Monitor Dress - Conecte os sinais do coração à IoT: 18 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

O Monitor Dress é um experimento na pesquisa de diferentes maneiras de digitalizar a atividade cardíaca do usuário, bem como processar os dados.

Três eletrodos dentro do vestido medem os sinais elétricos que percorrem o corpo do usuário. Esses impulsos analógicos, que emanam da atividade muscular do coração, são convertidos em sinais digitais. O microcontrolador então acende um círculo de LEDs na frente do vestido, piscando em roxo a cada batimento cardíaco. O microcontrolador também envia os dados por uma rede sem fio para outros usos. Os dados enviados pela rede sem fio são captados por um computador, que os monitora para animá-los. Os sinais elétricos do coração agora são visíveis na tela, assim como no próprio vestido.

O Monitor Dress cria uma interface perfeita entre o corpo humano, a vestimenta e os componentes eletrônicos - digitalizando e registrando nossos biossinais transitórios.

Etapa 1: Visão geral do projeto e do circuito

A parte de cima do vestido é feita de peças de acrílico preto e transparente - cortadas com um cortador a laser. Um anel NeoPixel é colado embaixo do círculo de acrílico transparente no meio. Os fios passam por trás da peça de cima para uma tira de tecido que é presa à peça de cima na parte de trás do vestido. A tira de tecido se conecta ao pequeno bolso que contém o microcontrolador, monitor de freqüência cardíaca e bateria. Três eletrodos e-têxteis são costurados no forro do vestido. Os fios que conectam os eletrodos e o microcontrolador correm entre duas camadas de tecido.

Etapa 2: Suprimentos:

Materiais:

• Tecido
• Zíper
• Fios
• Termoencolhível
• 1/8 "Acrílico Preto
• 1/8 "Acrílico Difuso
• Anel NeoPixel (24 LEDs) (Adafruit)
• Fóton (partícula)
• Monitor de frequência cardíaca (Sparkfun)
• Almofadas de sensores biomediais (Sparkfun)
• Cabo do sensor (Sparkfun)
• Tecido Condutivo (Sparkfun ou Adafruit)
• 5 botões de pressão
• Placa Perma-Proto (Adafruit)
• Fios de jumpers feminino + masculino
• Termoencolhível
• 5V Power Bank (Amazon)

Ferramentas:

• Tesoura
• Agulha
• Fio
• Pinças
• Ferro de solda
• Solda
• Cola quente
• Pistola de calor
• Máquina de costura
• Cortador a laser
• Martelo
• Papel
• Governante
• Lápis

Etapa 3: The Photon - um kit de desenvolvimento de Wi-Fi

O Photon é um poderoso kit de desenvolvimento Wi-Fi que conecta seu projeto à Internet das Coisas (IoT). A placa é bem pequena, o que a torna ótima para projetos vestíveis de IoT.

Particle, o criador do Photon, preparou uma ótima Folha de Dados do Photon, bem como um Guia de Introdução muito detalhado com todas as informações que você precisa saber para começar.

Basta baixar o aplicativo Particle em seu smartphone e seguir as instruções para conectar seu Photon à sua rede wi-fi. Você também pode baixar o aplicativo Particle Dev para o seu computador ou começar a programar usando o navegador. Voltaremos ao Photon na Etapa 15.

Etapa 4: Monitor de frequência cardíaca

Na foto você pode ver a placa do Monitor de frequência cardíaca, bem como um cabo do sensor com 3 conectores de eletrodos e 3 sensores biomédicos correspondentes. Como faremos nossos próprios eletrodos de tecido condutivo para nosso vestido, não é necessário usar os cabos do sensor e as almofadas. No entanto, eles são ótimos para prototipagem e teste.

Antes de começar, também recomendo a leitura do Guia de conexão do monitor de freqüência cardíaca do Sparkfun. Ele contém muitos detalhes sobre como o monitor de freqüência cardíaca funciona e como os eletrodos devem ser organizados.

Etapa 5: corte a laser a peça superior

Primeiro, projetei uma peça superior 2D usando o Illustrator que recortei de uma folha de acrílico preto de 1/8 "com um cortador a laser. Como o círculo no meio do desenho vai se iluminar, recortei pétalas iguais de um 1 Folha de acrílico difuso / 8 ". Além disso, recortei três círculos de acrílico difuso de tamanhos diferentes. Estaremos colando aqueles entre as pétalas e o anel NeoPixel para uma luz mais difusa. Caso contrário, você veria os LEDs individuais no anel.

Etapa 6: Moldar o acrílico

Depois de cortar o acrílico, é hora de modelá-lo e dar-lhe uma forma tridimensional. Você pode usar uma pistola de ar quente, secador de cabelo ou o que funcionar mais rápido, como um fogão a gás. Tenha cuidado ao aquecer e sempre toque nas partes quentes com uma toalha. Assim que começar a ficar maleável, molde-o como quiser e espere até que esfrie e solidifique novamente.

