Schlafleser-Stirnband - Gunook

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2025-01-23 12:52

Haben Sie sich jemals gefragt, wie Sie nachts schlafen? Geräte wie FitBit verfolgen den Schlaf, indem sie Ihre Bewegungen während der Nacht analysieren, aber sie können nicht sehen, was Ihr Gehirn tut.

Nach einem Semester des Erlernens medizinischer Instrumente wurde unsere Klasse mit der Aufgabe konfrontiert, ein tragbares Gerät zu entwickeln, um eine biologische Variable zu messen. Mein Partner und ich haben uns entschieden, ein Stirnband zu entwickeln, mit dem Sie sehen können, was Ihr Gehirn im Schlaf tut. Das Stirnband liest Gehirnwellensignale, um Schlafmuster zu überwachen. Es identifiziert, wie sich die Gehirnwellen des Benutzers während der Nacht durch Alpha-, Beta-, Gamma- und Delta-Phasen entwickeln. Anschließend können die Daten exportiert und in Excel analysiert werden.

Haben wir auch schon erwähnt, dass es stilvoll ist?

Schritt 1: Materialien & Werkzeuge

Um das Sleep Reader Stirnband zu bauen, benötigen Sie die folgenden Materialien:

1. Stirnband (für dieses Projekt wurde ein HOTER Sportline Stirnband verwendet)
2. Adafruit Flora Mikrocontroller
3. Flora Wearable Bluefruit LE-Modul
4. Flora RGB Neo Pixel LED
5. Schnappschüsse
6. Leitfähiges Garn
7. Drähte
8. Gewinde
9. Batteriepack
10. Bitalino-EEG mit UC-E6-Kabel und 3-adrigem Elektrodenkabel
11. Stoff
12. Elastisches Band

Die folgenden Werkzeuge helfen Ihnen bei der Konstruktion des Stirnbandes:

1. Nähnadel
2. Schere
3. Abisolierzangen
4. Lötkolben und Füllmetall

Schritt 2: Vorbereitung

Nehmen Sie sich vor dem Bau Ihres Sleep Reader-Stirnbands etwas Zeit, um mehr über Gehirnwellen und einige grundlegende Schaltungen zu erfahren. Im Gehirn orchestrieren spezielle Zellen, die als Neuronen bekannt sind, verschiedene Aktivitäten im Körper. Diese Neuronen steuern die Show, indem sie kleine elektrische Signale senden, die die Form von Wellen annehmen. Es ist bekannt, dass das Gehirn vier verschiedene Arten von Wellen erzeugt – Alpha, Beta, Theta und Delta. Diese Wellen sind durch bestimmte Frequenzbereiche unterscheidbar, und jeder Bereich entspricht einem bestimmten Grad an geistiger Aktivität. Ihr Stirnband verwendet ein Gerät namens Elektroenzephalogramm oder EEG, um diese Wellen zu identifizieren, da Ihr Gehirn sie während des Schlafs produziert.

Um Ihren Sleep Reader herzustellen, müssen Sie einige Geräte an das Stirnband anschließen. Die Hauptgeräte sind ein Mikroprozessor, bei dem es sich um einen kleinen Computer handelt; ein Bluetooth-Modul, ein Chip, der es dem Stirnband ermöglicht, mit Ihrem Computer zu kommunizieren; ein NeoPixel, das ein Farbwechsellicht ist; ein EEG; und eine Batterie.

Das komplette System wird aufgebaut, indem jedes Gerät an bestimmten Stellen über leitfähige Fäden miteinander verbunden wird. Wenn Sie noch keine Erfahrung mit der Verwendung dieser Threads haben, finden Sie hier ein Tutorial. Die Fäden sind mit Druckknöpfen verbunden, mit denen Sie den Flora-Mikroprozessor und das Bluetooth-Modul einfach anbringen und entfernen können. Ein Ende des Druckknopfes geht in den Stoff und ein anderes geht auf ein elektrisches Gerät. Ein Tutorial zum Implementieren dieser Snaps finden Sie hier.

