מכשיר מניע כושר: 22 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

אנו סטודנטים להנדסה המבקשים להיות בכושר גופני.

אנחנו יודעים איך זה שיש יותר מדי עבודה בבית הספר לכדי לצאת ולהתאמן. כדי להוציא שתי ציפורים במכה אחת, החלטנו להשתמש בפרויקט גמר באחד משיעורי ההנדסה שלנו כדי לבצע קריאות בסיסיות של חיישנים ביוסיים במהלך האימון. באופן ספציפי יותר, פרויקט זה מאפשר למשתמש לבצע קריאות ממד תאוצה (ACC) ואלקטרומיוגרם (EMG) תוך העברת מידע פלט לשני LED ותצוגה דיגיטלית קטנה.

אם אתה נהנה ממעגלים, מארדואינו, עבודות עץ, קידוד, הנדסה ביו -רפואית או הלחמה, ייתכן שהפרויקט הזה הוא בשבילך!

ראה מה אתה עושה

לפני שתתחיל בפרויקט זה, הקדש רגע כדי לראות מה אתה עושה בסרטון למעלה.

בעיקרו של דבר, פרויקט זה מאפשר לך לשלב היבטים מרובים של מה שאתה יודע. אם במקרה אתה חדש בהנדסה ביו -רפואית (BME) או בחיישן, אין בעיה. ישנם שני חיישנים עיקריים המשמשים בפרויקט זה. חיישנים אלה הם מד תאוצה ואלקטרומיוגרם (EMG). כפי שהשם מרמז, מד תאוצה הוא פשוט חיישן המודד תאוצה. פחות אינטואיטיבית, אלקטרומיוגרם מודד פעילות חשמלית בשריר שאליו מחוברות האלקטרודות המקבילות שלו. בפרויקט זה, שלוש אלקטרודות ביולוגיות של ג'ל על פני השטח הופעלו באמצעות עופרת חשמלית שמדדה אותות המגיעים מהעגל של הנבדק המצורף.

חומרים וכלים

חומרים

כדי לבנות את הפרויקט הזה, תזדקק לדברים הבאים:

• לוח Arduino Uno (אותו ניתן לרכוש בכתובת
• ספק כוח סוללה 9V (שניתן לרכוש בכתובת
• ערכה מחוברת לביטלינו (שניתן לרכוש באתר www.bitalino.com)
• Adafruit 1.8 אינץ 'תצוגת TFT ומגן בנוסף ללוח פרמה חצי בגודל (שניתן לרכוש באתר www.adafruit.com)
• חוטי מגשר שונים, נוריות LED, נגדי 220 אוהם, הלחמה ושטף (ניתן לרכוש באתר www.radioshack.com)
• ברגי עץ בגודל 1/2 אינץ ', מסמרים בגמר 5/8 אינץ', חתיכה בגודל 4 "x4" מגיליון 28 מד, שני צירים קטנים ומנגנון תפס פשוט (ניתן לרכוש באתר www.lowes.com)

• חמש רגל עץ

  הערה: ניתן לרכוש עץ באתר www.lowes.com, אך אנו ממליצים למצוא מסור מקומי ולהשתמש בעץ מאותו אדם. מידות העץ המשמשות בפרויקט זה אינן נפוצות להפליא, כך שהסיכויים למצוא עץ שנחתך מראש למידות העובי הדרושות הוא די קלוש

  כלים

• מגהץ (שניתן לרכוש באתר www.radioshack.com)

• כלים רבים לעיבוד עץ, הכלולים בתמונות למעלה ומפורטים כאן

  • מסור כירורגי (שניתן לרכוש באתר www.lowes.com)
  • חנות או מסור שולחן שווה ערך (שניתן לרכוש באתר www.shopsmith.com)
  • פלשן עובי (שניתן לרכוש באתר www.sears.com)
  • פטיש, מקדחות, סרט מדידה ועיפרון (ניתן לרכוש באתר www.lowes.com)
  • מקדחה וסוללה אלחוטית (ניתן לרכוש באתר www.sears.com)
  • מסור להקה (ניתן לרכוש באתר www.grizzly.com)

כלים אופציונאליים

• מגהץ להלחמה (ניתן לרכוש באתר www.radioshack.com)
• מכשיר למפרק (ניתן לרכוש באתר www.sears.com)

הכנה

אמנם זו לא ההנחיה המאתגרת ביותר לבצע, אך היא גם לא הפשוטה ביותר. יש צורך בידע מוקדם בקידוד, במעגלי חיווט, הלחמה ועיבוד עץ. בנוסף, עבודה קודמת עם Arduino או Adafruit תעזור.

