جهاز التنفس الخفيف مع جهاز مراقبة معدل ضربات القلب: 18 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

مع ازدياد انشغال العالم ، أصبح الجميع في بيئة شديدة التوتر. طلاب الجامعات أكثر عرضة للإصابة بالتوتر والقلق. تعتبر الاختبارات فترات عالية التوتر للطلاب ، ولا يُسمح عادةً باستخدام الساعات الذكية المزودة بإعدادات تمارين التنفس أثناء الاختبارات حيث يمكنها أيضًا إرسال رسائل نصية والاتصال بالإنترنت.

"Breathe Light" هو جهاز بسيط يركز على القلق ولا يحتوي على اتصال بالإنترنت وسيكون موضع ترحيب في الاختبارات. هذا الجهاز ليس خاصًا بالمستخدم مما يسمح بتكييفه بسهولة مع أي شخص يحتاج إلى التحكم في القلق. باستخدام سلسلة من أربعة مصابيح LED من NeoPixel ، سيتمكن المستخدم من اتباع الخطوات لأداء تمارين التنفس وأيضًا تتبع معدل ضربات القلب قبل وبعد التمارين لتحديد ما إذا كانت مستويات التوتر لديهم تنخفض.

الخطوة 1: المواد والأدوات المطلوبة

المواد:

1. Adafruit Flora (14.95 دولارًا)
2. اللوح (5.00 دولارات)
3. Adafruit NeoPixels (4) (7.95 دولار)
4. PulseSensor (25.00 دولارًا)
5. مقاطع التمساح (3.95 دولار)
6. أسلاك توصيل اللوح (3.95 دولار)
7. بطارية ليثيوم أيون بوليمر (9.95 دولار)
8. 220 أوم المقاوم (6.28 دولار)
9. زر الضغط (5.99 دولار)
10. ليغو متنوعة (10 دولارات - 40 دولارًا) (ملاحظة: لا تحتاج إلى الكثير من الليغو)

التكلفة الإجمالية: (94 دولارًا - 124 دولارًا)

أدوات:

1. برنامج Arduino (مجاني) - مطلوب
2. كماشة أنف إبرة (حوالي 6 دولارات) أو قواطع بشرة (حوالي 4 دولارات) - مقترح
3. مجموعة / مواد اللحام (~ 11 دولارًا) - اختيارية

التكلفة الإجمالية: (15-17 دولارًا)

الخطوة الثانية: التحضير

قبل البدء في المشروع واستخدام المواد المذكورة أعلاه ، من المهم تطوير معرفة خلفية جيدة لما يتم استخدامه.

Adafruit فلورا

Adafruit Flora عبارة عن متحكم دقيق صغير وبسيط وقوي مفيد لكل من المبتدئين والخبراء. إنه صغير جدًا (أكبر بقليل من الربع) ويمكن ارتداؤه! توضح الصورة أعلاه مخطط pinout لـ Adafruit Flora. لمعرفة المزيد من المعلومات حول Flora ، قم بزيارة الرابط التالي:

learn.adafruit.com/getting-started-with-fl …

Adafruit NeoPixels

تعد NeoPixels من Adafruit من مصابيح RGB LED القابلة للضبط بشكل فردي والتي تم تصميمها خصيصًا للأجهزة القابلة للارتداء. إن NeoPixels قابلة للتسلسل ، مما يعني أنك تحتاج فقط إلى اتصال دبوس واحد بالمتحكم الدقيق لتوصيل أكبر عدد ممكن من مصابيح LED حسب الرغبة. يمكن ترميزها في Arduino ، ولكنها تتطلب بعض الممارسة والبحث والمثال للمساعدة عبر الإنترنت لتصبح مألوفًا ولجعل NeoPixels تعمل كما تريدها. تعد الخطوات المختلفة في الرابط التالي مفيدة للغاية حيث تُعلمك بكيفية عمل NeoPixels وتقدم نصائح وأمثلة حول الترميز باستخدام Arduino.

