Sleep Reader Pandebånd: 24 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Har du nogensinde undret dig over, hvordan du sover om natten? Enheder som FitBit sporer søvn ved at analysere din bevægelse hele natten, men de kan ikke se på, hvad din hjerne gør.

Efter et semester med at lære om medicinsk instrumentering blev vores klasse udfordret med opgaven at skabe en bærbar enhed til måling af en biologisk variabel. Min partner og jeg valgte at udvikle et pandebånd, der kan se på, hvad din hjerne gør, mens du sover. Pandebåndet læser hjernebølgesignaler for at overvåge søvnmønstre. Det identificerer, hvordan brugerens hjernebølger skrider frem gennem alfa-, beta-, gamma- og delta -faser i løbet af natten. Dataene kan derefter eksporteres og analyseres i Excel.

Nævnte vi også, at den er stilfuld?

Trin 1: Materialer og værktøjer

For at bygge Sleep Reader -hovedbåndet skal du bruge følgende materialer:

1. Pandebånd (et HOTER Sportline hovedbånd blev brugt til dette projekt)
2. Adafruit Flora mikrokontroller
3. Flora Wearable Bluefruit LE -modul
4. Flora RGB Neo Pixel LED
5. Snaps
6. Ledende tråd
7. Ledninger
8. Tråd
9. Batteri pakke
10. Bitalino EEG med UC-E6-kabel og 3-afledt elektrodekabel
11. Stof
12. Elastisk rem

Følgende værktøjer hjælper dig med at konstruere pandebåndet:

1. Synål
2. Saks
3. Wire strippere
4. Loddejern og fyldstof

Trin 2: Forberedelse

Inden du bygger dit Sleep Reader -hovedbånd, skal du bruge lidt tid på at lære om hjernebølger og nogle grundlæggende kredsløb. I hjernen orkestrerer specielle celler kendt som neuroner forskellige aktiviteter i kroppen. Disse neuroner driver showet ved at sende små elektriske signaler, der har form af bølger. Hjernen er kendt for at producere fire forskellige typer bølger - alfa, beta, theta og delta. Disse bølger kan skelnes ved specifikke frekvensområder, og hvert område svarer til visse niveauer af mental aktivitet. Dit pandebånd vil bruge en enhed kaldet et elektroencefalogram eller EEG til at identificere disse bølger, når din hjerne producerer dem under søvn.

For at lave din Sleep Reader skal du koble et par enheder til hovedbåndet. Hovedenhederne er en mikroprocessor, som er en lille computer; et Bluetooth -modul, som er en chip, der gør det muligt for hovedbåndet at kommunikere med din computer; en NeoPixel, som er et farveskiftende lys; et EEG; og et batteri.

Det komplette system er bygget ved at forbinde hver enhed sammen på bestemte steder via ledende gevind. Hvis du ikke har haft nogen erfaring med at bruge disse tråde, er der en vejledning tilgængelig her. Trådene er bundet i snaps, der giver dig mulighed for let at vedhæfte og fjerne Flora -mikroprocessoren og bluetooth -modulet. Den ene ende af snapet går i stoffet, og en anden går på en elektrisk enhed. En vejledning til implementering af disse snaps er tilgængelig her.

Efter at systemet er bygget, skal det forsynes med en kode. Dette projekt bruger specifikt Arduino -kode. Hvis du gerne vil gøre dig bekendt med Arduino -koden, er https://www.arduino.cc fuld af nyttige selvstudier. For at implementere den kode, der blev brugt til dette projekt, skal du downloade Arduino -appen på https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Dette skal suppleres med Flora -tavlen, der findes her. Du skal også downloade en håndfuld andre biblioteker for at udvide din mikroprocessors muligheder; dette kan gøres ved hjælp af www.github.com. De nødvendige biblioteker er:

• Fast Fourier Transform (FFT)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Adafruit NeoPixel

Endelig skal du downloade Adafruit Bluefruit LE Connect -appen på din smartphone til brug med pandebåndet.