קורס תכנות פשוט או ניסיון מעשי בנושא אמורים להספיק להיקף ההנחיה.

עדיף ללמוד על מעגלי הלחמה וחיווט על ידי ביצוע פעולות אלה. אמנם קורס מעגלים תיאורטיים עשוי להיות שימושי בהבנה טכנית של מעגלים, אך אין בו הרבה תועלת אלא אם בניתם בו כמה מעגלים! בזמן החיווט, נסה להפוך את החיווט לפשוט ככל האפשר. הימנע מהצלבת חוטים או משימוש בחוטים ארוכים מהנדרש, בכל הזדמנות אפשרית. זה יעזור לך לפתור בעיות במעגל כאשר נראה כי הוא הושלם ואינו פועל כראוי. בעת הלחמה, הקפד להשתמש בשטף מספיק כדי שהלחמה תמשיך לזרום לאן שאתה רוצה. שימוש בשטף קטן מדי יהפוך את תהליך הלחמה למתסכל יותר ממה שהוא צריך להיות. עם זאת, אל תשתמש יותר מדי הלחמה. כשזה מגיע להלחמה, הוספת יותר מדי חומר הלחמה בדרך כלל לא עוזרת להפוך את החיבור המולחם לטוב יותר. במקום זאת, יותר מדי הלחמה יכולה לגרום לחיבור שלך להיראות סביר, גם אם הוא נעשה בצורה לא נכונה.

עבודות עץ הן סחר מעשי. זה בהחלט דורש קצת תרגול. רקע במאפיינים החומריים של עץ עוזר, כגון זה שסופק ב- Wood על ידי אריק מאייר, במיוחד אם אתה מתכוון לבצע פרויקטים נוספים של עבודות עץ בעתיד. עם זאת, הדבר אינו נדרש. לאחר שצפית באומן בעבודת עץ או בעבודת עץ בעצמך אמור להיות רקע מספיק לפרויקט הזה. הכרת דרכיך בחנות עצים חיונית גם היא. הבנת אילו כלים מבצעים פונקציות נתונות תעזור לך לבצע את הפרויקט במהירות ובבטחה יותר ממה שניתן היה לעשות אחרת.

אתרים שימושיים

• www.github.com; אתר זה עוזר לתפעל קוד
• www.adafruit.com; אתר זה מספר לך כיצד לחבר את מסך TFT
• www.fritzing.com; אתר זה עוזר לך לצייר מעגלים ולמשמש אותם

בְּטִיחוּת

לפני שנמשיך, עלינו לדבר על בטיחות. הבטיחות צריכה להישאר בראש ובראשונה בעשיית הוראות או כמעט כל דבר אחר בחיים, כי אם מישהו נפגע, זה לא כיף לאף אחד.

למרות שהוראה זו משלבת חיישני ביוס, החלקים או המכשיר המורכב אינם מכשיר רפואי. אין להשתמש בהם למטרות רפואיות או לטפל בהם ככאלה.

מדריך זה כולל שימוש בחשמל, מגהץ וכלי חשמל. ברשלנות או בחוסר הבנה, דברים אלה עלולים להפוך למסוכנים.

חשמל נדרש להפעלת הארדואינו, תצוגת Adafruit ונורות LED. הוא מסופק על ידי סוללה 9V. באופן כללי, בעת אינטראקציה עם חשמל, קשה להיות בטוח מדי.

עם זאת, כמה עצות שימושיות לבטיחות חשמלית פועלות:

• שמור את הידיים יבשות וודא שהעור עליהן אינו שבור.
• אם יש להעביר זרם דרכך, נסה לשמור על נקודות הכניסה והיציאה על אותה גבול.
• ספק אמצעי הארקה, מפסקים ומפריעי תקלות לכל המעגלים. אלה עוזרים למנוע עומס יתר של מעגלים או דליפת זרם, אם משהו משתבש במכשיר או בנתיב החשמל.
• אין להשתמש במכשירים חשמליים במהלך סופות רעמים או במקרים אחרים בהם שיעור ההיארעות גבוה יותר מהרגיל.
• אין להטביע מכשירים חשמליים או לנסות להשתמש בהם בסביבה מימית.
• שנה מעגלים רק כאשר החשמל מנותק.

