Drucksensor-Sockenbefestigung - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Wenn es um die Auswahl individueller Orthesen geht, gibt es nicht viele zuverlässige Testoptionen, die Ihnen bei der Entscheidung helfen könnten, welche Art von Einlage für die Bedürfnisse Ihrer Füße am besten geeignet ist. Und die Möglichkeiten, die es fast immer gibt, testen gezielt die Kräfteungleichgewichte in den Füßen im Stehen. In Wirklichkeit benötigen Sie Ihre Einlegesohlen, um auch während des Gehens Komfort und Stabilität zu bieten, nicht nur im Stand. Da wir neugierig waren, wie wir dieses Problem beheben könnten, haben wir uns entschieden, einen einfachen, erschwinglichen Drucksensor-Sockenaufsatz zu entwickeln, der hoffentlich, sobald er in Zukunft verbessert wird, verwendet werden kann, um Ungleichgewichte in den Füßen eines Patienten beim Gehen zu diagnostizieren. Diese Diagnose könnte dann möglicherweise in Verbindung mit der vorhandenen medizinischen Dokumentation verwendet werden, um maßgeschneiderte Einlagen für den Patienten zu erstellen (oder vorhandene zu empfehlen).

Unser aktuelles Design (das Sie in diesem anweisbaren machen können) hat drei Sensoren, die an der Unterseite jeder Socke befestigt werden und dazu führen, dass Neopixel (kleine Lichter) aufleuchten, wenn sie gedrückt werden. Alle elektronischen Komponenten sind in einem Knöchelband untergebracht und ermöglichen es, Druckdaten über Bluetooth an Ihren Computer zu senden und dann in Echtzeit anzuzeigen. Wir hoffen, dieses Design in Zukunft aktualisieren zu können, aber im Moment erfahren Sie hier, wie Sie unseren aktuellen Prototyp bauen!

(Schauen Sie sich das Video oben an, um zu sehen, was es tut, wenn Sie fertig sind.)

Vorbereitung

Um dieses Gerät erfolgreich herzustellen, müssen Sie einige Dinge wissen. Der für das Projekt verwendete Code ist enthalten, aber Grundkenntnisse der beteiligten Logik können von Vorteil sein, wenn Probleme auftreten. Wenn Sie ein Problem haben, gibt es im Internet auch Foren, in denen Sie Ihr Problem posten oder nach einem ähnlichen Problem suchen können, das Ihrem bereits behobenen Problem ähnlich ist. Grundkenntnisse in der Elektroverkabelung, wenn auch nicht zu kompliziert, können das Projekt etwas schneller voranbringen. Schließlich müssen Sie einige Befestigungselemente an der Flora anlöten. Frischen Sie die Grundlagen auf, bevor Sie beginnen!

Sicherheit

Bevor Sie mit dem Projekt beginnen, müssen einige Sicherheitsbedenken angegangen werden. Das fertige Produkt selbst schadet Ihnen nicht, aber elektrische Sicherheit ist nicht immer allgemein bekannt. Um einen Kurzschluss an Ihren Geräten zu vermeiden, stellen Sie sicher, dass Ihr Gerät geerdet ist, bevor Sie Strom hinzufügen. Stellen Sie außerdem sicher, dass keiner Ihrer leitfähigen Fäden andere leitfähige Fäden kreuzt. Dies könnte den Stromkreis kurzschließen und einen Brand auslösen. Auch beim Anlöten der Befestigungselemente an die Flora ist Vorsicht geboten. Lötwerkzeuge sind unglaublich heiß und verursachen extrem schmerzhafte Verbrennungen, wenn Sie versehentlich die Spitze berühren. Stellen Sie sicher, dass Sie wissen, was Sie tun, damit Sie sich nicht verbrennen oder Ihre Schaltung beschädigen.

