Dispositivo de respiração leve para ansiedade com monitor de frequência cardíaca: 18 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Com o mundo cada vez mais ocupado, todos estão em um ambiente cada vez mais estressante. Os estudantes universitários correm um risco ainda maior de estresse e ansiedade. Os exames são períodos especialmente de alto estresse para os alunos, e smartwatches com configurações de exercícios respiratórios normalmente não podem ser usados durante os exames, pois também podem enviar mensagens de texto e se conectar à Internet.

O "Breathe Light" é um dispositivo simplista centrado na ansiedade que não possui conectividade com a Internet e será bem-vindo em exames. Este dispositivo não é específico do usuário, o que permite que seja facilmente adaptado a qualquer pessoa que necessite de controle de ansiedade. Usando uma série de quatro LEDs NeoPixel, o usuário será capaz de seguir as etapas para realizar exercícios respiratórios e também monitorar sua frequência cardíaca antes e depois dos exercícios para determinar se seus níveis de estresse estão diminuindo.

Etapa 1: Materiais e ferramentas necessários

Materiais:

1. Flora Adafruit ($ 14,95)
2. Breadboard ($ 5,00)
3. Adafruit NeoPixels (4) ($ 7,95)
4. PulseSensor ($ 25,00)
5. Clipes de jacaré ($ 3,95)
6. Fios de jumper de tábua de pão (US $ 3,95)
7. Bateria de polímero de íon-lítio ($ 9,95)
8. Resistor de 220 Ohm ($ 6,28)
9. Botão de pressão ($ 5,99)
10. Legos sortidos ($ 10- $ 40) (Nota: você não precisa de muitos Lego)

Custo total: ($ 94- $ 124)

Ferramentas:

1. Software Arduino (GRATUITO) - Obrigatório
2. Alicate de ponta fina (~ $ 6) ou cortadores de cutícula (~ $ 4) - sugerido
3. Kit / Materiais de Solda (~ $ 11) - Opcional

Custo total: ($ 15-17)

Etapa 2: Preparação

Antes de iniciar o projeto e usar os materiais acima, é importante desenvolver um bom conhecimento prévio do que está sendo usado.

Flora Adafruit

O Adafruit Flora é um microcontrolador pequeno, simples e poderoso, útil tanto para iniciantes quanto para especialistas. É muito pequeno (apenas um pouco maior do que um quarto) e usável! A imagem acima mostra o diagrama de pinagem da Flora Adafruit. Para saber mais informações sobre a Flora, acesse o seguinte link:

learn.adafruit.com/getting-started-with-fl…

Adafruit NeoPixels

Os NeoPixels da Adafruit são LEDs RGB endereçáveis individualmente, projetados especificamente para vestíveis. Os NeoPixels são encadeados, o que significa que você só precisa de uma conexão de pino ao microcontrolador para conectar quantos LEDs desejar. Eles podem ser codificados no Arduino, mas requerem alguma prática, pesquisa e exemplo de ajuda online para se familiarizar e fazer com que os NeoPixels funcionem como você deseja. As diferentes etapas no link a seguir são muito úteis, pois informa sobre como os NeoPixels funcionam e fornece dicas de codificação e exemplos com o Arduino.

learn.adafruit.com/flora-rgb-smart-pixels/…

PulseSensor

O PulseSensor é um sensor de frequência cardíaca plug and play para Arduino para coletar dados de frequência cardíaca ao vivo para uma variedade de projetos como este! A biblioteca que pode ser baixada para o Arduino (será mostrada abaixo em breve) tem códigos de exemplo para ajudá-lo a se tornar um especialista instantâneo na implementação do PulseSensor em um projeto. O link a seguir mostra mais informações sobre o PulseSensor e descreve exemplos de miniprojetos para iniciar as pessoas.

pulsesensor.com/pages/getting-advanced

Bibliotecas Arduino

Para que o código se comunique com o Flora para determinadas funções e comandos, as seguintes bibliotecas devem ser instaladas no Arduino para os diferentes componentes elétricos. Use este link ou aquele na seção 'Introdução e suprimentos' para baixar o software

1. PulseSensor Playground

   (Observação: o arquivo Arduino de exemplo "PulseSensor_BPM" foi útil na criação do código para o Breathe Light)

2. Biblioteca Adafruit NeoPixel

   (Observação: o arquivo Arduino de exemplo "Strandtest" foi útil na criação do código para o Breathe Light)

(Observação: para obter mais ajuda sobre a instalação de bibliotecas, visite o seguinte link:

GitHub

O GitHub é uma plataforma poderosa que permite que as pessoas construam e compartilhem software juntas. O código criado para o Breathe Light é compartilhado por meio do GitHub e pode ser acessado aqui. Ele também será referenciado posteriormente no instrutível na Etapa 14. As bibliotecas e exemplos do Arduino mencionados acima que são necessários para o projeto também podem ser acessados por meio dos seguintes links do GitHub.

1. PulseSensor
2. NeoPixel

Para obter mais informações sobre o que é o GitHub e por que ele é útil, assista a este vídeo.

