Sensor Respirasi Sabuk Dasar: 8 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

Dalam dunia biosensing, ada banyak cara untuk mengukur respirasi. Seseorang dapat menggunakan termistor untuk mengukur suhu di sekitar lubang hidung, tetapi sekali lagi mungkin Anda tidak ingin alat aneh diikatkan ke hidung Anda. Seseorang juga dapat memasang akselerometer ke sabuk yang bergerak ke atas dan ke bawah, tetapi subjek mungkin harus berbaring atau tidak bergerak. Meskipun sensor respirasi sabuk pita fleksibel dasar ini memiliki kekurangan (respons sinyal tidak seakurat metode lain), ini bagus jika subjek Anda hanya ingin mengikat dan melakukan apa pun yang ingin mereka lakukan saat bernapas. sedang diukur. Berikut adalah contoh sensor pernapasan dasar, yang dimaksudkan untuk hidup di dalam sabuk fleksibel yang Anda ikat di sekitar dada. Ketika dada yang bersangkutan mengembang dan berkontraksi melalui pernapasan udara ke paru-paru, resistensi dari sepotong tali karet yang dapat diregangkan berubah. Dengan hanya menggunakan beberapa komponen lagi, kami dapat menerjemahkannya menjadi sinyal analog yang dibaca langsung oleh Arduino Anda. Ini dilakukan melalui keajaiban rangkaian pembagi tegangan yang sangat penting dan mudah dipelajari.

PERINGATAN: Sebelum kita mulai, Anda harus tahu bahwa peralatan biosensing yang belum teruji dan tidak stabil selalu mengandung risiko bahaya! Silakan uji dan buat sirkuit ini dengan sumber daya baterai- Saya akan melakukan segalanya untuk menunjukkan kepada Anda bagaimana membuat sirkuit ini untuk memastikan Anda tidak akan dirugikan, tetapi saya tidak bertanggung jawab atas kecelakaan yang mungkin terjadi. Gunakan akal sehat dan selalu uji sirkuit Anda dengan multimeter sebelum mengikat apa pun ke dada Anda.

Langkah 1: APA YANG ANDA BUTUHKAN

1) Setiap mikrokontroler dengan input analog akan berfungsi, tetapi dalam contoh ini saya akan menggunakan Arduino Uno. Jika Anda membutuhkannya, Anda bisa mendapatkannya dari Adafruit atau Sparkfun.

2) Kabel Karet Konduktif. Kabel yang menakjubkan ini akan bertindak sebagai resistor variabel, dan akan berubah resistansi saat diregangkan atau dilepaskan. Tersedia dari Adafruit, atau Robotshop memiliki variasi panjang yang bagus dengan ujung logam yang sudah terpasang sebelumnya

3) Sebuah multimeter

4) Sebuah LED

5) Sebuah resistor 1K

6) Sebuah resistor pull-down (kita akan mencari tahu berapa nilainya nanti!)

7) lakban

8) Pelubang kertas atau gunting

9) Kabel jumper

10) Papan tempat memotong roti

11) 2 klip buaya

Harap dicatat bahwa seperti semua peralatan biosensing, proyek ini paling aman jika Arduino Anda ditenagai dari baterai.

Untuk menyelesaikan proyek ini, Anda mungkin juga perlu:

· Besi solder dan solder

· Pistol lem panas

· Guntingan kawat

· Penari telanjang kawat

· Bantuan Tangan

· Wakil, alat crimp, atau tang besar

· 2 atau lebih Terminal Crimp Berdering

Langkah 2: Potong Kabelnya, dan Pasang Terminal Konduktif

Meskipun Anda dapat menggunakan panjang tali karet dari 2"-8" untuk percobaan ini, panjang karet yang lebih pendek lebih murah dan Anda sebenarnya tidak memerlukan jumlah yang sangat besar untuk menyelesaikan pekerjaan. Jika Anda membeli karet panjang maka saya akan merekomendasikan memotong panjang 4". Potong panjang ini dan bersiaplah untuk memasang ujung konduktif pada kedua ujungnya.

Ambil konektor terminal, seperti salah satunya yang digambarkan di atas, dan tempelkan salah satu ujung kabel karet konduktif di dalam ujung salah satu konektor terminal Anda, dan rapatkan ujungnya. Anda dapat menggunakan salah satu wakil atau ujung penari telanjang kawat Anda untuk melakukan ini, tetapi berhati-hatilah untuk tidak menekan terminal terlalu kencang agar karet Anda tidak patah atau terpotong! Jika Anda berhasil melakukannya, dan kabelnya terputus, coba lagi dengan konektor terminal lain. Anda masih harus memiliki banyak waktu untuk mencapai prestasi ini. Jika lebih pendek dari 2” Anda mungkin harus mencoba lagi dengan panjang 4” yang baru. Jangan khawatir, Anda akan mendapatkannya! Setelah Anda mencapai ini di satu sisi, brilian! Ulangi di sisi lain. Sekarang Anda sudah selesai!