Hinweise und Tipps

• Stellen Sie sicher, dass die Schaltung funktioniert, bevor Sie nähen oder konstruieren!
• Wenn Sie anscheinend keine Datenausgabe von einem Drucksensor erhalten, überprüfen Sie, ob der zugehörige Pin an der Flora funktioniert (einer unserer Pins war defekt und wir mussten eine neue Flora besorgen).
• Planen Sie, wie Sie alle Komponenten am Knöchelband anbringen, um zu vermeiden, dass sich leitfähige Fäden an irgendeiner Stelle kreuzen.
• Lassen Sie mehr Platz, wenn Sie den leitfähigen Faden auf das Band nähen möchten. Wenn die Fäden zu nahe beieinander liegen, besteht die Gefahr, dass sie sich versehentlich berühren.
• Um Zeit zu sparen, planen Sie die Fadenplatzierung, bevor Sie sie zusammennähen. Wenn Sie versuchen, es zu nähen, ohne eine klare Vorstellung davon zu haben, wohin alles gehen wird, werden Sie frustriert und müssen sowieso viel wiederholen.
• Wenn Sie Probleme beim Verbinden mit dem Bluetooth-Modul haben, trennen Sie das Modul, vergessen Sie das Gerät in den Bluetooth-Einstellungen auf Ihrem Computer und verbinden Sie es erneut.
• Um Zeit zu sparen, sehen Sie sich auf YouTube einige Video-Tutorials zum Aufnähen von tragbarer Elektronik auf Kleidung an

Schritt 1: Materialien und Werkzeuge sammeln

Um den Sockenaufsatz mit Drucksensor zu erstellen, gibt es ein paar Dinge, die Sie benötigen, wenn Sie möchten, dass es funktioniert. Einige der Dinge auf der folgenden Liste sind erforderlich, und einige von ihnen sind der Einfachheit halber erwünscht.

1. Eine Flora (kann hier für 15 $ gefunden werden)
2. Bluetooth-Modul. Wir haben das Arduino-Modul (HC06 BT) verwendet, aber Sie können auch ein Flora BLE-Wearable-Modul verwenden.
3. Ein druckempfindliches leitfähiges Material wie Velostat (hier bei Adafruit erhältlich)
4. Flora RGB NeoPixel, mindestens drei. (Ein 4er-Pack ist hier von Adafruit für etwa 8 US-Dollar erhältlich.)
5. Leitfähiger Faden
6. Überbrückungsdrähte (die mit mindestens einer weiblichen Seite so aussehen). Sie benötigen 4.
7. An Drähten befestigte Krokodilklemmen (optional, aber äußerst hilfreich)
8. Eine Nähnadel
9. Ein kleiner Akku mit 3,7 V sollte ausreichen (hier bei Adafruit für ca. 8 US-Dollar erhältlich). Stellen Sie sicher, dass die Batterie den richtigen Anschluss für die Flora hat.
10. Klettpolster, mindestens 2" x 4", plus Klettpunkte.
11. Kleine (5 mm) Druckknöpfe zum Annähen. Sie benötigen mindestens 18.
12. Lötzinn und ein Lötkolben
13. Ein altes T-Shirt
14. Schmelzbarer Zwischenstoff, kann in den meisten Bastel- oder Nähgeschäften gekauft werden. Lesen Sie hier einige Tipps & Tricks.
15. Ein altes T-Shirt
16. Schere, Klebeband und Geduld.

Schritt 2: Erstellen Sie die Drucksensoren

1. Schneiden Sie 3 Stücke aus dem leitfähigen Stoff aus. Einer sollte klein genug sein, um unter die Ferse einer durchschnittlichen Person zu passen, und die anderen beiden sollten ungefähr 1 Zoll x 1 Zoll Quadrate haben (aber die Form spielt keine so große Rolle).
2. Schneiden Sie sechs 18-Zoll-Stücke leitfähigen Fadens.
3. Kleben Sie ein Stück Faden an jede Seite aller drei vorgeschnittenen Stoffstücke. Der Faden sollte in J-Form abgeklebt werden, wie in der Abbildung oben gezeigt, und sollte wie gezeigt auf den gegenüberliegenden Seiten vom Stoff ablaufen (etwa einen halben Zoll Platz zwischen den Enden der Fäden lassen).

