Monitor Dress - Hubungkan Sinyal Jantung ke IoT: 18 Langkah (dengan Gambar)

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

Monitor Dress adalah eksperimen dalam meneliti berbagai cara untuk mendigitalkan aktivitas jantung pemakainya serta memproses datanya.

Tiga elektroda di dalam gaun mengukur sinyal listrik yang mengalir melalui tubuh pemakainya. Impuls analog tersebut, yang berasal dari aktivitas otot jantung, diubah menjadi sinyal digital. Mikrokontroler kemudian menyalakan lingkaran LED di bagian depan gaun, berkedip ungu dengan setiap detak jantung. Mikrokontroler juga mengirimkan data melalui jaringan nirkabel untuk keperluan lain. Data yang dikirim melalui jaringan nirkabel diambil oleh komputer, yang memantau data untuk menghidupkannya. Sinyal listrik jantung sekarang terlihat di layar serta gaun itu sendiri.

Monitor Dress menciptakan antarmuka yang mulus antara tubuh manusia, garmen, dan komponen elektronik – mendigitalkan dan merekam sinyal biologis sementara kami.

Langkah 1: Ikhtisar Desain dan Sirkuit

Bagian atas gaun terbuat dari potongan akrilik hitam dan bening - dipotong dengan pemotong laser. Cincin NeoPixel direkatkan di bawah lingkaran akrilik bening di tengahnya. Kabel berjalan di belakang bagian atas ke strip kain yang melekat pada bagian atas di bagian belakang gaun itu. Strip kain terhubung ke saku kecil yang menampung mikrokontroler, monitor detak jantung, dan baterai. Tiga elektroda e-tekstil dijahit ke dalam lapisan gaun. Kabel yang menghubungkan elektroda dan mikrokontroler berjalan di antara dua lapisan kain.

Langkah 2: Persediaan:

Bahan:

• Kain
• Ritsleting
• kabel
• Menyusut panas
• 1/8 "Akrilik Hitam
• 1/8 "Akrilik Tersebar
• Cincin NeoPixel (24 LED) (Adafruit)
• Foton (Partikel)
• Monitor Detak Jantung (Sparkfun)
• Bantalan Sensor Biomedial (Sparkfun)
• Kabel Sensor (Sparkfun)
• Kain Konduktif (Sparkfun atau Adafruit)
• 5 Tombol Terkunci
• Papan Perma-Proto (Adafruit)
• Kabel Jumper Wanita + Pria
• Menyusut panas
• Bank Daya 5V (Amazon)

Peralatan:

• Gunting
• Jarum
• Benang
• Pinset
• Solder Besi
• Pateri
• Lem panas
• senapan panas
• Mesin jahit
• Pemotong Laser
• Palu
• Kertas
• Penggaris
• Pensil

Langkah 3: Foton - Kit Pengembangan Wi-Fi

Photon adalah kit pengembangan Wi-Fi yang kuat yang menghubungkan proyek Anda ke Internet of Things (IoT). Papannya cukup kecil, yang membuatnya bagus untuk proyek yang dapat dikenakan IoT.

Partikel, pembuat Foton, menyiapkan Lembar Data Foton yang bagus serta Panduan Memulai yang sangat mendetail dengan semua informasi yang perlu Anda ketahui untuk memulai.

Cukup unduh aplikasi Particle di ponsel cerdas Anda dan ikuti instruksi untuk menghubungkan Foton Anda ke jaringan Wi-Fi Anda. Anda juga dapat mengunduh aplikasi Particle Dev untuk komputer Anda atau memulai pemrograman menggunakan browser Anda. Kami akan kembali ke Foton di Langkah 15.

Langkah 4: Monitor Detak Jantung

Pada gambar Anda dapat melihat papan Monitor Detak Jantung serta kabel sensor dengan 3 konektor bantalan elektroda dan 3 bantalan sensor biomedis yang cocok. Karena kita akan membuat elektroda kain konduktif sendiri untuk gaun kita, tidak perlu menggunakan kabel dan bantalan sensor. Namun, mereka bagus untuk membuat prototipe dan pengujian.

