سنسور تنفس اولیه کمربند: 8 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

در دنیای حسگر زیستی ، روشهای زیادی برای اندازه گیری تنفس وجود دارد. می توان از ترمیستور برای اندازه گیری دمای اطراف سوراخ بینی استفاده کرد ، اما باز هم شاید شما نمی خواهید یک وسیله عجیب و غریب به بینی شما بسته شود. همچنین می توان شتاب سنج را به کمربندی متصل کرد که به بالا و پایین حرکت می کند ، اما احتمالاً سوژه باید دراز بکشد یا در غیر این صورت حرکت نمی کند. در حالی که این سنسور تنفسی کمربند اصلی دارای اشکالاتی است (پاسخ سیگنال به اندازه روشهای دیگر دقیق نیست) ، اما خوب است اگر سوژه شما فقط بخواهد خود را محکم ببندد و هر کاری را که می خواهد در حین نفس انجام دهد. در حال اندازه گیری است در اینجا نمونه ای از سنسور تنفس اساسی است که در داخل یک کمربند قابل انعطاف قرار گرفته است و شما آن را به دور قفسه سینه می بندید. وقتی سینه مورد نظر از طریق تنفس هوا در ریه ها منبسط می شود و منقبض می شود ، مقاومت قطعه ای از طناب لاستیکی قابل کشش تغییر می کند. با استفاده از چند قطعه دیگر ، می توانیم این را به سیگنال آنالوگ که توسط آردوینو شما به صورت زنده خوانده می شود ، تبدیل کنیم. این کار از طریق جادوی مدار تقسیم کننده ولتاژ بسیار ضروری و آسان برای یادگیری انجام می شود.

هشدار: قبل از شروع کار ، باید بدانید که تجهیزات بیوشیمیایی بی آزمایش و ناپایدار همیشه دارای خطر هستند! لطفاً این مدار را با منبع تغذیه باتری آزمایش کنید و ایجاد کنید- من همه کارها را می کنم تا نحوه انجام این مدار را به شما نشان دهم تا مطمئن شوید آسیبی نخواهید دید ، اما هیچ مسئولیتی در قبال حوادث احتمالی بر عهده نمی گیرم. از عقل سلیم استفاده کنید و همیشه مدار خود را با یک مولتی متر قبل از بستن هر چیزی روی سینه خود آزمایش کنید.

مرحله 1: آنچه شما نیاز دارید

1) هر میکروکنترلری با ورودی آنالوگ کار می کند ، اما در این مثال من از Arduino Uno استفاده می کنم. اگر به یکی نیاز دارید ، می توانید آن را از Adafruit یا Sparkfun تهیه کنید.

2) طناب لاستیکی رسانا. این طناب شگفت انگیز به عنوان یک مقاومت متغیر عمل می کند و با کشیده شدن یا رها شدن مقاومت آن تغییر می کند. در دسترس از Adafruit یا Robotshop دارای طول های متنوع با انتهای فلزی از پیش متصل شده است

3) یک مولتی متر

4) یک LED

5) یک مقاومت 1K

6) یک مقاومت کششی (ارزش این را بعداً خواهیم فهمید!)

7) نوار چسب

8) یک سوراخ یا یک قیچی

9) سیم های بلوز

10) یک تخته نان

11) 2 گیره تمساح

لطفاً توجه داشته باشید که مانند سایر تجهیزات حسگر زیستی ، اگر آردوینو شما از باتری تغذیه می کند ، این پروژه بی خطر است.

برای تکمیل این پروژه همچنین ممکن است نیاز داشته باشید:

· لحیم کاری و لحیم کاری

· چسب حرارتی تفنگی

· سیم کشی

· استریپر سیم

· دستهای کمک کننده

· معاون ، ابزار جمع کننده ، یا یک انبردست بزرگ

· 2 یا بیشتر پایانه های پیچ و مهره حلقوی

مرحله 2: سیم را بریده و پایانه های رسانا را وصل کنید

در حالی که برای این آزمایش می توانید از طول طناب لاستیکی از 2 "-8" استفاده کنید ، طول کوتاه لاستیک ارزان تر است و در واقع نیازی به مقدار فوق العاده زیادی برای انجام کار ندارید. اگر طول طولانی لاستیک خریداری کرده اید ، توصیه می کنم طول 4 اینچ را برش دهید. این طول را کوتاه کنید و آماده اتصال انتهای رسانا به هر دو انتها شوید.

