Sensor bàsic de respiració del cinturó: 8 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

Al món de la biosensibilitat, hi ha moltes maneres de mesurar la respiració. Es pot utilitzar un termistor per mesurar la temperatura al voltant de la fossa nasal, però de nou potser no voleu que hi hagi un instrument estrany lligat al nas. També es pot fixar un acceleròmetre a un cinturó que es mou cap amunt i cap avall, però el subjecte probablement hauria d'estar estirat o no moure's d'una altra manera. Tot i que aquest sensor de respiració bàsic i flexible de cinturó té els seus inconvenients (la resposta del senyal no és tan precisa com altres mètodes), és bo si el subjecte només vol fixar-se i fer el que vulgui fer mentre respiri s'està mesurant. Aquí teniu un exemple d’un sensor de respiració bàsic, destinat a viure a l’interior d’un cinturó flexible que us fixeu al voltant d’un pit. Quan el pit en qüestió s’expandeix i es contrau a través de la respiració d’aire cap als pulmons, la resistència d’un tros de cordó de goma estirable incorporat canvia. Utilitzant només uns quants components més, podem traduir-ho en un senyal analògic llegit en directe pel vostre Arduino. Això es fa mitjançant la màgia del circuit divisor de voltatge molt essencial i fàcil d’aprendre.

AVÍS: Abans de començar, heu de saber que els equips de biosensibilitat no provats i inestables sempre contenen risc de perill. Si us plau, proveu i creeu aquest circuit amb una font d’alimentació de la bateria; faré tot el possible per mostrar-vos com fer aquest circuit per assegurar-vos que no us perjudicarà, però no assumeixo cap responsabilitat pels accidents que es puguin produir. Utilitzeu el sentit comú i proveu sempre el vostre circuit amb un multímetre abans de fixar-vos qualsevol cosa al pit.

Pas 1: EL QUE NECESSITARÀ

1) Qualsevol microcontrolador amb una entrada analògica funcionarà, però en aquest exemple utilitzaré un Arduino Uno. Si en necessiteu un, podeu obtenir-lo a Adafruit o Sparkfun.

2) Cordó de goma conductor. Aquest sorprenent cable actuarà com una resistència variable i canviarà de resistència a mesura que s’estiri o s’alliberi. Disponible a Adafruit o Robotshop té una gran varietat de longituds amb acabats metàl·lics pre-connectats

3) Un multímetre

4) Un LED

5) Una resistència de 1K

6) Una resistència desplegable (esbrinarem quin valor té més endavant!)

7) Cinta adhesiva

8) Un foradat o unes tisores

9) cables de pont

10) Una pissarra

11) 2 clips de cocodril

Tingueu en compte que, com passa amb tots els equips de biosensibilitat, aquest projecte és el més segur si el vostre Arduino funciona amb bateries.

Per completar aquest projecte, és possible que també necessiteu:

· Soldador i soldador

· Pistola de cola calenta

· Talls de filferro

· Decapant de filferro

· Mans ajudants

· Vici, eina de crimpat o un gran parell d’alicates

· 2 o més terminals de crimpat anellat

Pas 2: tallar el cable i connectar terminals conductors

Tot i que podeu utilitzar qualsevol longitud de cordó de goma de 2 "a 8" per a aquest experiment, les longituds de goma més curtes són més econòmiques i no necessiteu una quantitat molt gran per fer la feina. Si heu comprat una goma llarga, us recomanaria que en talleu una de 4”. Talleu aquesta longitud i prepareu-vos per fixar un extrem conductor als dos extrems.

Agafeu un connector de terminal, com un d’ells que es mostra a la part superior, i enganxeu un extrem del cable de goma conductor a l’extrem d’un dels connectors de terminal i ajusteu-ne l’extrem. Podeu fer servir un vici o els extrems dels separadors de filferro per fer-ho, però tingueu cura de no aixafar el terminal massa fort per no trencar-vos ni tallar-vos la goma. Si ho feu i el cable es talla, torneu-ho a provar amb un altre connector de terminal. Encara hauríeu de tenir molt de temps per aconseguir aquesta gesta. Si fa menys de 2”, probablement hauríeu de tornar-ho a provar amb una longitud nova de 4”. No us preocupeu, ho aconseguirà! Un cop ho hàgiu aconseguit per un costat, genial! Repetiu per l'altre costat. Ara heu acabat!