מגהץ הוא מכשיר חשמלי. כאן תקפים כל אמצעי הבטיחות של מכשירים חשמליים. עם זאת, גם קצה הברזל הופך להיות חם מאוד. כדי להימנע מכוויה, יש להימנע ממגע עם קצה המגהץ. החזק את המגהץ והלחמה בצורה כזו שאם אחד הפריטים יחליק מהאחיזה שלך, הידיים שלך לא ייצרו קשר עם קצה המגהץ.

כלים חשמליים דורשים גם חשמל. כאן, ציית לאמצעי הבטיחות החשמליים המוצגים לעיל. בנוסף, דע שלכלים חשמליים יש חלקים נעים רבים. ככזה, הרחיקו את גופכם וכל דבר אחר אכפת לכם מהחלקים הללו כאשר הכלים נמצאים בשימוש. זכור כי הכלי אינו יודע במה הוא חותך או עיבוד. כמפעיל, אתה אחראי להפעלה בטוחה של כלי חשמל. שמור על בטיחות ומגנים במקומם בעת הפעלת כלי עבודה חשמליים.

עצות וטיפים

המידע הבא יכול להיות שימושי בכל ההנחיות. לא כל רמז או טיפ חל על כל שלב, אך השכל הישר צריך להוות מדריך לגבי הרמזים והטיפים החלים בכל מקרה ומקרה.

• בעת חיווט, צבע החוט לא משנה. עם זאת, זה יכול להיות מועיל לבנות מערך צבעים ולהיות עקבי עם זה לאורך כל הפרויקט שלך. לדוגמה, שימוש בחוט אדום למתח חיובי במעגל עשוי להיות מועיל.
• יש להניח ביואלקטרודות על חלק מגולח בגוף. שיער מוביל לעודף רעש וחפץ תנועה באותות שנאספים.
• יש למנוע מנועים מחוברים לאלקטרודות הביולוגיות לנוע יותר מהצורך כדי להימנע מחפץ תנועה. גרב או סרט דחיסה פועלים היטב לאבטחת החוטים הללו.
• הלחמה כראוי. וודא שכל חיבור מולחם מספיק ובדוק את החיבורים האלה אם נראה שהמעגל שלם אך אינו פועל כראוי.
• בעת הקצעה, מטוס פיסות חומר באורך של לא פחות משישה סנטימטרים. החלקה פחותה מאורך זה עלולה לגרום לצליפה או חזרה מופרזת של חתיכות עבודה.
• באופן דומה, אל תעמוד ישירות מול המטוס. במקום זאת, עמדו לידו כשחתיכות עבודה מוזנות ומתקבלות מהמטוס.
• בעת שימוש במסורים, ודא שחתיכות עבודה נשארות כנגד המגן או הגדרות המתאימות. זה עוזר להבטיח חיתוך בטוח ומדויק.
• ספק חורי טייס בעת הידוק בעזרת ברגים או מסמרים. סיבי הטיס צריכים להיות בקוטר קטן יותר מהמחבר המיועד, אך לא פחות ממחצית מקוטר ההדק. זה עוזר להימנע מפיצול והתפצלות של העץ להידוק על ידי הפגת מתחים מוגזמים עקב הימצאות המחבר.
• אם קודחים חורי טייס למסמרים, נסו לשמור על חור הטייס רדוד יותר בשמינית סנטימטר מאורך המסמר המיועד. זה עוזר לתת לציפורן משהו לשקוע בו ומספק חיכוך רב שיסייע להחזיק את הציפורן במקומה כשהיא שקועה.
• בעת פטיש, יש לנהוג ישר לראש המסמר עם מרכז ראש הפטיש. קח נדנדות מתונות בניגוד לנדנדות שמרניות בלבד, שכן נדנדות שמרניות בדרך כלל אינן מספקות מספיק אנרגיה להנעת הציפורן, אלא מספקות רק מספיק אנרגיה כדי לגרום לציפורן להתכופף ולהתכופף בדרכים לא רצויות.
• השתמש בטופר הפטיש כדי להסיר מסמרים שאינם נוהגים כמתוכנן.
• הרחק את ידיך מקו החיתוך של להבי המסור. אם משהו משתבש, אתה לא רוצה שהיד שלך תיחתך.
• כדי לחסוך זמן יש למדוד פעמיים ולחתוך פעם אחת. אם לא תעשה זאת יגרמו לך להכין כמה חלקים יותר מפעם אחת.
• השתמש בלהבים חדים על הפלאש והמסורים בעובי. במסורים, להבים בעלי ספירת שיניים גבוהה יותר מספקים חיתוך חלק ליד איכות גימור. בעת ביצוע הפרויקט הזה, השתמשנו בלהב חיתוך מדויק בגודל 12 אינץ 'על מסור הכפלת הכפולה של Dewalt ולהב עם לפחות 6 שיניים לאינץ' ליניארי על מסור הלהקה.
• שמור את מנוע החנות בטווח המהירות המומלץ לתצורת מסור שולחן. וודא שהשולחן מותאם לגובה המתאים, ואין לחשוף יותר מהלהב מהנדרש לביצוע כל חיתוך.

