Uyku Okuyucu Kafa Bandı: 24 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Geceleri nasıl uyuduğunuzu hiç merak ettiniz mi? FitBit gibi cihazlar, gece boyunca hareketinizi analiz ederek uykuyu takip eder, ancak beyninizin ne yaptığına bakamazlar.

Tıbbi enstrümantasyon hakkında bir dönem öğrendikten sonra, sınıfımıza bazı biyolojik değişkenleri ölçmek için giyilebilir bir cihaz oluşturma görevi verildi. Partnerim ve ben, beyninizin uyurken ne yaptığına bakabilen bir kafa bandı geliştirmeyi seçtik. Kafa bandı, uyku düzenini izlemek için beyin dalgası sinyallerini okur. Kullanıcının beyin dalgalarının gece boyunca alfa, beta, gama ve delta aşamalarında nasıl ilerlediğini tanımlar. Veriler daha sonra dışa aktarılabilir ve Excel'de analiz edilebilir.

Şıklığından da bahsetmiş miydik?

Adım 1: Malzemeler ve Araçlar

Uyku Okuyucu Kafa Bandını oluşturmak için aşağıdaki malzemelere ihtiyacınız olacak:

1. Kafa bandı (bu proje için HOTER Sportline Kafa Bandı kullanıldı)
2. Adafruit Flora Mikrodenetleyici
3. Flora Giyilebilir Bluefruit LE Modülü
4. Flora RGB Neo Piksel LED
5. Snap'ler
6. İletken Konu
7. teller
8. Konu
9. Pil paketi
10. UC-E6 Kablolu ve 3 Kurşunlu Elektrot Kablolu Bitalino EEG
11. Kumaş
12. elastik kayış

Aşağıdaki araçlar kafa bandını oluştururken size yardımcı olacaktır:

1. Dikiş iğnesi
2. Makas
3. Tel striptizci
4. Havya ve dolgu metali

Adım 2: Hazırlık

Uyku Okuyucu Kafa Bandınızı oluşturmadan önce, beyin dalgaları ve bazı temel devreler hakkında bilgi edinmek için biraz zaman ayırın. Beyinde, nöronlar olarak bilinen özel hücreler vücuttaki farklı aktiviteleri düzenler. Bu nöronlar, dalga şeklini alan küçük elektrik sinyalleri göndererek gösteriyi yürütür. Beynin dört farklı dalga türü ürettiği bilinmektedir - alfa, beta, teta ve delta. Bu dalgalar belirli frekans aralıklarıyla ayırt edilebilir ve her aralık belirli zihinsel aktivite seviyelerine karşılık gelir. Kafa bandınız, beyniniz uyku sırasında üretirken bu dalgaları tanımlamak için elektroensefalogram veya EEG adı verilen bir cihaz kullanacaktır.

Uyku Okuyucunuzu yapmak için kafa bandına birkaç cihaz bağlamanız gerekir. Ana aygıtlar, küçük bir bilgisayar olan bir mikroişlemcidir; kafa bandının bilgisayarınızla iletişim kurmasını sağlayan bir çip olan bir Bluetooth modülü; renk değiştiren bir ışık olan NeoPixel; bir EEG; ve bir pil.

Komple sistem, her bir cihazın iletken iplik aracılığıyla belirli konumlarda birbirine bağlanmasıyla oluşturulmuştur. Bu konuları kullanma konusunda herhangi bir deneyiminiz yoksa, burada bir eğitim mevcuttur. Dişler, Flora mikroişlemcisini ve bluetooth modülünü kolayca takmanıza ve çıkarmanıza izin veren çıtçıtlara bağlanmıştır. Çıtçıtın bir ucu kumaşa girecek ve diğeri elektrikli bir cihaza gidecek. Bu çıtçıtları uygulamak için bir öğretici burada mevcuttur.

Sistem oluşturulduktan sonra, bir kod ile sağlanmalıdır. Bu proje özellikle Arduino kodunu kullanır. Arduino kodunu tanımak isterseniz, https://www.arduino.cc faydalı eğitimlerle dolu. Bu proje için kullanılan kodu uygulamak için https://www.arduino.cc/en/Main/Software adresinden Arduino uygulamasını indirmeniz gerekecektir. Bunun, burada bulunan Flora panosu ile desteklenmesi gerekecektir. Mikroişlemcinizin yeteneklerini genişletmek için bir avuç başka kitaplık da indirmeniz gerekecek; bu www.github.com kullanılarak yapılabilir. Gerekli kütüphaneler şunlardır:

• Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Adafruit NeoPixel

Son olarak kafa bandı ile kullanmak için Adafruit Bluefruit LE Connect Uygulamasını akıllı telefonunuza indirmelisiniz.

