Dispositif de motivation de remise en forme : 22 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Nous sommes des élèves-ingénieurs qui cherchent à être en bonne forme physique.

Nous savons ce que c'est que d'avoir apparemment trop de travail scolaire pour sortir et faire de l'exercice. Pour faire d'une pierre deux coups, nous avons décidé d'utiliser un projet final dans l'un de nos cours d'ingénierie pour effectuer des lectures de base des biocapteurs pendant l'exercice. Plus précisément, ce projet permet à l'utilisateur de prendre des lectures à partir d'un accéléromètre (ACC) et d'un électromyogramme (EMG) tout en transmettant les informations de sortie à deux LED et à un petit affichage numérique.

Si vous aimez les circuits, Arduino, le travail du bois, le codage, le génie biomédical ou la soudure, ce projet est peut-être pour vous !

Voyez ce que vous faites

Avant de vous lancer dans ce projet, veuillez prendre une minute pour voir ce que vous faites dans la vidéo ci-dessus.

Essentiellement, ce projet vous permet de combiner de multiples facettes de ce que vous savez. Si vous débutez en génie biomédical (BME) ou en biocapteurs, pas de problème. Deux capteurs principaux sont utilisés dans ce projet. Ces capteurs sont un accéléromètre et un électromyogramme (EMG). Comme son nom l'indique, un accéléromètre est simplement un capteur qui mesure l'accélération. Moins intuitivement, un électromyogramme mesure l'activité électrique dans le muscle auquel ses électrodes correspondantes sont attachées. Dans ce projet, trois bioélectrodes en gel de surface ont été utilisées à partir d'un fil électrique qui mesurait les signaux provenant du mollet du sujet attaché.

Matériaux et outils

Matériaux

Pour construire ce projet, vous aurez besoin des éléments suivants:

• une carte Arduino Uno (qui peut être achetée sur
• une alimentation par pile 9V (qui peut être achetée sur
• un kit branché Bitalino (qui peut être acheté sur www.bitalino.com)
• un écran breakout et un shield Adafruit 1.8" TFT en plus d'un perma-protoboard demi-taille (qui peut être acheté sur www.adafruit.com)
• fils de démarrage assortis, LED, résistances de 220 ohms, soudure et flux (peuvent être achetés sur www.radioshack.com)
• Vis à bois 1/2", clous de finition 5/8", une pièce de 4"x4" en tôle d'acier de calibre 28, deux petites charnières et un mécanisme de verrouillage simple (peuvent être achetés sur www.lowes.com)

• cinq pieds-planche de bois

  Remarque: le bois dur peut être acheté sur www.lowes.com, mais nous vous recommandons de trouver un scieur local et d'utiliser le bois de cette personne. Les dimensions du bois utilisé dans ce projet ne sont pas étonnamment courantes, de sorte que les chances de trouver du bois prédécoupé aux dimensions d'épaisseur nécessaires sont assez minces

  Outils

• un fer à souder (qui peut être acheté sur www.radioshack.com)

• de nombreux outils de menuiserie, qui sont inclus dans les photos ci-dessus et répertoriés ici

  • une scie à onglet (qui peut être achetée sur www.lowes.com)
  • une scie à table Shopsmith ou équivalente (qui peut être achetée sur www.shopsmith.com)
  • une raboteuse (qui peut être achetée sur www.sears.com)
  • un marteau, des forets, un ruban à mesurer et un crayon (peuvent être achetés sur www.lowes.com)
  • une perceuse sans fil et une batterie (peuvent être achetées sur www.sears.com)
  • une scie à ruban (peut être achetée sur www.grizzly.com)

Outils optionnels

• un fer à dessouder (peut être acheté sur www.radioshack.com)
• une raboteuse (peut être achetée sur www.sears.com)

Préparation

Bien que ce ne soit pas l'instructable le plus difficile à entreprendre, ce n'est pas non plus le plus simple. Des connaissances préalables en codage, circuits de câblage, soudure et travail du bois sont nécessaires. De plus, des travaux antérieurs avec Arduino ou Adafruit seront utiles.

