Fitness-Motivator-Gerät - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Wir sind Ingenieurstudenten, die körperlich fit sein wollen.

Wir wissen, wie es ist, scheinbar zu viel Schularbeit zu haben, um nach draußen zu gehen und Sport zu treiben. Um zwei Fliegen mit einer Klappe zu schlagen, haben wir uns entschieden, ein Abschlussprojekt in einem unserer Ingenieurkurse zu verwenden, um während des Trainings grundlegende Biosensor-Messwerte zu erfassen. Genauer gesagt ermöglicht dieses Projekt dem Benutzer, Messwerte von einem Beschleunigungsmesser (ACC) und einem Elektromyogramm (EMG) zu erfassen und gleichzeitig Ausgabeinformationen an zwei LEDs und eine kleine digitale Anzeige zu übermitteln.

Wenn Sie Freude an Schaltungen, Arduino, Holzbearbeitung, Codierung, Biomedizintechnik oder Löten haben, ist dieses Projekt möglicherweise das Richtige für Sie!

Sehen Sie, was Sie machen

Bevor Sie mit diesem Projekt beginnen, nehmen Sie sich bitte eine Minute Zeit, um zu sehen, was Sie im obigen Video machen.

Im Wesentlichen ermöglicht Ihnen dieses Projekt, mehrere Facetten Ihres Wissens zu kombinieren. Wenn Sie neu in der Biomedizintechnik (BME) oder Biosensorik sind, kein Problem. Es gibt zwei primäre Sensoren, die in diesem Projekt verwendet werden. Diese Sensoren sind ein Beschleunigungsmesser und ein Elektromyogramm (EMG). Wie der Name vermuten lässt, ist ein Beschleunigungsmesser einfach ein Sensor, der die Beschleunigung misst. Weniger intuitiv misst ein Elektromyogramm die elektrische Aktivität in dem Muskel, an dem die entsprechenden Elektroden angebracht sind. In diesem Projekt wurden drei Oberflächengel-Bioelektroden verwendet, um von einer elektrischen Leitung die Signale zu messen, die von der Wade des angeschlossenen Subjekts kamen.

Materialien und Werkzeuge

Materialien

Um dieses Projekt zu erstellen, benötigen Sie Folgendes:

• ein Arduino Uno Board (das unter https://www.arduino.cc/ erworben werden kann)
• eine 9V Batteriestromversorgung (die unter https://www.radioshack.com erworben werden kann)
• ein Bitalino Plug-Kit (erhältlich unter www.bitalino.com)
• ein Adafruit 1,8-Zoll-TFT-Display-Breakout und -Shield sowie ein halbes Perma-Protoboard (erhältlich unter www.adafruit.com)
• verschiedene Überbrückungsdrähte, LEDs, 220-Ohm-Widerstände, Lötmittel und Flussmittel (erhältlich unter www.radioshack.com)
• 1/2 "Holzschrauben, 5/8" Finishing-Nägel, ein 4" x 4" Stück 28-Gauge-Stahlblech, zwei kleine Scharniere und ein einfacher Verriegelungsmechanismus (kann bei www.lowes.com erworben werden)

• fünf Bretterfüße aus Holz

  Hinweis: Hartholz kann unter www.lowes.com gekauft werden, wir empfehlen jedoch, einen örtlichen Säger zu finden und Holz von dieser Person zu verwenden. Die Abmessungen des in diesem Projekt verwendeten Holzes sind nicht erstaunlich häufig, daher sind die Chancen, auf die erforderliche Dicke vorgeschnittenes Holz zu finden, ziemlich gering

  Werkzeuge

• ein Lötkolben (erhältlich bei www.radioshack.com)

• viele Holzbearbeitungswerkzeuge, die auf den Fotos oben enthalten und hier aufgeführt sind