learn.adafruit.com/flora-rgb-smart-pixels/…

مستشعر النبض

PulseSensor هو مستشعر معدل ضربات القلب للتوصيل والتشغيل لـ Arduino لجمع بيانات معدل ضربات القلب الحية لمجموعة متنوعة من المشاريع مثل هذا المشروع! تحتوي المكتبة التي يمكن تنزيلها على Arduino (سيتم عرضها أدناه قريبًا) على رموز أمثلة لمساعدتك على أن تصبح خبيرًا فوريًا في تنفيذ PulseSensor في مشروع. يعرض الرابط التالي مزيدًا من المعلومات حول PulseSensor ويصف أمثلة على المشروعات الصغيرة لبدء تشغيل الأشخاص.

pulsesensor.com/pages/getting-advanced

مكتبات اردوينو

لكي يتواصل الكود مع Flora لوظائف وأوامر معينة ، يجب تثبيت المكتبات التالية في Arduino للمكونات الكهربائية المختلفة. استخدم هذا الرابط أو الموجود في قسم "المقدمة والمستلزمات" لتنزيل البرنامج

1. ملعب PulseSensor

   (ملاحظة: مثال ملف Arduino "PulseSensor_BPM" كان مفيدًا في إنشاء رمز Breathe Light)

2. مكتبة Adafruit NeoPixel

   (ملاحظة: مثال ملف Arduino "Strandtest" كان مفيدًا في إنشاء رمز Breathe Light)

(ملاحظة: لمزيد من المساعدة حول تثبيت المكتبات ، قم بزيارة الرابط التالي: https://learn.adafruit.com/adafruit-all-about-ardu …)

جيثب

GitHub عبارة عن منصة قوية تتيح للأشخاص إنشاء البرامج ومشاركتها معًا. تتم مشاركة الكود الذي تم إنشاؤه لـ Breathe Light من خلال GitHub ويمكن الوصول إليه هنا. سيتم أيضًا الرجوع إليها لاحقًا في التعليمات ضمن الخطوة 14. يمكن أيضًا الوصول إلى مكتبات Arduino والأمثلة المذكورة أعلاه والتي تعتبر ضرورية للمشروع من خلال روابط GitHub التالية.

1. مستشعر النبض
2. NeoPixel

لمزيد من المعلومات حول ماهية GitHub ولماذا هي مفيدة ، شاهد هذا الفيديو.

الخطوة الثالثة: الأمان

عند التعامل مع أي دائرة كهربائية ، بما في ذلك الدائرة التي ستنشئها في هذا المشروع ، من المهم فهم ومتابعة جميع بروتوكولات السلامة الكهربائية للحفاظ على مشروعك آمنًا والتأكد من عدم تعرضك للصدمات. توضح القائمة التالية بعض الخطوات البسيطة التي يجب اتباعها.

1. لا تقم بتوصيل Flora بالكمبيوتر عند نقل الأسلاك وتوصيلها بالدائرة.
2. عند لمس الأسلاك أو المكونات المعدنية الأخرى في الدائرة ، تأكد من إيقاف تشغيل الطاقة لتجنب تدفق أي تيار عبر جسمك.
3. احتفظ بالسوائل والطعام وأي شيء آخر قد ينسكب بعيدًا عن دائرتك.
4. تحقق من عدم وجود أي أسلاك كهربائية بالية في كل مرة قبل تشغيل الطاقة.

تحذير:

هذا ليس جهازًا طبيًا ولا ينبغي استخدامه في أي بيئة سريرية للاعتماد على قياسات دقيقة لمعدل ضربات القلب. اذهب إلى طبيبك إذا كنت تريد بيانات دقيقة لمعدل ضربات القلب. هذه مجرد أداة لمساعدة الأشخاص على تخفيف التوتر ، ولا ينبغي استخدامها لتشخيص أي حالة.

