دستگاه تنفس سبک تنفس با مانیتور ضربان قلب: 18 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

با شلوغ تر شدن جهان ، همه در یک محیط استرس فزاینده قرار دارند. دانش آموزان کالج حتی بیشتر در معرض استرس و اضطراب هستند. امتحانات مخصوصاً دوره های پر استرس برای دانش آموزان است و ساعت های هوشمند با تنظیمات تنفسی معمولاً مجاز به استفاده در امتحانات نیستند ، زیرا آنها همچنین می توانند پیام کوتاه ارسال کرده و به اینترنت متصل شوند.

"Breathe Light" یک دستگاه ساده نگرانه محور است که اتصال به اینترنت ندارد و در امتحانات مورد استقبال قرار می گیرد. این دستگاه مخصوص کاربر نیست و به شما امکان می دهد به راحتی با هر شخصی که نیاز به کنترل اضطراب دارد سازگار شود. با استفاده از مجموعه ای از چهار LED NeoPixel ، کاربر قادر خواهد بود مراحل انجام تمرینات تنفسی را دنبال کرده و همچنین ضربان قلب خود را قبل و بعد از تمرینات پیگیری کند تا مشخص شود آیا سطح استرس او کاهش می یابد یا خیر.

مرحله 1: مواد و ابزار مورد نیاز

مواد:

1. Adafruit Flora (14.95 دلار)
2. تخته نان (5.00 دلار)
3. Adafruit NeoPixels (4) (7.95 دلار)
4. PulseSensor (25.00 دلار)
5. گیره تمساح (3.95 دلار)
6. Breadboard Jumper Wires (3.95 دلار)
7. باتری لیتیوم یون پلیمری (9.95 دلار)
8. مقاومت 220 اهم (6.28 دلار)
9. دکمه فشاری (5.99 دلار)
10. انواع لگوها (10 تا 40 دلار) (توجه: به تعداد زیادی لگو نیازی ندارید)

هزینه کل: (94-124 دلار)

ابزارها:

1. نرم افزار آردوینو (رایگان) - الزامی است
2. انبردست بینی سوزنی (6 پوند) یا برش کوتیکول (4 پوند)- پیشنهاد می شود
3. کیت لحیم کاری/مواد (~ 11 دلار)- اختیاری

هزینه کل: (15-17 دلار)

مرحله 2: آماده سازی

قبل از شروع پروژه و استفاده از مواد بالا ، مهم است که دانش زمینه ای خوبی در مورد آنچه مورد استفاده قرار می گیرد توسعه دهیم.

فلور آدافروت

Adafruit Flora یک میکروکنترلر کوچک ، ساده و قدرتمند است که هم برای مبتدیان و هم برای متخصصان مفید است. بسیار کوچک است (فقط کمی بزرگتر از یک چهارم) و پوشیدنی است! تصویر بالا نمودار pinout را برای Adafruit Flora نشان می دهد. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد فلورا ، از پیوند زیر دیدن کنید:

learn.adafruit.com/getting-started-with-fl…

آدافروت نئوپیکسل

NeoPixels by Adafruit LED های RGB قابل آدرس دهی جداگانه هستند که به طور خاص برای پوشیدنی ها طراحی شده اند. NeoPixels زنجیره ای هستند ، به این معنی که شما فقط به یک پین اتصال به میکروکنترلر نیاز دارید تا هر تعداد LED را به دلخواه متصل کنید. می توان آنها را در آردوینو کد گذاری کرد ، اما برای آشنایی بیشتر و انجام NeoPixels به گونه ای که می خواهید به تمرین آنلاین ، تحقیق و مثال نیاز دارد. مراحل مختلف در پیوند زیر بسیار مفید است زیرا به شما در مورد نحوه کار NeoPixels اطلاع می دهد و نکات و مثالهای کدگذاری با Arduino را ارائه می دهد.

learn.adafruit.com/flora-rgb-smart-pixels/…

سنسور نبض

PulseSensor یک سنسور ضربان قلب plug and play برای آردوینو است تا داده های ضربان قلب زنده را برای پروژه های مختلف مانند این یکی جمع آوری کند! کتابخانه ای که می توان در Arduino بارگیری کرد (به زودی در زیر نشان داده می شود) دارای کدهای نمونه ای است که به شما کمک می کند در پیاده سازی PulseSensor در پروژه به یک متخصص فوری تبدیل شوید. پیوند زیر اطلاعات بیشتری را برای PulseSensor نشان می دهد و نمونه پروژه های کوچک را برای شروع افراد شرح می دهد.

pulsesensor.com/pages/getting-advanced

کتابخانه های آردوینو

برای اینکه کد برای عملکردها و دستورات خاصی با Flora ارتباط برقرار کند ، کتابخانه های زیر باید برای اجزای مختلف الکتریکی در Arduino نصب شود. برای بارگیری نرم افزار از این پیوند یا از پیوند در بخش "معرفی و لوازم" استفاده کنید

