Diadema con lector de sueño: 24 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

¿Alguna vez te has preguntado cómo duermes por la noche? Los dispositivos como FitBit rastrean el sueño analizando su movimiento durante la noche, pero no pueden ver lo que está haciendo su cerebro.

Después de un semestre de aprendizaje sobre instrumentación médica, nuestra clase fue desafiada con la tarea de crear un dispositivo portátil para medir alguna variable biológica. Mi pareja y yo decidimos desarrollar una diadema que pueda observar lo que hace tu cerebro mientras duerme. La diadema lee señales de ondas cerebrales para monitorear los patrones de sueño. Identifica cómo las ondas cerebrales del usuario progresan a través de las fases alfa, beta, gamma y delta durante la noche. Luego, los datos se pueden exportar y analizar en Excel.

¿Mencionamos que también es elegante?

Paso 1: Materiales y herramientas

Para construir la diadema Sleep Reader, necesitará los siguientes materiales:

1. Diadema (se utilizó una diadema Sportline HOTER para este proyecto)
2. Microcontrolador Adafruit Flora
3. Módulo Flora Wearable Bluefruit LE
4. LED Flora RGB Neo Pixel
5. Snaps
6. Hilo conductor
7. Alambres
8. Hilo
9. Paquete de baterías
10. Bitalino EEG con cable UC-E6 y cable de electrodo de 3 derivaciones
11. Tela
12. Correa elástica

Las siguientes herramientas le ayudarán a construir la diadema:

1. Alfiler de coser
2. Tijeras
3. Pelacables
4. Soldador y metal de aportación

Paso 2: preparación

Antes de construir su diadema Sleep Reader, tómese un tiempo para aprender sobre las ondas cerebrales y algunos circuitos básicos. Dentro del cerebro, células especiales conocidas como neuronas organizan diferentes actividades dentro del cuerpo. Estas neuronas dirigen el espectáculo enviando pequeñas señales eléctricas que toman la forma de ondas. Se sabe que el cerebro produce cuatro tipos diferentes de ondas: alfa, beta, theta y delta. Estas ondas se distinguen por rangos específicos de frecuencias, y cada rango se corresponde con ciertos niveles de actividad mental. Su diadema utilizará un dispositivo llamado electroencefalograma, o EEG, para identificar estas ondas a medida que su cerebro las produce durante el sueño.

Para hacer su Sleep Reader, necesitará conectar algunos dispositivos a la diadema. Los principales dispositivos son un microprocesador, que es una pequeña computadora; un módulo Bluetooth, que es un chip que permite que la diadema se comunique con su computadora; un NeoPixel, que es una luz que cambia de color; un EEG; y una batería.

El sistema completo se construye conectando cada dispositivo en ubicaciones específicas a través de hilo conductor. Si no ha tenido ninguna experiencia con el uso de estos hilos, hay un tutorial disponible aquí. Los hilos están atados en broches que le permiten conectar y quitar fácilmente el microprocesador Flora y el módulo bluetooth. Un extremo del broche entrará en la tela y el otro en un dispositivo eléctrico. Un tutorial para implementar estas instantáneas está disponible aquí.

Una vez construido el sistema, se le debe proporcionar un código. Este proyecto utiliza específicamente código Arduino. Si desea familiarizarse con el código Arduino, https://www.arduino.cc está lleno de útiles tutoriales. Para implementar el código utilizado para este proyecto, deberá descargar la aplicación Arduino en https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Esto deberá complementarse con el tablero de Flora, disponible aquí. También necesitará descargar algunas otras bibliotecas para expandir las capacidades de su microprocesador; esto se puede hacer usando www.github.com. Las bibliotecas necesarias son:

• Transformada rápida de Fourier (FFT)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Adafruit NeoPixel

Por último, debe descargar la aplicación Adafruit Bluefruit LE Connect en su teléfono inteligente para usarla con la diadema.

