Monitor de vestimenta: conecte las señales del corazón al IoT: 18 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Monitor Dress es un experimento en la investigación de diferentes formas de digitalizar la actividad cardíaca del usuario y de procesar los datos.

Tres electrodos dentro del vestido miden las señales eléctricas que atraviesan el cuerpo del usuario. Esos impulsos analógicos, que emanan de la actividad muscular del corazón, se convierten en señales digitales. Luego, el microcontrolador enciende un círculo de LED en la parte delantera del vestido, que parpadean en púrpura con cada latido del corazón. El microcontrolador también envía los datos a través de una red inalámbrica para otros usos. Los datos enviados a través de la red inalámbrica son recogidos por una computadora, que está monitoreando los datos para animarlos. Las señales eléctricas del corazón ahora son visibles en la pantalla, así como el vestido en sí.

Monitor Dress crea una interfaz perfecta entre el cuerpo humano, la prenda y los componentes electrónicos, digitalizando y registrando nuestras bioseñales transitorias.

Paso 1: Diseño y descripción general del circuito

La parte superior del vestido está hecha de piezas acrílicas negras y transparentes, cortadas con un cortador láser. Un anillo NeoPixel está pegado debajo del círculo acrílico transparente en el medio. Los cables corren detrás de la pieza superior a una tira de tela que se une a la pieza superior en la parte posterior del vestido. La tira de tela se conecta al pequeño bolsillo que contiene el microcontrolador, el monitor de frecuencia cardíaca y la batería. Se cosen tres electrodos textiles electrónicos en el forro del vestido. Los cables que conectan los electrodos y el microcontrolador corren entre dos capas de tela.

Paso 2: Suministros:

Materiales:

• Tela
• Cremallera
• Alambres
• Encogimiento de calor
• Acrílico negro de 1/8"
• Acrílico difuso de 1/8"
• Anillo NeoPixel (24 LED) (Adafruit)
• Fotón (partícula)
• Monitor de frecuencia cardíaca (Sparkfun)
• Almohadillas de sensores biomediales (Sparkfun)
• Cable del sensor (Sparkfun)
• Tejido conductor (Sparkfun o Adafruit)
• 5 botones a presión
• Tablero Perma-Proto (Adafruit)
• Cables de puente hembra + macho
• Encogimiento de calor
• Banco de energía de 5 V (Amazon)

Instrumentos:

• Tijeras
• Aguja
• Hilo
• Pinzas
• Soldador
• Soldar
• Pegamento caliente
• Pistola de calor
• Máquina de coser
• Cortador láser
• Martillo
• Papel
• Gobernante
• Lápiz

Paso 3: The Photon: un kit de desarrollo de Wi-Fi

Photon es un potente kit de desarrollo de Wi-Fi que conecta su proyecto al Internet de las cosas (IoT). La placa es bastante pequeña, lo que la hace ideal para proyectos portátiles de IoT.

Particle, el fabricante de Photon, preparó una excelente hoja de datos de Photon, así como una guía de inicio muy detallada con toda la información que necesita saber para comenzar.

Simplemente descargue la aplicación Particle en su teléfono inteligente y siga las instrucciones para conectar su Photon a su red Wi-Fi. También puede descargar la aplicación Particle Dev para su computadora o comenzar a programar usando su navegador. Regresaremos al Fotón en el Paso 15.

Paso 4: el monitor de frecuencia cardíaca

En la imagen puede ver la placa del monitor de frecuencia cardíaca, así como un cable sensor con 3 conectores de almohadillas de electrodos y 3 almohadillas de sensores biomédicos a juego. Dado que haremos nuestros propios electrodos de tela conductora para nuestro vestido, no es necesario utilizar los cables y almohadillas de los sensores. Sin embargo, son excelentes para la creación de prototipos y las pruebas.

Antes de comenzar, también recomiendo leer la Guía de conexión del monitor de frecuencia cardíaca de Sparkfun. Contiene muchos detalles sobre cómo funciona el monitor de frecuencia cardíaca y cómo deben colocarse los electrodos.

Paso 5: corte con láser la pieza superior

Primero diseñé una pieza superior en 2D con Illustrator que corté de una hoja acrílica negra de 1/8 "con un cortador láser. Como el círculo en el medio del diseño se va a iluminar, corté pétalos a juego de un 1 / Lámina acrílica difusa de 8 ". Además, corté tres círculos acrílicos difusos de diferentes tamaños. Pegaremos los que se encuentran entre los pétalos y el anillo NeoPixel para obtener una luz más difusa. De lo contrario, verá los LED individuales en el anillo.

Paso 6: Dar forma al acrílico

Después de cortar el acrílico, es hora de darle forma y darle una forma tridimensional. Puede utilizar una pistola de calor, un secador de pelo o lo que funcione más rápido, como una estufa de gas. Tenga cuidado al calentarlo y toque siempre las partes calientes con una toalla. Una vez que comience a volverse flexible, déle la forma que desee y espere hasta que se enfríe y se solidifique nuevamente.

