جهاز تحفيز اللياقة: 22 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

نحن طلاب هندسة نسعى إلى أن نكون لائقين بدنيًا.

نحن نعلم كيف يبدو أن يكون لديك الكثير من العمل المدرسي للخروج وممارسة الرياضة. لإخراج عصفورين بحجر واحد ، قررنا استخدام مشروع نهائي في أحد فصول الهندسة لدينا لأخذ قراءات أجهزة الاستشعار الحيوية الأساسية أثناء التمرين. وبشكل أكثر تحديدًا ، يسمح هذا المشروع للمستخدم بأخذ قراءات من مقياس التسارع (ACC) ومخطط كهربية العضل (EMG) أثناء نقل معلومات الإخراج إلى مصباحي LED وشاشة رقمية صغيرة.

إذا كنت تستمتع بالدوائر أو Arduino أو النجارة أو الترميز أو الهندسة الطبية الحيوية أو اللحام ، فقد يكون هذا المشروع مناسبًا لك!

انظر ماذا تفعل

قبل أن تبدأ في هذا المشروع ، من فضلك خذ دقيقة لترى ما تقوم به في الفيديو أعلاه.

في الأساس ، يتيح لك هذا المشروع الجمع بين جوانب متعددة لما تعرفه. إذا كنت جديدًا في مجال الهندسة الطبية الحيوية (BME) أو أجهزة الاستشعار الحيوية ، فلا مشكلة. هناك نوعان من أجهزة الاستشعار الأساسية المستخدمة في هذا المشروع. هذه المستشعرات هي مقياس التسارع ومخطط كهربية العضل (EMG). كما يوحي الاسم ، فإن مقياس التسارع هو مجرد جهاز استشعار يقيس التسارع. بشكل أقل حدسيًا ، يقيس مخطط كهربية العضل النشاط الكهربائي في العضلات التي تتصل بها الأقطاب الكهربائية المقابلة. في هذا المشروع ، تم استخدام ثلاثة أقطاب بيولوجية هلامية سطحية من الرصاص الكهربائي الذي يقيس الإشارات القادمة من العجل للموضوع المرفق.

المواد والأدوات

المواد

لإنشاء هذا المشروع ، ستحتاج إلى ما يلي:

• لوحة Arduino Uno (والتي يمكن شراؤها من
• مزود طاقة بطارية 9 فولت (يمكن شراؤه على
• مجموعة Bitalino الموصولة (والتي يمكن شراؤها من www.bitalino.com)
• شاشة عرض Adafruit مقاس 1.8 بوصة ودرع للغطاء بالإضافة إلى لوح حماية بيرما نصف الحجم (يمكن شراؤه على www.adafruit.com)
• أسلاك توصيل متنوعة ، ومصابيح LED ، ومقاومات 220 أوم ، ولحام ، وتدفق (يمكن شراؤها من www.radioshack.com)
• 1/2 "براغي خشبية ، 5/8" مسامير تشطيب ، قطعة مقاس 4 × 4 "من لوح فولاذي قياس 28 ، مفصلتان صغيرتان ، وآلية مزلاج بسيطة (يمكن شراؤها على www.lowes.com)

• خمسة أقدام من الخشب

  ملاحظة: يمكن شراء الخشب الصلب على www.lowes.com ، لكننا نوصي بالعثور على منشار محلي واستخدام الخشب من هذا الشخص. أبعاد الخشب المستخدمة في هذا المشروع ليست شائعة بشكل مثير للدهشة ، لذا فإن احتمالات العثور على الخشب المقطوع مسبقًا إلى أبعاد السماكة اللازمة ضئيلة جدًا

  أدوات

• مكواة لحام (يمكن شراؤها من www.radioshack.com)

• العديد من أدوات النجارة ، والتي تم تضمينها في الصور أعلاه والمدرجة هنا

  • منشار ميتري (يمكن شراؤه من www.lowes.com)
  • منشار طاولة Shopmith أو ما يعادلها (يمكن شراؤها على www.shopsmith.com)
  • مسوي سمك (يمكن شراؤه من www.sears.com)
  • مطرقة ، لقم الثقب ، شريط قياس ، وقلم رصاص (يمكن شراؤها من www.lowes.com)
  • مثقاب لاسلكي وبطارية (يمكن شراؤها من www.sears.com)
  • منشار شريطي (يمكن شراؤه من www.grizzly.com)