  • eine Gehrungssäge (erhältlich bei www.lowes.com)
  • ein Ladenschmied oder eine gleichwertige Tischkreissäge (erhältlich unter www.shopsmith.com)
  • ein Dickenhobel (erhältlich unter www.sears.com)
  • Hammer, Bohrer, Maßband und Bleistift (erhältlich unter www.lowes.com)
  • ein Akku-Bohrschrauber und Akku (erhältlich unter www.sears.com)
  • eine Bandsäge (erhältlich unter www.grizzly.com)

Optionale Werkzeuge

• ein Entlötkolben (erhältlich bei www.radioshack.com)
• ein Abrichthobel (erhältlich unter www.sears.com)

Vorbereitung

Dies ist zwar nicht die schwierigste Anleitung, aber auch nicht die einfachste. Voraussetzung sind Kenntnisse in Codierung, Schaltungsverdrahtung, Löten und Holzbearbeitung. Darüber hinaus sind frühere Arbeiten mit Arduino oder Adafruit hilfreich.

Ein einfacher Programmierkurs oder praktische Erfahrung in dem Thema sollte für den Umfang dieser Anleitung ausreichen.

Das Löten und Verdrahten von Schaltungen lernt man am besten, indem man diese Aktionen durchführt. Während ein theoretischer Schaltungskurs für das technische Verständnis von Schaltungen nützlich sein kann, nützt er wenig, es sei denn, Sie haben einige Schaltungen darin gebaut! Versuchen Sie bei der Verdrahtung, die Verdrahtung so einfach wie möglich zu gestalten. Vermeiden Sie es, wenn möglich, Drähte zu kreuzen oder längere Drähte als nötig zu verwenden. Dies hilft Ihnen bei der Fehlersuche in der Schaltung, wenn sie abgeschlossen zu sein scheint und nicht richtig funktioniert. Stellen Sie beim Löten sicher, dass Sie genügend Flussmittel verwenden, damit das Lot dort fließt, wo Sie es möchten. Wenn Sie zu wenig Flussmittel verwenden, wird der Lötprozess einfach frustrierender als nötig. Verwenden Sie jedoch nicht zu viel Lot. Beim Löten hilft eine zu hohe Zugabe von Lotmaterial in der Regel nicht, die Lötverbindung besser zu machen. Vielmehr kann zu viel Lötzinn Ihre Verbindung vernünftig aussehen lassen, selbst wenn sie unsachgemäß hergestellt wurde.

Holzbearbeitung ist ein Handwerk zum Anfassen. Es braucht definitiv etwas Übung. Hintergrundinformationen zu den Materialeigenschaften von Holz, wie sie in Wood von Eric Meier bereitgestellt werden, helfen, insbesondere wenn Sie in Zukunft mehr Holzbearbeitungsprojekte durchführen werden. Dies ist jedoch nicht erforderlich. Wenn Sie einem Handwerker bei der Holzbearbeitung zugesehen oder selbst Holzarbeiten durchgeführt haben, sollte dies ein ausreichender Hintergrund für dieses Projekt sein. Es ist auch wichtig, sich in einem Holzgeschäft zurechtzufinden. Wenn Sie wissen, welche Tools bestimmte Funktionen ausführen, können Sie das Projekt schneller und sicherer erledigen, als dies sonst möglich wäre.

Nützliche Seiten

• www.github.com; Diese Seite hilft, Code zu manipulieren
• www.adafruit.com; Auf dieser Seite erfahren Sie, wie Sie den TFT-Bildschirm verkabeln
• www.fritzing.com; Diese Seite hilft Ihnen, Schaltungen zu zeichnen und zu konzipieren

Sicherheit

Bevor wir fortfahren, müssen wir über die Sicherheit sprechen. Sicherheit muss in erster Linie bei der Durchführung von Lehrmaterialien oder fast allem anderen im Leben bleiben, denn wenn jemand verletzt wird, macht es niemandem Spaß.

Obwohl dieses anweisbare Biosensoren enthält, sind weder die Teile noch das zusammengebaute Gerät ein medizinisches Gerät. Sie dürfen nicht für medizinische Zwecke verwendet oder als solche gehandhabt werden.

