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更好地關(guān)注和了解您更年期的開(kāi)源硬件

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資料介紹

描述

介紹

更年期是女性一生中不可避免的現(xiàn)象。它會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的荷爾蒙劇變，這可能會(huì)產(chǎn)生或多或少的后果，具體取決于個(gè)人。

這些癥狀可以是多種多樣的，可以在此處找到 35 種主要癥狀的列表。

1. 衛(wèi)生 - 更好地跟蹤和了解更年期的癥狀。

Hygie 項(xiàng)目旨在幫助女性在這個(gè)復(fù)雜的時(shí)期傾聽(tīng)并跟隨自己的身體。為此，它提供了一個(gè)簡(jiǎn)單且不斷發(fā)展的界面，允許隨著時(shí)間的推移追蹤不同的癥狀。這款小巧的設(shè)備可以輕松放入外套口袋或手提包中，隨身攜帶。

Hygieia（法語(yǔ)中的Hygie）是希臘神話中藥神阿斯克勒庇俄斯的女兒之一。她是健康的女神/化身。

頂部的 4 個(gè)按鈕可讓您隨時(shí)間追蹤癥狀。根據(jù)需要，它們中的每一個(gè)都必須與一個(gè)（單擊）或兩個(gè)（雙擊）癥狀相關(guān)聯(lián)，并因此對(duì)其用戶重復(fù)出現(xiàn)。

這是一個(gè)配置示例：

按鈕 1（單擊）：潮熱
按鈕 1（雙擊）：疲勞
按鈕 2（單擊）：脫發(fā)
按鈕 2（雙擊）：失禁
按鈕 3（單擊）：改變氣味
按鈕 4（單擊）：情緒波動(dòng)

在癥狀出現(xiàn)時(shí)按下這些按鈕將使您能夠隨著時(shí)間的推移追蹤事件并更好地了解它們的復(fù)發(fā)。因此，使用 Hygie 一段時(shí)間會(huì)在移動(dòng)應(yīng)用程序上生成圖表。

這些數(shù)據(jù)還以表格形式與簡(jiǎn)單的解釋相關(guān)聯(lián)，例如“疲勞現(xiàn)象在飯后特別存在”或“牙齦問(wèn)題”通常與“乳房疼痛”相關(guān)聯(lián)。

但 Hygie 不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器，它還提供更高級(jí)的功能來(lái)與您的身體保持一致。在某些癥狀出現(xiàn)時(shí)，用戶可以將拇指放在圓圈中間的位置，并實(shí)時(shí)測(cè)量她的心跳。

該信息可以與所討論的癥狀相關(guān)聯(lián)。

用戶可以遠(yuǎn)程測(cè)量她的體溫

用戶還可以將設(shè)備放在她的腹部以測(cè)量她的呼吸速度。

現(xiàn)在我們可以跟蹤和追蹤這些癥狀的演變，是時(shí)候努力減少它們了。

您可以添加應(yīng)用程序推薦的可能對(duì)您的癥狀產(chǎn)生積極影響的活動(dòng)。

隨著時(shí)間的推移，您可以通過(guò)查看圖表輕松檢查其有效性！

為了解決某些癥狀，例如睡眠和注意力問(wèn)題，有時(shí)建議進(jìn)行冥想或嘗試將注意力集中在舒緩的事情上。

在這種情況下，模塊會(huì)發(fā)出藍(lán)色光暈，以平靜呼吸的速度脈動(dòng)。嘗試深呼吸，盡可能集中注意力在光線上。

2 構(gòu)建設(shè)備

2.1 組件的框圖、描述和成本

下一節(jié)將介紹圖中所示的每個(gè)組件。這些組件中的大多數(shù)都不是唯一的，可以由提供相同功能的等效組件替換。例如，如果您想添加一個(gè) 3 軸磁力計(jì)，您可以將 MPU6050 替換為 MPU9250。代碼已被分離成可以讓您輕松替換組件的功能。

在市場(chǎng)上所有的 Arduino 電路中，這可能是最小和最便宜的微控制器板之一。只有絕對(duì)最小值才能運(yùn)行板載 Atmega328p（甚至沒(méi)有 USB 連接器?。?。

