Faixa de cabeça do leitor de sono: 24 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Você já se perguntou como você dorme à noite? Dispositivos como o FitBit rastreiam o sono analisando seus movimentos durante a noite, mas não conseguem ver o que seu cérebro está fazendo.

Depois de um semestre aprendendo sobre instrumentação médica, nossa classe foi desafiada com a tarefa de criar um dispositivo vestível para medir alguma variável biológica. Meu parceiro e eu optamos por desenvolver uma faixa para a cabeça que mostre o que seu cérebro faz durante o sono. A faixa de cabeça lê os sinais das ondas cerebrais para monitorar os padrões de sono. Ele identifica como as ondas cerebrais do usuário progridem nas fases alfa, beta, gama e delta durante a noite. Os dados podem ser exportados e analisados no Excel.

Nós mencionamos que é elegante também?

Etapa 1: Materiais e Ferramentas

Para construir a faixa de cabeça do leitor de sono, você precisará dos seguintes materiais:

1. Faixa de cabeça (uma faixa de cabeça HOTER Sportline foi usada para este projeto)
2. Microcontrolador Adafruit Flora
3. Módulo Bluefruit LE da Flora
4. LED Flora RGB Neo Pixel
5. Snaps
6. Fio Condutivo
7. Fios
8. Fio
9. Bateria
10. Bitalino EEG com cabo UC-E6 e cabo de eletrodo de 3 derivações
11. Tecido
12. Tira elástica

As seguintes ferramentas irão ajudá-lo a construir a faixa para a cabeça:

1. Alfinete de costura
2. Tesoura
3. Decapantes de arame
4. Ferro de soldar e metal de adição

Etapa 2: Preparação

Antes de construir a faixa para a cabeça do Sleep Reader, dedique algum tempo para aprender sobre as ondas cerebrais e alguns circuitos básicos. Dentro do cérebro, células especiais conhecidas como neurônios orquestram diferentes atividades dentro do corpo. Esses neurônios comandam o show enviando pequenos sinais elétricos que assumem a forma de ondas. O cérebro é conhecido por produzir quatro tipos diferentes de ondas - alfa, beta, teta e delta. Essas ondas são distinguíveis por faixas específicas de frequências, e cada faixa corresponde a certos níveis de atividade mental. Sua faixa de cabeça usará um dispositivo chamado eletroencefalograma, ou EEG, para identificar essas ondas à medida que seu cérebro as produz durante o sono.

Para fazer o seu Sleep Reader, você precisará conectar alguns dispositivos à faixa de cabeça. Os principais dispositivos são um microprocessador, que é um pequeno computador; um módulo Bluetooth, que é um chip que permite que a faixa de cabeça se comunique com seu computador; um NeoPixel, que é uma luz que muda de cor; um EEG; e uma bateria.

O sistema completo é construído conectando cada dispositivo em locais específicos por meio de fio condutor. Se você não teve nenhuma experiência com o uso desses threads, um tutorial está disponível aqui. Os fios são amarrados em presilhas que permitem conectar e remover facilmente o microprocessador Flora e o módulo bluetooth. Uma extremidade do encaixe irá para o tecido e a outra irá para um dispositivo elétrico. Um tutorial para implementar esses snaps está disponível aqui.

Depois que o sistema é construído, deve ser fornecido um código. Este projeto usa especificamente o código do Arduino. Se você quiser se familiarizar com o código do Arduino, https://www.arduino.cc está cheio de tutoriais úteis. Para implementar o código usado para este projeto, você precisará baixar o aplicativo Arduino em https://www.arduino.cc/en/Main/Software. Isso precisará ser complementado com o quadro Flora, disponível aqui. Você também precisará baixar um punhado de outras bibliotecas para expandir as capacidades do seu microprocessador; isso pode ser feito usando www.github.com. As bibliotecas necessárias são:

• Transformada rápida de Fourier (FFT)
• Adafruit BLE (Bluetooth)
• Adafruit NeoPixel

Por último, você deve baixar o aplicativo Adafruit Bluefruit LE Connect em seu smartphone para usar com a faixa de cabeça.