Dieses anweisbare beinhaltet die Verwendung von Strom, einem Lötkolben und Elektrowerkzeugen. Bei Nachlässigkeit oder Unverständnis können diese Dinge gefährlich werden.

Strom wird benötigt, um das Arduino, das Adafruit-Display und die LEDs mit Strom zu versorgen. Es wird von einer 9V Batterie versorgt. Im Allgemeinen ist es beim Umgang mit Elektrizität schwer, zu sicher zu sein.

Dennoch folgen einige nützliche Tipps zur elektrischen Sicherheit:

• Halten Sie Ihre Hände trocken und stellen Sie sicher, dass die Haut auf ihnen nicht verletzt ist.
• Wenn eine Strömung durch Sie geleitet werden muss, versuchen Sie, die Ein- und Austrittspunkte am gleichen Ende zu halten.
• Stellen Sie Erdungseinrichtungen, Schutzschalter und Fehlerunterbrecher für alle Stromkreise bereit. Diese helfen, eine Überlastung von Stromkreisen oder einen Kriechstrom zu verhindern, wenn etwas mit dem Gerät oder dem Strompfad schief geht.
• Verwenden Sie keine elektrischen Geräte bei Gewitter oder in anderen Fällen, in denen Überspannungen häufiger auftreten als normal.
• Tauchen Sie elektrische Geräte nicht in Wasser und versuchen Sie nicht, sie in einer wässrigen Umgebung zu verwenden.
• Ändern Sie Stromkreise nur, wenn die Stromversorgung unterbrochen ist.

Ein Lötkolben ist ein elektrisches Gerät. Dabei gelten alle Sicherheitsvorkehrungen für elektrische Geräte. Allerdings wird auch die Spitze des Bügeleisens sehr heiß. Vermeiden Sie den Kontakt mit der Spitze des Bügeleisens, um Verbrennungen zu vermeiden. Halten Sie das Bügeleisen und löten Sie es so, dass Ihre Hände die Spitze des Bügeleisens nicht berühren, wenn eines der Gegenstände aus Ihrem Griff rutscht.

Auch Elektrowerkzeuge benötigen Strom. Halten Sie sich hierbei an die oben aufgeführten elektrischen Sicherheitsvorkehrungen. Beachten Sie außerdem, dass Elektrowerkzeuge viele bewegliche Teile haben. Halten Sie daher Ihren Körper und alles andere, was Ihnen wichtig ist, von diesen Teilen fern, wenn die Werkzeuge verwendet werden. Denken Sie daran, dass das Werkzeug nicht weiß, was es schneidet oder bearbeitet. Als Betreiber sind Sie für den sicheren Betrieb von Elektrowerkzeugen verantwortlich. Halten Sie Schutzvorrichtungen und Schilde an Ort und Stelle, während Sie mit Elektrowerkzeugen arbeiten.

Hinweise und Tipps

Die folgenden Informationen könnten in diesem instructable nützlich sein. Nicht jeder Hinweis oder Tipp gilt für jeden Schritt, aber der gesunde Menschenverstand sollte ein Leitfaden dafür sein, welche Hinweise und Tipps in jedem Fall zutreffen.