یک اتصال دهنده ترمینال مانند یکی از آنها در تصویر بالا بگیرید و یک سر سیم لاستیکی رسانا را داخل انتهای یکی از اتصالات ترمینال خود بچسبانید و انتهای آن را با هم فشار دهید. برای این کار می توانید از نایب یا انتهای نوارهای سیم کشی خود استفاده کنید ، اما مراقب باشید که ترمینال را خیلی محکم نگیرید تا مبادا لاستیک خود را بچسبانید یا برش دهید! اگر موفق به انجام این کار شدید و سیم قطع شد ، کافی است دوباره با اتصال دهنده ترمینال دیگر امتحان کنید. شما هنوز باید طول زیادی برای انجام این کار داشته باشید. اگر کوتاه تر از 2 اینچ شد ، احتمالاً باید دوباره با طول 4 اینچی جدید دوباره امتحان کنید. نگران نباشید ، متوجه می شوید! وقتی این کار را از یک طرف انجام دادید ، درخشان! در طرف دیگر تکرار کنید. حالا تمام شدی!

اکنون یک طناب لاستیکی رسانا با یک ترمینال مناسب در هر انتهای آن دارید. اجازه دهید محدوده این سیم را با مولتی متر اندازه گیری کنیم.

مرحله 3: مقاومت خود را اندازه گیری کنید

صفحه مولتی متر خود را به نماد اهم (Ω) بچرخانید و هر دو انتهای قرمز و مشکی مولتی متر خود را به دو طرف طناب رسانای خود بچسبانید.

اگر هنوز از نحوه استفاده از مولتی متر خود مطمئن نیستید ، می توانید با این آموزش لیدی آدا تازه شوید.

اگرچه ممکن است هنگام اندازه گیری این عدد کمی دور بزند ، اما این اعداد به شما این ایده را می دهد که مقاومت سیم در حالت استراحت چقدر است. با بهترین حدس ، مقاومت بند ناف خود را در حالت استراحت بنویسید ، سپس آن را به نزدیکترین مضرب 10 (مانند: 239 = 240 ، 183 = 180) گرد کنید.

حال ، مراقب باشید که با یک دست پروب های مولتی متر را در جای خود ثابت کنید ، با دست دیگر خود به آرامی سیم را بکشید. فقط می توانید این ماده را تا زمانی که 50 تا 70 درصد طول اولیه آن باشد بکشید ، بنابراین زیاد آن را نکشید! مشاهده کنید که چگونه مقدار مقاومت در مولتی متر شما تغییر کرده است. رها کنید و چند بار این روند را تکرار کنید تا مقاومت از حداقل به حداکثر خود برسد. با کشیدن آن ، مقاومت افزایش می یابد زیرا ذرات لاستیک دورتر از یکدیگر حرکت می کنند. هنگامی که نیرو آزاد می شود ، لاستیک به عقب کوچک می شود ، اگرچه یک یا دو دقیقه طول می کشد تا به طول اولیه خود بازگردد. به دلیل این محدودیت های فیزیکی ، این طناب کششی یک سنسور خطی واقعی نیست ، بنابراین به طور شگفت انگیزی دقیق نیست ، اما راه هایی وجود دارد که می توانید با آن در ساخت سنسور خود کار کنید. طناب را یک بار دیگر به حداکثر خود بکشید و با هر سر پروب های مولتی متر در دو طرف سیم لاستیکی خود قرار دهید ، مقدار مقاومت را یادداشت کنید ، یکبار دیگر به نزدیکترین ضرب 10 گرد شده است.

