مستشعر تنفس الحزام الأساسي: 8 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

في عالم الاستشعار البيولوجي ، هناك العديد من الطرق لقياس التنفس. يمكن للمرء استخدام الثرمستور لقياس درجة الحرارة حول فتحة الأنف ، ولكن مرة أخرى ربما لا تريد أداة غريبة مربوطة بأنفك. يمكن للمرء أيضًا إرفاق مقياس تسارع بحزام يتحرك لأعلى ولأسفل ، ولكن ربما يجب أن يكون الموضوع مستلقيًا أو لا يتحرك بأي طريقة أخرى. على الرغم من أن مستشعر تنفس حزام النطاق المرن الأساسي هذا له عيوبه (استجابة الإشارة ليست دقيقة مثل الطرق الأخرى) ، إلا أنه مفيد إذا كان هدفك يريد فقط الالتصاق والقيام بكل ما يريد القيام به أثناء التنفس. يتم قياسه. في ما يلي مثال على مستشعر التنفس الأساسي ، والذي يهدف إلى العيش داخل حزام مرن تربطه حول الصدر. عندما يتمدد الصدر المعني ويتقلص من خلال استنشاق الهواء إلى الرئتين ، تتغير مقاومة قطعة مدمجة من الحبل المطاطي القابل للمط. باستخدام عدد قليل من المكونات الإضافية ، يمكننا ترجمة ذلك إلى إشارة تمثيلية تقرأ مباشرة بواسطة Arduino. يتم ذلك من خلال سحر دائرة مقسم الجهد الأساسية للغاية وسهلة التعلم.

تحذير: قبل أن نبدأ ، يجب أن تعلم أن معدات الاستشعار البيولوجي غير المختبرة وغير المستقرة تحتوي دائمًا على خطر خطر! يرجى اختبار وإنشاء هذه الدائرة بمصدر لطاقة البطارية - سأفعل كل شيء لأوضح لك كيفية عمل هذه الدائرة للتأكد من أنك لن تتضرر ، لكنني لا أتحمل أي مسؤولية عن الحوادث التي قد تحدث. استخدم الحس السليم واختبر دائرتك دائمًا بمقياس متعدد قبل ربط أي شيء بصدرك.

الخطوة 1: ما الذي تحتاجه

1) سيعمل أي متحكم بمدخل تناظري ، لكن في هذا المثال سأستخدم Arduino Uno. إذا كنت بحاجة إلى واحدة ، يمكنك الحصول عليها من Adafruit أو Sparkfun.

2) سلك مطاطي موصل. سيعمل هذا السلك المذهل كمقاوم متغير ، وسيتغير في مقاومته مع تمدده أو تحريره. متوفر في Adafruit ، أو Robotshop به مجموعة متنوعة لطيفة من الأطوال مع نهايات معدنية مثبتة مسبقًا

3) جهاز متعدد

4) LED

5) مقاوم 1 كيلو

6) مقاوم منسدل (سنكتشف قيمة هذا لاحقًا!)

7) شريط لاصق

8) ثقب أو مقص

9) أسلاك توصيل

10) لوح توصيل

11) 2 مقاطع التمساح

يرجى ملاحظة أنه كما هو الحال مع جميع معدات الاستشعار البيولوجي ، يكون هذا المشروع أكثر أمانًا إذا كان Arduino الخاص بك يعمل بالبطاريات.

لإكمال هذا المشروع ، قد تحتاج أيضًا إلى:

· لحام الحديد ولحام

· مسدس الغراء الساخن

· قصاصات الأسلاك

· متجرد الأسلاك

· يد العون او يد المساعده

· نائب ، أداة تجعيد ، أو زوج كبير من كماشة

· 2 أو أكثر من محطات التجعيد الحلقية

الخطوة 2: قم بقطع السلك ، وقم بتوصيل المحطات الموصلة

بينما يمكنك استخدام أي طول من الحبل المطاطي من 2 "-8" لهذه التجربة ، فإن أطوال المطاط الأقصر تكون أرخص ولا تحتاج في الواقع إلى كمية كبيرة جدًا لإنجاز المهمة. إذا اشتريت مطاطًا طويلًا ، فإنني أوصي بقطع طوله 4 بوصات. قص هذا الطول واستعد لإرفاق نهاية موصلة لكلا الطرفين.