Sekarang Anda memiliki kabel karet konduktif dengan terminal yang sesuai di setiap ujungnya. Mari kita ukur berapa jangkauan kabel ini dengan multimeter.

Langkah 3: Ukur Perlawanan Anda

Putar tombol multimeter Anda ke simbol ohm (Ω) dan tempelkan ujung merah dan hitam multimeter Anda ke kedua sisi kabel konduktif Anda.

Jika Anda belum yakin bagaimana menggunakan multimeter Anda, Anda dapat menyegarkan diri dengan tutorial dari Lady Ada ini.

Meskipun angkanya mungkin sedikit melompat saat Anda mengukurnya, angka-angka ini memberi Anda gambaran tentang seberapa besar hambatan kabel saat dalam keadaan diam. Mengambil tebakan terbaik Anda, tuliskan resistansi diam dari kabel Anda, lalu bulatkan ke kelipatan 10 terdekat. (yaitu: 239 = 240, 183 = 180)

Sekarang, berhati-hatilah untuk memasang probe multimeter pada tempatnya dengan satu tangan, gunakan tangan Anda yang lain untuk menarik kabelnya dengan lembut. Anda hanya dapat meregangkan benda ini sampai sekitar 50% -70% dari panjang aslinya, jadi jangan menarik terlalu keras! Amati bagaimana nilai resistansi pada multimeter Anda telah berubah. Lepaskan, dan ulangi proses ini beberapa kali untuk melihat hambatan bergerak dari minimum ke maksimum. Saat Anda meregangkannya, hambatannya meningkat karena partikel-partikel di dalam karet dipindahkan lebih jauh. Begitu gaya dilepaskan, karet akan menyusut kembali, meskipun butuh satu atau dua menit untuk kembali ke panjang aslinya. Karena keterbatasan fisik ini, kabel yang melar ini bukanlah sensor linier yang sebenarnya, sehingga tidak terlalu presisi, tetapi ada cara untuk mengatasinya dalam konstruksi sensor Anda. Regangkan kabelnya sekali lagi hingga maksimum, dan dengan masing-masing ujung probe multimeter terpasang di kedua sisi kabel karet Anda, tuliskan nilai resistansi, dibulatkan sekali lagi ke kelipatan 10 terdekat.

Langkah 4: Formula Axel Benz

Kita akan menggunakan rangkaian pembagi tegangan sederhana untuk menggunakan resistansi variabel dari kabel peregangan sebagai sensor respirasi. Jika Anda ingin tahu lebih banyak tentang rangkaian pembagi tegangan, pada dasarnya ada beberapa resistor yang dirangkai secara seri yang mengubah tegangan besar menjadi tegangan yang lebih kecil. Bergantung pada nilai resistor yang Anda gunakan, Anda dapat memotong 5V dari Arduino Anda menjadi bagian yang lebih besar atau lebih kecil dengan resistor pull-down, yang berguna untuk Analog Read. Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut tentang matematika di balik rangkaian pembagi tegangan, lihat tutorial yang sangat baik di Sparkfun.

Sementara kita tahu bahwa nilai resistor pertama dalam rangkaian (sensor peregangan) akan fluks konstan, kita perlu menggunakan nilai resistansi yang tepat untuk resistor pull-down untuk mendapatkan sinyal yang bagus dan bervariasi mungkin..

Untuk memulai, gunakan rumus Axel Benz:

Pull-Down-Resistor = akar kuadrat(Rmin * Rmax)

Jadi jika nilai minimum kabel peregangan Anda adalah 130ohm, dan maksimumnya adalah 240ohm

Pull-Down Resistor = akar kuadrat(130*240)

Pull-Down Resistor = akar kuadrat (31200)

Pull-Down Resistor = 176.635217327

Jadi sekarang Anda harus melihat koleksi resistor Anda dan mencari tahu apa resistor terbaik Anda "untuk saat ini". Jika Anda hanya memiliki koleksi bit dan bob acak, kalkulator pita warna resistor ini mungkin bisa membantu Anda. Ballparking resistor ini bisa baik-baik saja, Anda mungkin tidak memiliki resistor yang sempurna. Saat Anda menggunakan sirkuit, Anda mungkin menemukan bahwa Anda harus menukarnya dengan sirkuit lain, tetapi ini akan memberi Anda awal yang baik untuk mulai bermain.

Terakhir, saya membulatkan angka ke kelipatan 10 terdekat.

Tarik ke Bawah Resistor = 180ohm

Langkah 5: Siapkan Breadboard Anda

Dengan menggunakan kabel jumper, sambungkan pin 5v Arduino ke power rail di papan tempat memotong roti Anda, lalu sambungkan pin GND ke ground rail papan tempat memotong roti Anda.

Saya suka menggambar 5V dari Arduino karena ini memastikan Anda tidak perlu khawatir mengirim terlalu banyak tegangan ke pin analog. Anda juga dapat menggunakan pin tegangan 3v3, tetapi saya menemukan bahwa saya mendapatkan sinyal yang lebih baik dari penggunaan 5v.