要對(duì)其進(jìn)行編程，我們必須使用另一個(gè) Arduino UNO 板（示例）或 FTDI 適配器。它有一個(gè) Atmega328p（與 Arduino UNO 相同），可以購(gòu)買(mǎi) 3.3V (8Mhz) 或 5V (16MHz) 配置。在這里，我們選擇 3.3V 以最大限度地節(jié)省能源。

那些小板可以檢測(cè)幾個(gè)軸上的運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)在，我們通過(guò)在智能手機(jī)上玩游戲非常了解它們。這個(gè)有 6 個(gè)軸（無(wú)磁電機(jī)），但這對(duì)于我們的應(yīng)用來(lái)說(shuō)應(yīng)該足夠了。

這是我基于 FreeIMU 軟件制作的一個(gè)小演示應(yīng)用程序。它鏈接到一個(gè)處理接口（也可以在 GIT repo 上找到）。

HC-06 模塊是一個(gè)易于使用的原型藍(lán)牙模塊接口。它使用串行通信和 AT 命令與主模塊通信。

這個(gè)看起來(lái)像賽博電子的傳感器在它閃閃發(fā)光的眼睛后面隱藏著一個(gè)秘密。與大多數(shù)溫度傳感器不同，該傳感器測(cè)量從遠(yuǎn)程物體反射回來(lái)的紅外光，因此無(wú)需物理接觸即可感應(yīng)溫度。

MAX30100 是一個(gè)集成的粒子傳感模塊。它包括內(nèi)部 LED、光電探測(cè)器、光學(xué)元件和具有環(huán)境光抑制功能的低噪聲電子設(shè)備。新版本的 MAX30102 使用相同的代碼也能正常工作。我也試過(guò) MAX30105，但它似乎不太穩(wěn)定。

帶有 MAX30100 和示例代碼的 Arduino 串行繪圖儀（可在 GIT 上獲得）

我們的系統(tǒng)可能并不總是通過(guò)藍(lán)牙連接。當(dāng)它關(guān)閉時(shí)，它無(wú)法確切知道現(xiàn)在是什么時(shí)間。RTC 或實(shí)時(shí)時(shí)鐘可確保系統(tǒng)始終知道按下按鈕時(shí)的日期和時(shí)間。

該設(shè)備有兩個(gè)功能：它管理電流以允許系統(tǒng)由電池供電并通過(guò) USB 充電。但它也將 3.7V Lipo 電壓提升至 5V。

要使用遠(yuǎn)程溫度讀取功能，建議將紅燈投射到要讀取的對(duì)象上。我沒(méi)有添加一個(gè)簡(jiǎn)單的紅色 LED，而是使用了一個(gè) RGB LED，因?yàn)槲⒖刂破魃先杂袔讉€(gè)未使用的 PIN。綠色 LED 將允許我向用戶指示信息，例如按鈕按下的驗(yàn)證。藍(lán)色 LED 用于放松 LED 呼吸。

這里我選擇 12mm 按鈕，因?yàn)槿绻鷮⒃O(shè)備放在包中，它們會(huì)更容易找到。不要忘記使用上拉電阻！

這個(gè)按鈕只是用來(lái)切斷系統(tǒng)的電源。但是，它不會(huì)阻止電池充電。

該板用于將程序加載到 ATmega328p 中。通過(guò)讓它插入它還允許創(chuàng)建與計(jì)算機(jī)的串行鏈接以進(jìn)行調(diào)試。

2.2 硬件

在本節(jié)中，您將找到電路原理圖：

這里要記住的最重要的事情是，幾乎整個(gè)系統(tǒng)都在 3.3V 下工作。這迫使我仔細(xì)選擇組件（起初我想使用 WS2812 RGB LED，但它們?cè)?3.3V 中相當(dāng)不穩(wěn)定，所以我不得不將它們移除......對(duì)于顯色性來(lái)說(shuō)太糟糕了?。?。

起初，我以為 3.6V 藍(lán)牙可以在 3.7V 電池上工作，但它似乎不穩(wěn)定......所以我不得不在最后添加一個(gè) BOOST 以僅用 5V 為這部分供電，并使用嵌入式穩(wěn)壓器降壓其他所有部分在 Arduino Pro Mini 上。我可能會(huì)在下一個(gè)版本中更改藍(lán)牙板以移除 BOOST 并使所有系統(tǒng)在 3.3V 下工作。這也將是遷移到 BLE 的好時(shí)機(jī)。

