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自己动手做cpu_如何建立一个自己动手做心动追踪装置

时间：2018-05-07 07:36:18

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自己动手做cpu

几周前，我的医生告诉我在DIY工具包BITalino的帮助下保持我的心脏，我在《为什么我的医生给我开具开放式硬件》一书中对此进行了介绍。尽管我每天可以不断拍打一堆电缆和PCB（图1），但是微型生理计算设备的构建和使用非常有趣（至少对我来说如此），因此我决定让自己变得更实用。

由于该项目可能会让其他人感兴趣，因此我写了本教程，解释了CubiKG的制造，CubiKG是一种动态心电图监测器，用于心脏和活动跟踪。另外，为了适应每个人的注意力范围，我提供了重点内容，以及更详细的操作方法，它逐步指导了整个构建过程。

图1：BITalino ECG的放置位置等效于所谓的Einthoven三角形。

快速亮点

我已采用了图1所示的大部分部件，将它们变成了图2所示的CubiKG设备，使用OpenSignals进行数据记录或David Marquez的BITadroid应用程序（在旅途中），然后使用OpenSignals的心率变异性（HRV）插件。

图2：此版本产生的可穿戴CubiKG设备；它可以测量心电图（EKG）和运动数据。

我学到了什么？看起来，我的心律不齐消失了，这意味着它们可能是由压力引起的。图3显示了出现症状时的记录（左）和现在的记录（右）的节拍间隔（IBI ）。

数据显示，以前，心律不齐很明显，如红点簇所示（图3，左）。现在，考虑到典型的IBI散布是什么样子，一切似乎都很好，因为点云的扩散非常正常（图3，右）。

图3：当我开始注意到心律不齐时（左）和在撰写本文时（右），心跳间隔（IBI）的Pointcaré图。好多了。

在此过程中，我设法收集了一套基本工具，这些工具可以帮助医生了解我的心脏状况。

如何构建CubiKG硬件

材料：此构建过程从HeartBIT套件开始，即心电图（ECG）传感器，加速度计（可选），LED（可选），MCU，电源管理模块，蓝牙模块，3引线电极电缆，几个电极和一个电池。

工具：您已经拥有了其中的大多数工具，或者可以在任何普通的电子商店中轻松找到它们（例如， SparkFun ），但是您肯定需要电线（越细越好），镊子，钳子（普通和剪钳），排针，焊料和烙铁。胶枪和钻头也将派上用场。

步骤1：首先断开所有组件。如果您上下摇动几次，大多数都会立刻出来，但是对于MCU，您将需要更加小心并使用钳子一路提供帮助。

步骤2：某些零件（ECG和电源模块）的金属针伸出，您需要将其剪掉，以实现最小的外形尺寸。

提示：在电源块上，涂上能隔离电池引脚以防止短路的胶水或粘合剂是一个好主意。

结果：从步骤1和2开始，您应该已经完成了这部分工作：

步骤3：将一根导线焊接到标有TX（蓝色），RX（黄色），DVCC（红色），STAT（白色）和DGND（黑色）的每个引脚上，以连接到蓝牙模块。

提示：当使用较小的规格线（在这种情况下）时，烙铁的热量可能是剥线的好方法。

步骤4：将蓝牙模块上的导线修剪到每个引脚到达MCU上对应引脚所需的长度，然后焊接每根导线；一个方便的步骤可能是将焊料施加到MCU的每个引脚上。

然后，您只需要加热并将导线滑入熔融的焊料中即可。

结果：完成此步骤后，您应该使蓝牙与MCU完全匹配。

步骤5：现在是时候准备电源块了……将排针焊接到MCU上的DVCC，A6，DGND，AVCC，VSS，AGND，A5和O1。

提示：为了获得最薄的尺寸，通常我将引脚从电路板的底部向上滑动，并在焊接后修剪引脚。

结果：完成此步骤后，您应该获得一个不错的基础，以便将电源块插入插槽中。请注意，我也借此机会将蓝牙模块上的固定器引脚焊接到I1上，以加强整个设备。

步骤6：至少连接A1引脚（ECG传感器将连接至该引脚）。对于此构建，我选择使设备更完整一些，并添加了可选的加速计（用于活动跟踪）和LED（用于事件信号通知）。如果要执行相同的操作，除了A1以外，还应连接A2，A3，A4，并在O4上添加两根导线，其中一根应焊接到I1（有关更多详细信息，请参见“最终结果”部分）。