أدوات اختيارية

• مكواة إزالة اللحام (يمكن شراؤها من www.radioshack.com)
• جهاز التسوية (يمكن شراؤه من www.sears.com)

تحضير

في حين أن هذا ليس هو الأكثر تحديًا الذي يمكن القيام به ، إلا أنه ليس الأبسط أيضًا. المعرفة المطلوبة في الترميز ودوائر الأسلاك واللحام والنجارة ضرورية. بالإضافة إلى ذلك ، سيكون العمل السابق مع Arduino أو Adafruit مفيدًا.

يجب أن تكون دورة البرمجة البسيطة أو الخبرة العملية في الموضوع كافية لنطاق هذا التدريب.

من الأفضل تعلم دوائر اللحام والأسلاك من خلال تنفيذ هذه الإجراءات. في حين أن دورة الدوائر النظرية قد تكون مفيدة في الفهم التقني للدوائر ، إلا أنها قليلة الفائدة ما لم تكن قد بنيت بعض الدوائر فيها! أثناء الأسلاك ، حاول أن تجعل الأسلاك مباشرة قدر الإمكان. تجنب تقاطع الأسلاك أو استخدام أسلاك أطول من اللازم ، كلما أمكن ذلك. سيساعدك هذا في استكشاف أخطاء الدائرة وإصلاحها عندما يبدو أنها مكتملة ولا تعمل بشكل صحيح. عند اللحام ، تأكد من استخدام تدفق كافٍ للحفاظ على تدفق اللحام في المكان الذي تريده. سيؤدي استخدام القليل جدًا من التدفق إلى جعل عملية اللحام أكثر إحباطًا مما يجب أن تكون عليه. ومع ذلك ، لا تستخدم الكثير من اللحام. عندما يتعلق الأمر باللحام ، فإن إضافة الكثير من مواد اللحام بشكل عام لا يساعد في تحسين الاتصال الملحوم. بدلاً من ذلك ، يمكن أن يؤدي استخدام الكثير من اللحام إلى جعل اتصالك يبدو معقولاً ، حتى لو تم بشكل غير صحيح.

النجارة هي تجارة عملية. بالتأكيد يتطلب بعض الممارسة. تساعد الخلفية في خصائص المواد للخشب ، مثل تلك المتوفرة في Wood بواسطة Eric Meier ، خاصة إذا كنت ستقوم بمزيد من مشاريع الأعمال الخشبية في المستقبل. ومع ذلك، هذا غير مطلوب. بعد مشاهدة حرفي يعمل في الخشب أو القيام ببعض الأعمال الخشبية بنفسك ، يجب أن تكون خلفية وافرة لهذا المشروع. معرفة طريقك حول متجر الأخشاب أمر ضروري أيضًا. سيساعدك فهم الأدوات التي تؤدي وظائف معينة على إنجاز المشروع بسرعة وأمان أكبر مما يمكن القيام به بخلاف ذلك.

مواقع مفيدة

• www.github.com ؛ هذا الموقع يساعد في معالجة التعليمات البرمجية
• www.adafruit.com ؛ يخبرك هذا الموقع بكيفية توصيل شاشة TFT
• www.fritzing.com ؛ يساعدك هذا الموقع في رسم وتصور الدوائر

أمان

قبل المتابعة ، نحتاج إلى التحدث عن السلامة. يجب أن تظل السلامة أولاً وقبل كل شيء في القيام بالتعليمات أو أي شيء آخر في الحياة تقريبًا ، لأنه إذا أصيب شخص ما ، فلن يكون ذلك ممتعًا لأي شخص.

على الرغم من أن هذا الدليل يشتمل على أجهزة استشعار حيوية ، فلا تعد الأجزاء أو الجهاز المُجمع جهازًا طبيًا. لا ينبغي استخدامها للأغراض الطبية أو التعامل معها على هذا النحو.

