Lampiran Sock Penginderaan Tekanan: 18 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Saat memilih orthotic khusus, tidak banyak pilihan pengujian yang dapat diandalkan di luar sana yang dapat membantu Anda memutuskan jenis insert yang terbaik untuk kebutuhan kaki Anda. Dan pilihan yang ada hampir selalu secara khusus menguji ketidakseimbangan kekuatan di kaki Anda saat berdiri diam. Pada kenyataannya, Anda juga membutuhkan sol untuk memberikan kenyamanan dan stabilitas selama kondisi berjalan, tidak hanya saat diam. Ingin tahu tentang bagaimana kami dapat mulai bekerja untuk memperbaiki masalah ini, kami memutuskan untuk merancang lampiran kaus kaki sensor tekanan yang sederhana, terjangkau, yang diharapkan, setelah ditingkatkan di masa mendatang, dapat digunakan untuk membantu mendiagnosis ketidakseimbangan pada kaki pasien saat berjalan. Diagnosis ini kemudian berpotensi digunakan, bersama dengan dokumentasi medis yang ada, untuk membuat sol khusus untuk pasien (atau merekomendasikan yang sudah ada).

Desain kami saat ini (yang dapat Anda buat dalam instruksi ini) memiliki tiga sensor yang menempel di bagian bawah kaus kaki apa pun, dan menghasilkan neopiksel (lampu kecil) yang menyala saat ditekan. Semua komponen elektronik ditempatkan di gelang kaki, dan memungkinkan data tekanan dikirim ke komputer Anda melalui bluetooth dan kemudian diplot secara real time. Kami berharap untuk memperbarui desain ini di masa mendatang, tetapi untuk sekarang inilah cara membuat prototipe kami saat ini!

(Lihat video di atas untuk melihat apa yang akan dilakukan ketika Anda selesai.)

Persiapan

Agar berhasil membuat perangkat ini, ada beberapa hal yang perlu Anda ketahui. Kode yang digunakan untuk proyek telah disertakan, tetapi pengetahuan dasar tentang logika yang terlibat dapat bermanfaat jika Anda mengalami masalah. Jika Anda memiliki masalah, ada juga forum yang tersedia di internet di mana Anda dapat memposting masalah Anda atau mencari yang serupa dengan masalah Anda yang telah ditangani. Pengetahuan dasar tentang kabel listrik, meskipun tidak terlalu rumit, dapat membuat proyek berjalan sedikit lebih cepat. Terakhir, Anda perlu menyolder beberapa pengencang ke Flora. Pelajari dasar-dasarnya sebelum memulai!

Keamanan

Sebelum Anda memulai proyek, ada beberapa masalah keamanan yang perlu ditangani. Produk jadi itu sendiri tidak akan merugikan Anda, tetapi keamanan listrik tidak selalu merupakan pengetahuan umum. Untuk menghindari korsleting peralatan Anda, pastikan arde terhubung ke perangkat Anda sebelum menambahkan daya. Pastikan juga tidak ada benang konduktif Anda yang melewati benang konduktif lainnya. Melakukan hal itu dapat menyebabkan arus pendek dan memicu kebakaran. Perawatan juga harus dilakukan saat menyolder pengencang ke Flora. Alat solder sangat panas dan akan menyebabkan luka bakar yang sangat menyakitkan jika Anda tidak sengaja menyentuh ujungnya. Pastikan Anda tahu apa yang Anda lakukan sehingga Anda tidak membakar diri sendiri atau merusak sirkuit Anda.

Petunjuk dan Tip

• Periksa untuk memastikan sirkuit berfungsi sebelum melakukan penjahitan atau konstruksi!
• Jika Anda tidak bisa mendapatkan output data apa pun dari sensor tekanan, periksa untuk memastikan pin terkait pada Flora berfungsi (salah satu pin kami rusak dan kami harus mendapatkan Flora baru).
• Rencanakan bagaimana Anda akan memasang semua komponen pada gelang kaki untuk menghindari persilangan benang konduktif di titik mana pun.
• Beri diri Anda ruang ekstra saat berencana menjahit benang konduktif ke pita. Memiliki utas yang terlalu dekat satu sama lain menimbulkan risiko bersentuhan secara tidak sengaja.
• Untuk menghemat waktu, rencanakan penempatan benang Anda sebelum menjahitnya. Jika Anda mencoba menjahitnya tanpa memiliki gagasan yang jelas tentang ke mana semuanya akan pergi, Anda akan frustrasi dan akhirnya melakukannya lagi.
• Jika Anda mengalami masalah saat menyambungkan ke modul Bluetooth, cabut modul, lupakan perangkat di pengaturan Bluetooth di komputer Anda, lalu sambungkan kembali.
• Untuk menghemat waktu, tonton beberapa video tutorial di YouTube tentang menjahit barang elektronik yang dapat dikenakan ke pakaian

