مرفق جورب استشعار الضغط: 18 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

عندما يتعلق الأمر باختيار تقويم العظام المخصص ، لا توجد العديد من خيارات الاختبار الموثوقة التي يمكن أن تساعدك في تحديد نوع الإدخال الأفضل لاحتياجات قدميك. والخيارات الموجودة دائمًا تقريبًا تختبر على وجه التحديد اختلالات القوى في قدميك أثناء الوقوف دون حراك. في الواقع ، أنت بحاجة إلى نعل داخلي لتوفير الراحة والثبات أثناء المشي أيضًا ، وليس فقط أثناء الثبات. بدافع الفضول حول كيفية بدء العمل على حل هذه المشكلة ، قررنا تصميم مرفق جورب مستشعر ضغط بسيط وبأسعار معقولة ونأمل أنه بمجرد تحسينه في المستقبل ، يمكن استخدامه للمساعدة في تشخيص أي اختلالات في قدم المريض أثناء المشي. يمكن بعد ذلك استخدام هذا التشخيص ، بالاقتران مع الوثائق الطبية الموجودة ، لإنشاء ضبانات مخصصة للمريض (أو التوصية بأخرى موجودة).

يحتوي تصميمنا الحالي (الذي يمكنك إجراؤه في هذه التعليمات) على ثلاثة مستشعرات متصلة بأسفل أي جورب ، وينتج عنها إضاءة neopixels (أضواء صغيرة) عند الضغط عليها. يتم وضع جميع المكونات الإلكترونية في شريط الكاحل ، وتسمح بإرسال بيانات الضغط إلى جهاز الكمبيوتر الخاص بك عبر البلوتوث ثم رسمها في الوقت الفعلي. نأمل في تحديث هذا التصميم في المستقبل ، ولكن في الوقت الحالي ، إليك كيفية بناء نموذجنا الأولي الحالي!

(شاهد مقطع الفيديو أعلاه لمعرفة ما سيفعله عند الانتهاء.)

تحضير

من أجل صنع هذا الجهاز بنجاح ، هناك بعض الأشياء التي ستحتاج إلى معرفتها. تم تضمين الكود المستخدم في المشروع ، ولكن المعرفة الأساسية بالمنطق المتضمن قد تكون مفيدة إذا واجهت أي مشاكل. إذا كانت لديك مشكلة ، فهناك أيضًا منتديات متاحة على الإنترنت حيث يمكنك نشر مشكلتك أو البحث عن منتدى مشابه لمشكلتك التي تم تناولها بالفعل. المعرفة الأساسية بالأسلاك الكهربائية ، على الرغم من أنها ليست معقدة للغاية ، يمكن أن تجعل المشروع يسير معًا بشكل أسرع قليلاً. أخيرًا ، ستحتاج إلى لحام بعض السحابات في Flora. اصقل الأساسيات قبل البدء!

أمان

قبل أن تبدأ في المشروع ، هناك بعض المخاوف المتعلقة بالسلامة التي تحتاج إلى معالجة. لن يؤذيك المنتج النهائي نفسه ، لكن السلامة الكهربائية ليست دائمًا معرفة شائعة. لتجنب تقصير أي من أجهزتك ، تأكد من توصيل الأرض بجهازك قبل إضافة الطاقة. تأكد أيضًا من عدم تقاطع أي من الخيط الموصّل لديك مع الخيط الموصّل الآخر. قد يؤدي القيام بذلك إلى قصر الدائرة وإشعال حريق. يجب أيضًا توخي الحذر عند لحام السحابات في Flora. أدوات اللحام ساخنة بشكل لا يصدق وستسبب حروقًا مؤلمة للغاية إذا لمست الطرف عن طريق الخطأ. تأكد من أنك تعرف ما تفعله حتى لا تحرق نفسك أو تلحق الضرر بدارتك.