Sebelum memulai, saya juga merekomendasikan membaca Panduan Menghubungkan Monitor Detak Jantung Sparkfun. Ini memiliki banyak detail tentang cara kerja Monitor Detak Jantung dan bagaimana elektroda perlu diatur.

Langkah 5: Potong Laser Bagian Atas

Pertama saya mendesain bagian atas 2D menggunakan Illustrator yang saya potong dari lembaran akrilik hitam 1/8" dengan pemotong laser. Karena lingkaran di tengah desain akan menyala, saya memotong kelopak yang serasi dari 1 /8" lembaran akrilik menyebar. Juga, saya memotong tiga lingkaran akrilik dengan ukuran berbeda. Kami akan menempelkannya di antara kelopak dan cincin NeoPixel untuk cahaya yang lebih menyebar. Jika tidak, Anda akan melihat masing-masing LED pada ring.

Langkah 6: Membentuk Akrilik

Setelah akrilik dipotong, saatnya untuk membentuknya dan memberikannya bentuk 3 dimensi. Anda dapat menggunakan senapan panas, pengering rambut, atau apa pun yang bekerja paling cepat, seperti kompor gas. Hati-hati saat memanaskannya dan selalu sentuh bagian yang panas dengan handuk. Setelah mulai menjadi lentur, bentuk sesuai keinginan Anda dan tunggu sampai dingin dan mengeras kembali.

Langkah 7: Menambahkan Kelopak Transparan

Sekarang mari kita rekatkan kelopak akrilik bening di dalam potongan yang sesuai. Jika kelopak akrilik memiliki beberapa tanda terbakar di tepinya, Anda dapat mengampelasnya dengan amplas. Campurkan beberapa epoksi dua bagian dan oleskan lem dengan hati-hati di sekitar tepi kelopak bunga. Ini membantu untuk menahan potongan dengan selotip sambil memposisikannya di dalam potongan atas.

Langkah 8: Rancang Gaun Anda

Dalam beberapa langkah berikutnya kita akan mendesain dan menjahit gaun kulit hitam.

Saat mengerjakan file Illustrator, saya sudah memiliki gambaran kasar untuk desainnya. Setelah mengalungkan beberapa kain dan bagian atas di sekitar manekin, saya menemukan pola yang tepat: gaun penahan leher dengan dua anak panah di depan dan belakang serta jahitan pinggang pemisah, kantong baterai di belakang dan ritsleting tak terlihat dalam jahitan sisi kiri. Sebelum memotong kain bagus Anda, ada baiknya menjahit gaun dengan kain yang lebih murah (juga disebut muslin) terlebih dahulu. Itu memberi Anda kesempatan untuk menyesuaikan pola dan membuat perubahan kecil.

Langkah 9: Jahit Gaunnya

Sekarang lacak polanya dan jahit gaun yang sebenarnya. Pertama, jahit anak panah di bagian depan dan belakang gaun. Kemudian jahit dua bagian depan dan dua bagian belakang menjadi satu, serta lapisan, penahan leher, dan ritsleting tak terlihat. Pada akhirnya, kami akan memasang kantong baterai dan tali (langkah 10 dan 11). Sekali lagi, saya menggunakan pemotong laser untuk memotong enam tali kain. Ini tidak perlu, tetapi memberi Anda tepi yang benar-benar bersih yang lebih mudah dijahit dan lebih cepat dipotong!

Langkah 10: Pasang Saku Belakang

Potong persegi dari kain atas Anda dan jahit strip Velcro kecil di atas tepi kiri dan kanan. Lipat tepi Velcro dan jahit ke bagian dalam kotak saku. Temukan posisi yang baik untuk kantong baterai (sebaiknya di atas jahitan pinggang) dan sematkan ke gaun. Jahit bagian bawah saku ke gaun serta strip Velcro yang sesuai di sisi kiri dan kanan.

Langkah 11: Siapkan Strip Kain

Strip kain di bagian belakang digunakan untuk menghubungkan bagian atas ke gaun dan untuk menyembunyikan semua kabel yang mengalir dari kantong baterai ke LED di bagian depan. Sebelum menjahit ujung-ujungnya yang panjang, masukkan lubang di salah satu strip. Ini akan memberi gaun itu tampilan yang lebih bersih saat mendorong kabel keluar-masuk strip. Kemudian lanjutkan menjahit terowongan kain dan balikkan strip ke dalam. Lebih mudah menggunakan pinset.

