Monitor Dress - Connecter les signaux cardiaques à l'IoT : 18 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

La Monitor Dress est une expérience de recherche de différentes manières de numériser l'activité cardiaque du porteur ainsi que de traiter les données.

Trois électrodes à l'intérieur de la robe mesurent les signaux électriques qui traversent le corps du porteur. Ces impulsions analogiques, qui émanent de l'activité musculaire du cœur, sont converties en signaux numériques. Le microcontrôleur allume ensuite un cercle de LED sur le devant de la robe, clignotant en violet à chaque battement de cœur. Le microcontrôleur envoie également les données sur un réseau sans fil pour d'autres utilisations. Les données envoyées sur le réseau sans fil sont récupérées par un ordinateur, qui surveille les données afin de les animer. Les signaux électriques du cœur sont désormais visibles sur l'écran ainsi que sur la robe elle-même.

La Monitor Dress crée une interface transparente entre le corps humain, le vêtement et les composants électroniques - en numérisant et en enregistrant nos biosignaux transitoires.

Étape 1: Aperçu de la conception et du circuit

La partie supérieure de la robe est composée de pièces en acrylique noir et transparent - découpées au laser. Un anneau NeoPixel est collé sous le cercle acrylique transparent au milieu. Les fils passent derrière la pièce supérieure jusqu'à une bande de tissu qui est attachée à la pièce supérieure à l'arrière de la robe. La bande de tissu se connecte à la petite poche qui contient le microcontrôleur, le moniteur de fréquence cardiaque et la batterie. Trois électrodes e-textile sont cousues dans la doublure de la robe. Les fils reliant les électrodes et le microcontrôleur passent entre deux couches de tissu.

Étape 2: Fournitures:

Matériaux:

• en tissu
• Fermeture éclair
• Fils
• Thermorétractable
• Acrylique noir 1/8"
• Acrylique diffusé 1/8"
• Anneau NeoPixel (24 LED) (Adafruit)
• Photon (Particule)
• Moniteur de fréquence cardiaque (Sparkfun)
• Coussinets de capteur biomédial (Sparkfun)
• Câble de capteur (Sparkfun)
• Tissu conducteur (Sparkfun ou Adafruit)
• 5 boutons-pression
• Carte Perma-Proto (Adafruit)
• Fils de cavalier femelle + mâle
• Thermorétractable
• Banque d'alimentation 5V (Amazon)

Outils:

• Ciseaux
• Aiguille
• Fil
• Pince à épiler
• Fer à souder
• Souder
• Colle chaude
• Pistolet thermique
• Machine à coudre
• Découpeur laser
• Marteau
• Papier
• Règle
• Crayon

Étape 3: Le photon - un kit de développement Wi-Fi

Le Photon est un puissant kit de développement Wi-Fi qui connecte votre projet à l'Internet des objets (IoT). La carte est assez petite, ce qui la rend idéale pour les projets portables IoT.

Particle, le fabricant du photon, a préparé une excellente fiche technique photon ainsi qu'un guide de démarrage très détaillé avec toutes les informations dont vous avez besoin pour commencer.

Téléchargez simplement l'application Particle sur votre smartphone et suivez les instructions pour connecter votre Photon à votre réseau Wi-Fi. Vous pouvez également télécharger l'application Particle Dev pour votre ordinateur ou commencer à programmer à l'aide de votre navigateur. Nous reviendrons sur le photon à l'étape 15.

Étape 4: Le moniteur de fréquence cardiaque

Sur la photo, vous pouvez voir la carte du moniteur de fréquence cardiaque ainsi qu'un câble de capteur avec 3 connecteurs d'électrodes et 3 coussinets de capteurs biomédicaux correspondants. Étant donné que nous allons fabriquer nos propres électrodes en tissu conducteur pour notre robe, il n'est pas nécessaire d'utiliser les câbles et les coussinets du capteur. Cependant, ils sont parfaits pour le prototypage et les tests.