تلميحات ونصائح

• تحقق للتأكد من أن الدائرة تعمل قبل القيام بأي خياطة أو إنشاء!
• إذا لم تتمكن من الحصول على أي بيانات ناتجة من مستشعر الضغط ، فتحقق للتأكد من أن الدبوس المرتبط في Flora يعمل (تم كسر أحد دبابيسنا وكان علينا الحصول على Flora جديد).
• خطط لكيفية ملاءمة جميع المكونات الموجودة على شريط الكاحل لتجنب تقاطع الخيوط الموصلة في أي وقت.
• اترك لنفسك مساحة إضافية عند التخطيط لخياطة الخيط الموصل على الحزام. يمثل وجود الخيوط قريبة جدًا من بعضها البعض خطر لمسها عن طريق الخطأ.
• لتوفير الوقت ، خطط لوضع الخيط قبل خياطته معًا. إذا حاولت خياطته دون أن يكون لديك فكرة واضحة عن المكان الذي سيذهب إليه كل شيء ، فسوف تشعر بالإحباط وينتهي بك الأمر إلى إعادة القيام بالكثير منه على أي حال.
• إذا كنت تواجه مشكلة في الاتصال بوحدة Bluetooth ، فافصل الوحدة ، وانسى الجهاز في إعدادات Bluetooth على جهاز الكمبيوتر الخاص بك ، ثم أعد الاتصال به.
• لتوفير الوقت ، شاهد بعض مقاطع الفيديو التعليمية على YouTube حول خياطة الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء على الملابس

الخطوة 1: اجمع المواد والأدوات

عند إنشاء مرفق جورب استشعار الضغط ، هناك بعض الأشياء التي ستحتاجها إذا كنت تريد أن تعمل. بعض الأشياء الموجودة في القائمة أدناه مطلوبة ، وبعضها مطلوب للسهولة.

1. A Flora (يمكن العثور عليها هنا مقابل 15 دولارًا)
2. وحدة بلوتوث. استخدمنا Arduino one (HC06 BT) ولكن يمكنك أيضًا استخدام وحدة Flora BLE القابلة للارتداء.
3. مادة موصلة حساسة للضغط مثل Velostat (متوفرة هنا من Adafruit)
4. Flora RGB NeoPixels ، ثلاثة على الأقل. (يتوفر 4 عبوات من Adafruit مقابل حوالي 8 دولارات هنا.)
5. خيط موصل
6. أسلاك العبور (التي تبدو مثل هذه مع جانب أنثوي واحد على الأقل). سوف تحتاج 4.
7. مقاطع التمساح متصلة بالأسلاك (اختياري ، لكنها مفيدة للغاية)
8. إبرة خياطة
9. يجب أن تكفي بطارية صغيرة ، 3.7 فولت (متوفرة هنا من Adafruit بحوالي 8 دولارات). تأكد من أن البطارية بها الموصل المناسب لـ Flora.
10. وسادة الفيلكرو ، 2 × 4 بوصة على الأقل ، بالإضافة إلى نقاط الفيلكرو.
11. صغيرة (5 مم) خياطة على السحابات المفاجئة. سوف تحتاج إلى 18 على الأقل.
12. جندى ومكواة لحام
13. قميص قديم
14. نسيج قابل للانصهار ، يمكن شراؤه من معظم متاجر الحرف أو الخياطة. اقرأ بعض النصائح والحيل هنا.
15. قميص قديم
16. مقص وشريط وصبر.

الخطوة الثانية: إنشاء مجسات الضغط

1. قطع 3 قطع من القماش موصل. يجب أن يكون أحدهما صغيرًا بما يكفي ليلائم كعب الشخص العادي ، ويجب أن يكون الآخران بحجم 1 بوصة × 1 بوصة مربعة تقريبًا (لكن الشكل لا يهم كثيرًا في الواقع).
2. قطع ست قطع 18 بوصة من الخيط الموصل.
3. قم بربط قطعة واحدة من الخيط على كل جانب من قطع القماش الثلاثة المقطوعة مسبقًا. يجب أن يتم لصق الخيط على شكل "J" كما هو موضح في الصورة أعلاه ، ويجب أن يكون متخلفًا عن القماش على الجوانب المتقابلة كما هو موضح (مع الاحتفاظ بمسافة حوالي نصف بوصة بين ذيول الخيوط).