Pada langkah berikutnya, masukkan tiga kabel panjang (cukup panjang untuk mengalir dari kantong baterai ke LED di depan) melalui strip lubang, memandu kabel melalui lubang keluar dari terowongan. Tandai setiap kawat di kedua ujungnya dengan selotip sehingga Anda tahu yang mana. Kemudian jahit strip ke bagian atas seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Langkah 12: Selesaikan Bagian Atas

Sekarang solder salah satu dari tiga kabel Anda ke pin GND (ground), satu ke pin Input Data dan kabel terakhir ke pin +5 V (daya). Pastikan Anda tahu kawat mana yang disolder ke pin apa karena Anda tidak dapat melacaknya kembali melalui tabung. Solder steker perempuan ke masing-masing dari tiga kabel. Jangan lupa untuk menggunakan heat shrink untuk mengamankan sambungan solder yang mudah patah. Dengan senapan panas atau lem Epoxy ketiga lingkaran akrilik susu di atas satu sama lain dan tunggu sampai kering. Kemudian pusatkan lingkaran di atas bagian dalam kelopak akrilik dan rekatkan. Setelah lem kering, pusatkan cincin NeoPixel di atasnya dan oleskan lem di sekelilingnya. Jangan lupa untuk mengamankan kabel yang mengelilingi cincin ke bagian belakang potongan.

Langkah 13: Jahit Strip Kain Ke Gaun

Sekarang letakkan gaun dan bagian atas pada manekin dan cari tahu di mana Anda ingin menempatkan potongannya. Buka jahitan di area yang ditandai dengan hati-hati serta jahitan pinggang di belakang kantong baterai (lapisan dan lapisan atas). Sekarang beri makan strip kain melalui lapisan dan lapisan atas sehingga strip keluar melalui jahitan pinggang. Sematkan strip dengan panjang yang diinginkan di posisi yang tepat dan tutup hanya jahitan atas untuk saat ini.

Langkah 14: Integrasikan Elektroda

Potong tiga kotak dari kain konduktif. Gambar pertama menunjukkan di mana Anda harus meletakkan elektroda di dalam gaun. Saya menggunakan jahitan zig-zag menjahit kotak ke lapisan. Elektroda perlu didorong ketat ke kulit telanjang Anda untuk menangkap detak jantung Anda. Jika tidak, kain konduktif tidak dapat menangkap sinyal listrik yang mengalir melalui tubuh Anda. Sekarang solder kawat (saya sarankan kawat silikon fleksibel) ke snap tombol. Siapkan tiga kabel secara total, satu untuk setiap elektroda. Jahit kancing yang terkunci di belakang lapisan dengan tambalan kain konduktif - antara lapisan dan lapisan atas. Penting menggunakan benang konduktif untuk menghubungkan elektroda dengan kabel dan kemudian mikrokontroler. Kemudian arahkan ketiga kabel melalui gaun sampai keluar dari tempat terbuka di jahitan pinggang di belakang kantong baterai. Untuk melindungi kabel sedikit lebih banyak, saya memasukkannya ke dalam sepotong kecil tabung kain sisa tepat di mana saya menjahitnya untuk menutup jahitan pinggang yang terbuka. Potong tiga kabel dengan panjang yang Anda inginkan dan solder kabel jumper wanita ke setiap ujungnya. Ini diperlukan untuk menghubungkan elektroda dengan Papan Monitor Tingkat Hart. Ingat, penting untuk mengetahui kabel apa yang terhubung ke elektroda apa.

Sejauh ini baik. Gaun itu sudah cukup siap.

Langkah 15: Ubah dan Unggah Kode

Sekarang mari kita kembali ke perangkat lunak dan perangkat keras:

Setelah menyiapkan Foton Anda dan menginstal Particle Dev (langkah 3), unduh kode monitor detak jantung. Jika Anda membuka file tersebut, Anda akan melihat dua folder, satu bernama foton dan satu lagi bernama pemrosesan.