Avant de commencer, je vous recommande également de lire le guide de connexion du moniteur de fréquence cardiaque de Sparkfun. Il contient de nombreux détails sur le fonctionnement du moniteur de fréquence cardiaque et sur la manière dont les électrodes doivent être disposées.

Étape 5: découpez au laser la pièce supérieure

J'ai d'abord conçu une pièce supérieure 2D à l'aide d'Illustrator que j'ai découpée dans une feuille acrylique noire de 1/8" avec un cutter laser. Étant donné que le cercle au milieu du motif va s'allumer, j'ai découpé des pétales assortis à partir d'un 1 Feuille d'acrylique diffusée /8". De plus, j'ai découpé trois cercles acryliques diffus de tailles différentes. Nous allons les coller entre les pétales et l'anneau NeoPixel pour une lumière plus diffuse. Sinon, vous verriez les LED individuelles sur l'anneau.

Étape 6: Façonner l'acrylique

Après avoir coupé l'acrylique, il est temps de le façonner et de lui donner une forme en 3 dimensions. Vous pouvez utiliser un pistolet thermique, un sèche-cheveux ou tout ce qui fonctionne le plus rapidement, comme une cuisinière à gaz. Soyez prudent lorsque vous le chauffez et touchez toujours les parties chaudes avec une serviette. Une fois qu'il commence à devenir souple, façonnez-le comme vous le souhaitez et attendez qu'il refroidisse et se solidifie à nouveau.

Étape 7: Ajout des pétales translucides

Collons maintenant les pétales en acrylique transparent à l'intérieur des découpes correspondantes. Si les pétales en acrylique ont des traces de brûlures sur les bords, vous pouvez les poncer avec du papier de verre. Mélangez de l'époxy en deux parties et appliquez soigneusement la colle sur les bords des pétales. Il aide à maintenir les pièces avec du ruban adhésif tout en les positionnant à l'intérieur de la pièce supérieure.

Étape 8: Concevez votre robe

Dans les prochaines étapes, nous allons concevoir et coudre la robe en cuir noir.

En travaillant sur le fichier Illustrator, j'avais déjà une idée approximative du design. Après avoir drapé du tissu et le haut autour du mannequin, j'ai trouvé le bon patron: une robe tour de cou avec deux pinces à l'avant et à l'arrière ainsi qu'une couture de séparation à la taille, une poche pour piles dans le dos et une fermeture éclair invisible à l'intérieur de la couture latérale gauche. Avant de couper votre joli tissu, il vaut toujours la peine de commencer par coudre la robe avec un tissu moins cher (également appelé mousseline). Cela vous donne la possibilité d'ajuster le motif et de faire de petits changements.

Étape 9: coudre la robe

Tracez maintenant les motifs et cousez la robe réelle. Cousez d'abord les pinces devant et derrière la robe. Cousez ensuite les deux pièces devant et deux dos ensemble, ainsi que la doublure, le support de cou et la fermeture éclair invisible. À la fin, nous attacherons la poche de batterie et les sangles (étapes 10 et 11). Encore une fois, j'ai utilisé le cutter laser pour couper les six sangles de tissu. Ce n'est pas nécessaire, mais ça donne des bords vraiment nets qui sont plus faciles à coudre et c'est beaucoup plus rapide à couper !

Étape 10: Fixez la poche arrière

Découpez un carré dans votre tissu supérieur et cousez de petites bandes Velcro sur le bord gauche et droit. Repliez les bords velcro et cousez-les à l'intérieur de la pochette. Trouvez une bonne position pour la poche de la batterie (de préférence au-dessus de la couture de la taille) et épinglez-la sur la robe. Cousez le bas de la poche sur la robe ainsi que la bande Velcro correspondante à gauche et à droite.

Étape 11: préparer les bandes de tissu

Les bandes de tissu à l'arrière sont utilisées pour connecter le haut à la robe et pour cacher tous les fils allant de la poche de batterie aux LED à l'avant. Avant de coudre les bords longs ensemble, insérez un œillet dans l'une des bandes. Cela donnera à la robe un aspect plus propre lorsque vous pousserez les fils à travers et hors de la bande. Continuez ensuite à coudre les tunnels de tissu et retournez les bandes à l'envers. C'est plus facile avec une pince à épiler.