الخطوة 3: قم بتوصيل مستشعرات الضغط بالنبات

1. باستخدام مشابك التمساح ، لكل مستشعر ضغط ، قم بإرفاق ذيل خيط موصل واحد بدبوس أرضي على Flora والآخر بأحد المسامير 6 أو 9 أو 10 (التوصيلات الموضحة في الصورة أعلاه على اليسار). الكود الذي ستستخدمه يعين المستشعر الموجود على السن 9 على أنه المستشعر الموجود على الكعب ، والمستشعر الموجود على الطرف 6 مثل المستشعر الموجود على كرة القدم ، والمستشعر الموجود على السن 10 هو الذي سيوضع أن يكون موجودًا أسفل الجزء الخارجي من القدم (أسفل مكان مفصل إصبع قدمك الأصغر). إذا قمت بتشكيل أجهزة الاستشعار الخاصة بك خصيصًا لاستخدامها في أحد هذه المواقع ، فتأكد من توصيلها بالدبوس الصحيح.
2. ضع المستشعرات بحيث تكون مسطحة على الطاولة ولا يتم تقاطع أو لمس أي من الخيوط.

(ملاحظة: إذا كنت بحاجة إلى تركيب عدة مقاطع تمساح في دبوس واحد من Flora ، فقم بإلصاق نهاية سلك صغير بين الوصلة الحالية ثم قم بإرفاق مقطعك بالطرف البارز كما هو موضح أعلاه في الصورة على اليمين.)

الخطوة 4: قم بتوصيل NeoPixels بـ Flora

1. قم بتوصيل كل NeoPixel بـ GND. يمكن توصيلهم جميعًا بنفس الأرض.
2. قم بتوصيل NeoPixels على التوالي ، مع توصيل أول واحد بالدبوس 12 في Flora.
3. انتبه إلى الطريقة التي تشير بها الأسهم. السهم الذي يشير إلى المركز هو الإشارة الواردة والسهم الذي يشير بعيدًا عن المركز هو الإشارة الصادرة.
4. قم بتوصيل كل جهاز NeoPixel بـ VBATT.

يظهر مخطط الأسلاك في الصورة أعلاه كمرجع.

الخطوة 5: توصيل البلوتوث إلى Flora

1. قم بتوصيل دبوس GND على وحدة Bluetooth بدبوس GND في Flora.
2. قم بتوصيل دبوس VCC على وحدة Bluetooth بدبوس 3.3 فولت في Flora.
3. قم بتوصيل TXD على وحدة Bluetooth بـ RX # 0 على Flora.
4. قم بتوصيل RXD على وحدة Bluetooth بـ TX # 1 على Flora.

إذا تم توصيل وحدة Bluetooth بشكل غير صحيح ، فقد يؤدي ذلك إلى تحمير الدائرة أو سوء الاتصال بين الوحدة والكمبيوتر.

الخطوة السادسة: بناء الدائرة

باستخدام مخطط الدائرة أعلاه ، قم بتجميع جميع المكونات (لا تحاول استخدام الخيط الموصّل حتى الآن. في الوقت الحالي ، فقط استخدم مشابك التمساح والأسلاك المعزولة أو الأسلاك المؤقتة الأخرى التي تختارها)

الخطوة 7: قم بتنزيل الكود وقم بتوصيل Flora بجهاز الكمبيوتر الخاص بك

1. قم بتنزيل الكود باستخدام الرابط أدناه وافتحه في Arduino IDE.
2. إذا لم يكن لديك مكتبة Adafruit NeoPixel مثبتة ، فقم بتنزيلها من GitHub. قم بتثبيت هذه المكتبة وتأكد من تضمينها في مجلد مكتبات Arduino.
3. إذا لم يكن لديك مكتبة Arduino Filters مثبتة ، فقم بتنزيلها هنا من GitHub. قم بتثبيته وتأكد من تضمينه في مجلد مكتبات Arduino.
4. قم بتوصيل Flora بجهاز الكمبيوتر الخاص بك باستخدام كابل micro USB إلى USB (في الصورة أعلاه).
5. انقر فوق "أدوات"> "لوحة"> "ملعب Adafruit" لإخبار البرنامج بالجهاز الذي تستخدمه.
6. انقر فوق "أدوات"> "منفذ" ثم في القائمة المنسدلة حدد منفذ COM الذي تتصل به Flora على جهاز الكمبيوتر الخاص بك.