Langkah 1: Kumpulkan Bahan dan Alat

Untuk membuat lampiran kaus kaki penginderaan tekanan, ada beberapa hal yang Anda perlukan jika Anda ingin itu berfungsi. Beberapa hal pada daftar di bawah ini diperlukan, dan beberapa di antaranya diinginkan untuk kemudahan.

1. Flora (dapat ditemukan di sini seharga $ 15)
2. modul bluetooth. Kami menggunakan Arduino one (HC06 BT) tetapi Anda juga dapat menggunakan modul wearable Flora BLE.
3. Bahan konduktif yang peka terhadap tekanan seperti Velostat (tersedia di sini dari Adafruit)
4. Flora RGB NeoPixels, setidaknya tiga. (Paket 4 tersedia dari Adafruit dengan harga sekitar $8 di sini.)
5. Benang konduktif
6. Kabel jumper (yang terlihat seperti ini dengan setidaknya satu sisi perempuan). Anda akan membutuhkan 4.
7. Klip buaya yang terpasang pada kabel (opsional, tetapi sangat membantu)
8. Sebuah jarum jahit
9. Baterai kecil, 3.7V sudah cukup (tersedia di sini dari Adafruit dengan harga sekitar $8). Pastikan baterai memiliki konektor yang tepat untuk Flora.
10. Bantalan Velcro, minimal 2" x 4", ditambah titik Velcro.
11. Jahit kecil (5mm) pada pengencang snap. Anda akan membutuhkan setidaknya 18.
12. Solder dan besi solder
13. Kaos lama
14. Kain interfacing fusible, dapat dibeli dari sebagian besar toko kerajinan atau jahit. Baca beberapa tips & trik di sini.
15. Kaos lama
16. Gunting, selotip, dan kesabaran.

Langkah 2: Buat Sensor Tekanan

1. Potong 3 bagian dari kain konduktif. Satu harus cukup kecil untuk muat di bawah tumit rata-rata orang, dan dua lainnya harus berukuran sekitar 1 inci x 1 inci persegi (tetapi bentuk sebenarnya tidak terlalu penting).
2. Potong enam utas konduktif berukuran 18 inci.
3. Rekatkan satu helai benang ke setiap sisi dari ketiga potongan kain yang sudah dipotong sebelumnya. Benang harus direkatkan dalam bentuk 'J' seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, dan harus membuntuti kain di sisi yang berlawanan seperti yang ditunjukkan (menjaga jarak sekitar setengah inci di antara ekor benang).

Langkah 3: Hubungkan Sensor Tekanan ke Flora

1. Menggunakan klip buaya, untuk setiap sensor tekanan pasang satu ekor ulir konduktif ke pin ground pada Flora dan yang lainnya ke salah satu pin 6, 9, atau 10 (koneksi ditunjukkan pada gambar di atas di sebelah kiri). Kode yang akan Anda gunakan menunjuk sensor pada pin 9 sebagai yang akan terletak di tumit, sensor pada pin 6 sebagai yang akan terletak di bola kaki, dan sensor pada pin 10 sebagai yang akan terletak di bawah bagian luar kaki (di bawah tempat buku jari jari kaki terkecil Anda berada). Jika Anda telah membentuk sensor Anda secara khusus untuk digunakan di salah satu lokasi ini, pastikan sensor terpasang pada pin yang benar.
2. Tempatkan sensor sehingga rata di atas meja dan tidak ada benang yang bersilangan atau bersentuhan.

(Catatan: Jika Anda perlu memasang beberapa klip buaya ke satu pin Flora, tempelkan ujung kabel kecil di antara sambungan yang ada dan kemudian pasang klip Anda ke ujung yang menonjol seperti yang ditunjukkan di atas pada gambar di sebelah kanan.)