Un simple cours de programmation ou une expérience pratique dans le sujet devrait suffire pour la portée de ce instructable.

Les circuits de soudure et de câblage sont mieux appris en effectuant ces actions. Alors qu'un cours théorique sur les circuits peut être utile dans la compréhension technique des circuits, il est de peu d'utilité à moins que vous n'ayez construit des circuits dedans ! Lors du câblage, essayez de rendre le câblage aussi simple que possible. Évitez de croiser les fils ou d'utiliser des fils plus longs que nécessaire, dans la mesure du possible. Cela vous aidera à dépanner le circuit lorsqu'il semble être terminé et ne fonctionne pas correctement. Lors de la soudure, assurez-vous d'utiliser suffisamment de flux pour que la soudure continue de couler là où vous le souhaitez. Utiliser trop peu de flux rendra simplement le processus de soudage plus frustrant qu'il ne devrait l'être. Néanmoins, n'utilisez pas trop de soudure. Lorsqu'il s'agit de souder, ajouter trop de matériau de soudure n'aide généralement pas à améliorer la connexion soudée. Au contraire, trop de soudure peut donner l'impression que votre connexion est raisonnable, même si elle a été effectuée de manière incorrecte.

Le travail du bois est un métier à part entière. Cela demande certainement un peu de pratique. Les connaissances sur les propriétés matérielles du bois sont utiles, telles que celles fournies dans Wood par Eric Meier, surtout si vous envisagez de réaliser d'autres projets de menuiserie à l'avenir. Cependant, ce n'est pas requis. Le fait d'avoir vu un artisan travailler du bois ou de faire du travail du bois vous-même devrait constituer une bonne base pour ce projet. Connaître son chemin dans un atelier de menuiserie est également essentiel. Comprendre quels outils exécutent des fonctions données vous aidera à réaliser le projet plus rapidement et en toute sécurité que cela ne pourrait être fait autrement.

Sites utiles

• www.github.com; ce site aide à manipuler le code
• www.adafruit.com; ce site vous explique comment câbler l'écran TFT
• www.fritzing.com; ce site vous aide à dessiner et conceptualiser des circuits

Sécurité

Avant de continuer, nous devons parler de sécurité. La sécurité doit rester avant tout en faisant des instructables ou presque n'importe quoi d'autre dans la vie, car si quelqu'un se blesse, ce n'est amusant pour personne.

Même si cette instructable intègre des biocapteurs, ni les pièces ni le dispositif assemblé ne sont un dispositif médical. Ils ne doivent pas être utilisés à des fins médicales ou manipulés comme tels.

Cette instructable implique l'utilisation d'électricité, d'un fer à souder et d'outils électriques. Avec la négligence ou le manque de compréhension, ces choses peuvent devenir dangereuses.

L'électricité est nécessaire pour alimenter l'Arduino, l'écran Adafruit et les LED. Il est alimenté par une pile 9V. De manière générale, lorsqu'on interagit avec l'électricité, il est difficile d'être trop prudent.

Néanmoins, voici quelques conseils de sécurité électrique utiles:

• Gardez vos mains sèches et assurez-vous que la peau n'est pas endommagée.
• Si un courant doit vous traverser, essayez de garder les points d'entrée et de sortie sur la même extrémité.
• Fournir des moyens de mise à la terre, des disjoncteurs et des interrupteurs de défaut pour tous les circuits. Ceux-ci aident à éviter la surcharge des circuits ou les fuites de courant, en cas de problème avec l'appareil ou le chemin de l'électricité.
• N'utilisez pas d'appareils électriques pendant les orages ou dans d'autres cas où les surtensions ont un taux d'incidence plus élevé que la normale.
• N'immergez pas d'appareils électriques et n'essayez pas de les utiliser dans un environnement aqueux.
• Modifiez les circuits uniquement lorsque l'alimentation est déconnectée.