تتضمن هذه التعليمات استخدام الكهرباء ومكواة اللحام وأدوات الطاقة. مع الإهمال أو عدم الفهم ، يمكن أن تصبح هذه الأشياء خطيرة.

الكهرباء مطلوبة لتشغيل شاشة Arduino و Adafruit ومصابيح LED. مزود ببطارية 9 فولت. بشكل عام ، عند التفاعل مع الكهرباء ، من الصعب أن تكون آمنًا جدًا.

ومع ذلك ، فإن بعض نصائح السلامة الكهربائية المفيدة تتبع ما يلي:

• حافظ على يديك جافة وتأكد من سلامة الجلد عليها.
• إذا كان يجب أن يمر تيار من خلالك ، فحاول الاحتفاظ بنقاط الدخول والخروج على نفس الطرف.
• توفير وسائل التأريض وقواطع الدائرة وموانع الأعطال لجميع الدوائر. هذه تساعد على منع الحمل الزائد للدوائر أو تسرب التيار ، إذا حدث خطأ ما في الجهاز أو مسار الكهرباء.
• لا تستخدم الأجهزة الكهربائية أثناء العواصف الرعدية أو في الحالات الأخرى التي يكون فيها ارتفاع التيار الكهربائي أعلى من المعدل الطبيعي.
• لا تغمر الأجهزة الكهربائية أو تحاول استخدامها في بيئة مائية.
• قم بتعديل الدوائر فقط عند انقطاع التيار الكهربائي.

مكواة اللحام هي جهاز كهربائي. هنا ، تنطبق جميع احتياطات السلامة للأجهزة الكهربائية. ومع ذلك ، يصبح طرف المكواة ساخنًا جدًا أيضًا. لتجنب التعرض للحرق ، تجنب ملامسة طرف المكواة. أمسك المكواة واللحام بهذه الطرق بحيث إذا انزلق أحد العناصر من قبضتك ، فلن تلمس يديك طرف المكواة.

تتطلب الأدوات الكهربائية أيضًا كهرباء. هنا ، التزم باحتياطات السلامة الكهربائية الموضحة أعلاه. بالإضافة إلى ذلك ، اعلم أن الأدوات الكهربائية بها العديد من الأجزاء المتحركة. على هذا النحو ، حافظ على جسمك وأي شيء آخر تهتم به بعيدًا عن هذه الأجزاء عندما تكون الأدوات قيد الاستخدام. تذكر أن الأداة لا تعرف ما هي القطع أو التشغيل الآلي. بصفتك المشغل ، فأنت مسؤول عن التشغيل الآمن للأدوات الكهربائية. ضع واقيات السلامة والدروع في مكانها أثناء تشغيل الأدوات الكهربائية.

تلميحات ونصائح

يمكن أن تكون المعلومات التالية مفيدة في جميع أنحاء هذه التعليمات. لا تنطبق كل تلميح أو تلميح على كل خطوة ، ولكن يجب أن يكون الفطرة السليمة دليلًا بشأن أي تلميحات ونصائح تنطبق في كل حالة.

