TfCD - AmbiHeart: 6 etapas (com imagens)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-23 15:03

Introdução

A consciência das funções vitais do nosso corpo pode ajudar na detecção de problemas de saúde. A tecnologia atual fornece ferramentas para fazer medições de uma frequência cardíaca em ambiente doméstico. Como parte do curso de mestrado Advanced Concept Design (sub-curso TfCD) na Universidade Técnica de Delft, criamos um dispositivo de bio-feedback.

O que você precisa?

1 sensor de pulso

1 LED RGB

3 resistores (220 Ohm)

Arduino Uno

Bateria 9V

Tábua de pão

Invólucros impressos em 3D

Forças

Apresentar a medição por uma cor clara é mais simples de entender e interpretar do que números brutos. Também pode ser portátil. Usar microcontrolador e placa de ensaio menores permitirá aumentar o tamanho do gabinete. Nosso código usa valores médios de frequência cardíaca, mas por pequenas mudanças no código você pode ajustar o feedback para valores mais específicos para sua faixa etária e condição de saúde.

Fraquezas

O principal ponto fraco é a capacidade de resposta do sensor de frequência cardíaca. Demora algum tempo para detectar a frequência cardíaca e mostrar o feedback desejado. Esse atraso pode ser significativo às vezes e pode levar ao desempenho incorreto.

Etapa 1: Preparação de eletrônicos

O sensor de batimentos cardíacos é baseado no princípio da fotopletismografia. Ele mede a mudança no volume do sangue em qualquer órgão do corpo que causa uma mudança na intensidade da luz nesse órgão (uma região vascular). Neste projeto, o tempo dos pulsos é mais importante. O fluxo do volume sanguíneo é decidido pela taxa de pulsação do coração e, como a luz é absorvida pelo sangue, os pulsos de sinal são equivalentes ao batimento cardíaco.

Em primeiro lugar, o sensor de pulso deve ser conectado ao Arduino para detectar o BPM (batidas por minuto). Conecte o sensor de pulso a A1. O led na placa Arduino deve piscar em sincronia com a detecção do BPM.

Em segundo lugar, coloque um LED RGB junto com 3 resistores de 220 Ohm conectados como mostrado no diagrama esquemático. conecte o pino vermelho a 10, o pino verde a 6 e o pino verde a 9.

Etapa 2: Programação

Use a medição de freqüência cardíaca para pulsar o LED na freqüência calculada. A freqüência cardíaca em repouso está em torno de 70 bpm para a maioria das pessoas. Depois de ter um LED funcionando, você pode usar outro desvanecimento com IBI. A freqüência cardíaca normal em repouso para adultos varia de 60 a 100 batimentos por minuto. Você pode categorizar o BPM nesta faixa de acordo com o assunto do teste.

Aqui, queríamos testar em pessoas em repouso e, portanto, categorizamos o BPM acima e abaixo dessa faixa em cinco categorias de acordo

Alarme (abaixo de 40) - (azul)

Aviso (40 a 60) - (gradiente de azul para verde)

Bom (60 a 100) - (verde)

Aviso (100 a 120) - (gradiente de verde a vermelho)

Alarme (acima de 120) - (vermelho)

A lógica para categorizar o BPM nessas categorias é:

if (BPM <40)

R = 0

G = 0

B = 0

if (40 <BPM <60)

R = 0

G = (((BPM-40) / 20) * 255)

B = (((60-BPM) / 20) * 255)

if (60 <BPM <100)

R = 0

G = 255

B = 0

if (100 <BPM <120)

R = (((BPM-100) / 20) * 255)

G = (((120-BPM) / 20) * 255)

B = 0

if (120 <BPM)

R = 255

G = 0

B = 0

Você pode usar o aplicativo Processing Visualizer para validar o sensor de pulso e ver como o BPM e o IBI mudam. Usar o visualizador requer bibliotecas especiais, se você acha que a plotadora serial não é útil, você pode fazer uso deste programa, no qual processa os dados BPM em uma entrada legível para o Visualizer.

Existem várias maneiras de medir os batimentos cardíacos usando o sensor de pulso sem bibliotecas pré-carregadas. Usamos a seguinte lógica, que foi usada em uma das aplicações semelhantes, usando cinco pulsos para calcular o batimento cardíaco.

Five_pusle_time = time2-time1;

Single_pulse_time = Five_pusle_time / 5;

taxa = 60000 / Single_pulse_time;

onde time1 é o primeiro valor do contador de pulso

time2 é o valor do contador de pulso da lista

a frequência cardíaca é a frequência cardíaca final.

Etapa 3: modelagem e impressão 3D

Para o conforto da medição e segurança da eletrônica é aconselhável fazer um invólucro. Além disso, evita que os componentes entrem em curto-circuito durante o uso. Projetamos uma forma simples de segurar que segue a estética orgânica. Ele é dividido em duas partes: parte inferior com orifício para o sensor de pulso e costelas de retenção para Arduino e placa de ensaio, e uma parte superior com um guia de luz para dar um bom feedback visual.

Etapa 4: protótipo eletromecânico

Assim que tiver os gabinetes prontos, coloque o sensor de pulso nas costelas de guia na frente do orifício. Certifique-se de que o dedo alcance o sensor e cubra a superfície completamente. Para aumentar o efeito do feedback visual, cubra a superfície interna do invólucro superior com um filme opaco (usamos papel alumínio) deixando uma abertura no meio. Isso restringirá a luz a uma abertura específica. Desconecte o Arduino do laptop e conecte uma bateria de mais de 5V (usamos 9V aqui) para torná-lo portátil. Agora coloque todos os componentes eletrônicos no gabinete inferior e feche com o gabinete superior.

Etapa 5: Teste e solução de problemas

Agora é hora de verificar os resultados! como o sensor foi colocado dentro, pouco antes da abertura do invólucro, pode haver pouca mudança na sensibilidade do sensor. Certifique-se de que todas as outras conexões estejam intactas. Se parece que há algo errado, aqui apresentamos alguns casos para ajudá-lo a lidar com isso.

Os possíveis erros podem ser com entrada do sensor ou saída para LED RGB. Para solucionar problemas com o sensor, existem algumas coisas que você terá que observar. Se o sensor estiver detectando BPM, deve haver um LED na placa (L) piscando em sincronia com seu BPM. Se você não vir um piscar, verifique o terminal de entrada em A1. Se a luz no sensor de pulso não acender, você deve verificar os outros dois terminais (5V e GND). Um plotter serial ou monitor serial também pode ajudá-lo a garantir que o sensor funcione.

Se você não vê nenhuma luz no RGB, primeiro você deve verificar o terminal de entrada (A1) porque o código funciona apenas se houver um BPM detectado. Se tudo nos sensores parece bom, procure os curtos-circuitos negligenciados na placa de ensaio.

Etapa 6: teste do usuário

Agora, quando você tiver um protótipo pronto, poderá medir sua frequência cardíaca para receber feedback de luz. Apesar de receber informações sobre sua saúde você pode brincar com diferentes emoções e verificar a resposta do aparelho. Também pode ser usado como ferramenta de meditação.