الخطوة 4: تلميحات ونصائح

فيما يلي بعض التلميحات والنصائح التي يجب وضعها في الاعتبار أثناء قيامك ببناء Breathe Light.

استراتيجيات استكشاف الأخطاء وإصلاحها

1. إذا كانت الشفرة لا تعمل بشكل صحيح ، فقم بتقسيم الوظائف / أقسام الكود المختلفة واختبرها لتحديد مكان المشكلة.
2. قبل الدخول في الكود والمشروع ، استخدم أمثلة الرموز الواردة في مكتبات Arduino لـ PulseSensor و NeoPixels لضمان عمل الأجهزة بشكل صحيح.
3. تأكد من أن PulseSensor لديه اتصال محكم وآمن قبل جمع البيانات لإزالة أثر الحركة المحتمل.
4. عند توصيل الأسلاك ، استخدم نفس الأسلاك الملونة عند التوصيل بنفس المنافذ لتجنب حدوث ارتباك.
5. استخدم كبلات توصيل صغيرة لتأمين الأسلاك لأسفل حتى لا تفقد الاتصال عندما يتحرك الجهاز.
6. إذا كان لديك وصول إلى مكواة لحام ، ففكر في استخدامها لتأمين اتصالات الأسلاك التي قد لا تعمل بشكل جيد.

أفكار

• لتوفير الوقت ، اختبر باستخدام مشابك التمساح للنماذج الأولية قبل استخدام الأسلاك.

• لتوفير الوقت والإحباط ، قم بمد الأسلاك بإحكام لإنشاء اتصال قوي وثابت مع كل NeoPixel.

  تعتبر Lego's مفيدة جدًا أيضًا في تأمين Flora وحزمة البطارية

الخطوة 5: التجميع الجزء 1 أ

ابدأ باستخدام مقطع التمساح لتوصيل المنفذ رقم 6 على FLORA. ثم استخدم مقطع تمساح آخر لتوصيل منفذ GND. افعل الشيء نفسه مع منفذ VBATT في FLORA.

الخطوة 6: التجميع الجزء 1 ب

الآن ، قم بتوصيل مقطع التمساح المتصل بالمنفذ 6 بالسهم المواجه للداخل على NeoPixel. قم بتوصيل مقطع منفذ GND بـ (-) الموجود على NeoPixel ومقطع منفذ VBATT بـ (+) على NeoPixel.

استخدمنا هذا الإعداد لاختبار كل NeoPixel لمعرفة ما إذا كان يعمل باستخدام الإرشادات من صفحة NeoPixel Adafruit.

الخطوة 7: التجميع الجزء 2

بمجرد التأكد من أن كل من NeoPixels يعمل ، يمكنك البدء في إنشاء Breathe Light!

ابدأ بتوصيل الأسلاك بـ FLORA على VBATT و # 12 و # 6 و GND و # 10. لتجنب الالتباس ، اختر الألوان التي تتوافق مع كل منفذ من المنافذ. سنقوم بتوصيلهم باللوحة في الخطوات اللاحقة.

الخطوة 8: التجميع الجزء 3

بعد ذلك ، سنبدأ في صنع سلسلة NeoPixels. كما في الخطوة الأولى ، سنقوم في النهاية بتوصيل (+) بمنفذ VBATT ، و (-) بمنفذ GND ، وستظهر الأسهم اتجاه تدفق الإشارة في خط NeoPixels. لقد بدأت مع آخر واحد وشققت طريقي.

أولاً ، ما عليك سوى إضافة الأسلاك إلى NeoPixels بالألوان المقابلة. في الصورة ، يمكنك أن ترى أننا استخدمنا اللون الأبيض لـ VBATT والأخضر لـ GND والأصفر للإشارة القادمة من المنفذ رقم 6. استخدم كماشة أنف الإبرة لف السلك حول الثقوب الصغيرة. يمكنك أيضًا استخدام قواطع الجلد إذا لم يكن لديك كماشة أنف بإبرة متاحة بسهولة.