1. زمین بازی PulseSensor

   (توجه: مثال "PulseSensor_BPM" فایل آردوینو در ایجاد کد Breathe Light مفید بود)

2. کتابخانه Adofruit NeoPixel

   (توجه: مثال "Strandtest" فایل آردوینو در ایجاد کد Breathe Light مفید بود)

(توجه: برای راهنمایی بیشتر در زمینه نصب کتابخانه ها ، از پیوند زیر دیدن کنید:

GitHub

GitHub یک پلت فرم قدرتمند است که به افراد اجازه می دهد نرم افزار را با هم بسازند و به اشتراک بگذارند. کد ایجاد شده برای Breathe Light از طریق GitHub به اشتراک گذاشته می شود و در اینجا قابل دسترسی است. همچنین بعداً در مرحله 14 مورد آموزش قرار خواهد گرفت. کتابخانه های آردوینو و مثالهایی که در بالا ذکر شد و برای پروژه ضروری هستند نیز از طریق پیوندهای زیر GitHub قابل دسترسی است.

1. سنسور نبض
2. NeoPixel

برای اطلاعات بیشتر در مورد اینکه GitHub چیست و چرا مفید است ، این ویدیو را تماشا کنید.

مرحله 3: ایمنی

هنگام برخورد با هر نوع مدار الکتریکی ، از جمله مدارهایی که در این پروژه ایجاد می کنید ، مهم است که همه پروتکل های ایمنی الکتریکی را بشناسید و رعایت کنید تا پروژه خود را ایمن نگه دارید و مطمئن شوید که دچار شوک نخواهید شد. لیست زیر جزئیات چند مرحله ساده را که باید دنبال کنید ، توضیح می دهد.

1. هنگام حرکت و اتصال سیم به مدار ، فلور را به کامپیوتر وصل نکنید.
2. هنگام لمس سیمها یا سایر اجزای فلزی در مدار ، مطمئن شوید که برق خاموش است تا از عبور جریان در بدن جلوگیری کنید.
3. مایعات ، غذا و هر چیز دیگری که ممکن است قابل ریختن باشد را دور از مدار خود نگه دارید.
4. قبل از روشن کردن سیم ، هر بار سیم برق را خراب کنید.

هشدار:

این دستگاه پزشکی نیست و نباید در هیچ محیط بالینی برای تکیه بر اندازه گیری دقیق ضربان قلب استفاده شود. اگر می خواهید داده های دقیق ضربان قلب را بخواهید ، به پزشک خود مراجعه کنید. این به سادگی ابزاری است که به افراد در کاهش استرس کمک می کند ، و نباید برای تشخیص هرگونه بیماری مورد استفاده قرار گیرد.

مرحله 4: نکات و نکات

در زیر نکات و نکاتی است که باید هنگام ساخت Breathe Light در نظر داشته باشید.

عیب یابی راهبردها

1. اگر کد به درستی کار نمی کند ، توابع/بخش های مختلف کد را تقسیم کرده و آنها را آزمایش کنید تا مشخص شود مشکل کجاست.
2. قبل از شروع به کار با کد و پروژه ، از کدهای نمونه ای که در کتابخانه های آردوینو برای PulseSensor و NeoPixels آمده است استفاده کنید تا از عملکرد صحیح دستگاه ها اطمینان حاصل کنید.
3. قبل از جمع آوری داده ها برای حذف مصنوع حرکت احتمالی ، مطمئن شوید که PulseSensor دارای اتصال محکم و ایمن است.
4. هنگام سیم کشی ، هنگام اتصال به پورت های مشابه از سیم های رنگی یکسان استفاده کنید تا دچار سردرگمی نشوید.
5. از کابل های بلوز کوچک برای محکم کردن سیم ها استفاده کنید تا هنگام حرکت دستگاه اتصال خود را از دست ندهند.
6. اگر به آهن لحیم کاری دسترسی دارید ، از آن برای ایمن سازی اتصالات سیم که ممکن است به خوبی کار نکند ، استفاده کنید.

بینش ها

• برای صرفه جویی در وقت ، قبل از استفاده از سیم ، با استفاده از گیره تمساح نمونه اولیه را آزمایش کنید.

• برای صرفه جویی در وقت و ناامیدی ، سیم ها را محکم بکشید تا با هر NeoPixel ارتباط محکم و ثابتی برقرار کنید.

  Lego's همچنین در ایمن سازی فلور و باتری بسیار مفید است

مرحله 5: مونتاژ قسمت 1a

برای اتصال پورت شماره 6 در FLORA با استفاده از گیره تمساح شروع کنید. سپس از یک گیره تمساح دیگر برای اتصال پورت GND استفاده کنید. همین کار را با پورت VBATT در FLORA انجام دهید.