Paso 3: seguridad

El cuerpo humano solo puede soportar una exposición limitada a la electricidad, por lo que se necesita un cuidado adecuado al usar dispositivos electrónicos. El principio principal de la seguridad eléctrica es evitar que su cuerpo sea un camino para que la corriente eléctrica fluya a través del circuito alimentado. Algunas prácticas generales para evitar esto son:

• Solo toque los cables y otros circuitos metálicos cuando la energía esté apagada
• Utilice herramientas con mangos aislados
• Trate de mantener el agua alejada del área de trabajo cuando construya su circuito.
• Trate de trabajar con una mano en lugar de dos tanto como sea posible para reducir el riesgo de que la corriente eléctrica fluya a través de su corazón.

Otra preocupación a tener en cuenta al construir su circuito es que la corriente eléctrica puede encender materiales inflamables, por lo que debe asegurarse de que los cables estén completamente conectados en el circuito. De lo contrario, podría incendiarse el cabello o la diadema.

Advertencia: esta diadema no es un dispositivo médico certificado y no debe usarse para el diagnóstico de afecciones neurológicas.

Paso 4: consejos y sugerencias

A continuación, se incluyen algunos consejos que debe tener en cuenta mientras construye su diadema Sleep Reader:

• Asegúrese de que los extremos del hilo conductor no se toquen entre sí después de atarlos.

• Si el puerto no está disponible en Arduino cuando conecta el microcontrolador a Arduino, siga los siguientes pasos para cargar su código:

  1. Mientras el microcontrolador está conectado, cargue el código mientras mantiene presionado el botón de reinicio en el microcontrolador
  2. Cuando la barra de estado cambia de compilación a carga, suelte el botón de reinicio
  3. El código debería cargarse y el puerto ahora debería ser reconocido
• Cuando suelde en los broches, tenga cuidado de no soldar dos pines juntos para no cortocircuitar su circuito. Se puede usar un multímetro para probar si se ha creado o no una conexión entre los pines
• Asegúrate de que los broches permanezcan conectados cuando te pongas la diadema.
• Asegúrese de que el módulo bluetooth esté en modo de datos y no en modo de comando
• Una vez que se haya construido su diadema, ¡querrá asegurarse de que funcione de manera efectiva! Para lograr una buena señal, asegúrese de tener un contacto limpio entre los electrodos y su frente limpiando el polvo, los hilos sueltos, el cabello u otras interferencias.

Paso 5: ¡Comience a construir su circuito

Ahora que ha sido equipado con algunos conocimientos básicos y procedimientos de seguridad, está listo para construir una diadema de horas. Lea atentamente las siguientes instrucciones y observe los comentarios que se dejan en las imágenes con más instrucciones.

Paso 6: diagrama de circuito

El diagrama de circuito anterior muestra las conexiones en el circuito completo. Utilice este diagrama de circuito como referencia para asegurarse de que su circuito se haya cableado correctamente.

Paso 7: la soldadura encaja en el microprocesador Flora

Si no revisó el enlace al tutorial sobre cómo usar instantáneas en el paso "Preparación", compruébelo ahora. En este punto, conectará los broches al microprocesador y al módulo bluetooth. No querrás estropear esta parte ya que un trabajo de soldadura desordenado puede arruinar tu circuito.

El microprocesador requerirá broches en los siguientes pines:

• Los 3 pines de tierra (GND)
• Ambos pines de alimentación de 3,3 V
• SCL # 3
• RX # 0
• TX # 1
• Pin digital n. ° 9

Paso 8: la soldadura encaja en el módulo Bluetooth

Y el módulo bluetooth requerirá broches en estos pines:

• 3.3V de potencia
• TX
• RX
• GND

Paso 9: Coser broches en tela para microprocesador Flora

Ahora puede coser el otro extremo de los broches a la tela. ¡Asegúrese de usar el módulo bluetooth y el microprocesador con sus broches adjuntos para alinearlos correctamente!

Paso 10: coser broches en la tela para el módulo Bluetooth

Ahora cose los broches para el Bluetooth.