Etapa 3: Segurança

Ao lidar com qualquer circuito elétrico, incluindo aquele que você criará neste projeto, é importante compreender e seguir todos os protocolos de segurança elétrica para manter seu projeto seguro e garantir que você não sofra choques. A lista a seguir detalha algumas etapas simples a serem seguidas.

1. NÃO conecte o Flora ao computador ao mover e conectar fios ao circuito.
2. Ao tocar em fios ou outros componentes de metal no circuito, certifique-se de que a alimentação esteja DESLIGADA para evitar que qualquer corrente flua pelo seu corpo.
3. Mantenha líquidos, alimentos e qualquer coisa que possa ser derramada longe de seu circuito.
4. Verifique se há fios elétricos desgastados todas as vezes antes de ligar o instrumento.

AVISO:

Este NÃO é um dispositivo médico e não deve ser usado em qualquer ambiente clínico para se basear em medições precisas de frequência cardíaca. Vá ao médico se desejar dados precisos de frequência cardíaca. Esta é simplesmente uma ferramenta para ajudar as pessoas a aliviar o estresse e não deve ser usada para diagnosticar qualquer condição.

Etapa 4: dicas e sugestões

Abaixo estão algumas dicas e sugestões para manter em mente enquanto você está construindo o Respire Luz.

Estratégias de solução de problemas

1. Se o código não estiver funcionando corretamente, divida as diferentes funções / seções de código e teste-as para determinar onde está o problema.
2. Antes de começar com o código e o projeto, use códigos de exemplo fornecidos nas Bibliotecas do Arduino para o PulseSensor e NeoPixels para garantir que os dispositivos funcionem corretamente.
3. Certifique-se de que o PulseSensor tenha uma conexão firme e segura antes de coletar dados para remover o artefato de movimento potencial.
4. Ao fazer a fiação, use os fios da mesma cor ao conectar às mesmas portas para evitar confusão.
5. Use pequenos cabos de ligação para prender os fios para que não percam a conexão quando o dispositivo se mover.
6. Se você tiver acesso a um ferro de solda, considere usá-lo para proteger as conexões dos fios que podem não estar funcionando bem.

Intuições

• Para economizar tempo, teste com pinças de crocodilo para prototipagem antes de usar fios.

• Para economizar tempo e frustração, estique bem os fios para fazer uma conexão sólida e constante com cada NeoPixel.

  Os Lego também são muito úteis para proteger o Flora e a bateria

Etapa 5: Montagem Parte 1a

Comece usando uma pinça de crocodilo para conectar a porta # 6 no FLORA. Em seguida, use outra pinça jacaré para conectar a porta GND. Faça o mesmo com a porta VBATT no FLORA.

Etapa 6: Montagem Parte 1b

Agora, conecte a garra jacaré conectada à porta 6 à seta voltada para dentro do NeoPixel. Conecte o clipe da porta GND ao (-) no NeoPixel e o clipe da porta VBATT ao (+) no NeoPixel.

Usamos essa configuração para testar cada NeoPixel para ver se estava funcionando usando as instruções da página NeoPixel Adafruit.

Etapa 7: Montagem Parte 2

Depois de confirmar que cada um dos NeoPixels está funcionando, você pode começar a construir o Breathe Light!

Comece conectando os fios ao FLORA no VBATT, # 12, # 6, GND e # 10. Para evitar confusão, escolha as cores que corresponderão a cada uma das portas. Iremos conectá-los ao breadboard nas etapas subsequentes.

Etapa 8: Montagem Parte 3

A seguir, começaremos a fazer a rede de NeoPixels. Como na primeira etapa, eventualmente conectaremos o (+) à porta VBATT, o (-) à porta GND, e as setas mostrarão a direção do fluxo do sinal na linha de NeoPixels. Comecei com o último e fui subindo.

Primeiro, basta adicionar os fios aos NeoPixels nas cores correspondentes. Na imagem, você pode ver que usamos branco para VBATT, verde para GND e amarelo para o sinal vindo da porta # 6. Use o alicate de bico fino para enrolar o arame em volta dos pequenos orifícios. Você também pode usar cortadores de cutícula se não tiver um alicate de ponta fina prontamente disponível.

(Os pequenos fios vermelhos no fundo serão explicados nas etapas subsequentes. Não se preocupe com eles por enquanto.)

Etapa 9: Montagem Parte 4

Adicione fios aos outros NeoPixels exatamente como o primeiro. Certifique-se de que a linha de setas está apontando da porta # 6 no FLORA para a parte inferior da corrente.

Em seguida, conecte cada um dos fios brancos aos pinos (+) na placa de ensaio e os fios verdes aos pinos (-) na placa de ensaio. Certifique-se de que as conexões tenham alguma tensão para prender os fios.

Etapa 10: Montagem Parte 5

Agora, conecte o fio verde do GND ao topo dos pinos (-). Conecte o fio branco da porta VBATT aos pinos (+) na placa de ensaio e conecte o fio amarelo nº 6 ao início de sua cadeia NeoPixel.

O fio roxo e o fio vermelho serão conectados posteriormente.