Un fer à souder est un appareil électrique. Ici, toutes les précautions de sécurité pour les appareils électriques s'appliquent. Cependant, la pointe du fer devient également très chaude. Pour éviter de vous brûler, évitez tout contact avec la pointe du fer. Tenez le fer et soudez de telle manière que si l'un des éléments glisse de votre prise, vos mains n'entreront pas en contact avec la pointe du fer.

Les outils électriques nécessitent également de l'électricité. Par la présente, respectez les précautions de sécurité électrique indiquées ci-dessus. De plus, sachez que les outils électriques ont de nombreuses pièces mobiles. En tant que tel, gardez votre corps et tout ce qui vous tient à cœur à l'écart de ces parties lorsque les outils sont en cours d'utilisation. N'oubliez pas que l'outil ne sait pas ce qu'il coupe ou usine. En tant qu'opérateur, vous êtes responsable de l'utilisation sûre des outils électriques. Gardez les gardes de sécurité et les boucliers en place pendant l'utilisation d'outils électriques.

Trucs et astuces

Les informations suivantes pourraient être utiles tout au long de cette instructable. Tous les conseils ou astuces ne s'appliquent pas à chaque étape, mais le bon sens devrait être un guide pour savoir quels conseils et astuces s'appliquent dans chaque cas.

• Lors du câblage, la couleur du fil n'a pas d'importance. Cependant, il peut être utile d'établir un schéma de couleurs et de le respecter tout au long de votre projet. Par exemple, l'utilisation d'un fil rouge pour une tension d'alimentation positive dans le circuit peut être utile.
• Les bioélectrodes doivent être placées sur une partie du corps bien rasée. Les cheveux entraînent un excès de bruit et d'artefacts de mouvement dans les signaux collectés.
• Les fils attachés aux bioélectrodes doivent être empêchés de bouger plus que nécessaire pour éviter les artefacts de mouvement. Une chaussette ou un ruban de compression fonctionne bien pour fixer ces fils.
• Soudez convenablement. Assurez-vous que chaque connexion soudée est suffisante et vérifiez ces connexions si le circuit semble être complet mais ne fonctionne pas correctement.
• Lors du rabotage, rabotez des morceaux de matériau d'au moins six pouces de longueur. Des pièces de rabotage inférieures à cette longueur peuvent provoquer des égratignures ou un recul excessif des pièces à usiner.
• De même, ne vous tenez pas directement devant la raboteuse. Tenez-vous plutôt à côté pendant que les pièces sont introduites et reçues de la raboteuse.
• Lorsque vous utilisez des scies, assurez-vous que les pièces de travail restent contre les gardes ou les clôtures appropriées. Cela permet d'assurer une coupe sûre et précise.
• Prévoyez des avant-trous lors de la fixation avec des vis ou des clous. Le foret pilote doit être d'un diamètre inférieur à celui de l'attache prévue, mais pas moins de la moitié du diamètre de l'attache. Cela permet d'éviter le fendillement et l'éclatement du bois fixé en éliminant les contraintes excessives dues à la présence de l'attache.
• Si vous percez des trous pilotes pour les clous, essayez de garder le trou pilote un huitième de pouce moins profond que la longueur de clou prévue. Cela aide à donner à l'ongle quelque chose dans lequel s'enfoncer et fournit une friction suffisante pour aider à maintenir l'ongle en place lorsqu'il est enfoncé.
• Lorsque vous martelez, enfoncez directement la tête du clou avec le centre de la tête du marteau. Prenez des balançoires modérées plutôt que des balançoires uniquement conservatrices, car les balançoires conservatrices ne fournissent généralement pas assez d'énergie pour enfoncer le clou, mais plutôt assez d'énergie pour faire basculer et plier le clou de manière indésirable.
• Utilisez la griffe du marteau pour retirer les clous qui ne s'enfoncent pas comme prévu.
• . Gardez vos mains éloignées de la ligne de coupe des lames de scie. Si quelque chose ne va pas, vous ne voulez pas que votre main se coupe.
• Pour gagner du temps, mesurez deux fois et coupez une fois. Si vous ne le faites pas, vous devrez faire plusieurs pièces plusieurs fois.
• Utilisez des lames tranchantes sur la raboteuse et les scies. Sur les scies, les lames avec un nombre de dents plus élevé sont bonnes pour fournir une coupe lisse proche de la qualité de finition. Pour réaliser ce projet, nous avons utilisé une lame de coupe de précision à 96 dents de 12" sur la scie à onglets à double biseau Dewalt et une lame avec au moins 6 dents par pouce linéaire sur la scie à ruban.
• Gardez le moteur du Shopsmith dans la plage de vitesse recommandée pour la configuration de la scie à table. Assurez-vous que la table est réglée à une hauteur appropriée, en n'exposant pas plus de lame que nécessaire pour effectuer chaque coupe.

