عقال قارئ النوم: 24 خطوة (مع صور)

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

هل تساءلت يومًا كيف تنام في الليل؟ أجهزة مثل FitBit تتعقب النوم من خلال تحليل حركتك طوال الليل ، لكنها لا تستطيع النظر إلى ما يفعله عقلك.

بعد فصل دراسي من التعلم عن الأجهزة الطبية ، واجه فصلنا تحديًا في مهمة إنشاء جهاز يمكن ارتداؤه لقياس بعض المتغيرات البيولوجية. اخترت أنا وشريكي تطوير عصابة رأس يمكنها النظر إلى ما يفعله عقلك أثناء النوم. يقرأ عصابة الرأس إشارات موجات الدماغ لمراقبة أنماط النوم. إنه يحدد كيفية تقدم موجات دماغ المستخدم خلال مراحل ألفا وبيتا وغاما ودلتا أثناء الليل. يمكن بعد ذلك تصدير البيانات وتحليلها في Excel.

هل ذكرنا أنها أنيقة أيضًا؟

الخطوة 1: المواد والأدوات

من أجل بناء Sleep Reader Headband ، ستحتاج إلى المواد التالية:

1. عقال (تم استخدام عصابة رأس HOTER Sportline لهذا المشروع)
2. متحكم Adafruit فلورا
3. وحدة بلوفروت LE القابلة للارتداء من فلورا
4. Flora RGB Neo Pixel LED
5. يستقر
6. خيط موصل
7. الأسلاك
8. خيط
9. علبة بطاريات
10. Bitalino EEG مع كابل UC-E6 وكابل إلكترود ثلاثي الأسلاك
11. قماش
12. حزام مرن

ستساعدك الأدوات التالية في بناء عصابة الرأس:

1. دبوس الخياطة
2. مقص
3. قواطع الأسلاك
4. لحام الحديد وحشو المعادن

الخطوة الثانية: التحضير

قبل بناء عصابة النوم الخاصة بك ، خذ بعض الوقت للتعرف على موجات الدماغ وبعض الدوائر الأساسية. داخل الدماغ ، تقوم خلايا خاصة تُعرف باسم الخلايا العصبية بتنسيق أنشطة مختلفة داخل الجسم. تدير هذه الخلايا العصبية العرض عن طريق إرسال إشارات كهربائية صغيرة تأخذ شكل موجات. من المعروف أن الدماغ ينتج أربعة أنواع مختلفة من الموجات - ألفا وبيتا وثيتا ودلتا. يمكن تمييز هذه الموجات بنطاقات محددة من الترددات ، ويتوافق كل نطاق مع مستويات معينة من النشاط العقلي. ستستخدم عصابة الرأس جهازًا يسمى مخطط كهربية الدماغ ، أو EEG ، لتحديد هذه الموجات أثناء قيام عقلك بإنتاجها أثناء النوم.

من أجل صنع قارئ النوم الخاص بك ، ستحتاج إلى توصيل بعض الأجهزة بعصابة الرأس. الأجهزة الرئيسية هي معالج دقيق ، وهو كمبيوتر صغير ؛ وحدة Bluetooth ، وهي شريحة تسمح لعصابة الرأس بالاتصال بجهاز الكمبيوتر الخاص بك ؛ NeoPixel ، وهو ضوء متغير اللون ؛ مخطط كهربية الدماغ وبطارية.

تم بناء النظام الكامل عن طريق توصيل كل جهاز معًا في مواقع محددة عبر خيط موصل. إذا لم تكن لديك أي خبرة في استخدام هذه المواضيع ، يتوفر برنامج تعليمي هنا. يتم ربط الخيوط في اللقطات التي تتيح لك توصيل وإزالة المعالج الدقيق Flora ووحدة البلوتوث بسهولة. سيتم وضع أحد طرفي الخاطف في القماش والآخر يدخل في جهاز كهربائي. يتوفر برنامج تعليمي لتنفيذ هذه اللقطات هنا.

بعد بناء النظام ، يجب تزويده برمز. يستخدم هذا المشروع على وجه التحديد كود Arduino. إذا كنت ترغب في التعرف على كود Arduino ، فإن https://www.arduino.cc مليء بالبرامج التعليمية المفيدة. من أجل تنفيذ الكود المستخدم لهذا المشروع ، ستحتاج إلى تنزيل تطبيق Arduino على https://www.arduino.cc/en/Main/Software. سيحتاج هذا إلى استكماله بلوحة Flora المتاحة هنا. ستحتاج أيضًا إلى تنزيل عدد قليل من المكتبات الأخرى لتوسيع إمكانات المعالج الدقيق ؛ يمكن القيام بذلك باستخدام www.github.com. المكتبات الضرورية هي:

• تحويل فورييه السريع (FFT)
• Adafruit BLE (بلوتوث)
• Adafruit NeoPixel

أخيرًا ، يجب عليك تنزيل تطبيق Adafruit Bluefruit LE Connect على هاتفك الذكي لاستخدامه مع عصابة الرأس.