• عند توصيل الأسلاك ، لا يهم لون السلك. ومع ذلك ، قد يكون من المفيد إنشاء مخطط ألوان ويكون متسقًا معه في جميع مراحل مشروعك. على سبيل المثال ، قد يكون استخدام السلك الأحمر للجهد الموجب المزود في الدائرة مفيدًا.
• يجب وضع أقطاب كهربائية على جزء نظيف من الجسم. يؤدي الشعر إلى زيادة الضوضاء والتأثيرات الحركية في الإشارات المجمعة.
• يجب منع الأسلاك المتصلة بالأقطاب الكهربائية الحيوية من التحرك أكثر من اللازم لتجنب تأثير الحركة. يعمل جورب أو شريط ضغط بشكل جيد في تأمين هذه الأسلاك.
• جندى بشكل مناسب. تأكد من أن كل اتصال ملحوم كافٍ وتحقق من هذه التوصيلات إذا بدت الدائرة مكتملة ولكنها لا تعمل بشكل صحيح.
• عند التخطيط ، يجب ألا يقل طول قطع المواد المستوية عن ست بوصات. يمكن أن تتسبب قطع التخطيط التي يقل طولها عن هذا الطول في إحداث قنص أو ارتداد مفرط لقطع العمل.
• وبالمثل ، لا تقف أمام المسوي مباشرة. بدلاً من ذلك ، قف بجانبه حيث يتم إدخال قطع العمل واستلامها من المسوي.
• عند استخدام المناشير ، تأكد من بقاء قطع العمل ضد الواقيات أو الأسوار المناسبة. هذا يساعد على ضمان قطع آمن ودقيق.
• يتم عمل فتحات إرشادية عند التثبيت بالمسامير أو المسامير. يجب أن تكون لقمة الطيار قطرها أصغر من أداة التثبيت المقصودة ، ولكن لا تقل عن نصف قطر أداة التثبيت. هذا يساعد على تجنب انقسام وتقسيم الخشب الذي يتم تثبيته عن طريق تخفيف الضغط المفرط بسبب وجود المثبت.
• إذا كنت تقوم بحفر ثقوب تجريبية للأظافر ، فحاول أن تجعل الثقب التجريبي ثُمن البوصة أعمق من طول الظفر المقصود. يساعد ذلك على إعطاء الظفر شيئًا يغرق فيه ويوفر احتكاكًا كبيرًا للمساعدة في تثبيت الظفر في مكانه عند غرقه.
• عند الطرق ، قم بالقيادة مباشرة على رأس الظفر بمركز رأس المطرقة. خذ تقلبات معتدلة على عكس التقلبات المحافظة فقط ، لأن التقلبات المحافظة عمومًا لا توفر طاقة كافية لقيادة الظفر ، بل توفر فقط طاقة كافية لتسبب في انقلاب الظفر والانحناء بطرق غير مرغوب فيها.
• استخدم مخلب المطرقة لإزالة المسامير التي لا تتحرك بالشكل المطلوب.
• ابق يديك بعيدًا عن خط قطع شفرات المنشار. إذا حدث خطأ ما ، فأنت لا تريد أن تقطع يدك.
• لتوفير الوقت ، قس مرتين واقطع مرة واحدة. سيؤدي عدم القيام بذلك إلى الاضطرار إلى صنع بعض القطع أكثر من مرة.
• استخدم شفرات حادة على مسوي ومناشير السماكة. على المناشير ، تعتبر الشفرات ذات عدد الأسنان الأعلى جيدة لتوفير قطع ناعم بالقرب من الجودة النهائية. في إجراء هذا المشروع ، استخدمنا شفرة مقطوعة بدقة 96 سنًا 12 بوصة على منشار ديوالت المائل المائل المزدوج وشفرة بها 6 أسنان على الأقل لكل بوصة خطية على المنشار الشريطي.
• احتفظ بمحرك شوبسميث في نطاق السرعة الموصى به لتكوين منشار الطاولة. تأكد من ضبط الطاولة على ارتفاع مناسب ، وعدم تعريض الشفرة أكثر من اللازم لعمل كل قطع.

الخطوة 1: لنبدأ

بناء مكون الدائرة أولا. ابدأ بتوصيل الطاقة والأرض إلى بيرما بروتوبورد.

الخطوة 2: إضافة المستشعرات الحيوية

قم بتوصيل المستشعرات الحيوية بلوحة بيرما بروتوبورد ولاحظ أي جهاز استشعار هو. استخدمنا الإشارة الموجودة على اليسار في الرسم البياني كمقياس تسارع.

الخطوة 3: بما في ذلك المصابيح

بعد ذلك ، أضف مصابيح LED. ضع في اعتبارك أن اتجاه LED مهم.

