Basiese gordelasemhalingsensor: 8 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

In die biosensiewêreld is daar baie maniere om asemhaling te meet. U kan 'n termistor gebruik om die temperatuur rondom die neusgat te meet, maar miskien wil u nie hê dat 'n vreemde werktuig aan u neus vasgemaak word nie. U kan ook 'n versnellingsmeter aan 'n band vasmaak wat op en af beweeg, maar die onderwerp moet waarskynlik lê of nie beweeg nie. Alhoewel hierdie basiese, buigsame bandasemhalingsensor nadele het (die seinrespons is nie so akkuraat soos ander metodes nie), is dit goed as u onderwerp net wil vasmaak en doen wat hy wil terwyl hy asemhaal. word gemeet. Hier is 'n voorbeeld van 'n basiese asemhalingsensor wat bedoel is om binne -in 'n buigsame gordel te bly wat u om 'n bors vasmaak. As die betrokke bors uitbrei en saamtrek deur inasemende lug in die longe, verander die weerstand van 'n ingeboude stuk rekbare rubber koord. Met nog 'n paar komponente kan ons dit omskakel in 'n analoog sein wat deur u Arduino gelees word. Dit word gedoen deur die magie van die baie noodsaaklike en maklik om te leer spanningverdelerkring.

WAARSKUWING: Voordat ons begin, moet u weet dat ongetoetste en onstabiele biosensingstoerusting altyd 'n gevaar inhou! Toets en skep hierdie stroombaan met 'n bron van batterykrag. Ek sal alles doen om u te wys hoe u hierdie kring kan maak om seker te maak dat u nie skade ly nie, maar ek aanvaar geen verantwoordelikheid vir ongelukke wat mag plaasvind nie. Gebruik gesonde verstand en toets altyd u kring met 'n multimeter voordat u iets op u bors vasmaak.

Stap 1: WAT U NODIG HET

1) Enige mikrobeheerder met 'n analoog ingang sal werk, maar in hierdie voorbeeld sal ek 'n Arduino Uno gebruik. As u een nodig het, kan u dit by Adafruit of Sparkfun kry.

2) Geleidende rubber koord. Hierdie wonderlike koord sal optree as 'n veranderlike weerstand en sal verander in weerstand namate dit uitgerek of losgemaak word. Beskikbaar by Adafruit, of Robotshop het 'n groot verskeidenheid lengtes met vooraf aangehegte metaalpunte

3) 'n multimeter

4) 'n LED

5) 'n 1K -weerstand

6) 'n aftrekweerstand (ons sal later agterkom wat die waarde hiervan is!)

7) kleeflint

8) 'n Gaatjie of 'n skêr

9) Springdrade

10) 'n broodbord

11) 2 Alligator clips

Let daarop dat hierdie projek, soos met alle biosenseringstoerusting, die veiligste is as u Arduino van batterye voorsien word.

Om hierdie projek te voltooi, benodig u moontlik ook:

· Soldeerbout en soldeer

· Warm lijmpistool

· Draadknipsels

· Draadstropper

· Helpende hande

· Skroefdraad, krimpgereedskap of 'n groot tang

· 2 of meer Ringed Crimp Terminals

Stap 2: Sny die koord en heg geleidende terminale aan

Alhoewel u 'n rubberlengte van 2 "-8" kan gebruik vir hierdie eksperiment, is korter rubberlengte goedkoper en benodig u nie regtig 'n groot hoeveelheid om die werk te verrig nie. As u 'n lang rubberlengte gekoop het, sou ek aanbeveel om 'n lengte van 4 duim te sny. Sny hierdie lengte en maak gereed om 'n geleidende einde aan albei kante vas te maak.

Neem 'n terminale aansluiting, soos een hierbo, en plak die een kant van die geleidende rubber koord in die einde van een van u terminale verbindings, en krimp die einde saam. U kan óf 'n skroefdraad of die punte van u draadstroppers gebruik om dit te doen, maar wees versigtig om nie die terminaal te styf te druk nie, sodat u nie u rubber klap of sny nie! As u dit regkry en die koord afsny, probeer dan weer met 'n ander aansluiting. U moet nog steeds genoeg tyd hê om hierdie prestasie te bereik. As dit korter as 2 "word, moet u waarskynlik weer probeer met 'n nuwe 4" lengte. Moenie bekommerd wees nie, jy sal dit regkry! As u dit eers aan die een kant bereik het, skitterend! Herhaal aan die ander kant. Nou is jy klaar!