Langkah 4: Hubungkan NeoPixels ke Flora

1. Hubungkan setiap NeoPixel ke GND. Mereka semua dapat dihubungkan ke tanah yang sama.
2. Hubungkan NeoPixels secara seri, dengan yang pertama terhubung ke pin 12 pada Flora.
3. Perhatikan ke arah mana panah menunjuk. Panah yang mengarah ke tengah adalah sinyal yang masuk dan panah yang menjauh dari pusat adalah sinyal yang keluar.
4. Hubungkan setiap NeoPixel ke VBATT.

Diagram pengkabelan ditunjukkan pada gambar di atas sebagai referensi.

Langkah 5: Hubungkan Bluetooth ke Flora

1. Hubungkan pin GND pada modul Bluetooth ke pin GND pada Flora.
2. Hubungkan pin VCC pada modul Bluetooth ke pin 3.3V pada Flora.
3. Hubungkan TXD pada modul Bluetooth ke RX #0 pada Flora.
4. Hubungkan RXD pada modul Bluetooth ke TX #1 pada Flora.

Jika modul Bluetooth disambungkan dengan tidak benar, hal itu dapat menyebabkan sirkuit yang rusak atau miskomunikasi antara modul dan komputer.

Langkah 6: Bangun Sirkuit

Dengan menggunakan diagram rangkaian di atas, rakit semua komponen (JANGAN mencoba menggunakan ulir konduktif. Untuk saat ini, cukup gunakan klip buaya dan kabel berinsulasi atau kabel sementara lainnya pilihan Anda)

Langkah 7: Unduh Kode dan Hubungkan Flora ke Komputer Anda

1. Unduh kode menggunakan tautan di bawah ini dan buka di Arduino IDE.
2. Jika Anda belum menginstal Adafruit NeoPixel Library, unduh dari GitHub. Instal perpustakaan ini dan pastikan untuk memasukkannya ke dalam folder Perpustakaan Arduino Anda.
3. Jika Anda belum menginstal Arduino Filters Library, unduh di sini dari GitHub. Instal dan pastikan untuk memasukkannya ke dalam folder Perpustakaan Arduino Anda.
4. Hubungkan Flora ke komputer Anda dengan kabel micro USB ke USB (gambar di atas).
5. Klik "Tools"> "Board"> "Adafruit Playground" untuk memberi tahu perangkat lunak perangkat keras mana yang Anda gunakan.
6. Klik "Alat"> "Port" dan kemudian di menu tarik-turun pilih port COM yang terhubung dengan Flora Anda di komputer Anda.

Inilah kode yang Anda butuhkan!

CATATAN: Anda mungkin perlu menyesuaikan ambang batas dalam kode untuk menentukan kapan harus menghidupkan/mematikan NeoPixel. Sesuaikan masing-masing untuk setiap sensor.

Langkah 8: Unggah Kode ke Flora

1. Klik panah "Unggah" di sudut kiri atas IDE (dilingkari pada gambar di atas).
2. Karena kode telah diunggah, Anda sekarang dapat memutuskan sambungan Flora dari komputer Anda. Komunikasi antara Flora dan komputer Anda mulai sekarang akan dilakukan melalui koneksi Bluetooth.

Langkah 9: Hubungkan Modul Bluetooth ke Komputer

1. Lampu pada modul Bluetooth seharusnya berkedip pada saat ini.
2. Buka preferensi Bluetooth di komputer Anda.
3. Hubungkan ke modul dengan mengklik opsi 'HC-06'.
4. Setelah terhubung, lampu pada HC-06 akan berhenti berkedip dan tetap konstan, seperti yang terlihat pada gambar di atas.

Langkah 10: Uji Fungsionalitas

1. Pada titik ini, modul Bluetooth harus mengirimkan data dari sensor tekanan yang Anda buat ke komputer Anda.
2. Kode yang diunduh mengambil data ini dan memplotnya sebagai tiga baris terpisah (satu untuk setiap sensor).
3. Di IDE, klik "Alat" > "Serial Plotter."
4. Anda akan melihat tiga baris yang disebutkan, semua kemungkinan pada nilai awal yang berbeda.
5. Tekan ke bawah pada setiap sensor tekanan satu per satu untuk memastikan Anda melihat respons di garis masing-masing yang diplot (tekanan akan menghasilkan penurunan pada kurva).
6. Jika Anda tidak melihat data apa pun yang diplot, periksa untuk memastikan baud rate pada plot diatur ke 9600.
7. Jangan melanjutkan ke langkah berikutnya sampai Anda memastikan data dikumpulkan dan plot merespons tekanan pada sensor tekanan