3. Adım: Güvenlik

İnsan vücudu elektriğe yalnızca sınırlı maruz kalmaya dayanabilir, bu nedenle elektronik cihazlar kullanılırken uygun özen gösterilmesi gerekir. Elektrik güvenliğinin ana ilkesi, vücudunuzu elektrik akımının güç verilen devrede akması için bir yol yapmaktan kaçınmaktır. Bunu önlemek için bazı genel uygulamalar şunlardır:

• Güç KAPALI durumdayken yalnızca kablolara ve diğer metal devrelere dokunun
• Yalıtılmış kulplu aletler kullanın
• Devrenizi kurarken çalışma alanından suyu uzak tutmaya çalışın.
• Kalbinizden geçen elektrik akımı riskini azaltmak için mümkün olduğunca iki elle değil tek elle çalışmayı deneyin.

Devrenizi kurarken dikkat etmeniz gereken bir diğer husus da elektrik akımının yanıcı malzemeleri tutuşturabilmesidir, bu nedenle kabloların devreye tamamen bağlı olduğundan emin olmalısınız. Aksi takdirde saçınızı veya saç bandını ateşe verebilirsiniz.

Uyarı: Bu kafa bandı onaylı bir tıbbi cihaz değildir ve nörolojik durumların teşhisi için kullanılmamalıdır.

4. Adım: İpuçları ve İpuçları

Uyku Okuyucu Kafa Bandınızı oluştururken aklınızda bulundurmanız gereken bazı ipuçları:

• Bağladıktan sonra iletken ipliğin uçlarının birbirine değmediğinden emin olun.

• Mikro denetleyiciyi Arduino'ya bağladığınızda bağlantı noktası Arduino'da kullanılamıyorsa, kodunuzu yüklemek için aşağıdaki adımları izleyin:

  1. Mikro denetleyici bağlıyken, mikro denetleyicideki sıfırlama düğmesini basılı tutarken kodu yükleyin
  2. Durum çubuğu derlemeden yüklemeye geçtiğinde, sıfırlama düğmesini bırakın
  3. Kod yüklenmeli ve bağlantı noktası şimdi tanınmalıdır
• Çıtçıtları lehimlerken, devrenizi kısa devre yapmamak için iki pimi birbirine lehimlememeye dikkat edin. Pinler arasında bir bağlantı oluşturulup oluşturulmadığını test etmek için bir multimetre kullanılabilir.
• Kafa bandını takarken çıtçıtların bağlı kaldığından emin olun
• Bluetooth modülünün komut modunda değil veri modunda olduğundan emin olun.
• Kafa bandınız oluşturulduktan sonra, etkili bir şekilde çalıştığından emin olmak isteyeceksiniz! İyi bir sinyal elde etmek için tozu, gevşek iplikleri, saçları veya diğer parazitleri silerek elektrotlar ile alnınız arasında temiz bir temas olduğundan emin olun.

Adım 5: Devrenizi Oluşturmaya Başlayın

Artık bazı temel bilgiler ve güvenlik prosedürleriyle donatıldığınıza göre, saat başı bandı oluşturmaya hazırsınız. Aşağıdaki talimatları dikkatlice okuyun ve daha fazla talimatla birlikte resimlere bırakılan yorumlara dikkat edin.

Adım 6: Devre Şeması

Yukarıdaki devre şeması, tamamlanmış devredeki bağlantıları göstermektedir. Devrenizin doğru şekilde bağlandığından emin olmak için bu devre şemasını referans olarak kullanın.

Adım 7: Lehim Flora Mikroişlemcisine Yerleşir

"Hazırlık" adımında çıtçıtların nasıl kullanılacağına ilişkin öğreticinin bağlantısını kontrol etmediyseniz, şimdi kontrol edin. Bu noktada çıtçıtları mikroişlemci ve bluetooth modülüne bağlayacaksınız. Dağınık bir lehim işi devrenizi mahvedebileceğinden, bu kısmı karıştırmak istemezsiniz.

Mikroişlemci, aşağıdaki pimlerde çıt çıtlar gerektirir:

• 3 toprak (GND) piminin tümü
• Her iki 3.3V güç pimi
• SCL #3
• RX#0
• TX #1
• Dijital Pin #9

Adım 8: Lehim Bluetooth Modülüne Geçer

Ve bluetooth modülü şu pinlerde çıtçıt gerektirir:

• 3.3V güç
• TX
• RX
• GND

Adım 9: Flora Mikroişlemci için Yapışkanları Kumaşa Dikin

Artık çıtçıtların diğer ucunu kumaşa dikebilirsiniz. Bu çıtçıtları düzgün bir şekilde hizalamak için bluetooth modülünü ve mikroişlemciyi takılı çıtçıtlarla birlikte kullandığınızdan emin olun!

Adım 10: Bluetooth Modülü için Yapıya Yapışkanları Dikin

Şimdi Bluetooth için çıtçıtları dikin.