• Bei der Verkabelung spielt die Kabelfarbe keine Rolle. Es kann jedoch hilfreich sein, ein Farbschema festzulegen und dieses während des gesamten Projekts zu befolgen. Beispielsweise kann die Verwendung eines roten Kabels für eine positive Versorgungsspannung im Stromkreis hilfreich sein.
• Bioelektroden müssen an einer glatt rasierten Körperstelle platziert werden. Haare führen zu übermäßigem Rauschen und Bewegungsartefakten in den gesammelten Signalen.
• An den Bioelektroden befestigte Drähte müssen daran gehindert werden, sich mehr als nötig zu bewegen, um Bewegungsartefakte zu vermeiden. Ein Kompressionsstrumpf oder -band eignet sich gut zum Sichern dieser Drähte.
• Entsprechend löten. Stellen Sie sicher, dass jede Lötverbindung ausreichend ist und überprüfen Sie diese Verbindungen, wenn der Stromkreis vollständig zu sein scheint, aber nicht richtig funktioniert.
• Hobeln Sie beim Hobeln Materialstücke mit einer Länge von mindestens 15 cm. Das Hobeln von Werkstücken mit einer geringeren Länge kann zu Knipsen oder übermäßigem Rückschlag der Werkstücke führen.
• Stellen Sie sich auch nicht direkt vor den Hobel. Stellen Sie sich vielmehr daneben, während die Werkstücke in die Hobelmaschine ein- und ausgelagert werden.
• Achten Sie bei der Verwendung von Sägen darauf, dass die Werkstücke an den entsprechenden Schutzvorrichtungen oder Zäunen bleiben. Dies trägt dazu bei, ein sicheres und genaues Schneiden zu gewährleisten.
• Bei Befestigung mit Schrauben oder Nägeln Vorbohrungen vorsehen. Der Pilotbohrer sollte einen kleineren Durchmesser als das vorgesehene Befestigungselement haben, jedoch nicht weniger als die Hälfte des Durchmessers des Befestigungselements. Dies trägt dazu bei, ein Spalten und Splittern des zu befestigenden Holzes zu vermeiden, indem übermäßige Spannungen aufgrund des Vorhandenseins des Befestigungsmittels abgebaut werden.
• Wenn Sie Pilotlöcher für Nägel bohren, versuchen Sie, das Pilotloch ein Achtel Zoll flacher als die vorgesehene Nagellänge zu halten. Dies hilft, dem Nagel etwas zu geben, in das er einsinken kann, und bietet ausreichend Reibung, um den Nagel beim Einsenken an Ort und Stelle zu halten.
• Beim Hämmern mit der Mitte des Hammerkopfes gerade auf den Nagelkopf schlagen. Nehmen Sie moderate Schwünge im Gegensatz zu rein konservativen Schwüngen, da konservative Schwünge im Allgemeinen nicht genug Energie liefern, um den Nagel anzutreiben, sondern nur so viel Energie liefern, dass der Nagel umkippt und sich in unerwünschter Weise verbiegt.
• Verwenden Sie die Kralle des Hammers, um Nägel zu entfernen, die nicht wie vorgesehen einschlagen.
• . Halten Sie Ihre Hände von der Schnittlinie der Sägeblätter fern. Wenn etwas schief geht, möchten Sie nicht, dass Ihre Hand geschnitten wird.
• Um Zeit zu sparen, messen Sie zweimal und schneiden Sie einmal. Wenn Sie dies nicht tun, müssen Sie einige Stücke mehr als einmal herstellen.
• Verwenden Sie scharfe Klingen für Dickenhobel und Sägen. Bei den Sägen sind Sägeblätter mit höheren Zähnezahlen gut geeignet, um einen glatten Schnitt nahe der Oberflächenqualität zu erzielen. Bei diesem Projekt haben wir ein 96-Zähne-Präzisionsschnittblatt mit 12 Zoll an der Dewalt-Doppelschräggehrungssäge und ein Blatt mit mindestens 6 Zähnen pro linearem Zoll an der Bandsäge verwendet.
• Halten Sie den Motor des Shopsmith im empfohlenen Drehzahlbereich für die Tischsägenkonfiguration. Stellen Sie sicher, dass der Tisch auf eine geeignete Höhe eingestellt ist und nicht mehr von der Klinge freiliegt, als für jeden Schnitt erforderlich ist.

Schritt 1: Fangen wir an

Bauen Sie zuerst die Schaltungskomponente. Beginnen Sie mit der Verdrahtung von Strom und Masse zum Perma-Protoboard.

Schritt 2: Hinzufügen der Biosensoren

Verdrahten Sie die Biosensoren auf dem Perma-Protoboard und notieren Sie, welcher Sensor welcher ist. Als Beschleunigungsmesser haben wir das Signal links im Diagramm verwendet.