هذا هو الكود الذي تحتاجه!

ملاحظة: قد تحتاج إلى ضبط الحدود في الكود لتحديد وقت تشغيل / إيقاف تشغيل NeoPixel. اضبط كل واحد لكل مستشعر.

الخطوة 8: قم بتحميل الكود إلى Flora

1. انقر فوق سهم "تحميل" في الزاوية اليسرى العلوية من IDE (محاط بدائرة في الصورة أعلاه).
2. نظرًا لأنه تم تحميل الرمز ، يمكنك الآن فصل Flora عن جهاز الكمبيوتر الخاص بك. سيتم الاتصال بين Flora وجهاز الكمبيوتر الخاص بك من الآن فصاعدًا من خلال اتصال Bluetooth.

الخطوة 9: قم بتوصيل وحدة Bluetooth بالكمبيوتر

1. يجب أن يومض المصباح الموجود على وحدة Bluetooth في هذه المرحلة.
2. افتح تفضيلات Bluetooth على جهاز الكمبيوتر الخاص بك.
3. قم بالاتصال بالوحدة النمطية بالنقر فوق خيار "HC-06".
4. بمجرد توصيله ، يجب أن يتوقف ضوء HC-06 عن الوميض ويظل ثابتًا ، كما هو موضح في الصورة أعلاه.

الخطوة 10: اختبار الوظائف

1. في هذه المرحلة ، يجب أن تنقل وحدة Bluetooth البيانات من مستشعرات الضغط التي أنشأتها إلى جهاز الكمبيوتر الخاص بك.
2. يأخذ الكود الذي تم تنزيله هذه البيانات ويضعها في ثلاثة أسطر منفصلة (سطر لكل مستشعر).
3. في IDE ، انقر فوق "أدوات"> "Serial Plotter".
4. يجب أن ترى الأسطر الثلاثة المذكورة ، جميعها على الأرجح بقيم بداية مختلفة.
5. اضغط لأسفل على كل مستشعر ضغط واحدًا تلو الآخر للتأكد من رؤية استجابة في الخط المرسوم الخاص به (يجب أن يؤدي الضغط إلى انخفاض في المنحنى).
6. إذا كنت لا ترى أي بيانات يتم رسمها ، فتحقق للتأكد من تعيين معدل البث بالباود على قطعة الأرض على 9600.
7. لا تنتقل إلى الخطوة التالية حتى تتأكد من جمع البيانات واستجابة المؤامرات للضغط على مستشعرات الضغط

الخطوة 11: قم بتغطية المستشعرات

1. قص قطعًا من القماش الرقيق غير الموصّل (استخدمنا قميصًا قديمًا) بنفس أشكال مستشعرات الضغط (أكبر قليلاً). اقطع قطعتين من القماش لكل جهاز استشعار.
2. ضع كل مستشعر بين قطعتين من القماش المخصص له ، ثم خيط حول كل مستشعر (تأكد من عدم ثقبه).
3. بمجرد الانتهاء من الخياطة ، اقطعي 3 قطع من الفيلكرو (الجانب الخشن) من نفس شكل وحجم المستشعرات.
4. قم بلصق الفيلكرو بالمستشعرات المغطاة حديثًا المقابلة (فقط على جانب واحد من كل منها).
5. إذا لم يلتصق الفيلكرو جيدًا بالنسيج ، يمكنك خياطته أيضًا. مرة أخرى ، ومع ذلك ، احرص على عدم ثقب المستشعرات. سيعمل الفيلكرو كطريقة لربط المستشعرات بالجورب.