الخطوة 4: إضافة العرض

أضف العرض الرقمي. استخدم الأسلاك الواردة في هذا الموقع للمساعدة:

الخطوة 5: وقت الترميز

منذ أن اكتملت الدائرة الآن ، قم بتحميل الكود إليها. الكود المرفق هو الكود الذي استخدمناه في استكمال هذا المشروع. الصورة عبارة عن عينة لما يجب أن يبدو عليه الرمز عند فتحه بشكل صحيح. هذا هو المكان الذي يمكن أن يبدأ فيه استكشاف الأخطاء وإصلاحها بالكامل. إذا كانت الأشياء تعمل بشكل صحيح ، تتم قراءة الإشارات من مقياس التسارع أولاً. إذا كانت الإشارة أقل من الحد الأدنى ، يضيء مؤشر LED الأحمر ، ويظل مؤشر LED الأخضر غير مضاء ، وتقرأ الشاشة "انهض!". وفي الوقت نفسه ، إذا كانت إشارة مقياس التسارع أعلى من الحد الأدنى ، يتم إيقاف تشغيل مؤشر LED الأحمر ، ويتم تشغيل مؤشر LED الأخضر ، وتقرأ الشاشة "تعال!". بالإضافة إلى ذلك ، يتم قراءة إشارة EMG. إذا كانت إشارة EMG أعلى من حد معين ، فإن الشاشة الرقمية تقرأ "عمل رائع!" ومع ذلك ، إذا كانت إشارة فريق الإدارة البيئية أقل من الحد الأدنى ، فستظهر على الشاشة عبارة "ابدأ!". يتكرر هذا بمرور الوقت ، وتتغير حالة مصابيح LED والشاشة حسب طلب المدخلات من مقياس التسارع و EMG. يجب تعيين العتبات المحددة لمقياس التسارع و EMG بناءً على المعايرة مع موضوع معين في متناول اليد أثناء حالات الراحة وممارسة التمارين الرياضية.

للوصول إلى هذا الرمز في GitHub ، الرجاء النقر هنا!

الخطوة 6: التخطيط

ابدأ في صنع الصناديق لاحتواء الدائرة والبطارية.

لاحظ أن جميع الرسومات الموضحة أدناه لها أبعاد محددة بالبوصة ، ما لم يتم وضع علامة على خلاف ذلك.

ابدأ بتخطيط الخشب اللازم للمشروع وصولاً إلى السماكة المناسبة باستخدام مسوي السماكة. يجب تسويح حوالي ثلاثة أقدام ونصف بسمك 1/2 بوصة ، كما يجب مسح قدم نصف لوح بسمك 3/8 بوصة. يجب أن يتم تخطيط قدم نصف لوح أخرى بسمك 1/4 بوصة. يجب أن يكون النصف الأخير من قدم اللوح بحيث يمكن عمل قناة U تشكل جسم صندوق البطارية كما هو موضح في خطوة لاحقة.

الخطوة 7: الجزء السفلي من الصندوق الأساسي

اجعل الجزء السفلي من الصندوق الأساسي للأبعاد الموضحة واربط لوحة الدائرة و Arduino بها. اضغط على الصورة لتكشف عن هذه الأبعاد.

الخطوة 8: نهايات المربع الأساسي

اجعل نهايات الصندوق الأساسي للأبعاد الموضحة واربطها بأسفل المربع الأساسي.

الخطوة 9: جوانب الصندوق الأساسي - جانب المستشعر

استمر بجعل جانب المستشعر من الصندوق الأساسي للأبعاد الموضحة وقم بتثبيته ببقية الصندوق بمسامير نهائية.

الخطوة 10: جوانب الصندوق الأساسي - جانب الشاشة

اجعل جانب الشاشة من المربع الأساسي للأبعاد المحددة وأرفقها ببقية الصندوق.

الخطوة 11: تحقق مما لديك

في هذه المرحلة ، تحقق للتأكد من أن الشكل العام للمربع الأساسي هو مثل ذلك الموضح هنا ، حتى إذا كانت بعض الأبعاد يجب أن تختلف بسبب اختيارك لوضع الأجهزة أو الأجهزة.

الخطوة 12: أعلى المربع الأساسي

اجعل الجزء العلوي من المربع الأساسي كما هو موضح. انقر فوق الصورة المعروضة لتوسيعها إلى الحجم الكامل ومشاهدة الأبعاد المرتبطة.