Etapa 7: adicionar as pétalas translúcidas

Agora vamos colar as pétalas de acrílico transparentes dentro dos recortes correspondentes. Se as pétalas de acrílico tiverem algumas marcas de queimadura nas bordas, você pode lixá-las com uma lixa. Misture um pouco de epóxi de duas partes e aplique cuidadosamente a cola nas bordas das pétalas. Isso ajuda a segurar as peças com um pouco de fita adesiva enquanto as posiciona dentro da peça superior.

Etapa 8: Desenhe seu vestido

Nas próximas etapas estaremos projetando e costurando o vestido de couro preto.

Enquanto trabalhava no arquivo do Illustrator, já tive uma ideia aproximada para o design. Depois de colocar um pouco de tecido e a peça de cima em volta do manequim, descobri o padrão certo: um vestido decote com dois dardos na frente e nas costas, além de uma costura na cintura, um bolso de bateria nas costas e um zíper invisível dentro da costura do lado esquerdo. Antes de cortar seu belo tecido, vale sempre a pena costurar o vestido com um tecido mais barato (também chamado de musselina). Isso lhe dá a chance de ajustar o padrão e fazer pequenas alterações.

Etapa 9: costurar o vestido

Agora trace os padrões e costure o vestido real. Primeiro costure os dardos na frente e nas costas do vestido. Em seguida, costure as duas peças da frente e as duas de trás, bem como o forro, o porta-gola e o zíper invisível. No final, colocaremos o bolso da bateria e as alças (etapas 10 e 11). Mais uma vez, usei o cortador a laser para cortar as seis tiras de tecido. Não é necessário, mas dá a você bordas realmente limpas, que são mais fáceis de costurar e são muito mais rápidas de cortar!

Etapa 10: prenda o bolso traseiro

Corte um quadrado do tecido de cima e costure pequenas tiras de velcro no topo da borda esquerda e direita. Dobre as bordas de velcro e costure-as no interior do esquadro. Encontre uma boa posição para o bolso da bateria (de preferência em cima da costura da cintura) e prenda-o no vestido. Costure a parte inferior do bolso no vestido, bem como a tira de velcro correspondente nos lados esquerdo e direito.

Etapa 11: preparar as tiras de tecido

As tiras de tecido nas costas são usadas para conectar a peça de cima ao vestido e para esconder todos os fios que vão do bolso da bateria aos LEDs na frente. Antes de costurar as bordas longas, insira um ilhó em uma das tiras. Isso dará ao vestido uma aparência mais limpa ao empurrar os fios para fora e para fora da tira. Em seguida, costure os túneis de tecido e vire as tiras do avesso. É mais fácil usar uma pinça.

Na próxima etapa, passe três fios longos (longos o suficiente para ir do compartimento da bateria aos LEDs na frente) através da tira de ilhó, guiando os fios através do ilhó para fora do túnel. Marque cada fio em ambas as extremidades com alguma fita para saber qual é qual. Em seguida, costure as tiras na parte superior, conforme mostrado nas fotos.

Etapa 12: Concluir a peça superior

Agora solde um de seus três fios ao pino GND (aterramento), um ao pino de entrada de dados e o último fio ao pino +5 V (alimentação). Certifique-se de saber qual fio está soldado a qual pino, já que você não pode rastreá-lo através do tubo. Solde um plugue fêmea em cada um dos três fios. Não se esqueça de usar um termorretrátil para proteger as juntas de solda fáceis de quebrar. Com uma pistola de ar quente ou cola epóxi os três círculos acrílicos leitosos um sobre o outro e espere secar. Em seguida, centralize os círculos no topo da parte interna das pétalas de acrílico e cole-os. Depois que a cola estiver seca, centralize o anel NeoPixel por cima e aplique a cola ao redor dele. Não se esqueça de prender os fios que correm ao redor do anel na parte de trás da peça.

Etapa 13: costure as tiras de tecido no vestido

Agora coloque o vestido e a peça de cima no manequim e descubra onde você quer posicionar as tiras. Abra com cuidado as costuras na área marcada, bem como as costuras da cintura atrás da bolsa da bateria (forro e camada superior). Agora passe as tiras de tecido pelo forro e pela camada superior de forma que as tiras saiam pela costura da cintura. Prenda as tiras com o comprimento desejado na posição correta e feche apenas a costura superior por enquanto.

