描述

介紹

更年期是女性一生中不可避免的現(xiàn)象。它會導致強烈的荷爾蒙劇變，這可能會產(chǎn)生或多或少的后果，具體取決于個人。

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 項目旨在幫助女性在這個復雜的時期傾聽并跟隨自己的身體。為此，它提供了一個簡單且不斷發(fā)展的界面，允許隨著時間的推移追蹤不同的癥狀。這款小巧的設備可以輕松放入外套口袋或手提包中，隨身攜帶。

Hygieia（法語中的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 個按鈕可讓您隨時間追蹤癥狀。根據(jù)需要，它們中的每一個都必須與一個（單擊）或兩個（雙擊）癥狀相關聯(lián)，并因此對其用戶重復出現(xiàn)。

這是一個配置示例：

• 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

在癥狀出現(xiàn)時按下這些按鈕將使您能夠隨著時間的推移追蹤事件并更好地了解它們的復發(fā)。因此，使用 Hygie 一段時間會在移動應用程序上生成圖表。

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

但 Hygie 不僅僅是一個簡單的計數(shù)器，它還提供更高級的功能來與您的身體保持一致。在某些癥狀出現(xiàn)時，用戶可以將拇指放在圓圈中間的位置，并實時測量她的心跳。

該信息可以與所討論的癥狀相關聯(lián)。

用戶可以遠程測量她的體溫

用戶還可以將設備放在她的腹部以測量她的呼吸速度。

現(xiàn)在我們可以跟蹤和追蹤這些癥狀的演變，是時候努力減少它們了。

您可以添加應用程序推薦的可能對您的癥狀產(chǎn)生積極影響的活動。

隨著時間的推移，您可以通過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題，有時建議進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，模塊會發(fā)出藍色光暈，以平靜呼吸的速度脈動。嘗試深呼吸，盡可能集中注意力在光線上。

2 構建設備

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 3 軸磁力計，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。只有絕對最小值才能運行板載 Atmega328p（甚至沒有 USB 連接器！）。

要對其進行編程，我們必須使用另一個 Arduino UNO 板（示例）或 FTDI 適配器。它有一個 Atmega328p（與 Arduino UNO 相同），可以購買 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。

那些小板可以檢測幾個軸上的運動。現(xiàn)在，我們通過在智能手機上玩游戲非常了解它們。這個有 6 個軸（無磁電機），但這對于我們的應用來說應該足夠了。

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

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

這個看起來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秘密。與大多數(shù)溫度傳感器不同，該傳感器測量從遠程物體反射回來的紅外光，因此無需物理接觸即可感應溫度。

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

我們的系統(tǒng)可能并不總是通過藍牙連接。當它關閉時，它無法確切知道現(xiàn)在是什么時間。RTC 或實時時鐘可確保系統(tǒng)始終知道按下按鈕時的日期和時間。

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

要使用遠程溫度讀取功能，建議將紅燈投射到要讀取的對象上。我沒有添加一個簡單的紅色 LED，而是使用了一個 RGB LED，因為微控制器上仍有幾個未使用的 PIN。綠色 LED 將允許我向用戶指示信息，例如按鈕按下的驗證。藍色 LED 用于放松 LED 呼吸。

這里我選擇 12mm 按鈕，因為如果您將設備放在包中，它們會更容易找到。不要忘記使用上拉電阻！

這個按鈕只是用來切斷系統(tǒng)的電源。但是，它不會阻止電池充電。

該板用于將程序加載到 ATmega328p 中。通過讓它插入它還允許創(chuàng)建與計算機的串行鏈接以進行調試。

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，幾乎整個系統(tǒng)都在 3.3V 下工作。這迫使我仔細選擇組件（起初我想使用 WS2812 RGB LED，但它們在 3.3V 中相當不穩(wěn)定，所以我不得不將它們移除......對于顯色性來說太糟糕了！）。

起初，我以為 3.6V 藍牙可以在 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 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。我可能會在下一個版本中更改藍牙板以移除 BOOST 并使所有系統(tǒng)在 3.3V 下工作。這也將是遷移到 BLE 的好時機。

另一個有趣的部分是開發(fā)帶有 MOSFET 的小板，以切斷未使用模塊的電源。事實上，這個系統(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 驅動程序。
• 下載使用 Arduino 打開的存儲庫 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 運行）。

• 選擇端口。如果您不確定是哪一個，請拔下 USB 并驗證端口。如果您插入 USB 并再次驗證，您應該有一個新端口。

• 選擇庫管理器并安裝以下庫：

?

現(xiàn)在您可以使用Ctrl+R. 如果一切正常，應該會出現(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，您可以打開串行監(jiān)視器以驗證系統(tǒng)的不同功能

現(xiàn)在您已在微控制器中準備好整個程序。由于系統(tǒng)上有許多不同的外圍設備，因此單獨測試每個模塊和連接可能會很有趣。這就是為什么您可以在 Arduino 主板上找到專用于每個通信外圍設備的 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單方法。

為了測試 MPU6050，我實際上添加了一個來自 FreeIMU 的處理程序。該程序允許您在計算機上檢查您的棋盤位置。要使用這個程序，你必須下載 Processing并用它打開.pde 文件。不要忘記在處理程序中更改端口號！

2.4 3D設計

所有設計均使用 Sketchup 2017 制作。因此，您可以作為個人免費打開和修改 3D。

Sketchup 無法以原生方式導出 STL 文件以進行 3D 打印。您必須進入擴展管理器并添加一個 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的軟件。