另一個(gè)有趣的部分是開(kāi)發(fā)帶有 MOSFET 的小板，以切斷未使用模塊的電源。事實(shí)上，這個(gè)系統(tǒng)只是偶爾使用一些功能。所以遺憾的是像MPU6050這樣的模塊一直在耗電。

2.3 嵌入式軟件

首先從這里下載并安裝 Arduino 程序。不要忘記安裝 USB 驅(qū)動(dòng)程序。
下載使用 Arduino 打開(kāi)的存儲(chǔ)庫(kù) Software/Hygie_main 中的文件

將編程器插入 Arduino Pro Mini（TX 上的 RX，反之亦然！）。插入 USB
重要提示：選擇 Arduino FIO 板（FIO 板也有 Atmega328p 并以 8Mhz 運(yùn)行）。

選擇端口。如果您不確定是哪一個(gè)，請(qǐng)拔下 USB 并驗(yàn)證端口。如果您插入 USB 并再次驗(yàn)證，您應(yīng)該有一個(gè)新端口。

選擇庫(kù)管理器并安裝以下庫(kù)：

現(xiàn)在您可以使用Ctrl+R. 如果一切正常，應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)消息完成編譯。之后，用于Ctrl+U在 Arduino Pro Mini Board 上加載程序。

然后，您可以打開(kāi)串行監(jiān)視器以驗(yàn)證系統(tǒng)的不同功能

現(xiàn)在您已在微控制器中準(zhǔn)備好整個(gè)程序。由于系統(tǒng)上有許多不同的外圍設(shè)備，因此單獨(dú)測(cè)試每個(gè)模塊和連接可能會(huì)很有趣。這就是為什么您可以在 Arduino 主板上找到專用于每個(gè)通信外圍設(shè)備的 Arduino 程序的原因。

所有這些程序都使用串行功能。這是獲取精確信息以查看一切是否正常的簡(jiǎn)單方法。

為了測(cè)試 MPU6050，我實(shí)際上添加了一個(gè)來(lái)自 FreeIMU 的處理程序。該程序允許您在計(jì)算機(jī)上檢查您的棋盤(pán)位置。要使用這個(gè)程序，你必須下載 Processing并用它打開(kāi).pde 文件。不要忘記在處理程序中更改端口號(hào)！

2.4 3D設(shè)計(jì)

所有設(shè)計(jì)均使用 Sketchup 2017 制作。因此，您可以作為個(gè)人免費(fèi)打開(kāi)和修改 3D。

Sketchup 無(wú)法以原生方式導(dǎo)出 STL 文件以進(jìn)行 3D 打印。您必須進(jìn)入擴(kuò)展管理器并添加一個(gè) STL 模塊。

使用此模塊，您將生成可由 3D 打印軟件（如 Cura for Ultimaker）讀取的 STL 文件。選擇專用于您的打印機(jī)的軟件。

現(xiàn)在我們準(zhǔn)備打印 Hygie 設(shè)備

2.5. 手機(jī)上的圖表

藍(lán)牙應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)是一個(gè)我不太了解的世界。從 Android Studio 從頭開(kāi)始??讓我有點(diǎn)害怕。所以我嘗試了App Inventor MIT以獲得更圖形化的方法。它是一款免費(fèi)且易于使用的軟件來(lái)創(chuàng)建 Android 應(yīng)用程序。

快速設(shè)置基本功能的創(chuàng)建，例如與 Arduino 的簡(jiǎn)單串行對(duì)話。你可以在網(wǎng)上找到很多例子，比如這里。

另一方面，設(shè)置更復(fù)雜的窗口管理，尤其是通信協(xié)議可能需要大量工作。

對(duì)于 Hygie，我創(chuàng)建了一個(gè)基于 2 個(gè)窗口的應(yīng)用程序，允許在一個(gè)窗口上連接/更改模式，并在另一個(gè)窗口上檢索可用數(shù)據(jù)。在這部分，應(yīng)用程序向模塊發(fā)送請(qǐng)求消息。如果這個(gè)有數(shù)據(jù)，它會(huì)按順序發(fā)送它們，直到出現(xiàn)一條消息以防止緩沖區(qū)為空。然后使用圖標(biāo)和顯示每個(gè)請(qǐng)求的小下拉菜單對(duì)每個(gè)癥狀進(jìn)行分類。