Dans l'étape suivante, faites passer trois longs fils (assez longs pour aller de la poche de la batterie aux LED à l'avant) à travers la bande à œillets, en guidant les fils à travers l'œillet hors du tunnel. Marquez chaque fil aux deux extrémités avec du ruban adhésif pour savoir lequel est lequel. Cousez ensuite les bandes sur la pièce supérieure comme indiqué sur les photos.

Étape 12: Terminer la pièce supérieure

Soudez maintenant l'un de vos trois fils à la broche GND (masse), un à la broche d'entrée de données et le dernier fil à la broche +5 V (alimentation). Assurez-vous de savoir quel fil est soudé à quelle broche car vous ne pouvez pas le retracer à travers le tube. Soudez une prise femelle à chacun des trois fils. N'oubliez pas d'utiliser du thermorétractable pour sécuriser les joints de soudure faciles à casser. Avec un pistolet à air chaud ou Epoxy collez les trois cercles acryliques laiteux les uns sur les autres et attendez qu'ils sèchent. Centrez ensuite les cercles sur l'intérieur des pétales en acrylique et collez-les ensemble. Une fois la colle sèche, centrez l'anneau NeoPixel sur le dessus et appliquez de la colle autour. N'oubliez pas de fixer les fils autour de l'anneau à l'arrière de la pièce.

Étape 13: cousez les bandes de tissu sur la robe

Placez maintenant la robe et le haut sur le mannequin et déterminez où vous souhaitez positionner les bandes. Ouvrez soigneusement les coutures dans la zone marquée ainsi que les coutures de la taille derrière le sac de batterie (doublure et couche supérieure). Passez maintenant les bandes de tissu à travers la doublure et la couche supérieure de sorte que les bandes sortent par la couture de la taille. Épinglez les bandes avec la longueur désirée dans la bonne position et fermez uniquement la couture supérieure pour l'instant.

Étape 14: Intégrer les électrodes

Coupez trois carrés dans du tissu conducteur. La première image montre où vous devez placer les électrodes à l'intérieur de la robe. J'ai utilisé un point zig-zag pour coudre les carrés sur la doublure. Les électrodes doivent être poussées fermement sur votre peau nue afin de capter votre rythme cardiaque. Sinon, le tissu conducteur ne peut pas capter les signaux électriques qui traversent votre corps. Soudez maintenant un fil (je recommande un fil de silicone flexible) sur un bouton-pression. Préparez trois fils au total, un pour chaque électrode. Cousez ces boutons-pression derrière la doublure avec le patch en tissu conducteur - entre la doublure et la couche supérieure. Il est important d'utiliser un fil conducteur pour connecter les électrodes au fil et plus tard au microcontrôleur. Ensuite, guidez les trois fils à travers la robe jusqu'à ce qu'ils sortent de l'endroit ouvert dans la couture de la taille derrière la poche de batterie. Pour protéger un peu plus les fils, je les ai mis dans un petit morceau de tube de tissu restant là où je les ai cousus pour fermer la couture ouverte à la taille. Coupez les trois fils à la longueur désirée et soudez un cavalier femelle à chaque extrémité. Ceci est nécessaire pour connecter les électrodes à la carte Hart Rate Monitor. N'oubliez pas qu'il est important de savoir quel fil se connecte à quelle électrode.

Jusqu'ici tout va bien. La robe est à peu près prête.

Étape 15: Modifier et télécharger le code

Revenons maintenant au logiciel et au matériel:

Après avoir configuré votre Photon et installé Particle Dev (étape 3), téléchargez le code du moniteur de fréquence cardiaque. Si vous ouvrez le fichier, vous verrez deux dossiers, l'un appelé photon et l'autre appelé processing.