Ara teniu un cable de goma conductor amb un terminal adequat a cada extrem. Mesurem quins són els rangs d’aquest cable amb un multímetre.

Pas 3: mesureu la vostra resistència

Gireu el dial del multímetre al símbol d’ohm (Ω) i enganxeu els extrems vermells i negres del multímetre a banda i banda del cable conductor.

Si encara no esteu segur de com utilitzar el multímetre, podeu refrescar-vos amb aquest tutorial de Lady Ada.

Tot i que el nombre pot saltar una mica mentre el mesureu, aquests números us donen una idea de la resistència del cordó quan està en repòs. Preneu la millor idea, escriviu la resistència de repòs del cordó i, tot seguit, arrodoneu-lo al múltiple més proper de 10. (és a dir: 239 = 240, 183 = 180)

Ara, tenint cura de fixar les sondes del multímetre al seu lloc amb una mà, utilitzeu l’altra mà per estirar suaument el cable. Només podeu estirar aquestes coses fins a aproximadament el 50% -70% de la seva longitud original, així que no estireu massa. Observeu com han canviat els valors de resistència del multímetre. Deixeu-lo anar i repeteix aquest procés unes quantes vegades per veure com la resistència passa del seu mínim al màxim. A mesura que l’estireu, la resistència augmenta perquè les partícules de la goma s’allunyen més. Un cop alliberada la força, la goma es reduirà, tot i que triga un minut o dos a tornar a la seva longitud original. A causa d’aquestes limitacions físiques, aquest cable elàstic no és un veritable sensor lineal, de manera que no és increïblement precís, però hi ha maneres de treballar amb això en la construcció del sensor. Estireu el cable una vegada més al màxim i, amb cada extrem de les sondes multimètriques al seu lloc a banda i banda del cable de goma, escriviu el valor de resistència, arrodonit una vegada més al múltiple més proper de 10.

Pas 4: fórmula Axel Benz

Utilitzarem un circuit senzill de divisió de tensió per utilitzar la resistència variable del cable estirat com a sensor de respiració. Si voleu saber més sobre els circuits de divisió de tensió, bàsicament són algunes resistències en sèrie que converteixen un voltatge gran en un de més petit. Depenent dels valors de les resistències que utilitzeu, podeu tallar els vostres 5V des del vostre Arduino en porcions més grans o més petites de si mateix amb una resistència desplegable, que és útil per a la lectura analògica. Si voleu obtenir més informació sobre les matemàtiques darrere dels circuits de divisió de voltatge, mireu l’excel·lent tutorial de Sparkfun.

Tot i que sabem que el valor de la primera resistència del circuit (el sensor d’estirament) estarà en flux constant, hem d’utilitzar un valor de resistència adequat per a la resistència desplegable per tal d’obtenir un senyal el més agradable i variat possible..

Per començar, utilitzeu la fórmula Axel Benz:

Pull-Down-Resistor = squareroot (Rmin * Rmax)

Per tant, si el valor mínim del cordó estirable és de 130 ohms i el màxim és de 240 ohms

Resistència desplegable = squareroot (130 * 240)

Resistència desplegable = squareroot (31200)

Resistència desplegable = 176,635217327

Per tant, ara hauríeu de mirar la vostra col·lecció de resistències i esbrinar quina és la vostra millor resistència "per ara". Si només teniu una col·lecció de bits i bobs aleatoris, aquesta calculadora de banda de colors de resistències us pot ser útil. Parlar aquesta resistència pot estar bé, probablement no tingueu la resistència perfecta a mà. Mentre utilitzeu el circuit, és possible que hàgiu de canviar-lo per un altre de totes maneres, però això us donarà un bon començament per començar a jugar.

Finalment, arrodoneixo el número al múltiple més proper de 10.

Resistència de baixada = 180ohms

Pas 5: prepareu la vostra taula de pa

Amb cables jumper, connecteu el pin de 5 V de l’Arduino al rail d’alimentació de la taula de connexions i, a continuació, connecteu un pin GND al rail de terra de la taula de treball.

M’agrada treure 5V de l’Arduino perquè això garanteix que no us hagueu de preocupar d’enviar massa voltatge als pins analògics. També podeu utilitzar el pin de tensió 3v3, però trobo que obtinc un millor senyal en utilitzar 5v.