現(xiàn)在我們準備打印 Hygie 設備

2.5. 手機上的圖表

藍牙應用程序開發(fā)是一個我不太了解的世界。從 Android Studio 從頭開始??讓我有點害怕。所以我嘗試了App Inventor MIT以獲得更圖形化的方法。它是一款免費且易于使用的軟件來創(chuàng)建 Android 應用程序。

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

另一方面，設置更復雜的窗口管理，尤其是通信協(xié)議可能需要大量工作。

對于 Hygie，我創(chuàng)建了一個基于 2 個窗口的應用程序，允許在一個窗口上連接/更改模式，并在另一個窗口上檢索可用數(shù)據(jù)。在這部分，應用程序向模塊發(fā)送請求消息。如果這個有數(shù)據(jù)，它會按順序發(fā)送它們，直到出現(xiàn)一條消息以防止緩沖區(qū)為空。然后使用圖標和顯示每個請求的小下拉菜單對每個癥狀進行分類。

要使用該應用程序，您需要在 MIT App Inventor 上創(chuàng)建一個帳戶。然后，您只需導入 Git 存儲庫中可用的 .aia 項目。

然后你可以點擊構建（提供二維碼）

然后，在您的智能手機上下載 MIT Inventor 應用程序并點擊掃描二維碼。這將下載應用程序，只需安裝它并在您的參數(shù)上配對藍牙 HC-05。

現(xiàn)在你準備好了！

3. 構想的關鍵步驟

3.1。紙模型 + 按鈕 + 調光 LED (WS2812)

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

3.2 測試開發(fā)板上所有可用的功能

此時，仍然缺少幾個組件：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

在這個階段，我還沒有收到所有組件來完成所有功能的測試。最令人擔憂的可能是 MLX90614 溫度傳感器缺貨（或到處價格過高）。電池/升壓管理器也不見了。所以我現(xiàn)在使用了一個簡單的 TP4056 管理器（沒有 5V……沒有藍牙……）。

我猜很多醫(yī)療設備都在使用溫度傳感器，而當前的危機導致它們?nèi)必洝捎诖蠖鄶?shù)軟件磚已經(jīng)存在，這不應該阻止我完成開發(fā)。

3.6 偽實時 Arduino 代碼

大多數(shù) Arduino 代碼示例都不能實時工作。與 NXP 或 ST 的其他微控制器相比，Atmega328p 實際上是一個相當慢的微控制器，因此在其上并行執(zhí)行大量任務并不常見。

所以我嘗試了一個“自制”（而且非常簡單！）實時系統(tǒng)。按鈕是從不同模式切換的主要控制器（長按按鈕）。

主循環(huán)正在計算一個 2 字節(jié)的變量

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

當它達到 0xFFFF 時，它會回到 0 并重新開始。

我的主要任務是用進程頻率定義的（“cpt”從 0 到 0xFFFF 期間它將被調用的次數(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）調用函數(shù)。這里只有當我們處于 device_MODE 4 時才會調用，這意味著長按按鈕 4。

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

3.7 在 I2C 總線上工作

我們有 5 個與 I2C 通信的組件。Arduino Micro 作為主機和 4 個從機（MLX90614、MPU6050、MAX30100 和 DS1307）。由于這些組件永遠不會一起運行，我認為它應該可以正常工作......

但是 MPU6050 和 DS1307 都使用標識地址 0x68 ！所以你們倆都會回答 I2C 請求。

在兩個設備不能一起工作的情況下運行了大量測試后......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 MPU6050 而設計的。所以只需一個引體向上，一切似乎都正常。

3.8 內(nèi)存和存儲

由于我們希望設備在沒有任何藍牙連接的情況下也能正常工作，因此我們需要存儲所有記錄的值。

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

癥狀編號/值（如果按鈕為 0）/小時/分鐘/秒/日/月/年

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

3.9 管理電池

我花了一些時間為我的系統(tǒng)選擇主控板。事實上，我想保持 Arduino 標準以加速我的庫的開發(fā)。然而，大多數(shù) Arduino 板工作在 5V，因為這是 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。缺點是這些電池的標稱電壓為 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...

為了開發(fā)這個項目，我選擇將 Atmega328p 的速度降低到 8Mhz。在這個速度下，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 為藍牙供電。有了這個解決方案，一個簡單的 TP4056 就足以管理我的電池。但是這個解決方案藍牙不穩(wěn)定......所以我不得不更換我的電源板并有一個 5V BOOST 輸出......再次調節(jié)到 3.3V :-(

擁有良好的能量表現(xiàn)是一項復雜的工作。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做到這一點……在這里，我只能通過將未使用的組件設置為睡眠狀態(tài)并更改板上的某些組件來避免重大的能量泄漏。

作為能量優(yōu)化的一個例子，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！

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

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

4. 總結與改進

這個項目的構建非常有趣。它在不同的技術部分教會了我很多東西。整個東西是功能性的，但在許多方面仍然需要改進：

• 藍牙應用程序的數(shù)據(jù)管理和顯示有待改進
• 在軟件庫中排序以釋放內(nèi)存空間。
• 更好的電源管理，至少有一個月的自主權。
• 設計用于工業(yè)化的 PCB。現(xiàn)在線有點長^^
• ...

我希望它能幫助很多人開發(fā)醫(yī)療連接對象。我會找時間繼續(xù)快速改進它:)

如果您有任何問題，請不要猶豫與我聯(lián)系！

5. 資源

• 3D 設計：草圖
• 3D設計渲染：暮光渲染V2
• 3D 打印就緒：Cura
• 插圖：dreamstime.com （提供許可證證明）
• 組裝：Power Point / Paint / www4.lunapic.com
• 硬件設計：Fritzing
• 軟件：Arduino & 處理