Silakan dan buka Particle Dev dan pilih File > Open… di menu drop down. Arahkan ke folder foton Anda dan klik Buka. Di sisi kiri, klik WorkingPhotonHeartRateMonitor.ino untuk membuka kode. Sekarang ubah jumlah LED yang ditentukan dalam kode menjadi jumlah LED yang Anda gunakan dalam proyek Anda.

#tentukan NUM_LEDS 24

Untuk gaunnya, saya menggunakan 24 LED. Anda juga dapat mengubah nomor untuk pin lain jika Anda menggunakan pin yang berbeda. Bagan kecil memberi Anda gambaran umum. Jika Anda ingin mengubah pin tombol mode, klik pada file keys.h dan ubah angka 6 menjadi pin yang Anda gunakan.

#define MODEBUTTON 6

Jika mau, Anda dapat menambahkan sedikit tombol tekan ke pin ini untuk beralih antara mode langsung dan beberapa data detak jantung yang direkam. Ini adalah fitur yang bagus untuk dimiliki jika mengenakan manekin. Setelah menghubungkan elektroda ke tubuh Anda (pada langkah berikutnya), Anda cukup membuka monitor serial, merekam data Anda sendiri dan mengganti angka dengan detak jantung Anda di file recordData.h.

Langkah 16: Merakit Perangkat Keras

Sebelum menyolder semua komponen elektronik ke 'Perma-Proto Half-sized Breadboard' gunakan breadboard biasa untuk menguji elektronik Anda terlebih dahulu. Hubungkan monitor detak jantung, tombol, dan LED ke pin foton yang ditentukan dalam kode. Tempelkan elektroda ke tubuh Anda seperti yang ditunjukkan pada gambar, pastikan elektroda cocok dengan pin yang benar. Sekarang Anda dapat membuka monitor serial foton dan mendapatkan data detak jantung Anda melalui WiFi lokal Anda.

Jika Anda ingin melihat diagram EKG di monitor Anda, Anda harus mengunduh Processing. Di Processing, buka sketsa di folder pemrosesan dan jalankan sketsa dengan mengklik panah di sudut kiri. Jika semuanya diatur dengan benar, sebuah jendela akan terbuka dan Anda dapat melihat aktivitas jantung Anda. Ini membantu bergerak sesedikit mungkin dan butuh beberapa saat sampai biosignal cukup stabil untuk visualisasi yang bersih. Untuk informasi lebih lanjut dan/atau pemecahan masalah, lihat Panduan Monitor Detak Jantung Sparkfun. Anda mungkin harus memodifikasi baris dalam sketsa yang berisi Serial.list()[3] dan mengubah nomornya ke port mana pun yang digunakan oleh monitor serial Anda. Jika Anda tidak yakin dengan angkanya, coba 0 hingga 6.

Langkah 17: Solder Ke Perma-Proto

Untuk menghubungkan elektroda e-tekstil terintegrasi khusus kami dengan papan, dan bukan elektroda lengket yang besar, solder header ke masing-masing pin RA (lengan kanan), LA (lengan kiri) dan RL (kaki kanan) di papan tulis.

Jika semuanya berfungsi, Anda dapat menyolder komponen pada papan perma-proto. Saya mulai dengan foton, kemudian kabel diikuti oleh monitor detak jantung pada akhirnya. Alih-alih menyolder tiga kabel LED secara permanen ke papan, saya menggunakan tiga kabel jumper laki-laki (Data, VCC dan GND) untuk menghubungkannya dengan kabel LED.

Bank daya 5V sebagai catu daya berfungsi sangat baik untuk foton karena dapat diisi ulang. Anda juga dapat menggunakannya untuk mengisi daya perangkat elektronik lain seperti smartphone Anda.

Langkah 18: Hubungkan Sinyal Jantung Anda ke IoT

Sekarang Anda sudah siap dan Anda dapat menghubungkan aktivitas jantung Anda ke Internet of Things.

Perhatikan bahwa foton selalu perlu terhubung ke jaringan nirkabel, jika tidak, foton tidak akan berhenti mencari dan kode Anda tidak akan berjalan. Di pembaruan mendatang saya dapat meningkatkannya sehingga koneksi internet adalah opsional.

Jika Anda memiliki pertanyaan, jangan ragu untuk bertanya. Selamat membuat.

Hadiah Kedua dalam Kontes Busana DIY