مرحله 6: مونتاژ قسمت 1b

اکنون ، گیره تمساح متصل به پورت 6 را به پیکان رو به داخل در NeoPixel وصل کنید. گیره پورت GND را به (-) در NeoPixel و گیره پورت VBATT را به (+) در NeoPixel وصل کنید.

ما از این مجموعه برای آزمایش هر NeoPixel استفاده کردیم تا ببینیم آیا با دستورالعمل های صفحه NeoPixel Adafruit کار می کند یا خیر.

مرحله 7: مونتاژ قسمت 2

پس از تأیید عملکرد هر یک از NeoPixels ، می توانید ساخت Breathe Light را شروع کنید!

با اتصال سیم به FLORA در VBATT ، #12 ، #6 ، GND و #10 شروع کنید. برای جلوگیری از سردرگمی ، رنگهایی را انتخاب کنید که با هر یک از پورت ها مطابقت داشته باشد. در مراحل بعدی آنها را به تخته نان متصل می کنیم.

مرحله 8: مونتاژ قسمت 3

در مرحله بعد ، ساخت زنجیره NeoPixels را آغاز می کنیم. مانند مرحله اول ، ما در نهایت (+) را به پورت VBATT ، (-) را به پورت GND متصل می کنیم و فلش ها جهت جریان سیگنال را در خط NeoPixels نشان می دهند. من با آخرین مورد شروع کردم و به راه خود ادامه دادم.

ابتدا فقط سیم ها را به NeoPixels در رنگ های مربوطه اضافه کنید. در تصویر ، می بینید که ما برای VBATT از رنگ سفید ، برای GND از رنگ سبز و برای سیگنالی که از پورت شماره 6 می آید استفاده کردیم. از انبردست بینی سوزنی استفاده کنید تا سیم را واقعاً در اطراف سوراخ های کوچک بپیچید. اگر انبردست بینی سوزنی ندارید ، می توانید از برش کوتیکول استفاده کنید.

(سیمهای قرمز کوچک در پس زمینه در مراحل بعدی توضیح داده خواهد شد. فعلا نگران آنها نباشید.)

مرحله 9: مونتاژ قسمت 4

درست مانند اولین سیم ، سیمهای دیگری را به NeoPixel اضافه کنید. اطمینان حاصل کنید که خط فلش ها از درگاه شماره 6 در FLORA به پایین زنجیر اشاره دارند.

سپس ، هر یک از سیم های سفید را به پین های (+) روی نان برد و سیم های سبز را به پین های (-) روی تخته نان متصل کنید. مطمئن شوید اتصالات مقداری کشش دارند تا سیم ها محکم شوند.

مرحله 10: مونتاژ قسمت 5

حالا سیم سبز را از GND به بالای پین های (-) وصل کنید. سیم سفید را از پورت VBATT به پین های (+) روی نان برد وصل کنید و سیم زرد شماره 6 را به ابتدای زنجیره NeoPixel خود وصل کنید.

سیم بنفش و سیم قرمز بعداً متصل می شوند.

(سیمهای قرمز نزدیک پایین به ایجاد تنش بین سیمهای زرد سیگنال بین NeoPixels کمک می کند ، اما بسته به میزان محکم بودن اتصالات ممکن است به آنها نیازی نداشته باشید)

مرحله 11: مونتاژ قسمت 6

بعد ، ما دکمه را به تخته نورد خود متصل می کنیم. با این کار اندازه گیری ضربان قلب و تمرین تنفسی اضطرابی آغاز می شود!

دکمه را مطابق تصویر قرار دهید. سپس از یک سیم سفید برای اتصال پایه دکمه بالا به (+) استفاده کنید. مقاومت 220 اهم را بین پین پایینی در همان سمت و پین های (-) قرار دهید. در نهایت ، سیم قرمز شماره 10 را به پین دکمه سمت راست پایین وصل کنید.

مرحله 12: مونتاژ مرحله 7

اکنون ، سنسور نبض را وصل می کنیم! سیم حسگر قرمز را به پین های (+) روی نان برد و سیم سنسور سیاه را به پین های (-) وصل کنید. بعد ، سیم سنسور بنفش و سیم بنفش که از درگاه شماره 12 می آید را در یک ردیف قرار دهید تا آنها را به هم وصل کنید.

مرحله 13: مونتاژ مرحله 8

با استفاده از انواع مختلف Legos ، یک پلت فرم برای نشستن FLORA و یک حفره کوچک برای بسته باتری لیتیوم ایجاد کنید. اطمینان حاصل کنید که فلورا مقداری کشش روی آن داشته باشد تا سیم های زرد به درستی به هم متصل شوند. برای این کار از لگوهای زرد رنگی که در تصویر بالا مشاهده می کنید استفاده کردیم.