Nachdem das System aufgebaut ist, muss es mit einem Code versehen werden. Dieses Projekt verwendet speziell Arduino-Code. Wenn Sie sich mit Arduino-Code vertraut machen möchten, finden Sie auf https://www.arduino.cc viele nützliche Tutorials. Um den für dieses Projekt verwendeten Code zu implementieren, müssen Sie die Arduino-App unter https://www.arduino.cc/en/Main/Software herunterladen. Dies muss durch das Flora-Board ergänzt werden, das hier verfügbar ist. Sie müssen auch eine Handvoll anderer Bibliotheken herunterladen, um die Fähigkeiten Ihres Mikroprozessors zu erweitern. dies kann über www.github.com erfolgen. Die notwendigen Bibliotheken sind:

• Schnelle Fourier-Transformation (FFT)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Adafruit NeoPixel

Schließlich sollten Sie die Adafruit Bluefruit LE Connect App auf Ihr Smartphone herunterladen, um sie mit dem Stirnband zu verwenden.

Schritt 3: Sicherheit

Der menschliche Körper kann nur begrenzt Strom aushalten, daher ist beim Umgang mit elektronischen Geräten eine angemessene Sorgfalt erforderlich. Das Hauptprinzip der elektrischen Sicherheit besteht darin, Ihren Körper nicht zu einem Pfad für den Stromfluss im Stromkreis zu machen. Einige allgemeine Praktiken, um dies zu vermeiden, sind:

• Berühren Sie Drähte und andere Metallschaltkreise nur im ausgeschalteten Zustand
• Verwenden Sie Werkzeuge mit isolierten Griffen
• Versuchen Sie, Wasser vom Arbeitsbereich fernzuhalten, wenn Sie Ihren Stromkreis aufbauen
• Versuchen Sie, so oft wie möglich mit einer statt mit zwei Händen zu arbeiten, um das Risiko zu verringern, dass elektrischer Strom durch Ihr Herz fließt

Ein weiteres Problem, das Sie beim Bau Ihres Stromkreises beachten sollten, besteht darin, dass elektrischer Strom brennbare Materialien entzünden kann. Sie müssen daher sicherstellen, dass die Drähte vollständig im Stromkreis angeschlossen sind. Andernfalls könnten Sie Ihr Haar oder das Stirnband in Brand setzen.

Warnung: Dieses Stirnband ist kein zertifiziertes Medizinprodukt und sollte nicht zur Diagnose neurologischer Erkrankungen verwendet werden.

Schritt 4: Hinweise und Tipps

Hier sind einige Tipps, die Sie bei der Konstruktion Ihres Sleep Reader-Stirnbandes beachten sollten:

• Stellen Sie sicher, dass sich die Enden des leitfähigen Fadens nach dem Abbinden nicht berühren

• Wenn der Port in Arduino nicht verfügbar ist, wenn Sie den Mikrocontroller mit Arduino verbinden, führen Sie die folgenden Schritte aus, um Ihren Code hochzuladen:

  1. Während der Mikrocontroller angeschlossen ist, laden Sie den Code hoch, während Sie die Reset-Taste am Mikrocontroller gedrückt halten
  2. Wenn die Statusleiste vom Kompilieren zum Hochladen wechselt, lassen Sie die Reset-Taste los
  3. Der Code sollte hochgeladen werden und der Port sollte nun erkannt werden
• Achten Sie beim Anlöten der Druckknöpfe darauf, dass Sie nicht zwei Stifte zusammenlöten, damit Sie Ihren Stromkreis nicht kurzschließen. Mit einem Multimeter kann getestet werden, ob eine Verbindung zwischen den Pins hergestellt wurde
• Stellen Sie sicher, dass die Druckknöpfe verbunden bleiben, wenn Sie das Stirnband anlegen
• Stellen Sie sicher, dass sich das Bluetooth-Modul im Datenmodus und nicht im Befehlsmodus befindet
• Sobald Ihr Stirnband konstruiert ist, möchten Sie sicherstellen, dass es effektiv funktioniert! Um ein gutes Signal zu erzielen, stellen Sie sicher, dass Sie einen sauberen Kontakt zwischen den Elektroden und Ihrer Stirn haben, indem Sie Staub, lose Fäden, Haare oder andere Störungen abwischen.