خذ موصلًا طرفيًا ، مثل أحدهما في الصورة أعلاه ، وألصق أحد طرفي السلك المطاطي الموصل داخل نهاية أحد الموصلات الطرفية ، وقم بتجعيد النهاية معًا. يمكنك استخدام أي من الرذيلة أو نهايات قواطع الأسلاك للقيام بذلك ، ولكن احرص على عدم سحق الطرف بشدة لئلا تنكسر أو تقطع المطاط! إذا تمكنت من القيام بذلك ، وانقطع السلك ، فحاول مرة أخرى باستخدام موصل طرفي آخر. لا يزال يجب أن يكون لديك الكثير من الطول لإنجاز هذا العمل الفذ. إذا كان أقصر من 2 بوصة ، فمن المحتمل أن تحاول مرة أخرى بطول جديد يبلغ 4 بوصات. لا تقلق ، ستفهم! بمجرد أن تنجز هذا في جانب واحد ، رائع! كرر على الجانب الآخر. لقد انتهيت الآن!

الآن لديك سلك مطاطي موصل مع طرف مناسب في كل طرف. دعونا نقيس ما هي نطاقات هذا السلك بمقياس متعدد.

الخطوة 3: قم بقياس مقاومتك

أدر قرص جهاز القياس المتعدد إلى رمز أوم (Ω) وألصق الطرفين الأحمر والأسود لجهاز القياس المتعدد في أي من جانبي سلكك الموصل.

إذا لم تكن متأكدًا من كيفية استخدام جهاز القياس المتعدد حتى الآن ، فيمكنك تجديد هذا البرنامج التعليمي من Lady Ada.

على الرغم من أن الرقم قد يقفز قليلاً أثناء قياسه ، إلا أن هذه الأرقام تعطيك فكرة عن مقدار مقاومة السلك عندما يكون في حالة سكون. بأخذ أفضل تخمين لك ، اكتب المقاومة عند الراحة لسلكك ، ثم قربه إلى أقرب مضاعف للعدد 10. (على سبيل المثال: 239 = 240 ، 183 = 180)

الآن ، مع الحرص على تثبيت المجسات المتعددة في مكانها بيد واحدة ، استخدم يدك الأخرى لسحب السلك برفق. يمكنك فقط مد هذه الأشياء حتى تصل إلى حوالي 50٪ -70٪ من طولها الأصلي ، لذلك لا تسحبها بقوة! لاحظ كيف تغيرت قيم المقاومة على جهاز القياس المتعدد. اتركها ، وكرر هذه العملية عدة مرات لمشاهدة المقاومة تنتقل من أدنى مستوى لها إلى أقصى حد لها. عندما تمدها ، تزداد المقاومة لأن الجزيئات الموجودة في المطاط تتحرك بعيدًا عن بعضها. بمجرد تحرير القوة ، سوف يتقلص المطاط مرة أخرى ، على الرغم من أن الأمر يستغرق دقيقة أو دقيقتين للعودة إلى طوله الأصلي. بسبب هذه القيود المادية ، فإن هذا السلك المطاطي ليس مستشعرًا خطيًا حقيقيًا ، لذلك فهو ليس دقيقًا بشكل مثير للدهشة ولكن هناك طرق للعمل مع هذا في بناء المستشعر الخاص بك. قم بتمديد السلك مرة أخرى إلى أقصى حد له ، ومع وجود كل طرف من مجسات المتر المتعدد في مكانه على جانبي الحبل المطاطي ، اكتب قيمة المقاومة ، مقربًا مرة أخرى إلى أقرب مضاعف لـ 10.