Langkah 11: Tutup Sensor

1. Potong potongan kain tipis non-konduktif (kami menggunakan kaus lama) dengan bentuk yang sama seperti sensor tekanan Anda (hanya sedikit lebih besar). Gunting 2 lembar kain untuk setiap sensor.
2. Jepit setiap sensor di antara 2 lembar kain yang ditentukan, lalu jahit di sekitar setiap sensor (pastikan untuk tidak menusuknya).
3. Setelah menjahit selesai, potong 3 buah Velcro (sisi kasar) dengan bentuk dan ukuran yang sama dengan sensor Anda.
4. Tempelkan Velcro ke sensor baru yang sesuai (hanya di satu sisi masing-masing).
5. Jika Velcro tidak menempel dengan baik pada kain Anda, Anda juga bisa menjahitnya. Sekali lagi, bagaimanapun, berhati-hatilah untuk tidak menusuk sensor. Velcro akan berfungsi sebagai metode untuk memasang sensor ke kaus kaki.

Langkah 12: Rencanakan Threading Anda

Sekarang setelah Anda menyusun draf kasar prototipe dan memverifikasi bahwa itu memang berfungsi, Anda dapat mencoba menjahitnya bersama untuk produk akhir. Ingat, jangan melewati benang konduktif Anda dan rencanakan jahitan Anda sebelum menjahit. Ada kemungkinan tak terbatas untuk menempatkan Flora, Bluetooth, dan NeoPixels. Gambar di atas adalah salah satu kemungkinan yang kami temukan berhasil. Ketiga NeoPixels terhubung secara seri dan masing-masing terhubung ke daya dan ground. Plus, tidak ada kabel yang bersilangan! membuat ini tata letak yang sangat baik.

Langkah 13: Merakit Prototipe: Menjahit Bagian 1

Sensor tertutup, kode berfungsi, dan Anda telah merencanakan threading Anda. Sekarang saatnya untuk merakit produk akhir. Kami menjahit semuanya ke gelang kaki (terbuat dari kaus lama) yang dapat dililitkan dan diamankan dengan Velcro. Anda dapat mencoba ide yang sama, tetapi kami menganjurkan untuk memainkannya dan menemukan pengaturan yang sesuai untuk Anda! Ikuti langkah-langkah di bawah ini dan pastikan untuk mengawasi koneksi Anda!

1. Setrika antarmuka ke strip t-shirt, berhati-hatilah dengan sisi mana yang menghadap ke bawah. Strip harus cukup panjang untuk membungkus pergelangan kaki dan cukup lebar untuk menjahit Flora, Bluetooth, dan NeoPixels.
2. Putuskan di mana Anda ingin menempatkan Flora, modul Bluetooth, dan NeoPixels.
3. Jahit sisi wanita dari kancing ke t-shirt di mana Anda ingin menempatkan Flora. Tak satu pun dari terkunci harus menyentuh satu sama lain.
4. Pastikan Anda memeriksa lokasi setiap jepretan saat Anda menjahit untuk memastikan mereka akan sejajar dengan pin yang benar pada Flora. (Terlihat di atas pada gambar.)

Ingatlah untuk terus mengacu pada rencana threading Anda selama tahapan ini sehingga Anda tidak melewati kabel atau lupa untuk menghubungkan sesuatu.

Langkah 14: Merakit Prototipe: Menjahit Bagian 2

Sekarang setelah Anda memiliki kerangka kerja, mari beralih ke komponen menjahit:

1. Rekatkan NeoPixels di tempat yang Anda inginkan. Ini tidak sepenuhnya diperlukan, tetapi sangat membantu untuk menahannya di tempat saat Anda menjahitnya.
2. Jahit NeoPixels ke t-shirt.
3. Jahit Bluetooth ke t-shirt. Kami membuat saku kecil, seperti yang terlihat pada gambar di atas, tetapi latih pikiran kreatif Anda untuk memutuskan cara terbaik untuk menahannya.
4. Menggunakan utas konduktif, jahit koneksi antara kancing untuk Flora, Bluetooth, dan NeoPixels.
5. Jangan melewati utas! Jika persilangan benang tidak dapat dihindari, letakkan semacam isolasi di antara benang, seperti bagian dari t-shirt.