Schritt 5: Beginnen Sie mit dem Aufbau Ihrer Schaltung

Nachdem Sie nun mit einigen Hintergrundkenntnissen und Sicherheitsverfahren ausgestattet sind, können Sie das Stundenstirnband bauen. Lesen Sie die folgenden Anweisungen sorgfältig durch und beachten Sie die auf den Bildern hinterlassenen Kommentare mit weiteren Anweisungen.

Schritt 6: Schaltplan

Der obige Schaltplan zeigt die Anschlüsse im fertigen Stromkreis. Verwenden Sie diesen Schaltplan als Referenz, um sicherzustellen, dass Ihr Stromkreis ordnungsgemäß verdrahtet wurde.

Schritt 7: Lot rastet in den Flora-Mikroprozessor ein

Wenn Sie den Link zum Tutorial zur Verwendung von Snaps im Schritt "Vorbereitung" nicht gelesen haben, sehen Sie es sich jetzt an. An dieser Stelle verbinden Sie die Schnappverschlüsse mit dem Mikroprozessor und dem Bluetooth-Modul. Sie möchten dieses Teil nicht durcheinander bringen, da ein unordentlicher Lötjob Ihre Schaltung ruinieren kann.

Der Mikroprozessor erfordert Einrasten an den folgenden Pins:

• Alle 3 Massepins (GND)
• Beide 3,3-V-Power-Pins
• SCL #3
• RX #0
• TX #1
• Digitaler Pin #9

Schritt 8: Löten rastet in das Bluetooth-Modul ein

Und das Bluetooth-Modul erfordert Schnappverschlüsse an diesen Pins:

• 3,3 V Strom
• TX
• RX
• Masse

Schritt 9: Nähen Sie Snaps in Stoff für Flora Mikroprozessor

Jetzt können Sie das andere Ende der Druckknöpfe auf den Stoff nähen. Stellen Sie sicher, dass Sie das Bluetooth-Modul und den Mikroprozessor mit ihren angebrachten Druckknöpfen verwenden, um diese Druckknöpfe richtig auszurichten!

Schritt 10: Nähen Sie Snaps in Stoff für Bluetooth-Modul

Nun die Druckknöpfe für das Bluetooth einnähen.

Schritt 11: Verdrahten Sie das Bluetooth-Modul mit dem Flora-Mikroprozessor

Verbinden Sie als Nächstes das Bluetooth-Modul mit dem Flora-Mikroprozessor, indem Sie leitfähigen Faden zwischen den jeweiligen Druckknöpfen für jedes Gerät nähen. Folgende Pin-Anschlüsse werden benötigt:

1. Bluetooth 3.3V zu Mikroprozessor 3.3V
2. Bluetooth TX zu Mikroprozessor RX #0
3. Bluetooth RX zu Mikroprozessor TX #1
4. Bluetooth GND zu Mikroprozessor GND

Schritt 12: Verdrahten Sie Neo Pixel mit Flora Mikroprozessor

Verbinden Sie das Neo Pixel wie folgt mit dem Mikroprozessor:

1. NeoPixel LED Eingang zum Mikroprozessor Digital Pin #9
2. NeoPixel-Masse zu Mikroprozessor-Masse
3. NeoPixel-Power zu Mikroprozessor-Power

Schritt 13: Verkabeln Sie den Akku mit dem Flora-Mikroprozessor

Dieser Teil ist irgendwie wichtig; Möglicherweise benötigen Sie eine Stromquelle, damit alles funktioniert!

