Sensor de respiración con cinturón básico: 8 pasos

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

En el mundo de los biosensores, hay muchas formas de medir la respiración. Se puede usar un termistor para medir la temperatura alrededor de la fosa nasal, pero, de nuevo, tal vez no desee un accesorio extraño atado a la nariz. También se puede colocar un acelerómetro en un cinturón que se mueve hacia arriba y hacia abajo, pero el sujeto probablemente debería estar acostado o no moverse. Si bien este sensor de respiración de cinturón de banda flexible y básico tiene sus inconvenientes (la respuesta de la señal no es tan precisa como otros métodos), es bueno si su sujeto solo quiere abrocharse el cinturón y hacer lo que quiera hacer mientras respira se está midiendo. A continuación, se muestra un ejemplo de un sensor de respiración básico, que está diseñado para vivir dentro de un cinturón flexible que se coloca alrededor del pecho. Cuando el pecho en cuestión se expande y contrae al respirar aire hacia los pulmones, cambia la resistencia de una pieza incorporada de cordón de goma elástico. Usando solo unos pocos componentes más, podemos traducir esto en una señal analógica leída en vivo por su Arduino. Esto se hace a través de la magia del circuito divisor de voltaje muy esencial y fácil de aprender.

ADVERTENCIA: Antes de comenzar, debe saber que los equipos de biosensores inestables y no probados siempre presentan un riesgo de peligro. Pruebe y cree este circuito con una fuente de energía de la batería. Haré todo lo posible para mostrarle cómo hacer este circuito para asegurarme de que no sufra daños, pero no asumo ninguna responsabilidad por los accidentes que puedan ocurrir. Use el sentido común y siempre pruebe su circuito con un multímetro antes de atar cualquier cosa a su pecho.

Paso 1: LO QUE NECESITARÁ

1) Cualquier microcontrolador con entrada analógica funcionará, pero en este ejemplo usaré un Arduino Uno. Si necesita uno, puede obtenerlo de Adafruit o Sparkfun.

2) Cordón de caucho conductor. Este increíble cable actuará como una resistencia variable y cambiará de resistencia a medida que se estira o suelta. Disponible en Adafruit, o Robotshop tiene una buena variedad de longitudes con terminaciones de metal preinstaladas.

3) un multímetro

4) Un LED

5) Una resistencia de 1K

6) Una resistencia desplegable (¡averiguaremos cuál es el valor de esto más adelante!)

7) cinta adhesiva

8) Un perforador o unas tijeras

9) cables de puente

10) una placa de pruebas

11) 2 pinzas de cocodrilo

Tenga en cuenta que, al igual que con todos los equipos de biosensores, este proyecto es más seguro si su Arduino funciona con baterías.

Para completar este proyecto, es posible que también necesite:

· Soldador y soldador

· Pistola de silicona

· Tijeras de alambre

· Pelacables

· Manos amigas

· Tornillo de banco, herramienta de engarzado o un par de alicates grandes

· 2 o más terminales de crimpado anillados

Paso 2: corte el cable y conecte los terminales conductores

Si bien puede usar cualquier longitud de cordón de goma de 2 "a 8" para este experimento, las longitudes de goma más cortas son más baratas y en realidad no necesita una gran cantidad para hacer el trabajo. Si compró un trozo largo de caucho, le recomendaría cortar un trozo de 4”. Corta esta longitud y prepárate para colocar un extremo conductor en ambos extremos.

Tome un conector de terminal, como uno de los que se muestran arriba, y pegue un extremo del cable de goma conductora dentro del extremo de uno de sus conectores de terminal, y engarce el extremo juntos. Puede usar un tornillo de banco o los extremos de sus pelacables para hacer esto, ¡pero tenga cuidado de no apretar demasiado el terminal para que no rompa o corte la goma! Si logra hacer esto y el cable se corta, intente nuevamente con otro conector de terminal. Aún debe tener suficiente longitud para lograr esta hazaña. Si se reduce a menos de 2”, probablemente debería intentarlo de nuevo con una nueva longitud de 4”. ¡No te preocupes, lo conseguirás! Una vez que hayas logrado esto por un lado, ¡genial! Repita en el otro lado. ¡Ya terminaste!