الخطوة 12: التخطيط للخيوط الخاصة بك

الآن بعد أن جمعت مسودة أولية للنموذج الأولي وتحققت من أنها تعمل بالفعل ، يمكنك محاولة خياطةها معًا للحصول على منتج نهائي. تذكر ، لا تعبر الخيط الموصّل الخاص بك وتخطط للخياطة قبل الخياطة. هناك احتمالات لا حصر لها لمكان وضع Flora و Bluetooth و NeoPixels. الصورة أعلاه هي أحد الاحتمالات التي وجدنا أنها تعمل. تم توصيل ثلاث وحدات بكسل جديدة على التوالي وكل منها متصل بالطاقة والأرض. بالإضافة إلى ذلك ، لا توجد أسلاك متقاطعة! مما يجعل هذا تخطيطًا ممتازًا.

الخطوة 13: تجميع النموذج الأولي: الخياطة الجزء 1

يتم تغطية المستشعرات ، وتعمل الشفرة ، وقد خططت للترابط. حان الوقت الآن لتجميع المنتج النهائي. قمنا بخياطة كل شيء على حزام الكاحل (مصنوع من قميص قديم) يمكن لفه وتثبيته باستخدام شريط فيلكرو. يمكنك تجربة نفس الفكرة ، لكننا نشجع اللعب بها وإيجاد الإعداد الذي يناسبك! اتبع الخطوات أدناه وتأكد من مشاهدة اتصالاتك!

1. قم بكي الواجهة على شريط من القميص ، مع توخي الحذر بشأن الجانب المواجه لأسفل. يجب أن يكون الشريط طويلًا بما يكفي للالتفاف حول الكاحل وأن يكون عريضًا بما يكفي للخياطة باستخدام Flora و Bluetooth و NeoPixels.
2. حدد المكان الذي تريد وضع فلورا ووحدة Bluetooth و NeoPixels فيه.
3. قم بخياطة الجانب الأنثوي من الطقات على القميص حيث تريد وضع Flora. يجب ألا تلمس أي من اللقطات بعضها البعض.
4. تأكد من التحقق من مواقع كل لقطة أثناء الخياطة للتأكد من أنها ستصطف مع الدبوس الصحيح على Flora. (كما هو موضح أعلاه في الصورة.)

تذكر أن تستمر في الإشارة إلى خطة الترابط الخاصة بك خلال هذه المراحل حتى لا تتقاطع مع الأسلاك أو تنسى توصيل شيء ما.

الخطوة 14: تجميع النموذج الأولي: الخياطة الجزء 2

الآن بعد أن أصبح لديك إطار العمل ، دعنا ننتقل إلى مكونات الخياطة:

1. ألصق NeoPixels حيثما تريدها. هذا ليس ضروريًا تمامًا ، ولكنه مفيد في تثبيتها في مكانها أثناء الخياطة.
2. قم بخياطة NeoPixels على القميص.
3. قم بخياطة البلوتوث على القميص. لقد صنعنا جيبًا صغيرًا ، كما هو موضح في الصورة أعلاه ، ولكن تمرن عقلك الإبداعي لتحديد أفضل طريقة للاحتفاظ به.
4. باستخدام خيط موصل ، قم بخياطة الوصلات بين اللقطات الخاصة بـ Flora و Bluetooth و NeoPixels.
5. لا تتخطى الخيوط! إذا كان عبور الخيوط أمرًا لا مفر منه ، ضع نوعًا من العزل بين الخيوط ، مثل جزء من القميص.

الخطوة 15: تجميع النموذج الأولي: الخياطة الجزء 3

بمجرد خياطة NeoPixels ، انتقل إلى توصيل مستشعرات الضغط بالدائرة:

1. قم بخياطة خط من ستة لقطات على بعد بوصة واحدة أسفل NeoPixels.
2. خيط الأسلاك الموصلة بين Flora والخط الجديد من الطقات. هذه ستكون بمثابة نقاط اتصال لأجهزة استشعار الضغط. (يجب أن يكون هناك ثلاثة متصلة بـ GND وثلاثة متصلة بمسامير الإشارة التناظرية 6 و 9 و 10.)
3. أحضرنا الأسلاك من كل مستشعر ضغط في الجزء الخلفي من الكاحل وقمنا بربطها عبر جزء من القميص لمنعها من ملامسة بعضها البعض.
4. قم بتأمين الجانب الذكر للستقات الست على نهاية الخيط الموصل من مستشعرات الضغط.
5. يجب أن تلتصق هذه اللقطات بالخط الذي قمت بخياطته للتو.