Schritt 3: Verbinden Sie die Drucksensoren mit der Flora

1. Befestigen Sie mit Krokodilklemmen für jeden Drucksensor ein leitfähiges Fadenende an einem Massestift der Flora und das andere an einem der Stifte 6, 9 oder 10 (Anschlüsse in der Abbildung oben links gezeigt). Der von Ihnen verwendete Code bezeichnet den Sensor an Pin 9 als den, der sich an der Ferse befindet, den Sensor an Pin 6 als den, der sich am Fußballen befindet, und den Sensor an Pin 10 als den, der sich befindet sich unter dem äußeren Teil des Fußes befinden (unter dem Knöchel Ihres kleinsten Zehs). Wenn Sie Ihre Sensoren speziell für die Verwendung an einer dieser Stellen geformt haben, stellen Sie sicher, dass sie am richtigen Stift befestigt sind.
2. Positionieren Sie die Sensoren so, dass sie flach auf dem Tisch liegen und sich keine Fäden kreuzen oder berühren.

(Hinweis: Wenn Sie mehrere Krokodilklemmen an einem Stift der Flora anbringen müssen, kleben Sie das Ende eines kleinen Drahtes zwischen die vorhandene Verbindung und befestigen Sie dann Ihren Clip am vorstehenden Ende, wie oben im Bild rechts gezeigt.)

Schritt 4: Verbinden Sie die NeoPixels mit der Flora

1. Verbinden Sie jedes NeoPixel mit GND. Sie können alle mit derselben Masse verbunden werden.
2. Verbinden Sie die NeoPixels in Reihe, wobei der erste mit Pin 12 der Flora verbunden ist.
3. Achten Sie darauf, in welche Richtung die Pfeile zeigen. Der zur Mitte zeigende Pfeil ist das eingehende Signal und der von der Mitte weg weisende Pfeil ist das ausgehende Signal.
4. Verbinden Sie jedes NeoPixel mit VBATT.

Der Schaltplan ist im obigen Bild als Referenz gezeigt.

Schritt 5: Verbinden Sie Bluetooth mit der Flora

1. Verbinden Sie den GND-Pin des Bluetooth-Moduls mit einem GND-Pin der Flora.
2. Verbinden Sie den VCC-Pin des Bluetooth-Moduls mit einem 3,3-V-Pin der Flora.
3. Verbinden Sie TXD am Bluetooth-Modul mit RX #0 am Flora.
4. Verbinden Sie RXD am Bluetooth-Modul mit TX #1 am Flora.

Wenn das Bluetooth-Modul falsch verkabelt ist, kann dies zu einem Durchbrennen des Schaltkreises oder zu einer Fehlkommunikation zwischen dem Modul und dem Computer führen.

Schritt 6: Konstruieren Sie die Schaltung

Bauen Sie alle Komponenten anhand des obigen Schaltplans zusammen (versuchen Sie es noch nicht mit leitfähigem Faden. Verwenden Sie vorerst nur Krokodilklemmen und isolierte Drähte oder andere temporäre Drähte Ihrer Wahl)

Schritt 7: Laden Sie den Code herunter und verbinden Sie die Flora mit Ihrem Computer

1. Laden Sie den Code über den folgenden Link herunter und öffnen Sie ihn in der Arduino IDE.
2. Wenn Sie die Adafruit NeoPixel Library nicht installiert haben, laden Sie sie von GitHub herunter. Installieren Sie diese Bibliothek und stellen Sie sicher, dass sie in Ihren Arduino Libraries-Ordner aufgenommen wird.
3. Wenn Sie die Arduino Filters Library nicht installiert haben, laden Sie sie hier von GitHub herunter. Installieren Sie es und stellen Sie sicher, dass Sie es in Ihren Arduino Libraries-Ordner aufnehmen.
4. Verbinden Sie die Flora mit einem Micro-USB-auf-USB-Kabel (siehe Abbildung oben) mit Ihrem Computer.
5. Klicken Sie auf "Tools" > "Board" > "Adafruit Playground", um der Software mitzuteilen, welche Hardware Sie verwenden.
6. Klicken Sie auf "Extras" > "Port" und wählen Sie dann im Dropdown-Menü den COM-Port aus, mit dem Ihre Flora an Ihrem Computer verbunden ist.