مرحله 4: فرمول Axel Benz

ما قصد داریم از یک مدار تقسیم ولتاژ ساده برای استفاده از مقاومت متغیر طناب کششی به عنوان سنسور تنفس استفاده کنیم. اگر می خواهید درباره مدارهای تقسیم ولتاژ بیشتر بدانید ، اساساً چند مقاومت سری است که ولتاژ بزرگ را به ولتاژ کوچکتر تبدیل می کنند. بسته به مقادیر مقاومت هایی که استفاده می کنید ، می توانید 5 ولت خود را از آردوینو خود به قطعات بزرگتر یا کوچکتر از خود با مقاومت کششی برش دهید ، که برای Analog Read مفید است. اگر می خواهید درباره ریاضی پشت مدارهای تقسیم ولتاژ بیشتر بدانید ، به آموزش عالی Sparkfun نگاهی بیندازید.

در حالی که می دانیم مقدار اولین مقاومت در مدار (سنسور کشش) در یک جریان ثابت خواهد بود ، ما باید از یک مقاومت مناسب برای مقاومت کششی استفاده کنیم تا یک سیگنال تا حد ممکن زیبا و متنوع دریافت کنیم. به

برای شروع ، از فرمول Axel Benz استفاده کنید:

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

بنابراین اگر حداقل مقدار بند ناف شما 130 اهم و حداکثر آن 240 اهم باشد

مقاومت کشویی = مربع (130*240)

مقاومت کشویی = مربع (31200)

مقاومت کششی = 176.635217327

بنابراین اکنون باید به مجموعه مقاومت خود نگاه کنید و دریابید که بهترین مقاومت شما "در حال حاضر" چیست. اگر فقط مجموعه ای از بیت ها و باب های تصادفی دارید ، این ماشین حساب نوار رنگ مقاومت ممکن است برای شما مفید باشد. با قرار دادن این مقاومت می توان خوب بود ، شما احتمالاً مقاومت کاملی را در دست ندارید. در حالی که از مدار استفاده می کنید ممکن است متوجه شوید که به هر حال باید آن را با دیگری عوض کنید ، اما این به شما یک شروع عالی برای شروع بازی می دهد.

در نهایت ، عدد را به نزدیکترین مضرب 10 تبدیل می کنم.

مقاومت پایین بکشید = 180 اهم

مرحله 5: Breadboard خود را آماده کنید

با استفاده از سیم های جامپر ، پین 5 ولت آردوینو را به ریل قدرت خود در تخته نان وصل کنید ، و سپس یک پین GND را به ریل زمینی تخته نان خود وصل کنید.

من دوست دارم 5 ولت را از آردوینو بکشم زیرا این باعث می شود که نگران ارسال بیش از حد ولتاژ به پین های آنالوگ نباشید. شما همچنین می توانید از پین ولتاژ 3v3 استفاده کنید ، اما متوجه می شوم که با استفاده از 5v سیگنال بهتری دریافت می کنم.

مقاومت کششی خود را به زمین وصل کنید.

هر دو گیره تمساح خود را بردارید و آنها را به پایانه های دو طرف طناب کششی با مقاومت متغیر متصل کنید. یک سر این گیره تمساح را به ریل 5 ولت وصل کنید. گیره تمساح دیگر را با پیکربندی نشان داده شده در نمودارها به سیم وصل کنید.

مطمئن شوید که انتهای "دیگر" مقاومت کششی و سیم کششی رسانای شما به هم متصل شده اند ، اکنون یک سیم بلوز از پین آنالوگ (بیایید از A0 استفاده کنیم) را به مرکز این دو نقطه اتصال وصل کنید.

در نهایت ، یک LED با مقاومت 1k به پین 9 آردوینو وصل کنید.

مرحله 6: آردوینو خود را برنامه ریزی کنید

توجه: من تازه دیدم که کاربران GitHub Non0Mad کد من را بهبود بخشیده است! (با تشکر) در صورت تمایل این کد را امتحان کنید:

اگر ترجیح می دهید نسخه من را امتحان کنید ، طرح پیوست "RespSensorTest.ino" را روی Arduino خود اجرا کنید.

