Nella sua forma attuale, il dispositivo ha un'applicazione limitata, ma è ancora un'interessante combinazione di diversi aspetti del design. Le uscite fanno tutto ciò che volevamo dopo aver ricevuto i segnali dagli ingressi del biosensore. In tutto, il dispositivo pesa qualche chilo.

Nelle versioni future, sarebbe interessante far pesare meno il dispositivo e occupare meno spazio. Se ciò fosse possibile, il dispositivo diventerebbe più utile e potrebbe essere indossato più facilmente durante l'esercizio. Per renderlo realizzabile, ti consigliamo di sperimentare l'utilizzo di un micro Arduino e di stampare in 3D le scatole. Per risparmiare spazio, sarebbe bene sperimentare l'utilizzo di una batteria ricaricabile che occupi meno spazio di una semplice batteria da 9V. La dimensione della scatola della batteria potrebbe essere ridotta di conseguenza.