Hier ist der Code, den Sie brauchen!

HINWEIS: Möglicherweise müssen Sie die Schwellenwerte im Code anpassen, um zu bestimmen, wann ein NeoPixel ein- und ausgeschaltet werden soll. Passen Sie jeden für jeden Sensor an.

Schritt 8: Code zu Flora hochladen

1. Klicken Sie auf den "Upload"-Pfeil in der oberen linken Ecke der IDE (in der Abbildung oben eingekreist).
2. Da der Code hochgeladen wurde, können Sie die Flora jetzt von Ihrem Computer trennen. Die Kommunikation zwischen Flora und Ihrem Computer erfolgt von nun an über eine Bluetooth-Verbindung.

Schritt 9: Verbinden Sie das Bluetooth-Modul mit dem Computer

1. Das Licht am Bluetooth-Modul sollte zu diesem Zeitpunkt blinken.
2. Öffnen Sie die Bluetooth-Einstellungen auf Ihrem Computer.
3. Verbinden Sie sich mit dem Modul, indem Sie auf die Option 'HC-06' klicken.
4. Sobald die Verbindung hergestellt ist, sollte das Licht am HC-06 aufhören zu blinken und konstant bleiben, wie im obigen Bild zu sehen.

Schritt 10: Testfunktionalität

1. Zu diesem Zeitpunkt sollte das Bluetooth-Modul Daten von den von Ihnen erstellten Drucksensoren an Ihren Computer übertragen.
2. Der heruntergeladene Code nimmt diese Daten und zeichnet sie als drei separate Zeilen (eine für jeden Sensor) auf.
3. Klicken Sie in der IDE auf "Extras" > "Serienplotter".
4. Sie sollten die drei erwähnten Zeilen sehen, alle wahrscheinlich bei unterschiedlichen Startwerten.
5. Drücken Sie nacheinander auf jeden Drucksensor, um sicherzustellen, dass Sie eine Reaktion in der entsprechenden gezeichneten Linie sehen (der Druck sollte zu einem Einbruch in der Kurve führen).
6. Wenn keine Daten geplottet werden, vergewissern Sie sich, dass die Baudrate auf dem Plot auf 9600 eingestellt ist.
7. Fahren Sie nicht mit dem nächsten Schritt fort, bis Sie sichergestellt haben, dass Daten gesammelt werden und die Diagramme auf den Druck auf die Drucksensoren reagieren

Schritt 11: Bedecken Sie die Sensoren

1. Schneiden Sie Stücke aus dünnem, nicht leitfähigem Stoff (wir haben ein altes T-Shirt verwendet) in den gleichen Formen wie Ihre Drucksensoren (nur etwas größer) aus. Schneiden Sie für jeden Sensor 2 Stoffstücke aus.
2. Legen Sie jeden Sensor zwischen die vorgesehenen 2 Stoffstücke und nähen Sie dann um jeden Sensor herum (dabei darauf achten, dass er nicht durchstochen wird).
3. Wenn das Nähen abgeschlossen ist, schneiden Sie 3 Stücke Klettverschluss (die raue Seite) der gleichen Form und Größe wie Ihre Sensoren aus.
4. Kleben Sie das Klettband auf die entsprechenden neu abgedeckten Sensoren (jeweils nur auf einer Seite).
5. Wenn der Klettverschluss nicht gut auf Ihrem Stoff haftet, können Sie ihn auch annähen. Achten Sie jedoch auch hier darauf, die Sensoren nicht zu beschädigen. Der Klettverschluss dient als Methode zum Befestigen der Sensoren an einer Socke.