Allez-y et ouvrez Particle Dev et choisissez Fichier > Ouvrir… dans le menu déroulant. Accédez à votre dossier photon et cliquez sur Ouvrir. Sur le côté gauche, cliquez sur WorkingPhotonHeartRateMonitor.ino pour ouvrir le code. Remplacez maintenant le nombre de LED définies dans le code par le nombre de LED que vous utilisez dans votre projet.

#define NUM_LEDS 24

Pour la robe, j'ai utilisé 24 LED. Vous pouvez également modifier le numéro des autres broches si vous utilisez des broches différentes. Le petit tableau vous donne un aperçu. Si vous souhaitez modifier la broche du bouton de mode, cliquez sur le fichier button.h et remplacez le numéro 6 par la broche que vous utilisez.

#define MODEBUTTON 6

Si vous le souhaitez, vous pouvez ajouter un petit bouton-poussoir à cette broche pour basculer entre le mode en direct et certaines données de rythme cardiaque enregistrées. C'est une fonctionnalité intéressante à avoir si la robe sur un mannequin. Après avoir connecté les électrodes à votre corps (à l'étape suivante), vous pouvez simplement ouvrir le moniteur série, enregistrer vos propres données et remplacer les chiffres par vos battements cardiaques dans le fichier enregistréData.h.

Étape 16: Assembler le matériel

Avant de souder tous les composants électroniques sur une « planche à pain demi-taille Perma-Proto », utilisez d'abord une planche à pain normale pour tester vos appareils électroniques. Connectez le moniteur de fréquence cardiaque, le bouton et les LED aux broches photons définies dans le code. Collez les électrodes sur votre corps comme indiqué sur l'image, en vous assurant que les électrodes correspondent aux bonnes broches. Vous pouvez maintenant ouvrir le moniteur série photon et obtenir les données de votre rythme cardiaque via votre WiFi local.

Si vous voulez voir le diagramme ECG sur votre moniteur, vous devez télécharger Processing. Dans Processing, ouvrez l'esquisse dans le dossier de traitement et exécutez l'esquisse en cliquant sur la flèche dans le coin gauche. Si tout est configuré correctement, une fenêtre s'ouvrira et vous pourrez voir l'activité de votre cœur. Cela aide à bouger le moins possible et cela prend un certain temps jusqu'à ce que le biosignal soit suffisamment stable pour une visualisation nette. Pour plus d'informations et/ou de dépannage, consultez le Guide du moniteur de fréquence cardiaque de Sparkfun. Vous devrez peut-être modifier la ligne du croquis qui contient Serial.list()[3] et modifier le numéro en fonction du port sur lequel se trouve votre moniteur série. Si vous n'êtes pas sûr du nombre, essayez de 0 à 6.

Étape 17: Souder sur Perma-Proto

Pour connecter nos électrodes e-textile intégrées personnalisées avec la carte, et non les électrodes collantes encombrantes, soudez un en-tête sur chacune des broches RA (bras droit), LA (bras gauche) et RL (jambe droite) sur la carte.

Si tout fonctionne, vous pouvez souder les composants sur une carte perma-proto. J'ai commencé par le photon, puis les fils suivis du moniteur de fréquence cardiaque à la fin. Au lieu de souder les trois fils LED en permanence sur la carte, j'ai utilisé trois fils de connexion mâles (Data, VCC et GND) pour les connecter aux fils LED.

Une banque d'alimentation 5V comme alimentation fonctionne très bien pour le photon car elle est rechargeable. Vous pouvez également l'utiliser pour charger d'autres appareils électroniques comme votre smartphone.

Étape 18: Connectez vos signaux cardiaques à l'IoT

Vous êtes maintenant prêt et vous pouvez connecter votre activité cardiaque à l'Internet des objets.

Notez que le photon doit toujours être connecté à un réseau sans fil, sinon il n'arrêtera pas la recherche et votre code ne s'exécutera pas. Dans une future mise à jour, je pourrai l'améliorer afin qu'une connexion Internet soit facultative.

Si vous avez des questions, n'hésitez pas à demander. Bonne fabrication.

Deuxième prix du concours de robes DIY