Etapa 3: Segurança

O corpo humano só pode suportar uma exposição limitada à eletricidade, portanto, é necessário cuidado adequado ao usar dispositivos eletrônicos. O princípio básico da segurança elétrica é evitar fazer do corpo um caminho para a corrente elétrica fluir no circuito energizado. Algumas práticas gerais para evitar isso são:

• Apenas toque em fios e outros circuitos de metal enquanto a alimentação estiver desligada
• Use ferramentas com cabos isolados
• Tente manter a água longe da área de trabalho ao construir seu circuito
• Tente trabalhar com uma mão em vez das duas, tanto quanto possível para reduzir o risco de corrente elétrica fluindo pelo seu coração

Outra preocupação a ter em conta ao construir o circuito é que a corrente elétrica pode inflamar materiais inflamáveis, portanto, você deve garantir que os fios estejam completamente conectados no circuito. Caso contrário, você pode incendiar seu cabelo ou a faixa de cabelo.

Aviso: esta faixa de cabeça não é um dispositivo médico certificado e não deve ser usada para diagnóstico de condições neurológicas.

Etapa 4: dicas e sugestões

Aqui estão algumas dicas que você deve ter em mente ao construir sua fita para a cabeça do Sleep Reader:

• Certifique-se de que as pontas do fio condutor não se tocam depois de amarrá-las

• Se a porta não estiver disponível no Arduino quando você conectar o microcontrolador ao Arduino, execute as seguintes etapas para fazer o upload do seu código:

  1. Enquanto o microcontrolador está conectado, carregue o código enquanto mantém pressionado o botão de reset no microcontrolador
  2. Quando a barra de status mudar de compilar para enviar, solte o botão de reinicialização
  3. O código deve ser carregado e a porta agora deve ser reconhecida
• Ao soldar nos encaixes, tome cuidado para evitar soldar dois pinos juntos para não causar curto-circuito. Um multímetro pode ser usado para testar se uma conexão foi criada ou não entre os pinos
• Certifique-se de que os encaixes permaneçam conectados ao colocar a fita para a cabeça
• Certifique-se de que o módulo bluetooth está no modo de dados e não no modo de comando
• Uma vez que sua faixa de cabeça tenha sido construída, você vai querer ter certeza de que ela funciona de forma eficaz! Para obter um bom sinal, certifique-se de ter um contato limpo entre os eletrodos e sua testa, limpando a poeira, fios soltos, cabelo ou outras interferências.

Etapa 5: comece a construir seu circuito

Agora que você está equipado com alguns conhecimentos básicos e procedimentos de segurança, está pronto para construir uma faixa de cabeça de uma hora. Leia as instruções a seguir com atenção e observe os comentários deixados nas imagens com mais instruções.

Etapa 6: Diagrama de Circuito

O diagrama de circuito acima mostra as conexões no circuito completo. Use este diagrama de circuito como uma referência para certificar-se de que seu circuito foi conectado corretamente.

Etapa 7: a solda se encaixa no microprocessador Flora

Se você não deu uma olhada no link do tutorial de como usar os encaixes na etapa "Preparação", verifique agora. Neste ponto, você conectará os encaixes ao microprocessador e ao módulo bluetooth. Você não quer bagunçar esta parte, já que um trabalho de solda bagunçado pode arruinar seu circuito.

O microprocessador exigirá encaixes nos seguintes pinos:

• Todos os 3 pinos de aterramento (GND)
• Ambos os pinos de alimentação de 3,3 V
• SCL # 3
• RX # 0
• TX # 1
• Pino digital nº 9

Etapa 8: a solda se encaixa no módulo Bluetooth

E o módulo bluetooth exigirá encaixes nestes pinos:

• 3,3 V de potência
• TX
• RX
• GND

Etapa 9: costurar botões de pressão no tecido para o microprocessador Flora

Agora você pode costurar a outra ponta dos botões de pressão no tecido. Certifique-se de usar o módulo bluetooth e o microprocessador com seus encaixes para alinhá-los corretamente!

Etapa 10: costurar botões de pressão no tecido para o módulo Bluetooth

Agora costure os botões de pressão para o Bluetooth.