(سيتم شرح الأسلاك الحمراء الصغيرة في الخلفية في خطوات لاحقة. لا تقلق بشأنها في الوقت الحالي.)

الخطوة 9: التجميع الجزء 4

أضف الأسلاك إلى أجهزة NeoPixels الأخرى تمامًا مثل الأولى. تأكد من أن خط الأسهم يشير من المنفذ رقم 6 في FLORA إلى أسفل السلسلة.

بعد ذلك ، قم بتوصيل كل من الأسلاك البيضاء بالدبابيس (+) الموجودة على اللوح والأسلاك الخضراء بالمسامير (-) الموجودة على لوح التجارب. تأكد من وجود بعض التوتر في الوصلات لتأمين الأسلاك.

الخطوة 10: التجميع الجزء 5

الآن ، قم بتوصيل السلك الأخضر من GND بأعلى المسامير (-). قم بتوصيل السلك الأبيض من منفذ VBATT بالدبابيس (+) على اللوح ، وقم بتوصيل السلك الأصفر رقم 6 ببداية سلسلة NeoPixel.

سيتم توصيل السلك الأرجواني والسلك الأحمر لاحقًا.

(تساعد الأسلاك الحمراء بالقرب من الجزء السفلي في خلق توتر بين أسلاك الإشارة الصفراء بين NeoPixels ، لكنك قد لا تحتاج إليها اعتمادًا على مدى إحكام التوصيلات)

الخطوة 11: التجميع الجزء 6

بعد ذلك ، سنقوم بتوصيل الزر بلوحنا. سيبدأ هذا بقياسات معدل ضربات القلب وتمارين التنفس القلق!

ضع الزر كما هو ظاهر في الصورة. ثم استخدم سلكًا أبيض لتوصيل دبوس الزر العلوي بـ (+). ضع المقاوم 220 أوم بين الدبوس السفلي على نفس الجانب والدبابيس (-). أخيرًا ، قم بتوصيل السلك الأحمر رقم 10 بدبوس الزر الأيمن السفلي.

الخطوة 12: التجميع الخطوة 7

الآن ، سنقوم بتوصيل مستشعر النبض! قم بتوصيل سلك المستشعر الأحمر بالدبابيس (+) على اللوح وسلك المستشعر الأسود بالمسامير (-). بعد ذلك ، ضع سلك المستشعر الأرجواني والسلك الأرجواني القادم من المنفذ رقم 12 في نفس الصف لتوصيلهما.

الخطوة 13: التجميع الخطوة 8

باستخدام Legos المتنوعة ، قم ببناء منصة للجلوس FLORA وتجويف صغير لحزمة بطارية الليثيوم. تأكد من وجود بعض التوتر في FLORA حتى يتم توصيل الأسلاك الصفراء بشكل صحيح. للقيام بذلك ، استخدمنا Legos الصفراء التي تظهر في الصورة أعلاه.

ستختلف منصة Lego في الحجم حسب حجم اللوح الخاص بك ، ولكن تأكد من أن FLORA يمكن أن يظل مسطحًا ، وأن هناك بعض التوتر مع أسلاك الإشارة الصفراء ، وأن هناك تجويفًا لإدخال حزمة البطارية.

الخطوة 14: التجميع الخطوة 9

لإنهاء التجميع ، أضف منصة Lego مع FLORA بجوار لوح التجارب. قم بتوصيل حزمة البطارية بـ FLORA.

الخطوة 15: التجميع الخطوة 10: قم بتحميل الرمز وإنهاء التجميع

الخطوة الأخيرة هي تحميل هذا الرمز إلى Breathe Light. بعد تحميل الكود ، يجب أن يعمل ضوء التنفس بشكل قابل للنقل عند تنشيط مفتاح التشغيل في منتصف FLORA!

كيفية الحصول على الكود من GitHub إلى Flora

1. استخدم الرابط أعلاه للوصول إلى موقع GitHub.