ارجع إلى خطة الترابط الخاصة بك خلال هذه الخطوات للتأكد من أنك لا تتقاطع مع الأسلاك وأنك تقوم بتوصيل اللقطات الصحيحة.

الخطوة 16: تجميع النموذج الأولي: اللحام

الآن ننتقل إلى اللحام. تذكر مراجعة سلامتك لأن مكواة اللحام يمكن أن تكون مؤلمة للغاية إذا تم لمسها.

1. جندى الجانب الذكر من الطقات على Flora. (يظهر في الصورة أعلاه على اليسار.)
2. بعد أن يتم لحام كل لقطة ، تحقق مرة أخرى من موضعها باستخدام اللقطات المخيطة. يعد ضبط الخاطف باستخدام اللحام أسرع من إعادة خياطة كل اللقطات لأنها ليست مصطفة بشكل صحيح.
3. بمجرد أن يتم لحام اللقطات في Flora ، يمكنك إرفاقها بالتجميع التقريبي للأجزاء لمعرفة مدى ملاءمتها ، كما هو موضح في الصورة على اليمين.

الخطوة 17: تجميع نموذج أولي: FInishing Up

1. قمنا بتغطية الجانب الخلفي من الشريط (حيث تظهر كل الخيوط والعقدة) بجزء آخر من القميص. سيكون من العار أن سلك ممزق وممزق!
2. قم بإنشاء جيب صغير للبطارية إذا رغبت في ذلك.
3. لقد أنشأنا غطاءًا لتغطية جميع المكونات ، لكن هذا الأمر متروك لك تمامًا!
4. أضف نقاط الفيلكرو إلى شريط القميص. سيكون هذا بمثابة تأمين حجم قابل للتعديل لتثبيت الشريط حول الكاحل.
5. إذا انتهيت ، جربه للحصول على الحجم ومعرفة ما إذا كان يعمل!

الخطوة 18: أفكار أخرى

في المستقبل القريب ، نأمل في إضافة مزيد من المعالجة لتحقيق إشارة أوضح ، وردود الفعل لإبلاغ المستخدمين بالاختلالات بين قراءات مستشعر الضغط. نأمل بعد ذلك استخدام هذه الاختلالات لتقديم اقتراحات بنعل للمستخدم (مرة أخرى ، من شأن وجود شبكة مستشعر أكثر دقة وكاملة أن يجعل ذلك أسهل).

في المستقبل ، يمكن توسيع هذا المشروع ليشمل مجموعة أكثر دقة من مجسات الضغط. إذا تم ، على سبيل المثال ، استخدام شبكة استشعار الضغط من نوع ما ، فيمكن أن تخلق مجموعة أكثر تفصيلاً من البيانات. يمكن بعد ذلك استخدام هذه البيانات لإنشاء صورة معروضة في الوقت الفعلي لقدم مع مناطق ذات ضغط أعلى وأقل تم تحديدها بواسطة مجموعة من الألوان. هذا من شأنه أن يجعل ارتباط المستشعر أكثر فائدة في البيئة السريرية ، لأن الطبيب يمكن أن يتعرف بصريًا على التشوهات في توزيع القوة عبر قدم شخص ما أثناء سيره. يمكنه بعد ذلك النظر في البيانات العددية ، وبناءً على النتائج ، يوصي بعلاج الحالة (أي نوع النعل الذي يجب شراؤه لتحسين الراحة). هذه الوظيفة بعيدة المنال بالنسبة لهذا المشروع ، لكننا نعتقد أن Instructable لديها بالتأكيد الكثير من الإمكانات!

شكرًا جزيلاً لك على الوقت الذي قضيته في قراءة برنامجنا التعليمي و (ربما!) جربه. أخبرنا إذا كان لديك أي اقتراحات أو ملاحظات في قسم التعليقات أدناه.