Schritt 12: Planen Sie Ihr Einfädeln

Nachdem Sie nun einen Rohentwurf des Prototyps zusammengestellt und überprüft haben, dass er tatsächlich funktioniert, können Sie versuchen, ihn zu einem Endprodukt zusammenzunähen. Denken Sie daran, Ihren leitfähigen Faden nicht zu kreuzen und Ihre Nähte vor dem Nähen zu planen. Es gibt endlose Möglichkeiten, wo Flora, Bluetooth und NeoPixels platziert werden können. Das obige Bild ist eine Möglichkeit, die wir für funktioniert haben. Die drei NeoPixel sind in Reihe geschaltet und jeweils mit Strom und Masse verbunden. Außerdem kreuzen sich keine Drähte! Dies macht dies zu einem hervorragenden Layout.

Schritt 13: Zusammenbau eines Prototyps: Nähen von Teil 1

Die Sensoren sind abgedeckt, der Code funktioniert und Sie haben Ihr Einfädeln geplant. Jetzt ist es Zeit, ein Endprodukt zu montieren. Wir haben alles auf ein Knöchelband (aus einem alten T-Shirt) genäht, das man umwickeln und mit Klettverschluss befestigen kann. Sie können die gleiche Idee ausprobieren, aber wir empfehlen, damit zu spielen und ein Setup zu finden, das für Sie funktioniert! Befolgen Sie die folgenden Schritte und achten Sie auf Ihre Verbindungen!

1. Bügeln Sie das Interface auf einen Streifen des T-Shirts und achten Sie darauf, welche Seite nach unten zeigt. Der Streifen sollte lang genug sein, um sich um einen Knöchel zu wickeln, und breit genug, um Flora, Bluetooth und NeoPixels anzunähen.
2. Entscheiden Sie, wo Sie Flora, Bluetooth-Modul und NeoPixels platzieren möchten.
3. Nähen Sie die weibliche Seite der Druckknöpfe auf das T-Shirt, wo Sie die Flora platzieren möchten. Keiner der Druckknöpfe darf sich berühren.
4. Stellen Sie sicher, dass Sie beim Nähen die Positionen jedes Druckknopfes überprüfen, um sicherzustellen, dass sie mit der richtigen Nadel auf der Flora ausgerichtet sind. (Siehe oben im Bild.)

Denken Sie daran, sich während dieser Phasen immer wieder auf Ihren Einfädelplan zu beziehen, damit Sie keine Drähte überkreuzen oder vergessen, etwas anzuschließen.

Schritt 14: Zusammenbau eines Prototyps: Nähen von Teil 2

Nun, da Sie den Rahmen unten haben, gehen wir zum Nähen von Komponenten über:

1. Kleben Sie die NeoPixel dort, wo Sie sie haben möchten. Dies ist nicht unbedingt erforderlich, aber es ist hilfreich, sie beim Nähen an Ort und Stelle zu halten.
2. Nähen Sie die NeoPixels auf das T-Shirt.
3. Nähen Sie das Bluetooth auf das T-Shirt. Wir haben eine kleine Tasche gemacht, wie im Bild oben zu sehen, aber üben Sie Ihren kreativen Verstand, um zu entscheiden, wie Sie sie am besten festhalten.
4. Nähen Sie mit leitfähigem Faden Verbindungen zwischen den Druckknöpfen für Flora, Bluetooth und NeoPixels.
5. Nicht die Fäden überkreuzen! Wenn sich kreuzende Fäden nicht vermeiden lassen, lege eine Art Isolierung zwischen die Fäden, z. B. einen Teil des T-Shirts.

Schritt 15: Zusammenbau eines Prototyps: Nähen von Teil 3

Sobald die NeoPixel genäht sind, fahren Sie mit dem Anschließen der Drucksensoren an die Schaltung fort:

1. Nähen Sie eine Reihe von sechs Druckknöpfen etwa einen Zoll unter den NeoPixels.
2. Fädeln Sie leitende Drähte zwischen Flora und der neuen Reihe von Druckknöpfen. Diese dienen als Anschlusspunkte für die Drucksensoren. (Es sollten drei mit GND und drei mit den analogen Signalstiften 6, 9 und 10 verbunden sein.)
3. Wir führten die Drähte von jedem Drucksensor an der Rückseite des Knöchels hoch und führten sie durch einen Teil des T-Shirts, um zu verhindern, dass sie sich gegenseitig berühren.
4. Befestigen Sie die männliche Seite der sechs Schnappverschlüsse am Ende des leitfähigen Gewindes der Drucksensoren.
5. Diese Druckknöpfe sollten an der Linie einrasten, die Sie gerade genäht haben.