שלב 1: בואו נתחיל

בנה תחילה את רכיב המעגל. התחל בחיווט כוח וקרקע אל לוח הפרמה.

שלב 2: הוספת ה- Biosensors

העבירו את החיישנים לביוס-פרוטובורד וציינו איזה חיישן הוא איזה. השתמשנו באות משמאל בתרשים כמד התאוצה.

שלב 3: כולל נוריות

לאחר מכן, הוסף את נוריות הלדים. זכור כי הכיוון של הלד אכן משנה.

שלב 4: הוספת התצוגה

הוסף את התצוגה הדיגיטלית. השתמש בחיווט המופיע באתר זה כדי לעזור:

שלב 5: זמן קידוד

מכיוון שהמעגל הושלם כעת, העלה אליו קוד. הקוד המצורף הוא הקוד בו השתמשנו בהשלמת פרויקט זה. התמונה היא דוגמה של איך הקוד צריך להיראות כאשר הוא נפתח כראוי. כאן יכול להתחיל לפתור בעיות באופן מלא. אם הדברים עובדים כראוי, האותות ממד התאוצה נקראים לראשונה. אם האות נמצא מתחת לסף, הנורית האדומה נדלקת, הנורית הירוקה נשארת דולקת, והתצוגה מראה "קום!". בינתיים, אם האות של מד התאוצה עולה על הסף, הנורית האדומה נכבית, הנורית הירוקה נדלקת, והמסך מופיע "יאללה!". בנוסף, לאחר מכן נקרא אות EMG. אם אות ה- EMG נמצא מעל סף מוגדר, התצוגה הדיגיטלית מציגה "עבודה מצוינת!" עם זאת, אם אות ה- EMG נמצא מתחת לסף, על המסך כתוב "צא לדרך!". זה חוזר על עצמו עם הזמן, ומצב נוריות ה- LED והמסך משתנות כאשר התשומות ממד התאוצה וה- EMG דורשות כך. יש להגדיר את הספים שנקבעו למד התאוצה ול- EMG על בסיס כיול עם הנושא המסוים בהישג יד במצבי מנוחה. והתעמלות.

כדי לגשת לקוד זה ב- GitHub, אנא לחץ כאן!

שלב 6: הקצאה

התחל לייצר את הקופסאות כדי להכיל את המעגל והסוללה.

שים לב שלכל הציורים המוצגים להלן יש מידות שצוין בסנטימטרים, אלא אם כן סומן אחרת.

התחל על ידי הקצאת העץ הדרוש לפרויקט עד לעובי הנכון בעזרת פלשן העובי. בערך שלוש וחצי רגל קרש צריך להיות מוקצף בעובי של 1/2 אינץ '. חצי רגל קרש צריכה להיות מוקצפת בעובי של 3/8 אינץ'. עוד חצי רגל קרש צריכה להיות מוקצפת לעובי 1/4 אינץ '. חצי כף רגל הלוח האחרונה צריכה להיות כזו שניתן ליצור ערוץ u שיוצר את גוף ארגז הסוללות כפי שמתואר בשלב מאוחר יותר.

שלב 7: תחתית הקופסה הראשית

הפוך את החלק התחתון של התיבה הראשית למידות המוצגות והדק את לוח המעגל ואת ארדואינו אליו. לחץ על התמונה כדי לחשוף את המידות הללו.

שלב 8: סוף הקופסה הראשית

הפוך את קצות התיבה הראשית למידות המוצגות והדק אותן לתחתית התיבה הראשית.

שלב 9: צידי הקופסה הראשית- צד החיישן

המשך על ידי הפיכת צד החיישן של הקופסה הראשית למידות המוצגות והצמד אותו לשאר הקופסה בעזרת מסמרים.