Adım 11: Bluetooth Modülünü Flora Mikroişlemciye Bağlayın

Ardından Bluetooth modülünü, her cihaz için ilgili çıtçıtlar arasına iletken iplik dikerek Flora Mikroişlemciye bağlayın. Aşağıdaki pin bağlantıları gereklidir:

1. Bluetooth 3.3V - Mikroişlemci 3.3V
2. Bluetooth TX - Mikroişlemci RX #0
3. Bluetooth RX - Mikroişlemci TX #1
4. Bluetooth GND'den Mikroişlemci GND'ye

Adım 12: Neo Pixel'i Flora Mikro İşlemciye Bağlayın

Neo Pixel'i mikroişlemciye aşağıdaki şekilde bağlayın:

1. NeoPixel LED, Mikroişlemci Dijital Pimine Giriş #9
2. NeoPixel Topraktan Mikroişlemciye Toprak
3. NeoPixel Gücünden Mikroişlemci Gücüne

Adım 13: Pil Paketini Flora Mikroişlemciye Bağlayın

Bu kısım biraz önemli; her şeyin işe yaraması için bir güç kaynağına ihtiyacınız olabilir!

Adım 14: EEG Kablosu Oluşturun

Bu kablo, EEG çipi, 3 uçlu elektrot kablosu ve UC-E6 kablosu kullanılarak yapılmıştır. EEG çipi, yukarıdaki resimde gösterildiği gibi, "EEG" yazan uç elektrot kablosuna bağlanacak şekilde düzgün şekilde hizalanmalıdır.

Adım 15: EEG'yi Flora Mikroişlemciye Bağlayın

EEG kablosunu Flora mikroişlemciye bağlayın. Yukarıdaki resim, kablolarınızı bağlamak için uygun noktaları gösteren talimatlarla etiketlenmiştir. Aşağıdaki bağlantılar yapılacaktır:

1. Güç için kırmızı kablo
2. Kara tel toprağa
3. SCL #3'e giden mor kablo

Adım 16: Elektrotları Kafa Bandına Dikin

Elektrotları kafa bandının içine dikin. Elektrotların uygun konumlara yerleştirildiğinden emin olun. Kafa bandının iç kısmına bakıldığında kırmızı elektrot solda, beyaz elektrot ortada ve siyah elektrot sağda olmalıdır.

Adım 17: Kumaşı ve Kayışı Kafa Bandına Dikin

Artık kafa bandınızı tamamladınız! Woohoo!

Adım 18: Kodu Yükleyin

Şimdi bu kodu kafa bandınıza yükleyerek zihin okuma becerileri kazandırabilirsiniz!

Adım 19: Kafa Bandını Telefona Bağlayın

Adafruit Bluefruit LE Connect Uygulamasını açın ve telefonunuzu Adafruit Bluefruit LE'ye bağlayın.

Adım 20: Kafa Bandını Takın ve Veri Toplayın

Şimdi kafa bandınızı takıp test edebilirsiniz! Verileri geldiği gibi görüntülemek için Adafruit Bluefruit LE Connect uygulamasında "UART"ı seçebilirsiniz.

Adım 21: Verileri Telefondan Bilgisayara Aktarın

Verileriniz toplandıktan sonra, verileri birden çok dosya biçiminde dışa aktarabilirsiniz. Excel'de analiz için bir.txt dosyası olarak dışa aktarmanızı öneririz.

Adım 22: Veri Analizi

İşte kafa bandınızdaki verileri görselleştirmek ve yorumlamak için oluşturabileceğiniz grafik türüne bir örnek. Her noktanın hangi aralığa düştüğünü göstermek için işaretlenmiş delta, teta, alfa ve beta aralıklarına sahibiz.

Adım 23: Daha Fazla Fikir

Uyku Okuyucu Kafa Bandınızı tamamladıktan sonra, tasarımdaki bazı değişiklikleri keşfetmekten çekinmeyin. Belki verileri otomatik olarak toplamak ve kullanıcının uyku düzenini değerlendiren bir rapor oluşturmak için kodu değiştirmeyi deneyin. Veya kullanıcının uykuya daldığı, derin uyku ve REM uykusuna geçtiği ve uyandığı gecenin tam saatini izlemek için gerçek zamanlı bir saat bağlayabilirsiniz. Belki uyku konuşmasını kaydetmekle ilgileniyorsunuzdur, bu durumda kullanıcı REM uykusuna bastığında etkinleştirilen bir ses kaydedici ekleyebilirsiniz. İmkanlar sonsuzdur!

Adım 24: Tanıma

Bu proje için kodun fourier dönüşümü kısmı, bu sayfada Norveç Kreasyonlarında yayınlanan kodu kullandı. Ayrıca, kodun NeoPixel kısmı Adafruit tarafından sağlanan örneklere atıfta bulundu.