Sehen Sie sich während dieser Schritte Ihren Einfädelplan an, um sicherzustellen, dass Sie keine Drähte überkreuzen und die richtigen Druckknöpfe anschließen.

Schritt 16: Zusammenbau eines Prototyps: Löten

Jetzt kommen wir zum Löten. Denken Sie daran, Ihre Sicherheit zu überprüfen, da Lötkolben bei Berührung sehr schmerzhaft sein können.

1. Löten Sie die männliche Seite der Druckknöpfe auf die Flora. (Im Bild oben links zu sehen.)
2. Nachdem jeder Druckknopf gelötet wurde, überprüfen Sie die Position mit den genähten Druckknöpfen. Es ist schneller, einen Druckknopf mit Lötmittel einzustellen, als alle Druckknöpfe neu zu nähen, weil sie nicht richtig ausgerichtet sind.
3. Sobald die Druckknöpfe an der Flora angelötet sind, können Sie die grobe Montage der Teile anbringen, um zu sehen, wie sie passt, wie im Bild rechts zu sehen.

Schritt 17: Zusammenbau eines Prototyps: Finishing Up

1. Wir bedeckten die Rückseite des Streifens (wo alle Fäden und Knoten freigelegt sind) mit einer weiteren Portion T-Shirt. Es wäre schade, wenn ein Draht hängen bleiben und reißen würde!
2. Erstellen Sie auf Wunsch eine kleine Tasche für den Akku.
3. Wir haben eine Klappe erstellt, um alle Komponenten abzudecken, aber das liegt ganz bei Ihnen!
4. Fügen Sie dem Streifen des T-Shirts Klettpunkte hinzu. Dies dient als größenverstellbare Sicherung, um das Band um den Knöchel zu halten.
5. Wenn Sie fertig sind, probieren Sie es auf Größe an und sehen Sie, ob es funktioniert!

Schritt 18: Weitere Ideen

In naher Zukunft hoffen wir, eine weitere Verarbeitung hinzuzufügen, um ein klareres Signal zu erzielen, und ein Feedback, um Benutzer über Ungleichgewichte zwischen den Drucksensormesswerten zu informieren. Diese Ungleichgewichte könnten dann hoffentlich genutzt werden, um dem Benutzer Vorschläge für eine Einlage zu machen (wiederum würde ein genaueres und vollständigeres Sensorraster dies erleichtern).

In der weiteren Zukunft könnte dieses Projekt um ein genaueres Array von Drucksensoren erweitert werden. Wenn beispielsweise ein Druckmessgitter verwendet würde, könnte es eine viel detailliertere Datensammlung erstellen. Diese Daten könnten dann verwendet werden, um ein in Echtzeit gerendertes Bild eines Fußes mit Bereichen mit höherem und niedrigerem Druck zu erstellen, die durch eine Reihe von Farben gekennzeichnet sind. Dies würde die Sensorbefestigung in einer klinischen Umgebung viel nützlicher machen, da ein Arzt Anomalien in der Kraftverteilung über den Fuß einer Person beim Gehen visuell erkennen könnte. Er oder sie könnte sich dann die numerischen Daten ansehen und basierend auf den Ergebnissen eine Behandlung für die Erkrankung empfehlen (d. h. welche Art von Einlegesohle er kaufen sollte, um den Komfort zu verbessern). Eine solche Funktionalität ist für dieses Projekt weit weg, aber wir glauben, dass dieses Instructable definitiv viel Potenzial hat!

Vielen Dank, dass Sie sich die Zeit genommen haben, unser Tutorial durchzulesen und (vielleicht!) auszuprobieren. Lassen Sie es uns im Kommentarbereich unten wissen, wenn Sie Vorschläge oder Feedback haben.