Etapa 11: Conecte o módulo Bluetooth ao microprocessador Flora

Em seguida, conecte o módulo Bluetooth ao Microprocessador Flora costurando um fio condutor entre os respectivos encaixes para cada dispositivo. As seguintes conexões de pino são necessárias:

1. Bluetooth 3,3 V para Microprocessador 3,3 V
2. Bluetooth TX para Microprocessador RX # 0
3. Bluetooth RX para Microprocessador TX # 1
4. GND Bluetooth para GND do microprocessador

Etapa 12: Conecte o Neo Pixel ao Flora MicroProcessor

Conecte o Neo Pixel ao microprocessador da seguinte maneira:

1. NeoPixel LED In para Microprocessador Digital Pin # 9
2. NeoPixel aterrado para microprocessador aterrado
3. Energia NeoPixel para Energia do Microprocessador

Etapa 13: Conecte o pacote de bateria ao microprocessador Flora

Esta parte é importante; você pode precisar de uma fonte de energia para fazer tudo funcionar!

Etapa 14: construir o cabo EEG

Este cabo é construído usando o chip EEG, cabo de eletrodo de 3 vias e cabo UC-E6. O chip de EEG deve estar devidamente alinhado de forma que a extremidade onde se lê "EEG" seja conectada ao cabo do eletrodo, conforme mostrado na imagem acima.

Etapa 15: Conecte o EEG ao Microprocessador Flora

Conecte o cabo EEG ao microprocessador Flora. A imagem acima está etiquetada com instruções para mostrar os pontos adequados para conectar seus fios. As seguintes conexões serão feitas:

1. Fio vermelho para ligar
2. Fio preto para aterramento
3. Fio roxo para SCL # 3

Etapa 16: Costure os eletrodos na faixa da cabeça

Costure os eletrodos no interior da faixa da cabeça. Certifique-se de que os eletrodos sejam colocados nas posições adequadas. Olhando para o interior da faixa de cabeça, o eletrodo vermelho deve ser colocado à esquerda, o eletrodo branco deve estar no meio e o eletrodo preto deve estar à direita.

Etapa 17: costure o pano e prenda a fita na cabeça

Agora você completou sua bandana! Uau!

Etapa 18: Carregar o código

Agora você pode enviar este código para sua faixa de cabeça para dar-lhe habilidades de leitura de mente!

Etapa 19: conecte a fita para a cabeça ao telefone

Abra o aplicativo Adafruit Bluefruit LE Connect e conecte seu telefone ao Adafruit Bluefruit LE.

Etapa 20: colocar a fita na cabeça e coletar dados

Agora você pode colocar sua bandana e testá-la! Você pode selecionar "UART" no aplicativo Adafruit Bluefruit LE Connect para visualizar os dados conforme eles chegam.

Etapa 21: Exportar dados do telefone para o computador

Depois que seus dados forem coletados, você pode exportar os dados em vários formatos de arquivo. Recomendamos exportá-lo como um arquivo.txt para análise no Excel.

Etapa 22: Análise de dados

Aqui está um exemplo do tipo de gráfico que você pode fazer para visualizar e interpretar os dados de sua faixa de cabeça. Temos os intervalos delta, teta, alfa e beta, todos marcados para mostrar em qual intervalo cada ponto se enquadra.

Etapa 23: Outras Idéias

Depois de concluir a faixa para a cabeça do Sleep Reader, sinta-se à vontade para explorar algumas modificações no design. Talvez tente modificar o código para coletar os dados automaticamente e gerar um relatório que avalie os padrões de sono do usuário. Ou você pode conectar um relógio em tempo real para monitorar a hora exata da noite em que o usuário adormece, passa pelo sono profundo e pelo sono REM e acorda. Talvez você esteja interessado em gravar a conversa durante o sono; nesse caso, você pode incluir um gravador de áudio que é ativado quando o usuário atinge o sono REM. As possibilidades são infinitas!

Etapa 24: reconhecimento

A parte transformada de Fourier do código para este projeto usou o código postado nesta página em Norwegian Creations. Além disso, a parte NeoPixel do código faz referência aos exemplos fornecidos pela Adafruit.