Trin 3: Sikkerhed

Menneskekroppen kan kun modstå begrænset eksponering for elektricitet, så korrekt pleje er nødvendig ved brug af elektroniske enheder. Hovedprincippet for elektrisk sikkerhed er at undgå at gøre din krop til en vej for elektrisk strøm til at strømme igennem i det elektriske kredsløb. Nogle generelle fremgangsmåder for at undgå dette er:

• Berør kun ledninger og andre metalkredsløb, mens strømmen er slukket
• Brug værktøjer med isolerede håndtag
• Prøv at holde vand væk fra arbejdsområdet, når du bygger dit kredsløb
• Prøv at arbejde med den ene hånd i stedet for to så meget som muligt for at reducere risikoen for elektrisk strøm, der strømmer gennem dit hjerte

En anden bekymring at være opmærksom på, når du bygger din kredsløb, er, at elektrisk strøm kan antænde brandfarlige materialer, så du skal sikre, at ledninger er fuldstændigt forbundet i kredsløbet. Ellers kan du tænde dit hår eller pandebåndet i brand.

Advarsel: Dette pandebånd er ikke et certificeret medicinsk udstyr og bør ikke bruges til diagnosticering af neurologiske tilstande.

Trin 4: Tip og tip

Her er nogle tips, du skal huske på, når du bygger dit Sleep Reader -hovedbånd:

• Sørg for, at enderne af den ledende tråd ikke rører hinanden, når du har bundet dem af

• Hvis porten ikke er tilgængelig i Arduino, når du slutter mikrocontrolleren til Arduino, skal du følge disse trin for at uploade din kode:

  1. Mens mikrokontrolleren er tilsluttet, skal du uploade koden, mens du holder nulstillingsknappen på mikrokontrolleren nede
  2. Når statuslinjen skifter fra kompilering til upload, skal du slippe nulstillingsknappen
  3. Koden skal uploades, og porten skal nu genkendes
• Når du lodder på snapsene, skal du være forsigtig med at undgå at lodde to stifter sammen, så du ikke kortslutter dit kredsløb. Et multimeter kan bruges til at teste, om der er oprettet en forbindelse mellem stifter eller ej
• Sørg for, at snaps forbliver tilsluttet, når du tager pandebåndet på
• Sørg for, at Bluetooth -modulet er i datatilstand og ikke kommandotilstand
• Når dit pandebånd er blevet konstrueret, vil du gerne sikre, at det fungerer effektivt! For at opnå et godt signal skal du sørge for at have ren kontakt mellem elektroderne og din pande ved at tørre støv, løse tråde, hår eller andre forstyrrelser væk.

Trin 5: Start med at bygge dit kredsløb

Nu hvor du er blevet udstyret med noget baggrundsviden og sikkerhedsprocedurer, er du klar til at bygge timebånd. Læs følgende instruktioner omhyggeligt, og bemærk kommentarerne på billederne med yderligere instruktioner.

Trin 6: Kredsløbsdiagram

Ovenstående kredsløbsdiagram viser forbindelserne i det færdige kredsløb. Brug dette kredsløbsdiagram som en reference for at sikre, at dit kredsløb er korrekt forbundet.

Trin 7: Loddemiddel klikker ind i mikroprocessoren i Flora

Hvis du ikke tjekkede linket til selvstudiet om, hvordan du bruger snaps i trinnet "Forberedelse", skal du tjekke det nu. På dette tidspunkt vil du forbinde snapsene til mikroprocessoren og bluetooth -modulet. Du vil ikke rote denne del op, da et rodet loddejob kan ødelægge dit kredsløb.

Mikroprocessoren kræver snaps på følgende ben:

• Alle 3 jordede (GND) stifter
• Begge 3,3V power pins
• SCL #3
• RX #0
• TX #1
• Digital pin #9

Trin 8: Loddemekanisme klikkes ind i Bluetooth -modul

Og Bluetooth -modulet kræver snaps på disse stifter:

• 3.3V strøm
• TX
• RX
• GND

Trin 9: Sy snaps i stoffet til Flora mikroprocessor

Nu kan du sy den anden ende af snapsene på stoffet. Sørg for at bruge bluetooth -modulet og mikroprocessoren med deres vedhæftede snaps til at justere disse snaps korrekt!