بسته به اندازه تخته نان شما اندازه پلت فرم لگو متفاوت خواهد بود ، اما مطمئن شوید که FLORA می تواند صاف بنشیند ، با سیم های زرد سیگنال کمی کشش وجود دارد و یک حفره برای قرار دادن بسته باتری وجود دارد.

مرحله 14: مونتاژ مرحله 9

برای اتمام مونتاژ ، پلت فرم Lego را با FLORA در کنار تخته نان اضافه کنید. باتری را به FLORA وصل کنید.

مرحله 15: مونتاژ مرحله 10: کد را بارگذاری کرده و مونتاژ را تمام کنید

آخرین مرحله بارگذاری این کد در Breathe Light است. پس از بارگذاری کد ، Breathe Light هنگامی که کلید ON در وسط FLORA فعال است باید قابل حمل باشد!

نحوه دریافت کد از GitHub به Flora

1. برای دسترسی به وب سایت GitHub از پیوند بالا استفاده کنید.

2. روی "Clone or Download" کلیک کنید

   روی "بارگیری ZIP" کلیک کنید

3. فایل فشرده بارگیری شده را در مکان دلخواه در رایانه خود ذخیره کنید.
4. فایل "Breathe_Light_V3.0" را در آردوینو باز کنید.
5. در بخش "Tools" در نوار بالای آردوینو ، به "Board:" بروید و "Adafruit Flora" را انتخاب کنید
6. در نهایت (با Flora متصل به رایانه خود) ، روی "بارگذاری" (پیکان سمت راست در بالای صفحه خود) کلیک کنید.

پس از اتمام مراحل بالا ، کد باید در Flora بارگذاری شود. فلور را می توان از رایانه جدا کرد و Breathe Light آماده استفاده است!

مرحله 16: مونتاژ مرحله 11: توضیح کد

این کاری است که کد انجام می دهد:

ابتدا ، کد ضربان قلب اولیه سوژه را با استفاده از PulseSensor جمع آوری کرده و آن را از طریق چهار NeoPixel جداگانه که در یک خط هستند نمایش می دهد. بر اساس میزان ضربان قلب ، مجموعه ای از LED ها/رنگها نمایش داده می شوند. به عنوان مثال ، اگر ضربان قلب 76 باشد ، 3 NeoPixel وجود دارد که با رنگ آبی روشن می شوند. این رنگها/آستانه ها از طریق برچسب روی دستگاه (در بالا دیده می شود) به سوژه داده می شود تا بداند ضربان قلب آنها چقدر است.

سپس ، پس از تشخیص ضربان قلب ، یک تمرین اضطرابی انجام می شود که به دم و بازدم عمیق ، آهسته کمک می کند. در ابتدای این تمرین ، هر چهار LED سبز هستند. با ادامه تمرین ، LED ها یکی یکی آبی می شوند که مربوط به زمانی است که فرد باید در حال استنشاق باشد. پس از روشن شدن هر چهار LED ، سوژه باید نفس خود را حبس کند و با روشن شدن دوباره LED ها می توانند به آرامی بازدم کنند. پس از انجام تمرینات اضطرابی ، کد دوباره ضربان قلب فرد را تشخیص داده و نمایش می دهد تا مشخص شود که آیا او قادر به آرام شدن است یا خیر.

مرحله 17: نمودار مدار

این نمودار مدار در EAGLE ساخته شده است. همه چیز در مستطیل بزرگ ریزپردازنده Adafruit FLORA است. جزئیات زیادی دارد ، اما به طور کلی در داخل مستطیل قرار دارد. همه اجزایی که ما به FLORA اضافه کردیم در زیر مستطیل بزرگ قرار دارند.

4 نئوپیکسل را می توان به خروجی D6* FLORA متصل مشاهده کرد. دکمه به IO10* و سنسور نبض از طریق پورت IO12* به FLORA متصل است.

مرحله 18: ایده های بیشتر

راه های زیادی وجود دارد که از طریق آنها می توان Breathe Light را بیشتر استفاده کرد ، و در اینجا چند پیشنهاد وجود دارد.

• پوشیدنی آن را استفاده کنید: از سربند یا بند ساعت (مانند این بند) استفاده کنید و از نخ هادی برای ایجاد تمام اتصالات سیم استفاده کنید.
• برای ایجاد یک تمرین تنفسی جذاب تر (مانند افزودن رنگ های بیشتر) ، به تابع () stressExercise اضافه کنید.
• NeoPixel های جداگانه را با یک NeoPixel Ring یا NeoPixel Array جایگزین کنید تا LED های بیشتری اضافه کنید و قابلیت های هر دو عملکرد heartRateDisplay () و اضطراب () را افزایش دهید.