الخطوة الثالثة: الأمان

يمكن لجسم الإنسان أن يتحمل فقط التعرض المحدود للكهرباء ، لذلك هناك حاجة إلى الرعاية المناسبة عند استخدام الأجهزة الإلكترونية. المبدأ الرئيسي للسلامة الكهربائية هو تجنب جعل جسمك مسارًا لتدفق التيار الكهربائي من خلاله في الدائرة الكهربائية. بعض الممارسات العامة لتجنب ذلك هي:

• لا تلمس سوى الأسلاك والدوائر المعدنية الأخرى أثناء إيقاف تشغيل الطاقة
• استخدم أدوات ذات مقابض معزولة
• حاول إبقاء الماء بعيدًا عن منطقة العمل عند بناء دائرتك
• حاول العمل بيد واحدة بدلاً من اليدين قدر الإمكان لتقليل خطر تدفق التيار الكهربائي عبر قلبك

مصدر قلق آخر يجب أن تكون على دراية به عند بناء دائرتك هو أن التيار الكهربائي يمكن أن يشعل المواد القابلة للاشتعال ، لذلك يجب عليك التأكد من أن الأسلاك موصولة بالكامل في الدائرة. خلاف ذلك ، يمكنك إشعال النار في شعرك أو عصابة الرأس.

تحذير: عصابة الرأس هذه ليست جهازًا طبيًا معتمدًا ، ويجب عدم استخدامها لتشخيص الحالات العصبية.

الخطوة 4: تلميحات ونصائح

فيما يلي بعض النصائح التي يجب وضعها في الاعتبار أثناء قيامك ببناء Sleep Reader Headband:

• تأكد من أن أطراف الخيط الموصّل لا تلامس بعضها البعض بعد ربطها

• إذا كان المنفذ غير متاح في Arduino عند توصيل وحدة التحكم الصغيرة بـ Arduino ، فاتبع الخطوات التالية لتحميل الكود الخاص بك:

  1. أثناء توصيل وحدة التحكم الدقيقة ، قم بتحميل الكود أثناء الضغط باستمرار على زر إعادة الضبط في وحدة التحكم الدقيقة
  2. عندما ينتقل شريط الحالة من التجميع إلى التحميل ، اترك زر إعادة الضبط
  3. يجب تحميل الكود ويجب الآن التعرف على المنفذ
• عند اللحام على اللقطات ، كن حذرًا لتجنب لحام دبابيس معًا حتى لا تقصر دائرتك. يمكن استخدام مقياس متعدد لاختبار ما إذا كان قد تم إنشاء اتصال بين المسامير أم لا
• تأكد من أن الطقات تبقى متصلة عند وضع عصابة الرأس
• تأكد من أن وحدة البلوتوث في وضع البيانات وليس في وضع الأوامر
• بمجرد إنشاء عصابة الرأس الخاصة بك ، سوف تحتاج إلى التأكد من أنها تعمل بشكل فعال! من أجل الحصول على إشارة جيدة ، تأكد من وجود اتصال نظيف بين الأقطاب الكهربائية وجبهتك عن طريق مسح الغبار أو الخيوط السائبة أو الشعر أو أي تدخلات أخرى.

الخطوة 5: ابدأ في بناء دائرتك

الآن وقد تم تجهيزك ببعض المعرفة الأساسية وإجراءات السلامة ، فأنت جاهز لإنشاء طوق رأس على مدار الساعة. اقرأ التعليمات التالية بعناية ولاحظ التعليقات الموجودة على الصور مع مزيد من الإرشادات.

الخطوة 6: مخطط الدائرة

يوضح مخطط الدائرة أعلاه التوصيلات في الدائرة المكتملة. استخدم مخطط الدائرة هذا كمرجع للتأكد من أن دائرتك قد تم توصيلها بشكل صحيح.

الخطوة 7: اللحام يستقر في المعالج الدقيق فلورا

إذا لم تقم بإلقاء نظرة على رابط البرنامج التعليمي حول كيفية استخدام snaps في خطوة "التحضير" ، فتحقق من ذلك الآن. في هذه المرحلة ، ستقوم بتوصيل اللقطات بالمعالج الدقيق ووحدة البلوتوث. لا تريد أن تفسد هذا الجزء لأن وظيفة اللحام الفوضوية يمكن أن تدمر دائرتك.

سيتطلب المعالج الدقيق لقطات على المسامير التالية:

• جميع دبابيس الأرضية الثلاثة (GND)
• كل من دبابيس الطاقة 3.3 فولت
• SCL # 3
• RX # 0
• TX # 1
• دبوس رقمي # 9

الخطوة 8: يستقر اللحام في وحدة البلوتوث

وستتطلب وحدة البلوتوث لقطات على هذه المسامير:

• 3.3 فولت
• TX
• RX
• GND

الخطوة 9: خياطة اللقطات في النسيج لمعالج فلورا الدقيق

الآن يمكنك خياطة الطرف الآخر من اللقطات على القماش. تأكد من استخدام وحدة البلوتوث والمعالج الدقيق مع اللقطات المرفقة بهما لمحاذاة هذه اللقطات بشكل صحيح!

الخطوة 10: خياطة اللقطات في نسيج لوحدة البلوتوث

الآن قم بخياطة اللقطات الخاصة بالبلوتوث.