2. انقر فوق "استنساخ أو تنزيل"

   انقر فوق "تنزيل ZIP"

3. احفظ الملف المضغوط الذي تم تنزيله في الموقع المطلوب على جهاز الكمبيوتر الخاص بك.
4. افتح ملف "Breathe_Light_V3.0" في Arduino.
5. ضمن "أدوات" في أعلى شريط Arduino ، انتقل إلى "Board:" وحدد "Adafruit Flora"
6. أخيرًا (مع توصيل Flora بجهاز الكمبيوتر الخاص بك) ، انقر فوق "تحميل" (السهم الأيمن أعلى شاشتك)

بعد اكتمال الخطوات المذكورة أعلاه ، يجب تحميل الكود إلى Flora. يمكن فصل Flora عن الكمبيوتر ويكون Breathe Light جاهزًا للاستخدام!

الخطوة 16: التجميع الخطوة 11: شرح الكود

هذا ما يفعله الكود:

أولاً ، يجمع الكود معدل ضربات القلب الأولي للموضوع باستخدام PulseSensor ويعرضه من خلال أربع وحدات NeoPixels فردية في سطر. بناءً على معدل ضربات القلب الذي يتم اكتشافه ، سيتم عرض سلسلة معينة من مصابيح LED / الألوان. على سبيل المثال ، إذا كان معدل ضربات القلب 76 ، فسيكون هناك 3 NeoPixels مضاءة باللون الأزرق. تُعطى هذه الألوان / العتبات للموضوع عبر ملصق على الجهاز (كما هو موضح أعلاه) حتى يعرف معدل ضربات قلبه.

بعد ذلك ، بعد اكتشاف معدل ضربات القلب ، فإنه يمر بتمرين القلق الذي يساعد في الشهيق والزفير العميق والبطيء. في بداية هذا التمرين ، تكون جميع المصابيح الأربعة خضراء. مع استمرار التمرين ، تتحول مصابيح LED إلى اللون الأزرق واحدًا تلو الآخر وهو ما يتوافق مع الوقت الذي يجب أن يستنشق فيه الموضوع. بعد إضاءة جميع مصابيح LED الأربعة ، يكون الهدف هو حبس أنفاسهم ، وعندما تعود مصابيح LED إلى اللون الأخضر ، يمكنهم الزفير ببطء. بعد إجراء تمرين القلق ، سيكتشف الرمز مرة أخرى ويعرض معدل ضربات قلب الشخص مرة أخرى لتحديد ما إذا كان قادرًا على التهدئة.

الخطوة 17: مخطط الدائرة

تم عمل مخطط الدائرة هذا في EAGLE. كل شيء داخل المستطيل الكبير هو المعالج الدقيق Adafruit FLORA. يحتوي على الكثير من التفاصيل ، ولكن بشكل عام ، فهو موجود داخل المستطيل. جميع المكونات التي أضفناها إلى FLORA موجودة أسفل المستطيل الكبير.

يمكن رؤية 4 Neopixels متصلة بإخراج D6 * FLORA. الزر متصل بـ IO10 * ، ومستشعر النبض متصل بـ FLORA من خلال منفذ IO12 *.

الخطوة 18: أفكار أخرى

هناك العديد من الطرق التي يمكن من خلالها المضي قدمًا في تنفس الضوء ، وإليك بعض الاقتراحات.

• اجعلها قابلة للارتداء: استخدم طوق رأس أو سوار ساعة (مثل هذا) واستخدم خيطًا موصلًا لعمل جميع توصيلات الأسلاك.
• أضف إلى وظيفة القلقExercise () لإنشاء تمرين تنفس أكثر جاذبية بصريًا (مثل إضافة المزيد من الألوان).
• استبدل NeoPixels الفردية بحلقة NeoPixel أو مصفوفة NeoPixel لإضافة المزيد من مصابيح LED ولزيادة إمكانيات كل من وظائف heartRateDisplay () والقلق Exercise ().