Temel Kemer Solunum Sensörü: 8 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:21

Biyoalgılama dünyasında, solunumu ölçmenin birçok yolu vardır. Burun deliği çevresindeki sıcaklığı ölçmek için bir termistör kullanılabilir, ancak yine de burnunuza garip bir alet bağlanmasını istemezsiniz. Yukarı ve aşağı hareket eden bir kayışa bir ivmeölçer de takılabilir, ancak özne muhtemelen yatar durumda olmalı veya başka bir şekilde hareket etmemelidir. Bu temel, esnek bantlı kemer solunum sensörünün dezavantajları olsa da (sinyal yanıtı diğer yöntemler kadar doğru değildir), özneniz sadece kemerini takmak ve ne yapmak istiyorsa onu yapmak istiyorsa, bu iyi bir seçenektir. ölçülmektedir. İşte bir göğsün etrafına bağladığınız esnek bir kemerin içinde yaşaması amaçlanan temel bir solunum sensörü örneği. Söz konusu göğüs genişlediğinde ve akciğerlere hava soluyarak büzüştüğünde, birleştirilmiş gerilebilir kauçuk kordon parçasının direnci değişir. Sadece birkaç bileşen kullanarak, bunu Arduino'nuz tarafından canlı olarak okunan bir analog sinyale çevirebiliriz. Bu, çok önemli ve öğrenmesi kolay voltaj bölücü devresinin büyüsü ile yapılır.

UYARI: Başlamadan önce, test edilmemiş ve kararsız biyoalgılama ekipmanının her zaman tehlike riski taşıdığını bilmelisiniz! Lütfen bu devreyi bir pil gücü kaynağı ile test edin ve oluşturun - Zarar görmemeniz için bu devreyi nasıl yapacağınızı göstermek için her şeyi yapacağım, ancak meydana gelebilecek kazalardan sorumlu değilim. Sağduyunuzu kullanın ve göğsünüze herhangi bir şey bağlamadan önce devrenizi her zaman bir multimetre ile test edin.

Adım 1: NEYE İHTİYACINIZ OLACAK

1) Analog girişli herhangi bir mikrodenetleyici çalışacaktır, ancak bu örnekte bir Arduino Uno kullanacağım. İhtiyacınız olursa Adafruit veya Sparkfun'dan alabilirsiniz.

2) İletken Kauçuk Kordon. Bu şaşırtıcı kablo, değişken bir direnç görevi görecek ve gerildiğinde veya serbest bırakıldığında direnci değişecektir. Adafruit veya Robotshop'tan temin edilebilir, önceden takılmış metal uçlara sahip çok çeşitli uzunluklara sahiptir

3) Bir multimetre

4) Bir LED

5) 1K direnç

6) Bir aşağı çekme direnci (bunun değerinin ne olduğunu daha sonra anlayacağız!)

7) koli bandı

8) Delgeç veya makas

9) Atlama telleri

10) Bir ekmek tahtası

11) 2 Timsah klipsi

Lütfen tüm biyoalgılama ekipmanlarında olduğu gibi, Arduino'nuz pillerle çalışıyorsa bu projenin en güvenli olduğunu unutmayın.

Bu projeyi tamamlamak için şunlara da ihtiyacınız olabilir:

· Havya ve lehim

· Sıcak yapıştırıcı tabancası

· Tel makası

· Tel striptizci

· Yardımcı Eller

· Mengene, sıkma aleti veya büyük bir pense

· 2 veya daha fazla Halkalı Sıkma Terminali

Adım 2: Kabloyu Kesin ve İletken Terminalleri Takın

Bu deney için 2”-8” arası herhangi bir uzunlukta kauçuk kordon kullanabilseniz de, daha kısa lastik uzunlukları daha ucuzdur ve işi halletmek için aslında çok büyük bir miktara ihtiyacınız yoktur. Uzun bir lastik satın aldıysanız, 4”uzunluğunda kesmenizi tavsiye ederim. Bu uzunluğu kesin ve her iki uca da iletken bir uç takmaya hazır olun.

Yukarıda gösterilen gibi bir terminal konektörü alın ve iletken kauçuk kablonun bir ucunu terminal konektörlerinizden birinin ucuna yapıştırın ve ucunu birbirine kıvırın. Bunu yapmak için bir mengene veya kablo sıyırıcılarınızın uçlarını kullanabilirsiniz, ancak kauçuğunuzu koparmamak veya kesmemek için terminali çok fazla ezmemeye dikkat edin! Bunu yapmayı başarırsanız ve kablo kesilirse, başka bir terminal konektörü ile tekrar deneyin. Bu başarıya ulaşmak için hala çok uzunluğa sahip olmalısınız. 2”den kısalırsa, muhtemelen yeni bir 4” uzunlukla tekrar denemelisiniz. Endişelenme, alacaksın! Bir tarafta bunu başardığınızda, harika! Diğer tarafta tekrarlayın. Artık işiniz bitti!