Étape 1: Commençons

Construisez d'abord le composant de circuit. Commencez par câbler l'alimentation et la terre au perma-protoboard.

Étape 2: Ajout des biocapteurs

Câblez les biocapteurs sur le perma-protoboard et notez quel capteur est lequel. Nous avons utilisé le signal de gauche dans le diagramme comme accéléromètre.

Étape 3: Y compris les LED

Ensuite, ajoutez les LED. Gardez à l'esprit que la direction de la LED est importante.

Étape 4: Ajout de l'affichage

Ajoutez l'affichage numérique. Utilisez le câblage fourni sur ce site Web pour vous aider:

Étape 5: Temps de codage

Puisque le circuit est maintenant terminé, téléchargez-y le code. Le code ci-joint est le code que nous avons utilisé pour mener à bien ce projet. L'image est un exemple de ce à quoi le code devrait ressembler lorsqu'il est ouvert correctement. C'est là que le dépannage peut pleinement commencer. Si les choses fonctionnent correctement, les signaux de l'accéléromètre sont d'abord lus. Si le signal est en dessous du seuil, la LED rouge s'allume, la LED verte reste éteinte et l'écran affiche "Lève-toi !". Pendant ce temps, si le signal de l'accéléromètre est au-dessus du seuil, la LED rouge est éteinte, la LED verte est allumée et l'écran affiche "Allez!". De plus, un signal EMG est ensuite lu. Si le signal EMG est supérieur à un seuil défini, l'affichage numérique indique « Super travail ! » Cependant, si le signal EMG est inférieur au seuil, l'écran affiche "Allez-y !". Ceci est répété au fil du temps, et l'état des LED et de l'écran change à mesure que les entrées de l'accéléromètre et de l'EMG le demandent. Les seuils définis pour l'accéléromètre et l'EMG doivent être définis en fonction de l'étalonnage avec le sujet particulier à portée de main pendant les états de repos et de l'exercice.

Pour accéder à ce code dans GitHub, veuillez cliquer ICI !

Étape 6: rabotage

Commencez à fabriquer les boîtes pour contenir le circuit et la batterie.

Notez que tous les dessins montrés ci-après ont des dimensions spécifiées en pouces, sauf indication contraire.

Commencez par raboter le bois nécessaire pour le projet jusqu'à l'épaisseur appropriée avec la raboteuse d'épaisseur. Environ trois pieds-planche et demi doivent être rabotés à 1/2" d'épaisseur. Un demi-pied-planche doit être raboté à 3/8" d'épaisseur. Un autre demi-pied de planche doit être raboté à 1/4" d'épaisseur. Le dernier demi-pied de planche doit être tel qu'un canal en U formant le corps du boîtier de batterie puisse être réalisé comme décrit dans une étape ultérieure.

Étape 7: Bas de la boîte principale

Faites le fond de la boîte principale aux dimensions indiquées et fixez-y la carte de circuit imprimé et l'Arduino. Cliquez sur l'image pour révéler ces dimensions.

Étape 8: Extrémités de la boîte principale

Faites les extrémités de la boîte principale aux dimensions indiquées et fixez-les au bas de la boîte principale.

Étape 9: Côtés du boîtier principal - Côté capteur

Continuez en réalisant le côté capteur du boîtier primaire aux dimensions indiquées et fixez-le au reste du boîtier avec des clous de finition.