Connecteu la resistència desplegable a terra.

Agafeu els dos clips de cocodril i fixeu-los als terminals a banda i banda del cable elàstic de resistència variable. Connecteu un extrem d’aquests clips de cocodril al carril de 5V. Connecteu l'altre clip de cocodril a un cable de la configuració que es mostra als diagrames.

Assegureu-vos que els "altres" extrems de la resistència desplegable i el cable elàstic conductor estiguin connectats, connecteu ara un cable de pont des d'un pin analògic (fem servir A0) al centre d'aquests dos punts de connexió.

Finalment, connecteu un LED amb una resistència de 1 k al pin 9 del vostre Arduino.

Pas 6: programa el teu Arduino

Nota: Acabo de veure que els usuaris de GitHub Non0Mad han millorat el meu codi. (Gràcies) Proveu aquest codi si ho preferiu:

Si preferiu provar el que he fet, executeu l'esbós adjunt "RespSensorTest.ino" al vostre Arduino.

Tingueu cura de no tocar el metall exposat, aixequeu els dos clips de cocodril i estireu la goma. Mireu que el LED s’esvaeix i entra mentre s’estira. Obriu el monitor de sèrie i observeu el canvi de voltatge analògic. Si no esteu satisfet amb els valors que s’esvaeixen o amb els vostres números, podeu provar algunes coses:

1) Proveu de canviar un altre valor de resistència desplegable que sigui similar a l'últim que heu utilitzat. Fa una diferència positiva? (Aquesta és la millor manera de fer-ho)

2) Si realment només voleu encendre el LED, proveu de jugar amb la variable scaleValue per veure si podeu produir millors intervals d’aquesta manera. (Aquesta pot ser la forma més senzilla de fer-ho)

Quan estigueu prou feliços amb els vostres números i la vostra brillantor LED, és hora de prototipar un model per portar-lo al pit! Apagueu l'Arduino i inhabiliteu l'alimentació de la taula de proves per al següent pas.

Pas 7: feu un prototip de banda de respiració

La forma més ràpida de fer un prototip de banda és simplement posar alguna cosa junt amb una cinta adhesiva. Agafeu una llarga franja de cinta adhesiva (aproximadament 30”-36” hauria de cobrir la majoria, però en definitiva, això és només la circumferència del pit) i plegueu-la perquè els costats enganxosos s’enganxin a si mateixos. Feu forats a banda i banda de la cinta adhesiva, de manera que s’assembli a un cinturó.

Utilitzeu cargols per fixar els terminals als forats perforats que heu fet per al sensor i connecteu perfectament el llarg tros de cinta adhesiva a un bucle que porteu al pit. Voleu assegurar-vos que el vostre "cinturó" s'adapti bastant bé a vosaltres o al plexe solar del vostre subjecte, però assegureu-vos que hi hagi prou espai perquè les respiracions entrants estenguin el cordó.

Finalment, torneu a connectar els clips de cocodril i torneu a connectar cadascun dels ponts des de l’extrem del cable elàstic conductor al lloc que hi ha a la taula. Ara estem preparats per provar el prototip.

Pas 8: proveu el prototip

Enceneu l'Arduino i executeu l'esquema anterior. Com van aquests valors analògics? Teniu una bona resolució de dades amb la respiració? El LED té una bona variància de llum mentre respireu i sortiu? Si no, proveu de canviar la resistència desplegable per un valor proper per veure si els valors que llegiu milloren.

Quan us hàgiu decidit per la resistència desplegable ideal, alegreu-vos! El vostre circuit s'ha completat, la respiració s'està enregistrant i el LED seguirà feliçment la respiració.

L’ideal seria que vosaltres o algú altre us acabés cosint una banda de teixit sintètic no conductor amb una mica d’estirament i un cinturó d’anells en D per estrènyer-lo. (El velcro està bé com a fixador, però de vegades és un embolic total amb roba i jerseis.) Podeu cosir el cordó conductor de manera segura en aquesta banda, de fet, els terminals circulars són ideals per subjectar-los a una tela. Per a alguna cosa una mica més permanent que els clips de cocodril, és possible que vulgueu simplement soldar uns quants cables multicatenaris molt llargs als extrems dels connectors de terminals i connectar-los al vostre circuit.