Schritt 3: Einschließlich LEDs

Als nächstes fügen Sie die LEDs hinzu. Beachten Sie, dass die Richtung der LED eine Rolle spielt.

Schritt 4: Hinzufügen des Displays

Fügen Sie die Digitalanzeige hinzu. Verwenden Sie die auf dieser Website angegebene Verkabelung, um zu helfen:

Schritt 5: Codierungszeit

Da die Schaltung nun abgeschlossen ist, laden Sie den Code hoch. Der angehängte Code ist der Code, den wir bei der Fertigstellung dieses Projekts verwendet haben. Das Bild ist ein Beispiel dafür, wie der Code aussehen sollte, wenn er richtig geöffnet wird. Hier kann die Fehlersuche vollständig beginnen. Wenn die Dinge richtig funktionieren, werden zuerst Signale vom Beschleunigungsmesser gelesen. Liegt das Signal unterhalb der Schwelle, leuchtet die rote LED, die grüne LED bleibt aus und das Display zeigt „Aufstehen!“. Wenn das Beschleunigungsmessersignal über dem Schwellenwert liegt, wird die rote LED ausgeschaltet, die grüne LED eingeschaltet und auf dem Bildschirm wird „Come on!“angezeigt. Zusätzlich wird dann ein EMG-Signal gelesen. Liegt das EMG-Signal über einem eingestellten Schwellenwert, zeigt die Digitalanzeige "Great job!" Liegt das EMG-Signal jedoch unter dem Schwellenwert, wird auf dem Bildschirm „Los geht's!“. Dies wird im Laufe der Zeit wiederholt, und der Zustand der LEDs und des Bildschirms ändert sich, wenn die Eingaben von Beschleunigungsmesser und EMG dies erfordern und Übung.

Um auf diesen Code in GitHub zuzugreifen, klicken Sie bitte HIER!

Schritt 6: Hobeln

Beginnen Sie damit, die Boxen so zu gestalten, dass sie den Stromkreis und die Batterie enthalten.

Beachten Sie, dass alle nachstehend gezeigten Zeichnungen die Abmessungen in Zoll haben, sofern nicht anders gekennzeichnet.

Beginnen Sie damit, das für das Projekt benötigte Holz mit dem Dickenhobel auf die richtige Dicke zu hobeln. Ungefähr dreieinhalb Brettfüße sollten auf 1/2" Dicke gehobelt werden. Ein halber Brettfuß sollte auf 3/8" Dicke gehobelt werden. Ein weiterer halber Brettfuß sollte auf 1/4" Dicke gehobelt werden. Der letzte halbe Brettfuß sollte so sein, dass ein U-Kanal, der den Körper des Batteriekastens bildet, wie in einem späteren Schritt beschrieben hergestellt werden kann.

Schritt 7: Unterseite der Primärbox

Machen Sie den Boden der Primärbox auf die gezeigten Abmessungen und befestigen Sie die Platine und das Arduino daran. Klicken Sie auf das Bild, um diese Abmessungen anzuzeigen.

Schritt 8: Enden der Primärbox

Stellen Sie die Enden des Primärkastens auf die gezeigten Abmessungen her und befestigen Sie sie am Boden des Primärkastens.

Schritt 9: Seiten der Primärbox-Sensorseite

Fahren Sie fort, indem Sie die Sensorseite der Primärbox auf die gezeigten Abmessungen herstellen und mit Abschlussnägeln am Rest der Box befestigen.

Schritt 10: Seiten der primären Box-Bildschirmseite

Stellen Sie die Bildschirmseite der Primärbox auf die angegebenen Abmessungen her und befestigen Sie sie am Rest der Box.

Schritt 11: Überprüfen Sie, was Sie haben

Stellen Sie an dieser Stelle sicher, dass die Gesamtform der Primärbox der hier gezeigten entspricht, auch wenn einige der Abmessungen aufgrund Ihrer Wahl der Hardware oder der Hardware-Platzierung abweichen müssen.