Artık her iki ucunda uygun bir terminal bulunan iletken bir kauçuk kordonunuz var. Bu kordonun aralıklarının ne kadar olduğunu bir multimetre ile ölçelim.

Adım 3: Direncinizi Ölçün

Multimetrenizin kadranını ohm sembolüne (Ω) çevirin ve multimetrenizin hem kırmızı hem de siyah uçlarını iletken kablonuzun her iki tarafına yapıştırın.

Henüz multimetrenizi nasıl kullanacağınızdan emin değilseniz, Lady Ada'dan bu öğretici ile tazeleyebilirsiniz.

Siz ölçerken sayı biraz zıplasa da, bu sayılar size kordonun hareketsiz durumdayken direncinin ne kadar olduğu hakkında bir fikir verir. En iyi tahmininizi alarak, kablonuzun hareketsiz direncini yazın ve ardından 10'un en yakın katına yuvarlayın. (yani: 239 = 240, 183 = 180)

Şimdi, bir elinizle multimetre problarını yerine sabitlemeye dikkat ederek, diğer elinizi kullanarak kabloyu nazikçe yukarı çekin. Bu şeyi yalnızca orijinal uzunluğunun yaklaşık %50-70'i kadar uzatabilirsiniz, bu yüzden çok fazla çekmeyin! Multimetrenizdeki direnç değerlerinin nasıl değiştiğini gözlemleyin. Bırakın ve direncin minimumdan maksimuma çıktığını izlemek için bu işlemi birkaç kez tekrarlayın. Uzattıkça direnç artar çünkü kauçuktaki parçacıklar birbirinden uzaklaşır. Kuvvet bir kez serbest bırakıldığında, lastik orijinal uzunluğuna geri dönmesi bir veya iki dakika sürse de geri çekilecektir. Bu fiziksel sınırlamalar nedeniyle, bu esnek kablo gerçek bir doğrusal sensör değildir, bu nedenle şaşırtıcı derecede hassas değildir ancak sensörünüzün yapımında bununla çalışmanın yolları vardır. Kordonu bir kez daha maksimuma kadar gerin ve multimetre problarının her bir ucu kauçuk kordonunuzun her iki tarafında yer alacak şekilde direnç değerini bir kez daha 10'un en yakın katına yuvarlanmış olarak yazın.

Adım 4: Axel Benz Formülü

Streç kordonun değişken direncini solunum sensörü olarak kullanmak için basit bir voltaj bölücü devre kullanacağız. Gerilim bölme devreleri hakkında daha fazla bilgi edinmek isterseniz, temelde büyük bir gerilimi daha küçük bir gerilime dönüştüren seri halde birkaç direnç vardır. Kullandığınız dirençlerin değerlerine bağlı olarak, Analog Okuma için kullanışlı olan bir pull-down direnci ile 5V'unuzu Arduino'nuzdan daha büyük veya daha küçük parçalara ayırabilirsiniz. Gerilim bölme devrelerinin ardındaki matematik hakkında daha fazla bilgi edinmek isterseniz, Sparkfun'daki mükemmel eğiticiye bir göz atın.

Devredeki ilk direncin (gerilme sensörü) değerinin sabit akıda olacağını bildiğimiz halde, mümkün olduğunca güzel ve çeşitli bir sinyal elde etmek için aşağı çekme direnci için uygun bir direnç değeri kullanmamız gerekir..

Başlamak için Axel Benz formülünü kullanın:

Aşağı Çekme Direnci = karekök(Rmin * Rmax)

Yani streç kablonuzun minimum değeri 130ohm ve maksimum 240ohm ise

Aşağı Çekme Direnci = karekök(130*240)

Aşağı Çekme Direnci = karekök (31200)

Aşağı Çekme Direnci = 176.635217327

Şimdi direnç koleksiyonunuza bakmalı ve “şimdilik” en iyi durum direncinizin ne olduğunu bulmalısınız. Rastgele bit ve bob koleksiyonunuz varsa, bu direnç renk bandı hesaplayıcı sizin için yararlı olabilir. Bu direnci top park etmek tamam olabilir, muhtemelen elinizde mükemmel bir dirence sahip değilsiniz. Devreyi kullanırken, yine de başka bir devre ile değiştirmeniz gerektiğini fark edebilirsiniz, ancak bu size oynamaya başlamak için harika bir başlangıç sağlayacaktır.

Son olarak, sayıyı 10'un en yakın katına yuvarladım.

Aşağı Çekme Direnci = 180ohm

Adım 5: Breadboard'unuzu Hazırlayın

Atlama kablolarını kullanarak Arduino'nun 5v pinini breadboard'unuzdaki güç rayınıza bağlayın ve ardından bir GND pinini breadboard'unuzun toprak rayına bağlayın.

