TfCD - AmbiHeart - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Einführung

Das Bewusstsein für die Vitalfunktionen unseres Körpers kann helfen, gesundheitliche Probleme zu erkennen. Die aktuelle Technologie stellt Werkzeuge zum Durchführen von Messungen einer Herzfrequenz in einer häuslichen Umgebung bereit. Im Rahmen des Masterstudiengangs Advanced Concept Design (Teilkurs TfCD) an der Technischen Universität Delft haben wir ein Bio-Feedback-Gerät entwickelt.

Was brauchst du?

1 Pulssensor

1 RGB-LED

3 Widerstände (220 Ohm)

Arduino Uno

9V Batterie

Steckbrett

3D gedruckte Gehäuse

Stärken

Die Darstellung der Messung durch eine helle Farbe ist einfacher zu verstehen und zu interpretieren als reine Zahlen. Es könnte auch tragbar gemacht werden. Die Verwendung eines kleineren Mikrocontrollers und eines Steckbretts ermöglicht es, die Größe des Gehäuses zu erhöhen. Unser Code verwendet Durchschnittswerte der Herzfrequenz, aber durch kleine Änderungen im Code können Sie das Feedback an spezifischere Werte für Ihre Altersgruppe und Ihren Gesundheitszustand anpassen.

Schwächen

Die Hauptschwäche ist die Ansprechempfindlichkeit des Herzfrequenzsensors. Es dauert einige Zeit, bis die Herzfrequenz erkannt und die gewünschte Rückmeldung angezeigt wird. Diese Verzögerung kann manchmal erheblich sein und zu einer falschen Leistung führen.

Schritt 1: Vorbereiten der Elektronik

Der Herzschlagsensor basiert auf dem Prinzip der Photoplethysmographie. Es misst die Veränderung des Blutvolumens durch ein beliebiges Organ des Körpers, die eine Veränderung der Lichtintensität durch dieses Organ (eine Gefäßregion) verursacht. In diesem Projekt ist das Timing der Pulse wichtiger. Der Blutfluss wird durch die Herzfrequenz bestimmt und da Licht vom Blut absorbiert wird, entsprechen die Signalimpulse dem Herzschlag.

Zunächst muss der Pulssensor an Arduino angeschlossen werden, um die BPM (Beats per Minute) zu erkennen. Schließen Sie den Pulssensor an A1 an. Die LED auf dem Arduino-Board sollte synchron mit der Erkennung von BPM blinken.

Zweitens platzieren Sie eine RGB-LED zusammen mit 3 Widerständen von 220 Ohm, die wie im Schaltplan gezeigt angeschlossen sind. Verbinden Sie den roten Pin mit 10, den grünen Pin mit 6 und den grünen Pin mit 9.

Schritt 2: Programmierung

Verwenden Sie die Herzfrequenzmessung, um die LED mit der berechneten Frequenz zu pulsieren. Der Ruhepuls liegt bei den meisten Menschen bei etwa 70 Schlägen pro Minute. Nachdem Sie eine LED in Betrieb genommen haben, können Sie mit IBI eine weitere Ausblendung verwenden. Ein normaler Ruhepuls für Erwachsene liegt zwischen 60 und 100 Schlägen pro Minute. Sie können den BPM in diesem Bereich nach Ihrem Testsubjekt kategorisieren.

Hier wollten wir an ruhenden Personen testen und haben die BPM oberhalb und unterhalb dieses Bereichs dementsprechend in fünf Kategorien eingeteilt

Alarm (unter 40) - (blau)

Warnung (40 bis 60) - (Gradient von Blau nach Grün)

Gut (60 bis 100) - (grün)

Warnung (100 bis 120) - (Gradient von Grün nach Rot)

Alarmierung (über 120) - (rot)

Die Logik für die Kategorisierung von BPM in diese Kategorien ist:

wenn (BPM<40)

R=0

G=0

B=0

wenn (40 < BPM < 60)

R = 0

G = (((BPM-40)/20)*255)

B = (((60-BPM)/20)*255)

wenn (60 < BPM < 100)

R = 0

G = 255

B = 0

wenn (100 < BPM <120)

R = (((BPM-100)/20)*255)

G = (((120-BPM)/20)*255)

B = 0

wenn (120 < BPM)

R = 255

G = 0

B = 0

Sie können die Processing Visualizer App verwenden, um den Pulssensor zu validieren und zu sehen, wie sich BPM und IBI ändern. Die Verwendung des Visualizers erfordert spezielle Bibliotheken, wenn Sie der Meinung sind, dass ein serieller Plotter nicht hilfreich ist, können Sie dieses Programm verwenden, in dem die BPM-Daten in eine lesbare Eingabe für Visualizer umgewandelt werden.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, den Herzschlag mit dem Pulssensor ohne vorgeladene Bibliotheken zu messen. Wir haben die folgende Logik verwendet, die in einer ähnlichen Anwendung verwendet wurde, wobei fünf Pulse verwendet wurden, um den Herzschlag zu berechnen.