الخطوة 4: صيغة أكسل بنز

سنستخدم دائرة بسيطة لتقسيم الجهد من أجل استخدام المقاومة المتغيرة لسلك التمدد كجهاز استشعار للتنفس. إذا كنت ترغب في معرفة المزيد عن دوائر تقسيم الجهد ، فهي في الأساس عبارة عن مقاومات قليلة في سلسلة تقوم بتحويل جهد كبير إلى جهد أصغر. اعتمادًا على قيم المقاومات التي تستخدمها ، يمكنك تقطيع 5 فولت من Arduino إلى أجزاء أكبر أو أصغر من نفسه باستخدام المقاوم المنسدل ، وهو أمر مفيد للقراءة التناظرية. إذا كنت ترغب في معرفة المزيد عن الرياضيات وراء دوائر تقسيم الجهد ، فقم بإلقاء نظرة على البرنامج التعليمي الممتاز في Sparkfun.

بينما نعلم أن قيمة المقاوم الأول في الدائرة (مستشعر التمدد) ستكون في حالة تدفق مستمر ، نحتاج إلى استخدام قيمة مقاومة مناسبة للمقاوم المنسدل من أجل الحصول على إشارة لطيفة ومتنوعة قدر الإمكان.

للبدء ، استخدم صيغة Axel Benz:

Pull-Down-Resistor = squareroot (Rmin * Rmax)

لذا ، إذا كانت قيمة الحد الأدنى لسلك التمدد 130 أوم ، والحد الأقصى هو 240 أوم

المقاوم المنسدل = التربيعية (130 * 240)

المقاوم المنسدل = squareroot (31200)

المقاوم المنسدل = 176.635217327

لذا يجب أن تنظر الآن إلى مجموعة المقاوم الخاصة بك وتكتشف ما هو أفضل مقاوم لك "في الوقت الحالي". إذا كان لديك فقط مجموعة من البتات العشوائية والبوب ، فقد تكون هذه الآلة الحاسبة لشريط ألوان المقاوم مفيدة لك. يمكن أن يكون وضع الكرة على هذا المقاوم على ما يرام ، فربما لا يكون لديك المقاوم المثالي في متناول اليد. أثناء استخدام الدائرة ، قد تجد أنه يتعين عليك تبديلها بأخرى على أي حال ، ولكن هذا سيمنحك بداية رائعة لبدء اللعب.

أخيرًا ، قمت بتقريب الرقم إلى أقرب مضاعف لـ 10.

سحب المقاوم = 180 أوم

الخطوة 5: تحضير اللوح الخاص بك

باستخدام أسلاك التوصيل ، قم بتوصيل دبوس 5 فولت من Arduino بسكة الطاقة الخاصة بك على لوح التجارب ، ثم قم بتوصيل دبوس GND بالسكة الأرضية للوح الخاص بك.

أحب رسم 5 فولت من Arduino لأن هذا يضمن أنه لا داعي للقلق بشأن إرسال الكثير من الجهد إلى المسامير التناظرية. يمكنك أيضًا استخدام دبوس الجهد 3v3 ، لكني أجد أنني أحصل على إشارة أفضل من استخدام 5v.

قم بتوصيل المقاوم المنسدل بالأرض.

خذ كلا من مشابك التمساح وقم بتثبيتهما في المحطات على جانبي الحبل المطاطي المتغير المقاومة. اربط أحد طرفي مشابك التمساح بقضيب 5 فولت. قم بتوصيل مقطع التمساح الآخر بسلك في التكوين الموضح في الرسوم البيانية.

تأكد من توصيل الأطراف "الأخرى" للمقاوم المنسدل وسلك التمدد الموصل ، قم الآن بتوصيل سلك توصيل من دبوس تناظري (دعنا نستخدم A0) إلى مركز هاتين النقطتين المتصلتين.

أخيرًا ، قم بتوصيل مصباح LED بمقاوم 1k إلى دبوس 9 من Arduino.

الخطوة 6: برمجة Arduino الخاص بك

ملاحظة: لقد رأيت للتو أن مستخدمي GitHub Non0Mad قد قاموا بتحسين الكود الخاص بي! (شكرًا) جرب هذا الكود إذا كنت تفضل:

إذا كنت تفضل تجربة الخيار الذي صنعته ، فقم بتشغيل الرسم المرفق "RespSensorTest.ino" على Arduino.