Langkah 15: Merakit Prototipe: Menjahit Bagian 3

Setelah NeoPixels dijahit, lanjutkan menghubungkan sensor tekanan ke sirkuit:

1. Jahit garis enam kancing sekitar satu inci di bawah NeoPixels.
2. Masukkan kabel konduktif antara Flora dan baris kancing baru. Ini akan bertindak sebagai titik koneksi untuk sensor tekanan. (Seharusnya ada tiga terhubung ke GND dan tiga terhubung ke pin sinyal analog 6, 9, dan 10.)
3. Kami membawa kabel dari masing-masing sensor tekanan ke bagian belakang pergelangan kaki dan memasangnya melalui bagian t-shirt agar tidak saling bersentuhan.
4. Amankan sisi jantan dari enam kancing ke ujung ulir konduktif dari sensor tekanan.
5. Snap ini harus terpasang pada garis yang baru saja Anda jahit.

Lihat kembali rencana threading Anda selama langkah-langkah ini untuk memastikan bahwa Anda tidak melewati kabel dan bahwa Anda menghubungkan kancing yang tepat.

Langkah 16: Merakit Prototipe: Menyolder

Sekarang kita beralih ke penyolderan. Ingatlah untuk meninjau keselamatan Anda karena besi solder bisa sangat menyakitkan jika disentuh.

1. Solder sisi jantan dari kancing ke Flora. (Terlihat pada gambar di atas di sebelah kiri.)
2. Setelah setiap kancing disolder, periksa kembali posisinya dengan kancing yang dijahit. Menyesuaikan satu kancing dengan solder lebih cepat daripada menjahit ulang semua kancing karena tidak berbaris dengan benar.
3. Setelah kancing disolder ke Flora, Anda dapat memasangnya dengan rakitan kasar bagian-bagiannya untuk melihat kesesuaiannya, terlihat pada gambar di sebelah kanan.

Langkah 17: Merakit Prototipe: Menyelesaikan

1. Kami menutupi sisi belakang strip (di mana semua benang dan simpul terbuka) dengan bagian lain dari t-shirt. Sayang sekali jika kawat tersangkut dan sobek!
2. Buat saku kecil untuk baterai jika diinginkan.
3. Kami membuat penutup untuk menutupi semua komponen, tetapi ini sepenuhnya terserah Anda!
4. Tambahkan titik-titik Velcro ke strip t-shirt. Ini akan berfungsi sebagai pengaman ukuran yang dapat disesuaikan untuk menahan band di sekitar pergelangan kaki.
5. Yang sudah Anda selesaikan, coba ukurannya dan lihat apakah berhasil!

Langkah 18: Ide Lebih Lanjut

Dalam waktu dekat, kami berharap dapat menambahkan pemrosesan lebih lanjut untuk mencapai sinyal yang lebih jelas, dan umpan balik untuk memberi tahu pengguna tentang ketidakseimbangan antara pembacaan sensor tekanan. Ketidakseimbangan ini diharapkan dapat digunakan untuk memberikan saran tentang sol dalam bagi pengguna (sekali lagi, memiliki kisi sensor yang lebih tepat dan lengkap akan mempermudah hal ini).

Di masa mendatang, proyek ini dapat diperluas untuk menyertakan rangkaian sensor tekanan yang lebih presisi. Jika, katakanlah, semacam kisi penginderaan tekanan digunakan, itu bisa membuat kumpulan data yang jauh lebih rinci. Data ini kemudian dapat digunakan untuk membuat gambar kaki yang dirender secara real-time dengan area dengan tekanan lebih tinggi dan lebih rendah yang ditentukan oleh rentang warna. Ini akan membuat pemasangan sensor jauh lebih berguna dalam pengaturan klinis, karena dokter dapat secara visual mengenali kelainan dalam distribusi gaya di kaki seseorang saat mereka berjalan. Dia kemudian dapat melihat data numerik dan, berdasarkan temuan, merekomendasikan perawatan untuk kondisi tersebut (yaitu jenis insole apa yang harus dibeli untuk meningkatkan kenyamanan). Fungsionalitas seperti itu masih jauh untuk proyek ini, tetapi kami yakin bahwa Instruksi ini pasti memiliki banyak potensi!

Terima kasih banyak telah meluangkan waktu untuk membaca tutorial kami dan (mungkin!) mencobanya. Beri tahu kami jika Anda memiliki saran atau umpan balik di bagian komentar di bawah.