שלב 10: צידי הקופסה הראשית- צד המסך

הפוך את צד המסך של התיבה הראשית למידות שצוין והצמד אותו לשאר התיבה.

שלב 11: בדוק מה יש לך

בשלב זה, בדוק כדי לוודא שהצורה הכללית של התיבה הראשית היא זהה שמוצג כאן, גם אם חלק מהמידות חייבות להיות שונות בשל בחירת החומרה או מיקום החומרה שלך.

שלב 12: החלק העליון של הקופסה הראשית

הפוך את החלק העליון של התיבה הראשית כפי שמוצג. לחץ על התמונה המוצגת כדי להרחיב אותה לגודל מלא ולראות את המידות המשויכות.

שלב 13: הכל תלוי בזה

הדקו את החלק העליון של התיבה הראשית לשאר התיבה הראשית בעזרת הציר שבקצה עם הנורות. וודא שחלקו העליון של הקופסה מרובע עם שאר הקופסה לפני הצמדת אחד הצירים הקטנים.

שלב 14: תפס אותו

התקן תפס קטן בקצה הקדמי של הקופסה, בקצה מול הציר. זה מונע מהתיבה הראשית מלפתוח למעט בעת הצורך.

שלב 15: להתכופף

כדי לסייע להפוך את המכשיר הזה לנייד, כופפו את פיסת הפלדה הדקה לאורך אחת ממדותיה כך שחגורה יכולה להתאים בינה לבין תחתית הקופסה הראשית. לאחר כיפוף, חבר אותו לתחתית הקופסה הראשית בעזרת ברגי עץ.

שלב 16: בסיס ארגז הסוללות

עכשיו הגיע הזמן להכין את קופסת הסוללות. הפוך את בסיס התיבה למידות המוצגות.

שלב 17: קצוות ארגז הסוללות

כאשר יצרנו את קצות ארגז הסוללות, השתמשנו בחומר בגודל 3/8 . השתמש במידות שצוינו כדי ליצור את הקצוות ולהדק אותם לבסיס ארגז הסוללות.

שלב 18: החלק העליון של ארגז הסוללות

יצרנו את החלק העליון של ארגז הסוללות על ידי חיתוך של חומר בגודל 1/4 אינץ 'לאורך עם המסור והרוחב המתאים באמצעות מסור פס. לצפייה במידות לחצו על התמונה כדי להרחיב אותה.

שלב 19: הנח את המכסה על ארגז הסוללות

בעזרת אותו הליך המשמש להנחת המכסה על הקופסה הראשית, חבר את מכסה תיבת הסוללה לגוף ארגז הסוללות.

שלב 20: בדוק את תיבת הסוללה

בשלב זה, הסתכל על ארגז הסוללות כדי לוודא שהוא נראה קצת כמו התמונה המוצגת כאן. אם לא, עכשיו יהיה זמן מצוין לבקר שוב בכמה מהשלבים הקודמים!

שלב 21: חברו את ארגז הסוללות לקופסה הראשית

הנח את ארגז הסוללות על גבי הקופסה הראשית. השתמש בברגי עץ או במסמרי גימור כדי לסיים את אבטחת ארגז הסוללות לקופסה הראשית.

שלב 22: רעיונות נוספים

אם ביצעת את השלבים האלה, עשית זאת! לאחר יישום החומרה והתוכנה, הצלחנו להשתמש במכשיר. בצורתו הנוכחית, למכשיר יש יישום מוגבל, אך הוא עדיין שילוב מעניין של היבטים שונים של עיצוב. היציאות עושות כל מה שהתכוונו לאחר קבלת אותות מכניסות החיישן הביולוגי. בסך הכל, המכשיר שוקל כמה קילוגרמים.

בעיבודים עתידיים יהיה מעניין לגרום למכשיר לשקול פחות ולתפוס פחות מקום. אם זה היה אפשרי, המכשיר היה הופך להיות שימושי יותר וניתן היה ללבוש אותו בקלות רבה יותר במהלך האימון. כדי להפוך את זה למימוש, אנו ממליצים להתנסות בשימוש במיקרו Arduino והדפסת תלת מימד. כדי לחסוך מקום, יהיה טוב להתנסות בשימוש בסוללה נטענת שתופסת פחות מקום מסוללה פשוטה של 9V. ניתן להקטין את גודל ארגז הסוללות בהתאם.