مع الحرص على عدم لمس المعدن المكشوف ، التقط مشبكي التمساح وشد الشريط المطاطي. شاهد مؤشر LED يتلاشى ويخرج أثناء التمدد. افتح جهاز Serial Monitor الخاص بك ، وراقب تغير الجهد التناظري. إذا لم تكن راضيًا عن قيم التلاشي أو أرقامك ، يمكنك تجربة بعض الأشياء:

1) حاول تبديل قيمة المقاوم المنسدلة الأخرى المشابهة للقيمة الأخيرة التي استخدمتها. هل تحدث فرقا إيجابيا؟ (هذا هو أفضل طريقة للقيام بذلك)

2) إذا كان كل ما تريد فعله حقًا هو إضاءة مؤشر LED ، فحاول العبث بمتغير scaleValue لمعرفة ما إذا كان بإمكانك إنتاج نطاقات أفضل بهذه الطريقة. (قد تكون هذه أسهل طريقة للقيام بذلك)

بمجرد أن تكون سعيدًا بما فيه الكفاية بأرقامك وتوهج LED ، فقد حان الوقت لتصميم نموذج أولي لارتدائه حول صدرك! قم بإيقاف تشغيل Arduino الخاص بك وقم بتعطيل الطاقة إلى لوحة توصيل الدوائر للخطوة التالية.

الخطوة 7: اصنع نموذجًا أوليًا لفرقة التنفس

إن أسرع طريقة لعمل نموذج أولي هو أن تهزهز شيئًا ما سويًا بشريط لاصق. خذ شريطًا طويلًا من الشريط اللاصق (يجب أن تغطي حوالي 30 "-36" معظمها ، ولكن في النهاية هذا هو مجرد محيط صدرك) وقم بطيه بحيث تلتصق الجوانب اللاصقة بنفسها. اصنع ثقوبًا في جانبي شريط الشريط اللاصق بحيث يشبه الحزام.

استخدم البراغي لتأمين الأطراف في الفتحات المثقوبة التي صنعتها للمستشعر الخاص بك ، وقم بتوصيل القطعة الطويلة من الشريط اللاصق بإحكام في الحلقة التي ترتديها عبر صدرك. تريد أن تتأكد من أن "الحزام" يناسبك بشكل مريح أو يربط الضفيرة الشمسية لموضوعك ، ولكن تأكد من وجود مساحة كافية للأنفاس الواردة لتمديد الحبل.

أخيرًا ، أعد توصيل مشابك التمساح وقم بتوصيل كل من وصلات العبور من نهاية سلك التمدد الموصل مرة أخرى في مكانه في اللوح. نحن الآن جاهزون لاختبار النموذج الأولي!

الخطوة 8: اختبر النموذج الأولي

قم بتشغيل Arduino وقم بتشغيل sketchagain السابق. كيف تعمل هذه القيم التناظرية؟ هل تحصل على دقة جيدة للبيانات مع أنفاسك؟ هل يحتوي LED على تباين لطيف من الضوء أثناء الشهيق والزفير؟ إذا لم يكن الأمر كذلك ، فحاول تبديل المقاوم المنسدل بقيمة قريبة لمعرفة ما إذا كانت القيم التي تقرأها تتحسن.

عندما تستقر على المقاوم المنسدل المثالي ، ابتهج! اكتملت دائرتك ، وجارٍ تسجيل تنفسك ، وسيتبع المصباح أنفاسك بسعادة.

من الناحية المثالية ، ستقوم أنت أو أي شخص آخر في النهاية بخياطة رباط لك من قماش اصطناعي غير موصل بقليل من التمدد في حد ذاته ، وحزام D-Ring للربط. (الفيلكرو على ما يرام كقفل ، لكنه يتسبب في فوضى تامة بالملابس والسترات في بعض الأحيان.) يمكنك خياطة الحبل الموصّل بأمان في هذا النطاق ، في الواقع ، تعتبر الأطراف الدائرية رائعة للتثبيت على القماش. للحصول على شيء أكثر ديمومة من مقاطع التمساح ، قد ترغب ببساطة في لحام عدد قليل جدًا من الأسلاك متعددة الشرائط الطويلة جدًا بنهايات الموصلات الطرفية وإرفاقها بدارتك.