要使用該應(yīng)用程序，您需要在 MIT App Inventor 上創(chuàng)建一個(gè)帳戶。然后，您只需導(dǎo)入 Git 存儲(chǔ)庫(kù)中可用的 .aia 項(xiàng)目。

然后你可以點(diǎn)擊構(gòu)建（提供二維碼）

然后，在您的智能手機(jī)上下載 MIT Inventor 應(yīng)用程序并點(diǎn)擊掃描二維碼。這將下載應(yīng)用程序，只需安裝它并在您的參數(shù)上配對(duì)藍(lán)牙 HC-05。

現(xiàn)在你準(zhǔn)備好了！

3. 構(gòu)想的關(guān)鍵步驟

3.1。紙模型 + 按鈕 + 調(diào)光 LED (WS2812)

我喜歡從 3D 紙模型開(kāi)始設(shè)計(jì)。它并不多，但它讓您有機(jī)會(huì)查看是否所有東西都可以放入其中并將物品拿在手中。這里我也想驗(yàn)證一下紙里面WS2812的亮度（最后我沒(méi)用那些LED）。

將藍(lán)色調(diào)暗 WS2812 用于放松功能。按下按鈕時(shí)，WS2812 變?yōu)榫G色。

3.2 測(cè)試開(kāi)發(fā)板上所有可用的功能

此時(shí)，仍然缺少幾個(gè)組件：MLX90614、電池、BOOST 和 MAX30100（此處替換為 MAX30105）

3.3 第一次 3D 打印，不確定一切都適合...

3.4 第二版印刷、油漆和組裝

一切都合適！但組裝并不容易......所以最后一個(gè)版本內(nèi)部的高度為 16 毫米（0.63 英寸），而不是 14 毫米（0.55 英寸）。

3.5 等待lasts組件到達(dá)

在這個(gè)階段，我還沒(méi)有收到所有組件來(lái)完成所有功能的測(cè)試。最令人擔(dān)憂的可能是 MLX90614 溫度傳感器缺貨（或到處價(jià)格過(guò)高）。電池/升壓管理器也不見(jiàn)了。所以我現(xiàn)在使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的 TP4056 管理器（沒(méi)有 5V……沒(méi)有藍(lán)牙……）。

我猜很多醫(yī)療設(shè)備都在使用溫度傳感器，而當(dāng)前的危機(jī)導(dǎo)致它們?nèi)必洝捎诖蠖鄶?shù)軟件磚已經(jīng)存在，這不應(yīng)該阻止我完成開(kāi)發(fā)。

3.6 偽實(shí)時(shí) Arduino 代碼

大多數(shù) Arduino 代碼示例都不能實(shí)時(shí)工作。與 NXP 或 ST 的其他微控制器相比，Atmega328p 實(shí)際上是一個(gè)相當(dāng)慢的微控制器，因此在其上并行執(zhí)行大量任務(wù)并不常見(jiàn)。

所以我嘗試了一個(gè)“自制”（而且非常簡(jiǎn)單?。?shí)時(shí)系統(tǒng)。按鈕是從不同模式切換的主要控制器（長(zhǎng)按按鈕）。

主循環(huán)正在計(jì)算一個(gè) 2 字節(jié)的變量

int cpt=0; // counting the loop from 0 to 0xFFFF

當(dāng)它達(dá)到 0xFFFF 時(shí)，它會(huì)回到 0 并重新開(kāi)始。

我的主要任務(wù)是用進(jìn)程頻率定義的（“cpt”從 0 到 0xFFFF 期間它將被調(diào)用的次數(shù)）。

#define MPU6050_FREQUENCY 128
#define MPU6050_FREQUENCY_READ_PER_CYCLE cpt%((MAX_COUNTER/MPU6050_FREQUENCY)+1)

在主循環(huán)中，還根據(jù)它們的模式（使用按鈕定義）調(diào)用函數(shù)。這里只有當(dāng)我們處于 device_MODE 4 時(shí)才會(huì)調(diào)用，這意味著長(zhǎng)按按鈕 4。

if (MPU6050_FREQUENCY_READ_PER_CYCLE == 0 && device_MODE==4){

3.7 在 I2C 總線上工作

我們有 5 個(gè)與 I2C 通信的組件。Arduino Micro 作為主機(jī)和 4 個(gè)從機(jī)（MLX90614、MPU6050、MAX30100 和 DS1307）。由于這些組件永遠(yuǎn)不會(huì)一起運(yùn)行，我認(rèn)為它應(yīng)該可以正常工作......