Nou het u 'n geleidende rubber koord met 'n geskikte aansluiting aan elke kant. Kom ons meet wat die omvang van hierdie koord met 'n multimeter is.

Stap 3: Meet u weerstand

Draai die draaiknop van u multimeter na die ohm -simbool (Ω) en plak beide die rooi en die swart punte van u multimeter aan weerskante van u geleidende koord vas.

As u nog nie seker is hoe u u multimeter moet gebruik nie, kan u hierdie tutoriaal van Lady Ada opfris.

Alhoewel die getal 'n bietjie kan rondspring terwyl u dit meet, gee hierdie getalle u 'n idee van die weerstand van die koord as dit in rus is. As u die beste raai, skryf u die rustweerstand van u koord neer en rond dit af tot die naaste veelvoud van 10. (dws: 239 = 240, 183 = 180)

Wees nou versigtig om die multimeter -sondes met een hand vas te maak, en gebruik u ander hand om die tou saggies op te trek. U kan hierdie materiaal net rek totdat dit ongeveer 50% -70% van die oorspronklike lengte is, so moenie te hard trek nie! Let op hoe die weerstandswaardes op u multimeter verander het. Laat staan, en herhaal hierdie proses 'n paar keer om te sien hoe die weerstand van sy minimum tot sy maksimum gaan. As u dit uitrek, neem die weerstand toe omdat die deeltjies in die rubber verder uitmekaar beweeg. Sodra die krag vrygestel is, krimp die rubber terug, hoewel dit 'n minuut of twee neem om terug te keer na sy oorspronklike lengte. Vanweë hierdie fisiese beperkings is hierdie rekkoord nie 'n ware lineêre sensor nie, so dit is nie verbasend presies nie, maar daar is maniere om dit mee te werk in die konstruksie van u sensor. Strek die koord weer tot sy maksimum, en met elke kant van die multimeter -sondes aan weerskante van u rubberkoord, skryf die weerstandswaarde neer, weer afgerond tot die naaste veelvoud van 10.

Stap 4: Axel Benz Formula

Ons gaan 'n eenvoudige spanningsverdelingsbaan gebruik om die veranderlike weerstand van die rekkoord as 'n asemhalingsensor te gebruik. As u meer wil weet oor spanningsverdelende stroombane, is dit basies 'n paar weerstande in serie wat 'n groot spanning in 'n kleiner een verander. Afhangende van die waardes van die weerstande wat u gebruik, kan u u 5V uit u Arduino in groter of kleiner gedeeltes opsny met 'n aftrekweerstand, wat handig is vir Analog Read. As u meer wil leer oor die wiskunde agter spanningsverdelingsbane, kyk dan na die uitstekende tutoriaal by Sparkfun.

Alhoewel ons weet dat die waarde van die eerste weerstand in die stroombaan (die reksensor) konstant sal vloei, moet ons die regte weerstandswaarde vir die aftrekweerstand gebruik om 'n so mooi en gevarieerde sein as moontlik te kry.

Gebruik die Axel Benz -formule om te begin:

Aftrekweerstand = vierkante voet (Rmin * Rmax)

Dus, as die minimum waarde van u rekkoord 130 ohm is, en die maksimum 240 ohm

Aftrekweerstand = vierkante voet (130*240)

Aftrekweerstand = vierkante voet (31200)

Aftrekweerstand = 176.635217327

U moet dus nou na u weerstandsversameling kyk en uitvind wat u beste weerstand 'vir nou' is. As u net 'n versameling ewekansige stukkies en bobs het, kan hierdie weerstandkleurbandrekenaar u nuttig wees. Dit kan goed wees om hierdie weerstand te baljaar; u het waarskynlik nie die perfekte weerstand byderhand nie. Terwyl u die kring gebruik, sal u moontlik vind dat u dit in elk geval moet ruil vir 'n ander een, maar dit sal u 'n goeie begin gee om te begin speel.

Laastens rond ek die getal af tot die naaste veelvoud van 10.

Trek weerstand af = 180 ohm

Stap 5: Berei u broodbord voor

Koppel die 5v -pen van die Arduino met jumperdrade aan u kragrail op u broodbord en koppel dan 'n GND -pen aan die grondrail van u broodbord.

Ek trek graag 5V uit die Arduino, want dit verseker dat u nie hoef te bekommer dat u te veel spanning na die analoog penne stuur nie. U kan ook die 3v3 spanningspen gebruik, maar ek vind dat ek 'n beter sein kry van die gebruik van 5v.