Ahora tiene un cable de goma conductora con un terminal adecuado en cada extremo. Midamos cuáles son los rangos de este cable con un multímetro.

Paso 3: ¡Mida su resistencia

Gire el dial de su multímetro al símbolo de ohmios (Ω) y pegue los extremos rojo y negro de su multímetro en cada lado de su cable conductor.

Si aún no está seguro de cómo usar su multímetro, puede refrescarse con este tutorial de Lady Ada.

Aunque el número puede saltar un poco mientras lo está midiendo, estos números le dan una idea de la resistencia del cable cuando está en reposo. Tomando su mejor suposición, escriba la resistencia en reposo de su cable, luego redondee al múltiplo de 10 más cercano (es decir: 239 = 240, 183 = 180)

Ahora, teniendo cuidado de fijar las sondas del multímetro en su lugar con una mano, use la otra mano para tirar suavemente del cable. Solo puede estirar este material hasta que tenga aproximadamente un 50% -70% de su longitud original, ¡así que no tire demasiado fuerte! Observe cómo han cambiado los valores de resistencia en su multímetro. Suéltelo y repita este proceso varias veces para ver cómo la resistencia va desde su mínimo hasta su máximo. A medida que lo estira, la resistencia aumenta porque las partículas de la goma se separan más. Una vez que se libera la fuerza, la goma se encogerá, aunque tarda uno o dos minutos en volver a su longitud original. Debido a estas limitaciones físicas, este cable elástico no es un verdadero sensor lineal, por lo que no es sorprendentemente preciso, pero hay formas de trabajar con esto en la construcción de su sensor. Estire el cable una vez más al máximo, y con cada extremo de las sondas del multímetro en su lugar a cada lado de su cable de goma, escriba el valor de resistencia, redondeado una vez más al múltiplo de 10 más cercano.

Paso 4: Fórmula Axel Benz

Vamos a usar un circuito divisor de voltaje simple para usar la resistencia variable del cordón elástico como sensor de respiración. Si desea saber más sobre los circuitos divisores de voltaje, básicamente son unas pocas resistencias en serie las que convierten un voltaje grande en uno más pequeño. Dependiendo de los valores de las resistencias que use, puede cortar sus 5V de su Arduino en porciones más grandes o más pequeñas de sí mismo con una resistencia desplegable, que es útil para lectura analógica. Si desea obtener más información sobre las matemáticas detrás de los circuitos divisores de voltaje, eche un vistazo al excelente tutorial en Sparkfun.

Si bien sabemos que el valor de la primera resistencia en el circuito (el sensor de estiramiento) estará en flujo constante, necesitamos usar un valor de resistencia adecuado para la resistencia de reducción para obtener una señal lo más agradable y variada posible..

Para comenzar, use la fórmula de Axel Benz:

Resistencia de extracción = raíz cuadrada (Rmin * Rmax)

Entonces, si el valor mínimo de su cable elástico es de 130 ohmios y el máximo es de 240 ohmios

Resistencia desplegable = raíz cuadrada (130 * 240)

Resistencia pull-down = raíz cuadrada (31200)

Resistencia pull-down = 176.635217327

Así que ahora debería mirar su colección de resistencias y averiguar cuál es su mejor resistencia "por ahora". Si solo tiene una colección de bits y sacudidas aleatorios, esta calculadora de banda de color de resistencia puede ser útil para usted. Estacionar esta resistencia puede estar bien, probablemente no tenga la resistencia perfecta a mano. Mientras usa el circuito, es posible que tenga que cambiarlo por otro de todos modos, pero esto le dará un gran comienzo para comenzar a jugar.

Finalmente, redondeo el número al múltiplo de 10 más cercano.

Resistencia de extracción = 180 ohmios

Paso 5: ¡Prepara tu protoboard

Usando cables de puente, conecte el pin de 5v del Arduino a su riel de alimentación en su placa de pruebas, y luego conecte un pin GND al riel de tierra de su placa de pruebas.

Me gusta extraer 5 V del Arduino porque esto garantiza que no tenga que preocuparse por enviar demasiado voltaje a los pines analógicos. También puede usar el pin de voltaje 3v3, pero encuentro que obtengo una mejor señal al usar 5v.