Schritt 14: EEG-Kabel bauen

Dieses Kabel besteht aus dem EEG-Chip, dem 3-adrigen Elektrodenkabel und dem UC-E6-Kabel. Der EEG-Chip muss richtig ausgerichtet sein, damit das Ende mit der Aufschrift "EEG" mit dem Elektrodenkabel verbunden ist, wie in der Abbildung oben gezeigt.

Schritt 15: EEG zum Flora-Mikroprozessor verdrahten

Schließen Sie das EEG-Kabel an den Flora-Mikroprozessor an. Das Bild oben ist mit Anweisungen beschriftet, um die richtigen Punkte zum Anschließen Ihrer Drähte zu zeigen. Folgende Verbindungen werden hergestellt:

1. Rotes Kabel zum Strom
2. Schwarzes Kabel an Masse
3. Lila Kabel zu SCL #3

Schritt 16: Elektroden in Stirnband nähen

Nähen Sie die Elektroden in die Innenseite des Stirnbandes. Stellen Sie sicher, dass die Elektroden in den richtigen Positionen platziert sind. Auf der Innenseite des Kopfbandes sollte die rote Elektrode links, die weiße Elektrode in der Mitte und die schwarze Elektrode rechts liegen.

Schritt 17: Stoff und Riemen an Stirnband nähen

Jetzt haben Sie Ihr Stirnband fertiggestellt! Huhu!

Schritt 18: Code hochladen

Jetzt können Sie diesen Code auf Ihr Stirnband hochladen, um ihm Gedankenlesefähigkeiten zu verleihen!

Schritt 19: Verbinden Sie das Stirnband mit dem Telefon

Öffnen Sie die Adafruit Bluefruit LE Connect App und verbinden Sie Ihr Telefon mit Ihrem Adafruit Bluefruit LE.

Schritt 20: Stirnband anlegen und Daten sammeln

Jetzt können Sie Ihr Stirnband aufsetzen und testen! Sie können in der Adafruit Bluefruit LE Connect-App "UART" auswählen, um die eingehenden Daten anzuzeigen.

Schritt 21: Daten vom Telefon auf den Computer exportieren

Sobald Ihre Daten erfasst wurden, können Sie die Daten in mehrere Dateiformate exportieren. Wir empfehlen den Export als.txt-Datei zur Analyse in Excel.

Schritt 22: Datenanalyse

Hier ist ein Beispiel für die Art von Grafik, die Sie erstellen können, um die Daten von Ihrem Stirnband zu visualisieren und zu interpretieren. Wir haben die Delta-, Theta-, Alpha- und Beta-Bereiche alle markiert, um zu zeigen, in welchen Bereich jeder Punkt fällt.

Schritt 23: Weitere Ideen

Nachdem Sie Ihr Sleep Reader-Stirnband fertiggestellt haben, können Sie einige Änderungen am Design ausprobieren. Versuchen Sie vielleicht, den Code zu ändern, um die Daten automatisch zu sammeln und einen Bericht zu erstellen, der die Schlafmuster des Benutzers bewertet. Oder Sie können eine Echtzeituhr anschließen, um die genaue Nachtzeit zu überwachen, zu der der Benutzer einschläft, den Tief- und REM-Schlaf durchläuft und aufwacht. Vielleicht sind Sie daran interessiert, Schlafgespräche aufzuzeichnen. In diesem Fall können Sie einen Audiorecorder einschließen, der aktiviert wird, wenn der Benutzer in den REM-Schlaf wechselt. Die Möglichkeiten sind endlos!

Schritt 24: Erkennung

Der Fourier-Transformationsteil des Codes für dieses Projekt verwendete den Code, der auf dieser Seite von Norwegian Creations veröffentlicht wurde. Außerdem verwies der NeoPixel-Teil des Codes auf die von Adafruit bereitgestellten Beispiele.