提示：同样对于事件注释，也可以方便地将O1焊接到I4（有关更多详细信息，请参见“最终结果”部分）。

第7步：将电源模块连接到第5步中应用的插头引脚上，并进行焊接。为了获得更整洁的设备，我通常选择将通道线（步骤6）穿过电源模块上未使用的过Kong。

提示：在执行此步骤之后，您应该已经能够通过连接电池，将其与计算机配对以及使用OpenSignals或BITadroid应用程序获取数据来在设备上运行一些测试。

步骤8：如果仅使用ECG传感器，则将一根导线焊接到AVCC，另一根焊接到VSS，另一根焊接到AGND。如果您还使用了加速度计和LED（如我的情况），则将三根导线焊接到AVCC（红色），一根导线焊接到VSS（黄色），将三根导线焊接到DGND（黑色）。

第9步：如果您仅使用ECG传感器，请跳过此步骤，否则拿起加速度计板，将AVCC导线（红色）焊接到AVCC引脚，将AGND导线（黑色）焊接到AGND引脚，将A4导线焊接到Z引脚，A3导线连接到Y引脚，A2导线连接到X引脚。

然后，您可以将传感器倒置在电源模块上的可用空间内。

提示：接下来，我们将继续使用ECG传感器，节省空间的步骤是使用剪线钳卸下插头上的塑料外壳。

结果是组装更加紧凑（参见下图）。

步骤10：拿起ECG传感器板，将AVCC导线（红色）焊接到AVCC引脚，将AGND导线（黑色）焊接到AGND引脚，将VSS导线（黄色）焊接到VSS引脚，并从MCU焊接A1导线连接到ECG传感器板上的A3引脚。

提示：如果将传感器板倒置焊接，则它们将隐藏在最终组件上，如下所示。

步骤11：翻转ECG传感器板，使其位于蓝牙模块的顶部。如果还使用LED，则将AGND线（黑色）焊接到AGND引脚，并将O4线从MCU焊接到O3引脚。

步骤12：使用例如胶枪将所有东西粘合到位。

结果：前面步骤的结果应该是与该步骤相似的美观紧凑的硬件。

画龙点睛

步骤1：连接电极电缆。

提示：剪掉插头上的锁定装置，以节省更多空间。

步骤2：连接电池。对我来说，这些都是为了实现尽可能最小的设备，所以我实际上使用的是500mAh的电池，而不是材料中所示的850mAh的电池，因为它更适合这种特定硬件配置的占地面积。

提示：在MCU和Bluetooth模块的背面添加双面胶带，以将电池固定到位。

第三步：根据您的喜好安排电极电缆；在我的情况下，我选择使其长度尽可能短，以制造出更实用的设备，因此将IN-和IN +导线缠绕起来时要考虑到我的脖子（参比电极所在的位置）与我的衣领骨头之间的距离（将连接测量电极的位置）。

提示：粘贴电缆时，应使IN +和IN-以尽可能直的角度从设备中出来。

步骤4：我已将参比电极包裹起来，使卡扣连接器位于装置的中心（以使装置在近似重心附近很好地保持平衡）。

提示：可以通过修整电极电缆的长度并将其直接焊接到ECG传感器板上来替换步骤3和4。但是，我发现这种特殊设置对于将来的维护来说是更好的（例如，如果需要，可以更容易地更换电极引线）。

第5步：打印出适合您设备整体尺寸的机壳（我刚刚按比例缩放并打印出了BITalino Freestyle的3D盒子模型之一）...

...并在参比电极以及IN +和IN-电极电缆上钻Kong。

提示：建议使用透明的材料来打印模型，以便LED可以发光。

结果

仅使用ECG可以简化此构建过程的几个步骤。但是，此特定版本的设备可通过ECG（A1），3轴运动数据（A2-A4）和电池电量（A6）为您提供一组非常酷的测量。此外，它还使您能够在每当感到不同的事情（例如，更强烈的心跳）时进行事件注释。

如果您阅读了完整的教程，则可以通过“无声”方式（通过触发O1）或通过视觉反馈（通过触发O4，依次激活LED）来完成事件注释。

实际上，将O4连接到I1（或另一个数字输入）和将O1连接到I4（或另一个数字输入）是可选的，因为您可以通过软件复制此目的。但是，这些连接将触发信号直接反馈给设备，从而为您提供了一种将注释与记录的数据一起存储的简便方法。

CubiKG设备：就是这样，它可以感知您的心脏，运动并接收事件。

软件工具

当前，您可以使用OpenSignals（r）进行实时可视化，记录和重放存储后的数据。心率变异性（HRV）分析的附件最近可用，这极大地促进了从数据中提取有意义的细节（例如，图3）的过程，这些细节可能更容易被您的医生检查。有时，移动起来更方便（例如，在房屋或办公室中漫游时），在这种情况下，David G. Marquez的BITadroid应用程序或Borja Gamecho的BITalino DataLogger都很方便。