Koppel u aftrekweerstand aan die grond.

Neem albei u krokodilleklemme en knip dit aan die terminale aan weerskante van u elastiese koord met veranderlike weerstand. Bevestig die een kant van hierdie krokodilleklemme aan die 5v -spoor. Koppel die ander krokodilklem aan 'n draad in die opset wat in die diagramme aangetoon word.

Maak seker dat die "ander" ente van u aftrekweerstand en u geleidende rekkoord verbind is, en verbind nou 'n jumperdraad van 'n analoog pen (kom ons gebruik A0) na die middel van hierdie twee verbindingspunte.

Heg laastens 'n LED met 'n 1k -weerstand aan pen 9 van u Arduino.

Stap 6: programmeer u Arduino

Opmerking: ek het pas gesien dat GitHub -gebruikers Non0Mad my kode verbeter het! (Dankie) Probeer hierdie kode as u dit verkies:

As u die een wat ek gemaak het, wil probeer, voer die aangehegte "RespSensorTest.ino" -skets op u Arduino uit.

Wees versigtig om nie aan die blootgestelde metaal te raak nie, tel u twee krokodilleklemme op en rek die rekkie. Kyk hoe die LED in en uit vervaag terwyl u rek. Maak u seriële monitor oop en kyk hoe u analoog spanning verander. As u nie tevrede is met die vervaagde waardes of u getalle nie, kan u 'n paar dinge probeer:

1) Probeer 'n ander aftrekweerstandwaarde wat soortgelyk is aan die vorige een wat u gebruik het, uitruil. Maak dit 'n positiewe verskil? (Dit is die beste manier om dit te doen)

2) As u net die LED wil aansteek, probeer dan om met die veranderlike scaleValue te kyk of u beter reekse kan produseer. (Dit is moontlik die maklikste manier om dit te doen)

As u tevrede is met u getalle en u LED -gloed, is dit tyd om 'n model te ontwerp om om u bors te dra! Skakel u Arduino uit en skakel die krag na die broodbord uit vir die volgende stap.

Stap 7: Maak 'n prototipe asemhalingsband

Die vinnigste manier om 'n prototipe band te maak, is om net met kleeflint iets saam te maak. Neem 'n lang strook band (ongeveer 30 "-36" behoort die meeste te bedek, maar uiteindelik is dit net die omtrek van u bors) en vou dit sodat die klewerige sye by homself bly. Steek gate aan weerskante van u bandband, sodat dit soos 'n gordel lyk.

Gebruik skroewe om die terminale vas te maak in die gate wat u vir u sensor gemaak het, en verbind u lang stuk kleefband stewig aan 'n lus wat u oor u bors dra. U wil seker maak dat u 'gordel' mooi oor u of die sonvlek van u onderwerp pas, maar maak seker dat daar genoeg ruimte is vir inkomende asemhalings om die tou te rek.

Heg laastens u krokodilleklemme weer aan en steek elkeen van die springers aan die einde van die geleidende rekkoord weer in die broodbord. Ons is nou gereed om die prototipe te toets!

Stap 8: Toets die prototipe

Skakel die Arduino aan en voer weer die vorige skets uit. Hoe gaan dit met die analoogwaardes? Kry u 'n goeie resolusie van data met u asem? Het die LED 'n goeie ligafwyking as u in- en uitasem? Indien nie, probeer dan om u aftrekweerstand uit te ruil vir 'n nabygeleë waarde om te sien of die waardes wat u lees, verbeter.

As u die ideale aftrekweerstand gevestig het, wees bly! U kringloop is voltooi, u asemhaling word aangeteken, en die LED sal u asem gelukkig volg.

Ideaal gesproke sal u of iemand anders uiteindelik 'n band vir u naai uit nie-geleidende sintetiese stof met 'n bietjie rek daarin, en 'n D-ring-gordel om vas te trek. (Klittenband is goed as 'n sluiting, maar soms is dit 'n totale gemors met klere en truie.) U kan die geleidende koord veilig in hierdie band vaswerk; die sirkelvormige terminale is baie goed om aan 'n stof vas te maak. Vir iets wat meer permanent is as krokodilleklemme, wil u dalk net 'n paar baie lang meerstrengs drade aan die ente van die terminale verbindings soldeer en dit aan u stroombaan koppel.