Trin 10: Sy snaps i stof til Bluetooth -modul

Sy nu snapsene til Bluetooth.

Trin 11: Tilslut Bluetooth -modul til Flora -mikroprocessor

Tilslut derefter Bluetooth -modulet til Flora -mikroprocessoren ved at sy ledende tråd mellem de respektive snaps til hver enhed. Følgende stiftforbindelser er påkrævet:

1. Bluetooth 3.3V til mikroprocessor 3.3V
2. Bluetooth TX til mikroprocessor RX #0
3. Bluetooth RX til mikroprocessor TX #1
4. Bluetooth GND til mikroprocessor GND

Trin 12: Tilslut Neo Pixel til Flora MicroProcessor

Tilslut Neo Pixel til mikroprocessoren på følgende måde:

1. NeoPixel LED ind til mikroprocessor digital pin #9
2. NeoPixel jord til mikroprocessor jord
3. NeoPixel strøm til mikroprocessor strøm

Trin 13: Tilslut batteripakken til Flora mikroprocessor

Denne del er lidt vigtig; du har måske brug for en strømkilde for at få alt til at fungere!

Trin 14: Byg EEG -kabel

Dette kabel er konstrueret ved hjælp af EEG-chip, 3-afledt elektrodekabel og UC-E6-kabel. EEG -chippen skal være korrekt justeret, så den ende, der læser "EEG", er forbundet til elektrodekablet, som vist på billedet ovenfor.

Trin 15: Tilslut EEG til Flora mikroprocessor

Tilslut EEG -kablet til Flora -mikroprocessoren. Billedet ovenfor er mærket med instruktioner til at vise de rigtige punkter til at forbinde dine ledninger. Følgende forbindelser foretages:

1. Rød ledning til strøm
2. Sort ledning til jord
3. Lilla ledning til SCL #3

Trin 16: Sy elektroder i hovedbånd

Sy elektroderne ind i hovedbåndets inderside. Sørg for, at elektroderne er placeret i de rigtige positioner. Når man ser på indersiden af hovedbåndet, skal den røde elektrode være placeret til venstre, den hvide elektrode skal være i midten, og den sorte elektrode skal være til højre.

Trin 17: Sy klud og rem til hovedbånd

Nu har du afsluttet dit pandebånd! Woohoo!

Trin 18: Upload kode

Nu kan du uploade denne kode til dit hovedbånd for at give den tankelæsningsevner!

Trin 19: Tilslut hovedbåndet til telefonen

Åbn Adafruit Bluefruit LE Connect -appen, og slut din telefon til dig Adafruit Bluefruit LE.

Trin 20: Tag pandebånd på, og indsaml data

Nu kan du tage dit pandebånd på og teste det! Du kan vælge "UART" i Adafruit Bluefruit LE Connect -appen for at se dataene, når de kommer ind.

Trin 21: Eksporter data fra telefon til computer

Når dine data er blevet indsamlet, kan du eksportere dataene i flere filformater. Vi anbefaler at eksportere den som en.txt -fil til analyse i Excel.

Trin 22: Dataanalyse

Her er et eksempel på den type graf, du kan lave for at visualisere og fortolke dataene fra dit hovedbånd. Vi har delta-, theta-, alfa- og beta -områderne alle markeret for at vise, hvilket område hvert punkt falder inden for.

Trin 23: Yderligere ideer

Når du har afsluttet dit Sleep Reader -hovedbånd, er du velkommen til at undersøge nogle ændringer af designet. Prøv måske at ændre koden for automatisk at indsamle data og generere en rapport, der vurderer brugerens søvnmønstre. Eller du kan tilslutte et ur i realtid for at overvåge det nøjagtige tidspunkt på natten, når brugeren falder i søvn, skrider frem gennem dyb søvn og REM-søvn og vågner. Måske er du interesseret i at optage søvn -tale, i så fald kan du inkludere en lydoptager, der aktiveres, når brugeren rammer REM -søvn. Mulighederne er uendelige!

Trin 24: Anerkendelse

Fourier transform -delen af koden til dette projekt brugte koden, der blev lagt på denne side på Norwegian Creations. NeoPixel -delen af koden refererede også til eksemplerne fra Adafruit.