Etapa 14: Integrar os eletrodos

Corte três quadrados de tecido condutor. A primeira imagem mostra onde você deve colocar os eletrodos dentro do vestido. Usei um ponto em zigue-zague costurando os quadrados no forro. Os eletrodos precisam ser pressionados firmemente sobre a pele nua, a fim de captar os batimentos cardíacos. Caso contrário, o tecido condutor não pode captar os sinais elétricos que percorrem seu corpo. Agora solde um fio (eu recomendo fio de silício flexível) em um botão de pressão. Prepare três fios no total, um para cada eletrodo. Costure os botões de pressão atrás do forro com o remendo de tecido condutor - entre o forro e a camada superior. É importante usar fio condutor para conectar os eletrodos com o fio e posteriormente no microcontrolador. Em seguida, passe os três fios pelo vestido até saírem do ponto aberto na costura da cintura atrás do furador da bateria. Para proteger um pouco mais os fios coloquei em um pedacinho de sobra de tubo de tecido bem onde costurei por cima para fechar a costura aberta da cintura. Corte os três fios com o comprimento desejado e solde um fio de ponte fêmea em cada extremidade. Isso é necessário para conectar os eletrodos ao Hart Rate Monitor Board. Lembre-se de que é importante saber qual fio se conecta a qual eletrodo.

Até agora tudo bem. O vestido está quase pronto.

Etapa 15: modificar e fazer upload do código

Agora vamos voltar ao software e hardware:

Após configurar o Photon e instalar o Particle Dev (etapa 3), baixe o código do monitor de freqüência cardíaca. Se você abrir o arquivo, verá duas pastas, uma chamada photon e outra chamada processing.

Vá em frente e abra Particle Dev e escolha File> Open … no menu suspenso. Navegue até sua pasta de fótons e clique em Abrir. No lado esquerdo, clique em WorkingPhotonHeartRateMonitor.ino para abrir o código. Agora mude o número de LEDs definidos no código para o número de LEDs que você está usando em seu projeto.

# define NUM_LEDS 24

Para o vestido, usei 24 LEDs. Você também pode alterar o número dos outros pinos se estiver usando pinos diferentes. O pequeno gráfico oferece uma visão geral. Se você quiser alterar o pino do botão de modo, clique no arquivo buttons.h e altere o número 6 para o pino que você está usando.

# define MODEBUTTON 6

Se desejar, você pode adicionar um pequeno botão de pressão a este pino para alternar entre o modo ao vivo e alguns dados de batimentos cardíacos gravados. É uma boa característica de se ter o vestido em um manequim. Depois de conectar os eletrodos ao seu corpo (na próxima etapa), você pode simplesmente abrir o monitor serial, registrar seus próprios dados e substituir os números pelos seus batimentos cardíacos no arquivo recordsData.h.

Etapa 16: Monte o Hardware

Antes de soldar todos os componentes eletrônicos em uma 'placa de ensaio de meio tamanho Perma-Proto', use uma placa de ensaio normal para testar primeiro os componentes eletrônicos. Conecte o monitor de frequência cardíaca, botão e LEDs aos pinos de fótons definidos no código. Cole os eletrodos em seu corpo como mostrado na imagem, garantindo que os eletrodos correspondam aos pinos corretos. Agora você pode abrir o monitor serial de fótons e obter os dados de seus batimentos cardíacos em seu WiFi local.

Se você quiser ver o diagrama de EKG em seu monitor, você deve fazer o download do Processing. Em Processing, abra o sketch na pasta de processamento e execute o sketch clicando na seta no canto esquerdo. Se tudo estiver configurado corretamente, uma janela se abrirá e você poderá ver a atividade do seu coração. Isso ajuda a mover o mínimo possível e leva algum tempo até que o biossinal esteja estável o suficiente para uma visualização limpa. Para obter mais informações e / ou solução de problemas, consulte o Guia do monitor de freqüência cardíaca do Sparkfun. Você pode ter que modificar a linha no esboço que contém Serial.list () [3] e alterar o número para qualquer porta em que seu monitor serial esteja. Se você não tiver certeza do número, tente de 0 a 6.

Etapa 17: Soldar no Perma-Proto

Para conectar nossos eletrodos e-têxteis personalizados integrados com a placa, e não os eletrodos pegajosos volumosos, solde um cabeçalho em cada um dos pinos RA (braço direito), LA (braço esquerdo) e RL (perna direita) na placa.

Se tudo funcionar, você pode soldar os componentes em uma placa perma-proto. Comecei com o fóton, depois os fios seguidos pelo monitor de frequência cardíaca no final. Em vez de soldar os três fios do LED permanentemente na placa, usei três fios de jumper macho (Dados, VCC e GND) para conectá-los aos fios do LED.

Um banco de energia de 5 V como fonte de alimentação funciona muito bem para o fóton porque é recarregável. Você também pode usá-lo para carregar outros dispositivos eletrônicos, como o smartphone.

Etapa 18: Conecte os sinais do seu coração à IoT

Agora você está pronto e pode conectar sua atividade cardíaca à Internet das Coisas.

Observe que o fóton sempre precisa estar conectado a uma rede sem fio, caso contrário, ele não parará de pesquisar e seu código não será executado. Em uma atualização futura, posso melhorá-lo para que a conexão à Internet seja opcional.

Se você tiver alguma dúvida, não hesite em perguntar. Feliz fabricação.

Segundo prêmio no concurso de vestidos DIY