Arduino'dan 5V çekmeyi seviyorum çünkü bu, analog pinlere çok fazla voltaj gönderme konusunda endişelenmenize gerek kalmamasını sağlıyor. 3v3 voltaj pinini de kullanabilirsiniz, ancak 5v kullanarak daha iyi bir sinyal aldığımı görüyorum.

Aşağı çekme direncinizi toprağa bağlayın.

Her iki timsah klipsini de alın ve değişken dirençli esnek kablonuzun her iki tarafındaki terminallere klipsleyin. Bu timsah klipslerinin bir ucunu 5v rayına takın. Diğer timsah klipsini şemalarda gösterilen konfigürasyonda bir kabloya bağlayın.

Aşağı çekme direncinizin “diğer” uçlarının ve iletken streç kablonuzun bağlı olduğundan emin olarak, şimdi bir analog pimden (A0 kullanalım) bu iki bağlantı noktasının ortasına bir atlama teli bağlayın.

Son olarak, Arduino'nuzun 9 numaralı pinine 1k dirençli bir LED takın.

Adım 6: Arduino'nuzu Programlayın

Not: Az önce GitHub kullanıcılarının Non0Mad'in kodumu geliştirdiğini gördüm! (Teşekkürler) İsterseniz bu kodu deneyin:

Yaptığımı denemeyi tercih ederseniz, Arduino'nuz üzerinde ekteki "RespSensorTest.ino" taslağını çalıştırın.

Açıkta kalan metale dokunmamaya dikkat ederek, iki timsah klipsini alın ve lastik bandı gerin. Uzanırken LED'in açılıp kapanmasını izleyin. Seri Monitörünüzü açın ve analog voltaj değişikliğinizi izleyin. Solan değerlerden veya sayılarınızdan memnun değilseniz, birkaç şey deneyebilirsiniz:

1) En son kullandığınıza benzer başka bir aşağı açılan direnç değerini değiştirmeyi deneyin. Olumlu bir fark yaratır mı? (Bunu yapmanın en iyi yolu budur)

2) Gerçekten yapmak istediğiniz tek şey LED'i yakmaksa, bu şekilde daha iyi aralıklar üretip üretemeyeceğinizi görmek için scaleValue değişkeni ile oynamayı deneyin. (Bunu yapmanın en kolay yolu bu olabilir)

Sayılarınızdan ve LED'in parıltısından yeterince memnun olduğunuzda, göğsünüzün etrafına takmak için bir model prototipleme zamanı! Arduino'nuzu kapatın ve bir sonraki adım için devre tahtasına giden gücü kapatın.

Adım 7: Bir Prototip Solunum Bandı Yapın

Prototip bir bant oluşturmanın en hızlı yolu, koli bandıyla bir şeyi bir araya getirmektir. Uzun bir koli bandı şeridi alın (Yaklaşık 30”-36” çoğunu kaplamalıdır, ancak sonuçta bu sadece göğsünüzün çevresidir) ve yapışkan tarafları kendine yapışacak şekilde katlayın. Koli bandı şeridinizin her iki tarafına delikler açın, böylece bir kayışı andırır.

Terminalleri sensörünüz için açtığınız deliklere sabitlemek için vidaları kullanın ve uzun koli bandını göğsünüze taktığınız bir halkaya sıkıca bağlayın. "Kemerinizin" size veya denekinizin solar pleksusuna tam olarak oturduğundan emin olmak istersiniz, ancak gelen nefesler için kordonu germek için yeterli alan olduğundan emin olun.

Son olarak, timsah klipslerinizi yeniden takın ve iletken streç kordonun ucundan atlama tellerinin her birini devre tahtasındaki yerlerine takın. Artık prototipi test etmeye hazırız!

Adım 8: Prototipi Test Edin

Arduino'yu açın ve önceki çizimi tekrar çalıştırın. Bu analog değerler nasıl gidiyor? Nefeslerinizle güzel bir veri çözünürlüğü alıyor musunuz? Nefes alıp verirken LED'in güzel bir ışık değişimi var mı? Değilse, okuduğunuz değerlerin daha iyi olup olmadığını görmek için aşağı çekme direncinizi yakındaki bir değerle değiştirmeyi deneyin.

İdeal aşağı çekme direncine karar verdiğinizde sevinin! Devreniz tamamlandı, solunumunuz kaydediliyor ve LED mutlu bir şekilde nefesinizi takip edecek.

İdeal olarak, ya siz ya da bir başkası, sonunda sizin için içinde biraz esneme olan iletken olmayan sentetik kumaştan bir bant ve sıkılacak bir D-Ring kemer dikecektir. (Velcro bir tutturucu olarak iyidir, ancak bazen giysiler ve kazaklar ile tamamen karışıktır.) İletken kordonu bu banda güvenle dikebilirsiniz, aslında dairesel terminaller bir kumaşa tutturmak için harikadır. Timsah klipslerinden biraz daha kalıcı bir şey için, birkaç çok uzun çok telli kabloyu terminal konektörlerinin uçlarına lehimlemek ve bunları devrenize takmak isteyebilirsiniz.