الخطوة 11: قم بتوصيل وحدة البلوتوث بمعالج فلورا الدقيق

بعد ذلك ، قم بتوصيل وحدة Bluetooth بمعالج Flora الدقيق عن طريق خياطة خيط موصل بين اللقطات الخاصة بكل جهاز. الوصلات التالية مطلوبة:

1. بلوتوث 3.3 فولت إلى معالج دقيق 3.3 فولت
2. Bluetooth TX إلى المعالج الدقيق RX # 0
3. Bluetooth RX إلى المعالج الدقيق TX # 1
4. Bluetooth GND إلى المعالجات الدقيقة GND

الخطوة 12: قم بتوصيل Neo Pixel بمعالج Flora الصغير

قم بتوصيل Neo Pixel بالمعالج الدقيق بالطريقة التالية:

1. NeoPixel LED In to Microprocessor Digital Pin # 9
2. NeoPixel من الأرض إلى أرض المعالجات الدقيقة
3. قوة NeoPixel إلى طاقة المعالج الدقيق

الخطوة 13: قم بتوصيل حزمة البطارية بمعالج Flora الدقيق

هذا الجزء مهم نوعًا ما ؛ قد تحتاج إلى مصدر قوة لجعل كل شيء يعمل!

الخطوة 14: بناء كابل EEG

تم تصنيع هذا الكابل باستخدام شريحة EEG وكابل قطب كهربائي ثلاثي الأسلاك وكابل UC-E6. يجب محاذاة شريحة EEG بشكل صحيح بحيث يتم توصيل الطرف الذي يقرأ "EEG" بكابل القطب ، كما هو موضح في الصورة أعلاه.

الخطوة 15: قم بتوصيل EEG بمعالج Flora الدقيق

قم بتوصيل كابل EEG بمعالج Flora. الصورة أعلاه موضحة بالتعليمات لإظهار النقاط المناسبة لتوصيل الأسلاك الخاصة بك. سيتم إجراء الاتصالات التالية:

1. السلك الأحمر إلى السلطة
2. سلك أسود على الأرض
3. سلك أرجواني إلى SCL # 3

الخطوة 16: غرز الأقطاب الكهربائية في عصابة الرأس

قم بخياطة الأقطاب الكهربائية داخل عصابة الرأس. تأكد من وضع الأقطاب الكهربائية في المواضع المناسبة. بالنظر إلى داخل عصابة الرأس ، يجب أن يكون القطب الأحمر على اليسار ، والقطب الأبيض في المنتصف ، والقطب الأسود على اليمين.

الخطوة 17: غرز القماش والحزام في عصابة الرأس

الآن لقد أكملت عقالك! رائع!

الخطوة 18: تحميل الكود

يمكنك الآن تحميل هذا الرمز على عصابة الرأس الخاصة بك لمنحها قدرات قراءة العقل!

الخطوة 19: قم بتوصيل عصابة الرأس بالهاتف

افتح تطبيق Adafruit Bluefruit LE Connect وقم بتوصيل هاتفك بـ Adafruit Bluefruit LE.

الخطوة 20: ضع عقال الرأس واجمع البيانات

الآن يمكنك وضع عصابة الرأس الخاصة بك واختبارها! يمكنك تحديد "UART" في تطبيق Adafruit Bluefruit LE Connect لعرض البيانات فور ورودها.

الخطوة 21: تصدير البيانات من الهاتف إلى الكمبيوتر

بمجرد أن يتم جمع بياناتك ، يمكنك تصدير البيانات بتنسيقات ملفات متعددة. نوصي بتصديره كملف txt. لتحليله في Excel.

الخطوة 22: تحليل البيانات

فيما يلي مثال على نوع الرسم البياني الذي يمكنك إجراؤه لتصور وتفسير البيانات من عصابة الرأس الخاصة بك. لدينا نطاقات دلتا وثيتا وألفا وبيتا تم تمييزها جميعًا لإظهار النطاق الذي تقع فيه كل نقطة.

الخطوة 23: أفكار أخرى

بعد الانتهاء من Sleep Reader Headband ، لا تتردد في استكشاف بعض التعديلات على التصميم. ربما تحاول تعديل الرمز لتجميع البيانات تلقائيًا وإنشاء تقرير يقيم أنماط نوم المستخدم. أو يمكنك توصيل ساعة في الوقت الفعلي لمراقبة الوقت المحدد من الليل عندما يغفو المستخدم ، ويتقدم خلال النوم العميق ونوم حركة العين السريعة ، ويستيقظ. ربما تكون مهتمًا بتسجيل حديث النوم ، وفي هذه الحالة يمكنك تضمين مسجل صوت يتم تنشيطه عندما يصل المستخدم إلى وضع نوم حركة العين السريعة. الاحتمالات لا حصر لها!

الخطوة 24: الاعتراف

استخدم جزء تحويل فورييه من الكود الخاص بهذا المشروع الكود المنشور في هذه الصفحة في "إبداعات النرويج". أيضًا ، أشار جزء NeoPixel من الكود إلى الأمثلة المقدمة من Adafruit.