Schritt 12: Oberseite der Primärbox

Machen Sie die Oberseite der primären Box wie gezeigt. Klicken Sie auf das angezeigte Bild, um es in voller Größe zu vergrößern und die zugehörigen Abmessungen anzuzeigen.

Schritt 13: Alles hängt davon ab

Befestigen Sie die Oberseite der Primärbox mit dem Scharnier am Ende mit den LEDs am Rest der Primärbox. Stellen Sie sicher, dass die Oberseite der Schachtel mit dem Rest der Schachtel quadratisch ist, bevor Sie eines der kleinen Scharniere anbringen.

Schritt 14: Verriegeln Sie es

Bringen Sie am vorderen Ende der Box, am Ende gegenüber dem Scharnier, einen kleinen Riegel an. Dadurch wird verhindert, dass sich die Primärbox öffnet, außer bei Bedarf.

Schritt 15: Anschnallen

Um dieses Gerät tragbar zu machen, biegen Sie das dünne Stahlblech entlang einer seiner Abmessungen, sodass ein Gürtel zwischen es und den Boden der Primärbox passt. Befestigen Sie es nach dem Biegen mit Holzschrauben am Boden der Primärbox.

Schritt 16: Basis der Batteriebox

Jetzt ist es Zeit, die Batteriebox zu machen. Machen Sie die Basis dieser Box zu den gezeigten Abmessungen.

Schritt 17: Enden der Batteriebox

Als wir die Enden der Batteriebox gemacht haben, haben wir 3/8 Material verwendet. Verwenden Sie die angegebenen Abmessungen, um die Enden zu machen und sie an der Basis der Batteriebox zu befestigen.

Schritt 18: Oberseite der Batteriebox

Wir haben die Oberseite des Batteriekastens gemacht, indem wir etwas 1/4 Material mit der Gehrungssäge und mit einer Bandsäge auf die richtige Breite geschnitten haben. Um die Abmessungen zu sehen, klicken Sie auf das Bild, um es zu vergrößern.

Schritt 19: Setzen Sie den Deckel auf die Batteriebox

Bringen Sie den Deckel des Batteriekastens nach dem gleichen Verfahren wie beim Anbringen des Deckels des Primärkastens am Körper des Batteriekastens an.

Schritt 20: Überprüfen Sie die Batteriebox

Schauen Sie an dieser Stelle über den Batteriekasten, um sicherzustellen, dass er ungefähr wie das hier gezeigte Bild aussieht. Wenn nicht, wäre jetzt ein guter Zeitpunkt, einige der vorherigen Schritte noch einmal zu überdenken!

Schritt 21: Befestigen Sie die Batteriebox an der Primärbox

Legen Sie die Batteriebox auf die Primärbox. Verwenden Sie Holzschrauben oder Abschlussnägel, um die Befestigung des Batteriekastens am Primärkasten abzuschließen.

Schritt 22: Weitere Ideen

Wenn Sie diese Schritte befolgt haben, haben Sie es geschafft! Nach der Implementierung der Hard- und Software konnten wir das Gerät nutzen. In seiner jetzigen Form hat das Gerät nur begrenzte Anwendungsmöglichkeiten, ist aber dennoch eine interessante Kombination verschiedener Designaspekte. Die Ausgänge tun alles, was wir wollten, nachdem sie Signale von den Biosensor-Eingängen empfangen haben. Insgesamt wiegt das Gerät ein paar Kilo.

In zukünftigen Versionen wäre es interessant, das Gerät weniger zu wiegen und weniger Platz einzunehmen. Wenn dies möglich wäre, würde das Gerät nützlicher und könnte leichter während des Trainings getragen werden. Um dies zu erreichen, empfehlen wir, mit einem Arduino-Mikro und dem 3D-Druck der Boxen zu experimentieren. Um Platz zu sparen, wäre es gut, mit einem Akku zu experimentieren, der weniger Platz benötigt als eine einfache 9-V-Batterie. Die Größe des Batteriekastens könnte entsprechend verringert werden.