Conecte su resistencia desplegable a tierra.

Tome sus dos pinzas de cocodrilo y sujételas a los terminales a ambos lados de su cable elástico de resistencia variable. Conecte un extremo de estas pinzas cocodrilo al riel de 5v. Conecte la otra pinza de cocodrilo a un cable en la configuración que se muestra en los diagramas.

Asegurándose de que los "otros" extremos de su resistencia desplegable y su cable elástico conductor estén conectados, ahora conecte un cable de puente desde un pin analógico (usemos A0) al centro de estos dos puntos de conexión.

Finalmente, conecte un LED con una resistencia de 1k al pin 9 de su Arduino.

Paso 6: programa tu Arduino

Nota: ¡Acabo de ver que los usuarios de GitHub Non0Mad han mejorado mi código! (Gracias) Pruebe este código si lo prefiere:

Si prefieres probar el que hice, ejecuta el boceto "RespSensorTest.ino" adjunto en tu Arduino.

Teniendo cuidado de no tocar el metal expuesto, toma tus dos pinzas de cocodrilo y estira la banda elástica. Observe cómo el LED aparece y desaparece a medida que se estira. Abra su monitor en serie y observe cómo cambia el voltaje analógico. Si no está satisfecho con los valores de desvanecimiento o sus números, puede probar algunas cosas:

1) Intente cambiar otro valor de resistencia desplegable que sea similar al último que utilizó. ¿Hace una diferencia positiva? (Esta es la mejor manera de hacerlo)

2) Si todo lo que realmente quiere hacer es encender el LED, intente jugar con la variable scaleValue para ver si puede producir mejores rangos de esa manera. (Esta podría ser la forma más fácil de hacerlo)

Una vez que esté lo suficientemente satisfecho con sus números y el brillo de los LED, es hora de crear un prototipo de un modelo para usarlo alrededor del pecho. Apague su Arduino y desactive la alimentación de la placa de pruebas para el siguiente paso.

Paso 7: ¡Haga un prototipo de banda de respiración

La forma más rápida de hacer un prototipo de banda es simplemente juntar algo con cinta adhesiva. Tome una tira larga de cinta adhesiva (alrededor de 30”-36” debería cubrir la mayoría, pero en última instancia, esto es solo la circunferencia de su pecho) y dóblela para que los lados adhesivos se peguen a sí mismos. Haz agujeros en cada lado de la tira de cinta adhesiva para que parezca un cinturón.

Use tornillos para asegurar los terminales en los orificios perforados que hizo para su sensor y conecte cómodamente su largo trozo de cinta adhesiva en un lazo que usa a través de su pecho. Desea asegurarse de que su "cinturón" le quede bien ajustado a usted o al plexo solar de su sujeto, pero asegúrese de que haya suficiente espacio para que las respiraciones entrantes estiren el cordón.

Finalmente, vuelva a colocar sus pinzas de cocodrilo y conecte cada uno de los puentes del extremo del cable elástico conductor en su lugar en la placa de pruebas. ¡Ahora estamos listos para probar el prototipo!

Paso 8: ¡Pruebe el prototipo

Encienda el Arduino y vuelva a ejecutar el boceto anterior. ¿Cómo van esos valores analógicos? ¿Obtienes una buena resolución de datos con tus respiraciones? ¿Tiene el LED una buena variación de luz al inhalar y exhalar? De lo contrario, intente cambiar su resistencia desplegable por un valor cercano para ver si los valores que lee mejoran.

Cuando se haya decidido por la resistencia desplegable ideal, ¡regocíjese! Su circuito está completo, su respiración está siendo registrada y el LED seguirá felizmente su respiración.

Idealmente, usted o alguien más eventualmente coserá una banda para usted con tela sintética no conductora con un poco de estiramiento en sí misma, y un cinturón con anillo en D para apretar. (El velcro está bien como cierre, pero a veces es un lío total con la ropa y los suéteres). Puede coser con seguridad el cable conductor en esta banda, de hecho, los terminales circulares son excelentes para sujetar a una tela. Para algo un poco más permanente que las pinzas de cocodrilo, es posible que desee simplemente soldar algunos cables de múltiples hilos muy largos a los extremos de los conectores terminales y conectarlos a su circuito.