Paso 11: Conecte el módulo Bluetooth al microprocesador Flora

A continuación, conecte el módulo Bluetooth al Microprocesador Flora cosiendo hilo conductor entre los broches respectivos para cada dispositivo. Se requieren las siguientes conexiones de clavijas:

1. Bluetooth 3.3V a microprocesador 3.3V
2. Bluetooth TX al microprocesador RX # 0
3. Bluetooth RX al microprocesador TX # 1
4. GND de Bluetooth a GND del microprocesador

Paso 12: Conecte Neo Pixel al microprocesador Flora

Conecte el Neo Pixel al microprocesador de la siguiente manera:

1. Entrada de LED NeoPixel al pin digital n. ° 9 del microprocesador
2. Tierra NeoPixel a tierra del microprocesador
3. Energía de NeoPixel a energía de microprocesador

Paso 13: Conecte la batería al microprocesador Flora

Esta parte es algo importante; ¡Es posible que necesite una fuente de energía para que todo funcione!

Paso 14: Construya el cable EEG

Este cable está construido con el chip EEG, el cable de electrodo de 3 derivaciones y el cable UC-E6. El chip de EEG debe estar correctamente alineado para que el extremo que dice "EEG" esté conectado al cable del electrodo, como se muestra en la imagen de arriba.

Paso 15: Conecte el EEG al microprocesador Flora

Conecte el cable de EEG al microprocesador Flora. La imagen de arriba está etiquetada con instrucciones para mostrar los puntos adecuados para conectar sus cables. Se realizarán las siguientes conexiones:

1. Cable rojo al poder
2. Cable negro a tierra
3. Cable morado a SCL # 3

Paso 16: Coser los electrodos en la diadema

Coser los electrodos en el interior de la diadema. Asegúrese de que los electrodos estén colocados en las posiciones adecuadas. Mirando el interior de la diadema, el electrodo rojo debe colocarse a la izquierda, el electrodo blanco debe estar en el medio y el electrodo negro debe estar a la derecha.

Paso 17: coser la tela y la correa a la diadema

¡Ahora has completado tu diadema! ¡Guau!

Paso 18: Cargar código

¡Ahora puede cargar este código en su diadema para darle habilidades para leer la mente!

Paso 19: conecte la diadema al teléfono

Abra la aplicación Adafruit Bluefruit LE Connect y conecte su teléfono a su Adafruit Bluefruit LE.

Paso 20: Colóquese la diadema y recopile datos

¡Ahora puedes ponerte la diadema y probarlo! Puede seleccionar "UART" en la aplicación Adafruit Bluefruit LE Connect para ver los datos a medida que ingresan.

Paso 21: Exportar datos del teléfono a la computadora

Una vez que se hayan recopilado sus datos, puede exportarlos en varios formatos de archivo. Recomendamos exportarlo como un archivo.txt para analizarlo en Excel.

Paso 22: Análisis de datos

Aquí hay un ejemplo del tipo de gráfico que puede hacer para visualizar e interpretar los datos de su diadema. Tenemos los rangos delta, theta, alfa y beta, todos marcados para mostrar en qué rango se encuentra cada punto.

Paso 23: Más ideas

Una vez que haya completado su diadema Sleep Reader, no dude en explorar algunas modificaciones al diseño. Tal vez intente modificar el código para recopilar automáticamente los datos y generar un informe que evalúe los patrones de sueño del usuario. O puede conectar un reloj en tiempo real para monitorear la hora exacta de la noche en la que el usuario se duerme, progresa a través del sueño profundo y el sueño REM y se despierta. Tal vez te interese grabar la charla dormida, en cuyo caso puedes incluir una grabadora de audio que se activa cuando el usuario llega al sueño REM. ¡Las posibilidades son infinitas!

Paso 24: Reconocimiento

La parte de la transformación de Fourier del código para este proyecto utilizó el código publicado en esta página en Norwegian Creations. Además, la parte de NeoPixel del código hacía referencia a los ejemplos proporcionados por Adafruit.