(Os fios vermelhos perto da parte inferior ajudam a criar tensão entre os fios de sinal amarelos entre os NeoPixels, mas você pode não precisar deles, dependendo de quão apertadas são as conexões)

Etapa 11: Montagem Parte 6

A seguir, conectaremos o botão ao nosso breadboard. Isso iniciará as medições de freqüência cardíaca e o exercício de respiração de ansiedade!

Posicione o botão conforme mostrado na imagem. Em seguida, use um fio branco para conectar o pino do botão superior ao (+). Coloque o resistor de 220 ohm entre o pino inferior do mesmo lado e os pinos (-). Por último, conecte o fio vermelho nº 10 ao pino do botão inferior direito.

Etapa 12: Etapa de montagem 7

Agora, vamos conectar o sensor de pulso! Conecte o fio vermelho do sensor aos pinos (+) na placa de ensaio e o fio preto do sensor aos pinos (-). Em seguida, coloque o fio roxo do sensor e o fio roxo vindo da porta # 12 na mesma fileira para conectá-los.

Etapa 13: Etapa de montagem 8

Com Legos variados, construa uma plataforma para a FLORA se sentar e uma pequena cavidade para a bateria de lítio. Certifique-se de que o FLORA tenha alguma tensão para que os fios amarelos se conectem corretamente. Para fazer isso, usamos os Legos amarelos vistos na foto acima.

O tamanho da plataforma Lego varia de acordo com o tamanho de sua placa de ensaio, mas certifique-se de que o FLORA pode sentar-se plano, que haja alguma tensão com os fios de sinal amarelos e que haja uma cavidade para inserir a bateria.

Etapa 14: Etapa de montagem 9

Para finalizar a montagem, adicione a plataforma Lego com a FLORA ao lado da placa de ensaio. Conecte a bateria ao FLORA.

Etapa 15: Montagem Etapa 10: Carregar o Código e Concluir a Montagem

A etapa final é enviar este código para o Breathe Light. Depois que o código é carregado, o Breathe Light deve funcionar portavelmente quando o botão ON é ativado no meio do FLORA!

Como obter o código do GitHub para o Flora

1. Use o link acima para acessar o site do GitHub.

2. Clique em "Clonar ou Baixar"

   Clique em "Baixar ZIP"

3. Salve o arquivo zip baixado no local desejado em seu computador.
4. Abra o arquivo "Breathe_Light_V3.0" no Arduino.
5. Em "Ferramentas" na barra superior do Arduino, vá para "Placa:" e selecione "Adafruit Flora"
6. Por fim (com o Flora conectado ao computador), clique em "Upload" (seta para a direita no topo da tela)

Depois que as etapas acima forem concluídas, o código deve ser carregado para a Flora. O Flora pode ser desconectado do computador e o Breathe Light está pronto para uso!

Etapa 16: Montagem Etapa 11: Explicação do código

Isso é o que o código faz:

Primeiro, o código coleta a frequência cardíaca inicial do sujeito usando um PulseSensor e a exibe por meio de quatro NeoPixels individuais que estão em uma linha. Com base na frequência cardíaca detectada, uma certa série de LEDs / cores será exibida. Por exemplo, se a frequência cardíaca for 76, haverá 3 NeoPixels acesos em azul. Essas cores / limites são dados ao sujeito por meio de um adesivo no dispositivo (visto acima) para que ele saiba qual é sua frequência cardíaca.

Então, depois que a frequência cardíaca é detectada, ela passa por um exercício de ansiedade que auxilia na inspiração e expiração profundas e lentas. No início deste exercício, todos os quatro LEDs estão verdes. À medida que o exercício prossegue, os LEDs ficam azuis um a um, o que corresponde a quando o sujeito deveria inspirar. Depois que todos os quatro LEDs estiverem acesos, o assunto deve prender a respiração e, quando os LEDs voltarem para a cor verde, eles poderão expirar lentamente. Após a realização do exercício de ansiedade, o código detectará e exibirá novamente a frequência cardíaca da pessoa para determinar se ela conseguiu se acalmar.

Etapa 17: Diagrama de Circuito

Este diagrama de circuito foi feito em EAGLE. Tudo dentro do grande retângulo é o microprocessador Adafruit FLORA. Tem muitos detalhes, mas como um todo está contido no retângulo. Todos os componentes que adicionamos ao FLORA estão sob o grande retângulo.

Os 4 Neopixels podem ser vistos conectados à saída D6 * FLORA. O botão está conectado ao IO10 * e o Sensor de pulso está conectado ao FLORA por meio da porta IO12 *.

Etapa 18: Outras Idéias

Existem muitas maneiras pelas quais o Respire Luz pode ser levado mais longe, e aqui estão algumas sugestões.

• Torne-o usável: Use uma faixa de cabeça ou punho de relógio (como este) e use uma linha condutora para fazer todas as conexões de fios.
• Adicione à função ansiedadeExercise () para criar um exercício de respiração mais atraente visualmente (como adicionar mais cores).
• Substitua os NeoPixels individuais por um NeoPixel Ring ou um NeoPixel Array para adicionar mais LEDs e aumentar os recursos das funções heartRateDisplay () e ansiedadeExercise ().