但是 MPU6050 和 DS1307 都使用標(biāo)識(shí)地址 0x68 ！所以你們倆都會(huì)回答 I2C 請(qǐng)求。

在兩個(gè)設(shè)備不能一起工作的情況下運(yùn)行了大量測(cè)試后......我檢查了 MPU6050 數(shù)據(jù)表。PIN AD0 存在于芯片上，如果您將其拉起，則可將您的地址更改為 0x69。這是為您想在同一總線上使用 2 個(gè) MPU6050 而設(shè)計(jì)的。所以只需一個(gè)引體向上，一切似乎都正常。

3.8 內(nèi)存和存儲(chǔ)

由于我們希望設(shè)備在沒(méi)有任何藍(lán)牙連接的情況下也能正常工作，因此我們需要存儲(chǔ)所有記錄的值。

Atmega328p 有 1024 字節(jié)的 EEPROM 存儲(chǔ)器可用。我選擇 8 個(gè)字節(jié)的“集群”，所有這些信息都編碼在 1 個(gè)字節(jié)上：

癥狀編號(hào)/值（如果按鈕為 0）/小時(shí)/分鐘/秒/日/月/年

我們可以在 EEPROM 中存儲(chǔ) 128 個(gè)集群。在我們需要在應(yīng)用程序上加載數(shù)據(jù)之后。

3.9 管理電池

我花了一些時(shí)間為我的系統(tǒng)選擇主控板。事實(shí)上，我想保持 Arduino 標(biāo)準(zhǔn)以加速我的庫(kù)的開(kāi)發(fā)。然而，大多數(shù) Arduino 板工作在 5V，因?yàn)檫@是 Atmega328p 微控制器在全功率下工作所需的電壓，即 16MHz。

我還想用鋰電池供電。缺點(diǎn)是這些電池的標(biāo)稱電壓為 3.7V。要將電壓提高到 5V，在這種情況下需要使用 BOOST 模塊，不幸的是非常耗能...

為了開(kāi)發(fā)這個(gè)項(xiàng)目，我選擇將 Atmega328p 的速度降低到 8Mhz。在這個(gè)速度下，我可以在 3.3V 下使用我的 Atmega328，這非常適合電池和兼容性。因此，我不需要使用升壓模塊或 5V/3.3V 電壓轉(zhuǎn)換器。另一方面，我只能在 8Mhz 下使用我的 Atmega328p，并確保所有選定的組件都在 3.3V 范圍內(nèi)工作。

在 8Mhz 下使用 ATmega328p 的功率水平確實(shí)受到限制。在這里，我打賭，由于我不將所有組件一起使用，8MHz 可能就足夠了......目前一切都很好！:)

起初，我不想使用任何 BOOST。HC-05 藍(lán)牙規(guī)格最低為 3.6V。所以我想我可以直接從 Lipo 以 4.2V 為藍(lán)牙供電。有了這個(gè)解決方案，一個(gè)簡(jiǎn)單的 TP4056 就足以管理我的電池。但是這個(gè)解決方案藍(lán)牙不穩(wěn)定......所以我不得不更換我的電源板并有一個(gè) 5V BOOST 輸出......再次調(diào)節(jié)到 3.3V :-(

擁有良好的能量表現(xiàn)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。大多數(shù)情況下，不可能像我使用的那樣使用架子上的組件來(lái)做到這一點(diǎn)……在這里，我只能通過(guò)將未使用的組件設(shè)置為睡眠狀態(tài)并更改板上的某些組件來(lái)避免重大的能量泄漏。

作為能量?jī)?yōu)化的一個(gè)例子，在大多數(shù)電路中，人們使用 10kohm 拉電阻作為按鈕。但這是損失的能量：

I=U/R >> I=3.3V / 10000ohm >> I=0.33mA 每小時(shí)！

每小時(shí) 0.33mA 的電流不斷從這些電阻器中泄漏，這對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的損失。像這樣的一個(gè)電阻器將在 125 天內(nèi)耗盡我們的 1000mA 電阻器......

如果您使用簡(jiǎn)單的 100kohm，則需要 0.033mA，因此需要 1250 天！