Five_pusle_time=time2-time1;

Single_pulse_time= Five_pulse_time /5;

Rate = 60000/Einzelpulszeit;

wobei time1 der erste Impulszählerwert ist

time2 ist Listenimpulszählerwert

Rate ist die endgültige Herzfrequenz.

Schritt 3: Modellierung & 3D-Druck

Aus Gründen des Messkomforts und der Sicherheit der Elektronik ist es ratsam, ein Gehäuse herzustellen. Außerdem verhindert es, dass die Komponenten während des Gebrauchs kurzgeschlossen werden. Wir haben eine haltbare einfache Form entworfen, die der organischen Ästhetik folgt. Es ist in zwei Teile unterteilt: unten mit Loch für den Pulssensor und Halterippen für Arduino und Steckbrett, und oben mit einem Lichtleiter, um ein schönes visuelles Feedback zu geben.

Schritt 4: Elektromechanischer Prototyp

Sobald Sie die Gehäuse fertig haben, platzieren Sie den Pulssensor in den Führungsrippen vor dem Loch. Achten Sie darauf, dass der Finger den Sensor erreicht und die Oberfläche vollständig bedeckt. Um den Effekt des visuellen Feedbacks zu verstärken, bedecken Sie die Innenfläche des oberen Gehäuses mit einer lichtundurchlässigen Folie (wir haben Aluminiumfolie verwendet) und lassen Sie eine Öffnung in der Mitte frei. Es wird das Licht auf eine bestimmte Öffnung beschränken. Trennen Sie das Arduino vom Laptop und schließen Sie eine Batterie mit mehr als 5 V (wir haben hier 9 V) an, um es tragbar zu machen. Legen Sie nun die gesamte Elektronik in das untere Gehäuse und schließen Sie es mit dem oberen Gehäuse ab.

Schritt 5: Testen und Fehlerbehebung

Jetzt ist es an der Zeit, die Ergebnisse zu überprüfen! Da der Sensor im Inneren kurz vor der Gehäuseöffnung platziert wurde, kann sich die Empfindlichkeit des Sensors nur geringfügig ändern. Stellen Sie sicher, dass alle anderen Verbindungen intakt sind. Wenn etwas nicht in Ordnung zu sein scheint, stellen wir hier einige Fälle vor, die Ihnen helfen, damit umzugehen.

Die möglichen Fehler können entweder beim Eingang vom Sensor oder beim Ausgang für RGB-LED auftreten. Um Fehler mit dem Sensor zu beheben, müssen Sie einige Dinge beachten. Wenn der Sensor BPM erkennt, sollte eine LED auf der Platine (L) synchron mit Ihrem BPM blinken. Wenn Sie kein Blinken sehen, überprüfen Sie den Eingangsanschluss an A1. Wenn das Licht am Pulssensor nicht leuchtet, müssen Sie die anderen beiden Anschlüsse (5V und GND) überprüfen. Ein serieller Plotter oder ein serieller Monitor können Ihnen auch helfen, sicherzustellen, dass der Sensor funktioniert.

Wenn Sie in RGB kein Licht sehen, müssen Sie zuerst den Eingangsanschluss (A1) überprüfen, da der Code nur funktioniert, wenn ein BPM erkannt wird. Wenn alles von den Sensoren in Ordnung zu sein scheint, suchen Sie nach den übersehenen Kurzschlüssen auf dem Steckbrett.

Schritt 6: Benutzertests

Wenn Sie nun einen fertigen Prototyp haben, können Sie Ihre Herzfrequenz messen, um ein leichtes Feedback zu erhalten. Obwohl Sie Informationen über Ihre Gesundheit erhalten, können Sie mit verschiedenen Emotionen spielen und die Reaktion des Geräts überprüfen. Es könnte auch als Meditationswerkzeug verwendet werden.