مراقب باشید به فلز در معرض دید دست نزنید ، دو گیره تمساح خود را برداشته و نوار لاستیکی را بکشید. تماشای محو شدن LED در داخل و خارج شدن هنگام کشش. مانیتور سریال خود را باز کنید و تغییر ولتاژ آنالوگ خود را مشاهده کنید. اگر از مقادیر محو شده یا اعداد خود راضی نیستید ، می توانید چند مورد را امتحان کنید:

1) سعی کنید مقدار مقاومت کششی دیگری را که مشابه آخرین مورد استفاده شده است جایگزین کنید. آیا تفاوت مثبتی ایجاد می کند؟ (این بهترین راه برای انجام این کار است)

2) اگر تنها کاری که می خواهید انجام دهید این است که LED را روشن کنید ، سعی کنید با متغیر scaleValue دست و پنجه نرم کنید تا ببینید آیا می توانید محدوده بهتری را به این روش تولید کنید. (این ممکن است ساده ترین راه برای انجام این کار باشد)

هنگامی که از اعداد و نور LED خود به اندازه کافی خوشحال شدید ، وقت آن است که نمونه ای را برای پوشیدن در اطراف قفسه سینه خود نمونه اولیه کنید! آردوینو خود را خاموش کرده و در مرحله بعد ، وردپرس را قطع کنید.

مرحله 7: یک نمونه تنفس باند ایجاد کنید

سریعترین راه برای ساختن یک نمونه اولیه این است که فقط چیزی را با نوار چسب بزنید. یک نوار چسب نواری بلند بردارید (حدود 30 اینچ -36 اینچ باید بیشتر آن را بپوشاند ، اما در نهایت این فقط دور قفسه سینه شما است) و آن را تا کنید تا طرف چسبنده به خود بچسبد. در هر دو طرف نوار چسب خود سوراخ ایجاد کنید ، بنابراین شبیه یک کمربند است.

با استفاده از پیچ ها ، پایانه ها را در سوراخ های سوراخ شده ای که برای سنسور خود ایجاد کرده اید محکم کنید و قطعه چسب نواری بلند خود را محکم به حلقه ای که روی سینه خود می بندید وصل کنید. شما می خواهید مطمئن شوید که "کمربند" شما کاملاً بر روی شما یا شبکه خورشیدی سوژه شما قرار گرفته است ، اما مطمئن شوید که فضای کافی برای تنفس های ورودی برای کشش بند ناف وجود دارد.

در نهایت ، گیره تمساح خود را دوباره وصل کرده و هر یک از جهنده ها را از انتهای طناب کششی رسانا به محل خود در تخته نان متصل کنید. ما اکنون آماده آزمایش نمونه اولیه هستیم!

مرحله 8: نمونه اولیه را آزمایش کنید

آردوینو را روشن کرده و sketchagain قبلی را اجرا کنید. آن مقادیر آنالوگ چگونه کار می کنند؟ آیا با تنفس خود وضوح خوبی از داده ها دریافت می کنید؟ آیا LED هنگام تنفس و بازدم تنوع خوبی دارد؟ اگر نه ، سعی کنید مقاومت کششی خود را با مقدار نزدیک عوض کنید تا ببینید آیا مقادیری که می خوانید بهتر می شود یا خیر.

وقتی به مقاومت کششی ایده آل پایبند شدید ، شادی کنید! مدار شما کامل است ، تنفس شما در حال ضبط است و LED با خوشحالی نفس شما را دنبال می کند.

در حالت ایده آل ، یا شما یا شخص دیگری در نهایت یک بند برای شما از پارچه مصنوعی غیر رسانا با کمی کشش در خود و کمربند D-Ring برای سفت شدن برای شما می دوزند. (Velcro به عنوان یک اتصال دهنده خوب است ، اما گاهی اوقات با لباس و ژاکت کلافه می شود.) برای چیزی که کمی بیشتر از گیره تمساح دائمی است ، ممکن است بخواهید چند سیم چند رشته ای بسیار طولانی را به انتهای اتصالات ترمینال بچسبانید و آنها را به مدار خود وصل کنید.