Paso 7: agregar los pétalos translúcidos

Ahora peguemos los pétalos de acrílico transparente dentro de los recortes correspondientes. Si los pétalos de acrílico tienen algunas marcas de quemaduras en los bordes, puedes lijarlos con papel de lija. Mezcle un poco de epoxi de dos partes y aplique con cuidado el pegamento alrededor de los bordes de los pétalos. Ayuda a sujetar las piezas con cinta adhesiva mientras las coloca dentro de la pieza superior.

Paso 8: diseña tu vestido

En los próximos pasos diseñaremos y cosiremos el vestido de cuero negro.

Mientras trabajaba en el archivo de Illustrator, ya tenía una idea aproximada para el diseño. Después de colocar un poco de tela y la pieza superior alrededor del maniquí, descubrí el patrón correcto: un vestido de cuello con dos pinzas en la parte delantera y trasera, así como una costura divisoria en la cintura, un bolsillo para la batería en la parte posterior y una cremallera invisible. dentro de la costura del lado izquierdo. Antes de cortar tu bonita tela, siempre vale la pena coser primero el vestido con una tela más barata (también llamada muselina). Eso le da la oportunidad de ajustar el patrón y hacer pequeños cambios.

Paso 9: coser el vestido

Ahora traza los patrones y cose el vestido real. Primero cose los dardos en la parte delantera y trasera del vestido. Luego coser las dos piezas del frente y las dos de la espalda, así como el forro, el soporte del cuello y la cremallera invisible. Al final, colocaremos el bolsillo de la batería y las correas (pasos 10 y 11). Una vez más, utilicé el cortador láser para cortar las seis tiras de tela. No es necesario, pero te da bordes realmente limpios que son más fáciles de coser y es mucho más rápido de cortar.

Paso 10: coloque el bolsillo trasero

Corta un cuadrado de la tela superior y cose pequeñas tiras de velcro en la parte superior del borde izquierdo y derecho. Doble los bordes de Velcro y cóselos en el interior del pañuelo de bolsillo. Encuentre una buena posición para el bolsillo de la batería (preferiblemente en la parte superior de la costura de la cintura) y fíjelo al vestido. Coser la parte inferior del bolsillo al vestido, así como la tira de velcro correspondiente en el lado izquierdo y derecho.

Paso 11: Prepare las tiras de tela

Las tiras de tela en la parte posterior se utilizan para conectar la pieza superior al vestido y para ocultar todos los cables que van desde el bolsillo de la batería hasta los LED en la parte delantera. Antes de coser los bordes largos, inserte un ojal en una de las tiras. Esto le dará al vestido un aspecto más limpio al empujar los cables a través y fuera de la tira. Luego coser los túneles de tela y dar la vuelta a las tiras. Es más fácil usar pinzas.

En el siguiente paso, pase tres cables largos (lo suficientemente largos para pasar desde el bolsillo de la batería hasta los LED en la parte delantera) a través de la tira de ojales, guiando los cables a través del ojal fuera del túnel. Marque cada cable en ambos extremos con un poco de cinta para saber cuál es cuál. Luego cose las tiras en la pieza superior como se muestra en las imágenes.

Paso 12: Termine la pieza superior

Ahora suelde uno de sus tres cables al pin GND (tierra), uno al pin de entrada de datos y el último cable al pin +5 V (alimentación). Asegúrese de saber qué cable está soldado a qué clavija, ya que no puede rastrearlo a través del tubo. Suelde un enchufe hembra a cada uno de los tres cables. No olvide utilizar un termocontraíble para asegurar las juntas de soldadura fáciles de romper. Con una pistola de calor o pegamento epoxi los tres círculos acrílicos lechosos uno encima del otro y espere hasta que se sequen. Luego, centra los círculos en la parte superior del interior de los pétalos acrílicos y pégalos juntos. Después de que el pegamento esté seco, centre el anillo NeoPixel en la parte superior y aplique pegamento alrededor. No olvide asegurar los cables que rodean el anillo a la parte posterior de la pieza.

Paso 13: coser las tiras de tela al vestido

Ahora coloque el vestido y la prenda superior en el maniquí y averigüe dónde desea colocar las tiras. Abra con cuidado las costuras en el área marcada, así como las costuras de la cintura detrás de la bolsa de la batería (forro y capa superior). Ahora pase las tiras de tela a través del forro y la capa superior para que las tiras salgan por la costura de la cintura. Fije las tiras con el largo deseado en la posición correcta y cierre solo la costura superior por ahora.