Étape 10: Côtés de la boîte principale - Côté écran

Faites le côté écran de la boîte principale aux dimensions spécifiées et attachez-le au reste de la boîte.

Étape 11: Vérifiez ce que vous avez

À ce stade, vérifiez que la forme générale de la boîte principale est comme celle illustrée ici, même si certaines des dimensions doivent différer en raison de votre choix de matériel ou de placement du matériel.

Étape 12: Haut de la boîte principale

Faites le haut de la boîte principale comme indiqué. Cliquez sur l'image affichée pour l'agrandir en taille réelle et voir les dimensions associées.

Étape 13: Tout dépend de cela

Fixez le haut du boîtier primaire au reste du boîtier primaire à l'aide de la charnière à l'extrémité avec les LED. Assurez-vous que le haut de la boîte est à l'équerre avec le reste de la boîte avant de fixer l'une des petites charnières.

Étape 14: Verrouillez-le

Installez un petit loquet sur l'extrémité avant de la boîte, à l'extrémité opposée à la charnière. Cela empêche la boîte principale de s'ouvrir sauf en cas de besoin.

Étape 15: bouclez votre ceinture

Pour aider à rendre cet appareil portable, pliez la fine pièce de tôle d'acier le long d'une de ses dimensions afin qu'une ceinture puisse s'insérer entre elle et le fond de la boîte principale. Après le pliage, fixez-le au fond de la boîte principale avec des vis à bois.

Étape 16: Base du boîtier de batterie

Il est maintenant temps de fabriquer le boîtier de la batterie. Faites la base de cette boîte aux dimensions indiquées.

Étape 17: Extrémités du boîtier de batterie

Lorsque nous avons fabriqué les extrémités du boîtier de batterie, nous avons utilisé un matériau de 3/8 . Utilisez les dimensions spécifiées pour réaliser les extrémités et fixez-les à la base du boîtier de batterie.

Étape 18: Haut du boîtier de batterie

Nous avons fabriqué le haut du boîtier de la batterie en coupant du matériau de 1/4 à la longueur avec la scie à onglet et à la bonne largeur à l'aide d'une scie à ruban. Pour voir les dimensions, cliquez sur l'image pour l'agrandir.

Étape 19: placez le couvercle sur le boîtier de la batterie

En utilisant la même procédure que celle utilisée pour mettre le couvercle sur le boîtier principal, fixez le couvercle du boîtier de batterie au corps du boîtier de batterie.

Étape 20: Vérifiez le boîtier de la batterie

À ce stade, examinez le boîtier de la batterie pour vous assurer qu'il ressemble un peu à l'image montrée ici. Si ce n'est pas le cas, ce serait le moment idéal pour revoir certaines des étapes précédentes !

Étape 21: Fixez le boîtier de batterie au boîtier principal

Placez le boîtier de batterie au-dessus du boîtier principal. Utilisez des vis à bois ou des clous de finition pour finir de fixer le boîtier de la batterie au boîtier principal.

Étape 22: Autres idées

Si vous avez suivi ces étapes, vous l'avez fait ! Après la mise en œuvre du matériel et des logiciels, nous avons pu utiliser l'appareil. Dans sa forme actuelle, l'appareil a une application limitée, mais reste une combinaison intéressante de différents aspects de la conception. Les sorties font tout ce que nous voulions après avoir reçu les signaux des entrées du biocapteur. Au total, l'appareil pèse quelques kilos.

Dans les futurs rendus, il serait intéressant de réduire le poids de l'appareil et de prendre moins de place. Si cela était possible, l'appareil deviendrait plus utile et pourrait être porté plus facilement pendant l'exercice. Pour ce faire, nous vous recommandons d'expérimenter l'utilisation d'un micro Arduino et d'imprimer les boîtes en 3D. Pour aider à économiser de l'espace, il serait bon d'expérimenter avec une batterie rechargeable qui prend moins de place qu'une simple batterie 9V. La taille du boîtier de batterie peut être réduite en conséquence.