Hubungkan resistor pull-down Anda ke ground.

Ambil kedua klip buaya Anda dan jepit ke terminal di kedua sisi kabel elastis resistensi variabel Anda. Pasang salah satu ujung klip buaya ini ke rel 5v. Hubungkan klip buaya lainnya ke kawat dalam konfigurasi yang ditunjukkan dalam diagram.

Pastikan bahwa ujung "lain" dari resistor pull-down Anda dan kabel peregangan konduktif Anda terhubung, sekarang sambungkan kabel jumper dari pin analog (mari kita gunakan A0) ke tengah dua titik penghubung ini.

Terakhir, pasang LED dengan resistor 1k ke pin 9 Arduino Anda.

Langkah 6: Program Arduino Anda

Catatan: Saya baru saja melihat bahwa pengguna GitHub Non0Mad telah meningkatkan kode saya! (Terima kasih)Coba kode ini jika Anda mau:

Jika Anda lebih suka mencoba yang saya buat, jalankan sketsa "RespSensorTest.ino" terlampir di Arduino Anda.

Berhati-hatilah agar tidak menyentuh logam yang terbuka, ambil dua klip buaya Anda dan regangkan karet gelang. Perhatikan LED memudar masuk dan keluar saat Anda melakukan peregangan. Buka Serial Monitor Anda, dan lihat voltase analog Anda berubah. Jika Anda tidak puas dengan nilai memudar atau angka Anda, Anda dapat mencoba beberapa hal:

1) Coba tukar nilai resistor pull-down lain yang mirip dengan yang terakhir Anda gunakan. Apakah itu membuat perbedaan positif? (Ini adalah cara terbaik untuk melakukannya)

2) Jika semua yang benar-benar ingin Anda lakukan adalah menyalakan LED, cobalah mengutak-atik variabel scaleValue untuk melihat apakah Anda dapat menghasilkan rentang yang lebih baik dengan cara itu. (Ini mungkin cara termudah untuk melakukannya)

Setelah Anda cukup puas dengan angka dan cahaya LED Anda, saatnya untuk membuat prototipe model untuk dikenakan di sekitar dada Anda! Matikan Arduino Anda dan nonaktifkan daya ke papan tempat memotong roti untuk langkah selanjutnya.

Langkah 7: Buat Pita Respirasi Prototipe

Cara tercepat untuk membuat pita prototipe adalah dengan menyatukan sesuatu dengan lakban. Ambil selotip panjang (Sekitar 30"-36" harus menutupi sebagian besar, tetapi pada akhirnya ini hanya lingkar dada Anda) dan lipat sehingga sisi yang lengket menempel dengan sendirinya. Buat lubang di kedua sisi pita lakban Anda, sehingga menyerupai ikat pinggang.

Gunakan sekrup untuk mengencangkan terminal ke dalam lubang berlubang yang Anda buat untuk sensor Anda, dan hubungkan selotip panjang Anda dengan pas ke dalam lingkaran yang Anda kenakan di dada Anda. Anda ingin memastikan bahwa "ikat pinggang" Anda cukup pas dengan Anda atau ulu hati subjek Anda, tetapi pastikan bahwa ada cukup ruang untuk napas masuk untuk meregangkan kabelnya.

Terakhir, pasang kembali klip buaya Anda dan pasang setiap jumper dari ujung kabel peregangan konduktif kembali ke tempatnya di papan tempat memotong roti. Kami sekarang siap untuk menguji prototipe!

Langkah 8: Uji Prototipe

Nyalakan Arduino dan jalankan sketsa sebelumnya lagi. Bagaimana kinerja nilai-nilai analog itu? Apakah Anda mendapatkan resolusi data yang bagus dengan napas Anda? Apakah LED memiliki variasi cahaya yang bagus saat Anda bernapas masuk dan keluar? Jika tidak, coba tukar resistor pull-down Anda dengan nilai terdekat untuk melihat apakah nilai yang Anda baca menjadi lebih baik.

Ketika Anda telah memilih resistor pull-down yang ideal, bergembiralah! Sirkuit Anda selesai, pernapasan Anda direkam, dan LED akan dengan senang hati mengikuti napas Anda.

Idealnya Anda atau orang lain pada akhirnya akan menjahitkan pita untuk Anda dari kain sintetis non-konduktif dengan sedikit peregangan di dalamnya, dan sabuk D-Ring untuk dikencangkan. (Velcro baik-baik saja sebagai pengikat tetapi kadang-kadang berantakan dengan pakaian dan sweater.) Anda dapat dengan aman menjahit kabel konduktif ke dalam pita ini, sebenarnya terminal melingkar sangat bagus untuk diikat ke kain. Untuk sesuatu yang sedikit lebih permanen daripada klip buaya, Anda mungkin ingin menyolder beberapa kabel multi-untai yang sangat panjang ke ujung konektor terminal dan memasangnya ke sirkuit Anda.