Paso 14: Integrar electrodos

Corta tres cuadrados de tela conductora. La primera imagen muestra dónde hay que colocar los electrodos dentro del vestido. Usé una puntada en zig-zag para coser los cuadrados en el forro. Los electrodos deben colocarse firmemente sobre la piel desnuda para captar los latidos de su corazón. De lo contrario, la tela conductora no puede captar las señales eléctricas que atraviesan su cuerpo. Ahora suelde un cable (recomiendo un cable de silicona flexible) en un broche de presión. Prepare tres cables en total, uno para cada electrodo. Cose esos broches de presión detrás del forro con el parche de tela conductora, entre el forro y la capa superior. Es importante utilizar hilo conductor para conectar los electrodos con el cable y posteriormente el microcontrolador. Luego, pase los tres cables a través del vestido hasta que salgan del punto abierto en la costura de la cintura detrás del escalfador de la batería. Para proteger un poco más los cables, los puse en un trozo de tubo de tela sobrante justo donde los cosí para cerrar la costura abierta de la cintura. Corta los tres cables a la longitud deseada y suelda un cable de puente hembra en cada extremo. Esto es necesario para conectar los electrodos con la placa del monitor de frecuencia Hart. Recuerde que es importante saber qué cable se conecta a qué electrodo.

Hasta aquí todo bien. El vestido está prácticamente listo.

Paso 15: Modifique y cargue el código

Ahora volvamos al software y al hardware:

Después de configurar su Photon e instalar Particle Dev (paso 3), descargue el código del monitor de frecuencia cardíaca. Si abre el archivo, verá dos carpetas, una llamada fotón y otra llamada procesamiento.

Continúe y abra Particle Dev y elija Archivo> Abrir … en el menú desplegable. Navegue a su carpeta de fotones y haga clic en Abrir. En el lado izquierdo, haga clic en WorkingPhotonHeartRateMonitor.ino para abrir el código. Ahora cambie la cantidad de LED definidos en el código por la cantidad de LED que está usando en su proyecto.

#define NUM_LEDS 24

Para el vestido utilicé 24 LED. También puede cambiar el número de los otros pines si está usando pines diferentes. El pequeño cuadro le ofrece una descripción general. Si desea cambiar el pin del botón de modo, haga clic en el archivo buttons.h y cambie el número 6 por el pin que está utilizando.

#define MODEBUTTON 6

Si lo desea, puede agregar un pequeño botón a este pin para cambiar entre el modo en vivo y algunos datos registrados de latidos cardíacos. Es una buena característica tener si el vestido en un maniquí. Después de conectar los electrodos a su cuerpo (en el siguiente paso), puede abrir el monitor en serie, registrar sus propios datos y reemplazar los números con los latidos de su corazón en el archivo SavedData.h.

Paso 16: Ensamble el hardware

Antes de soldar todos los componentes electrónicos en una 'Placa de pruebas de tamaño medio Perma-Proto', utilice una placa de pruebas normal para probar sus componentes electrónicos primero. Conecte el monitor de frecuencia cardíaca, el botón y los LED a los pines de fotones definidos en el código. Pegue los electrodos a su cuerpo como se muestra en la imagen, asegurándose de que los electrodos coincidan con los pines correctos. Ahora puede abrir el monitor en serie de fotones y obtener los datos de los latidos de su corazón a través de su WiFi local.

Si desea ver el diagrama de EKG en su monitor, debe descargar Processing. En Procesamiento, abra el boceto en la carpeta de procesamiento y ejecute el boceto haciendo clic en la flecha en la esquina izquierda. Si todo está configurado correctamente, se abrirá una ventana y podrá ver la actividad de su corazón. Ayuda a moverse lo menos posible y toma un tiempo hasta que la bioseñal sea lo suficientemente estable para una visualización limpia. Para obtener más información y / o solución de problemas, consulte la Guía del monitor de frecuencia cardíaca de Sparkfun. Puede que tenga que modificar la línea en el esquema que contiene Serial.list () [3] y cambiar el número a cualquier puerto en el que se encuentre su monitor serial. Si no está seguro del número, intente del 0 al 6.

Paso 17: Suelde en Perma-Proto

Para conectar nuestros electrodos textiles electrónicos integrados personalizados con la placa, y no los electrodos pegajosos voluminosos, suelde un cabezal en cada uno de los pines RA (brazo derecho), LA (brazo izquierdo) y RL (pata derecha) en la placa.

Si todo funciona, puede soldar los componentes en una placa perma-proto. Comencé con el fotón, luego los cables y al final el monitor de frecuencia cardíaca. En lugar de soldar los tres cables LED de forma permanente en la placa, utilicé tres cables de puente macho (Data, VCC y GND) para conectarlos con los cables LED.

Un banco de energía de 5 V como fuente de alimentación funciona muy bien para el fotón porque es recargable. También puede usarlo para cargar otros dispositivos electrónicos como su teléfono inteligente.

Paso 18: conecte las señales de su corazón al IoT

Ahora ya está todo listo y puede conectar la actividad de su corazón al Internet de las cosas.

Tenga en cuenta que el fotón siempre debe estar conectado a una red inalámbrica; de lo contrario, no dejará de buscar y su código no se ejecutará. En una futura actualización puedo mejorarlo para que la conexión a Internet sea opcional.

Si tiene alguna pregunta, no dude en preguntar. Hacer feliz.

Segundo premio en el concurso de vestidos de bricolaje