الخطوة 13: كل شيء يتوقف على هذا

اربط الجزء العلوي من الصندوق الأساسي ببقية الصندوق الأساسي باستخدام المفصلة الموجودة في النهاية بمصابيح LED. تأكد من أن الجزء العلوي من الصندوق مربع مع بقية الصندوق قبل إرفاق أحد المفصلات الصغيرة.

الخطوة 14: امسكها

قم بتثبيت مزلاج صغير على الطرف الأمامي للصندوق ، في النهاية المقابلة للمفصلة. هذا يمنع الصندوق الأساسي من الفتح إلا عند الحاجة.

الخطوة 15: اربط حزام الأمان

للمساعدة في جعل هذا الجهاز قابلاً للنقل ، قم بثني قطعة رقيقة من الصفيحة الفولاذية بطول أحد أبعادها بحيث يمكن وضع حزام بينها وبين الجزء السفلي من الصندوق الأساسي. بعد الانحناء ، قم بتثبيته في الجزء السفلي من الصندوق الأساسي بمسامير خشبية.

الخطوة 16: قاعدة صندوق البطارية

حان الوقت الآن لصنع صندوق البطارية. اجعل قاعدة هذا الصندوق للأبعاد المعروضة.

الخطوة 17: نهايات صندوق البطارية

عندما صنعنا نهايات صندوق البطارية ، استخدمنا مادة 3/8 بوصة. استخدم الأبعاد المحددة لعمل الأطراف وربطها بقاعدة صندوق البطارية.

الخطوة 18: أعلى صندوق البطارية

لقد صنعنا الجزء العلوي من صندوق البطارية عن طريق قطع بعض المواد 1/4 بوصة لطولها باستخدام المنشار المتري والعرض المناسب باستخدام منشار شريطي. لرؤية الأبعاد ، انقر فوق الصورة لتوسيعها.

الخطوة 19: ضع الغطاء على صندوق البطارية

باستخدام نفس الإجراء المستخدم لوضع الغطاء على الصندوق الأساسي ، قم بتوصيل غطاء صندوق البطارية بجسم صندوق البطارية.

الخطوة 20: تحقق من صندوق البطارية

في هذه المرحلة ، انظر إلى صندوق البطارية للتأكد من أنه يشبه إلى حد ما الصورة المعروضة هنا. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فسيكون الآن وقتًا رائعًا لإعادة النظر في بعض الخطوات السابقة!

الخطوة 21: اربط صندوق البطارية بالصندوق الأساسي

ضع صندوق البطارية أعلى الصندوق الأساسي. استخدم مسامير خشبية أو مسامير تشطيب لإنهاء تثبيت صندوق البطارية في الصندوق الأساسي.

الخطوة 22: أفكار أخرى

إذا اتبعت هذه الخطوات ، فقد فعلت ذلك! بعد تنفيذ الأجهزة والبرامج ، تمكنا من استخدام الجهاز. الجهاز في شكله الحالي محدود التطبيق ، لكنه لا يزال مزيجًا مثيرًا للاهتمام من جوانب مختلفة من التصميم. المخرجات تفعل كل ما أردناه بعد تلقي إشارات من مدخلات جهاز الاستشعار الحيوي. في المجموع ، يزن الجهاز بضعة أرطال.

في عمليات الترحيل السري المستقبلية ، سيكون من المثير للاهتمام تقليل وزن الجهاز واستهلاك مساحة أقل. إذا كان هذا ممكنًا ، فسيصبح الجهاز أكثر فائدة ويمكن ارتداؤه بسهولة أكبر أثناء التمرين. لجعل هذا ممكنًا ، نوصي بتجربة استخدام Arduino micro و 3-D لطباعة الصناديق. للمساعدة في توفير مساحة ، سيكون من الجيد تجربة استخدام بطارية قابلة لإعادة الشحن تشغل مساحة أقل من بطارية 9 فولت البسيطة. يمكن تقليل حجم صندوق البطارية وفقًا لذلك.