Descrizione del progetto

Il dispositivo è nato dall'arrivo del mio nuovo oscilloscopio. Essendo proprio novellino nel settore ho potuto osservare il segnale che emetteva il mio sensore analogico per le pulsazioni e facendo una domanda sul forum [1], sono andato avanti con l'aiuto di impavidi compagni verso la realizzazione di un wearable.

Cerco sempre di mettere in pratica quello che imparo e fino alla realizzazione del progetto conoscevo solo transistor, condensatori e resistenze. Così, grazie alla team di sviluppo [claudiocedrone, DarwinNE, marco438, adert] il progetto ha preso la forma attuale ed dallo "studio dei segnali di un sensore analogico" è diventato "la maglia per cuccare in discoteca". Di questa trasformazione non mi assumo tutta la responsabilità, ma va ripartita tra i compagni citati e me.

Vorrei invocare anche l'utente Tony Stark che del progetto potrebbe cogliere e apprezzare l'effetto Iron Man.

Disclaimer

Ora le due-tre precisazioni di rito e poi di corsa alla realizzazione del progetto.

Disclaimer_1: Sono agli inizi della pratica hobbistica dell'elettronica, questo vuole essere un racconto di come abbiamo realizzato il progetto, non di certo una spiegazione su come si fanno queste cose.

Disclaimer_2: Per onorare l'aiuto che mi è stato dato e contribuire come posso a far crescere questa community mi dilungherò un poco nelle spiegazioni. Chi tra di voi è già esperto (più di me sicuro!) butterà un occhio allo schema e non avrà bisogno di perdersi nelle spiegazioni terra terra, vi chiedo solo di portare pazienza per chi approccia all'elettronica magari per la prima volta con questo tipo di progetti.

Disclaimer_3 Il progetto è, se ci fosse bisogno di precisarlo, completamente libero, open source e non è obbligatorio nemmeno citarmi se volete parlarne o modificarlo. Spero che almeno vi aiuti nel rimorchio!

Bill of materials - lista della spesa

Qui includo tutti i componenti che ho utilizzato per la realizzazione del progetto, proseguendo nell'articolo sarete in grado di operare eventuali modifiche:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Schema riordinato dal buon marco438, io ho apportato solo le ultime modifiche.

Se vorrete fare conquiste in discoteca vi serviranno i seguenti materiali:

BoM_pub.jpg

• una basetta millefori ad una sola faccia 30x70mm o simili su cui montare il tutto (dipende dalle vostre capacità)
• una batteria 9V
• una clip per batteria 9V
• un interruttore che regga almeno 100mA
• un condensatore poliestere da 0.33uF
• un regolatore di tensione 7805 ma basta anche un 78l05
• un condensatore poliestere da 0.1uF
• un sensore per le pulsazioni come questo
• un transistor MOSFET IRF520
• un cerchio led come questo del colore che preferite.
• un trimmer da 470 ohm
• un condensatore elettrolitico da 470uF
• cavetti e connettori vari, o solo cavetti se vi va di saldarli direttamente sulla scheda (ma potrebbe influenzare il tempo in cui vi togliete il tutto all'occorrenza. Uomo cablato...)
• vari ed eventuali.

E come funziona?

Il funzionamento è semplicissimo se dividiamo idealmente il circuito in 3 stadi: alimentazione, logica, effetto.

Lo Stadio di Alimentazione

Partiamo dallo stadio di alimentazione, racchiuso nel rettangolo rosso:

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Lo stadio dell'alimentazione è composto dalla batteria da 9V (ovviamente!), e da un interruttore che ci permette di accendere o spegnere il nostro dispositivo a seconda della situazione.

Dopo questi due componenti notiamo un limitatore di tensione 7805, questo componente ha il semplice compito di fornirci 5V che serviranno ad alimentare il sensore più avanti. Siccome non vengono utilizzate grandi correnti dal nostro sensore analogico, si poteva optare per un 78l05, il fratellino minore del suddetto. Io ho utilizzato quello che avevo e cioè il 7805.

L'istallazione del componente è semplicissima. Possiede tre pin: ingresso, comune/riferimento, uscita. L'ingresso è dove colleghiamo la batteria, il comune va sul potenziale di riferimento (0V) e l'uscita ci fornisce 5V costanti finché la batteria ce la fa. E quei condensatori? Come mi è stato suggerito nel forum, sono presenti nel datasheet del componente ed è la configurazione consigliata per fornire un'alimentazione più precisa.

Perché non utilizzare una resistenza? Una resistenza, stando a quando dice la legge di ohm, mi è stato fatto notare, non fornirebbe una tensione costante perché la batteria mano a mano perderà qualche volt.

Dal nostro stadio di alimentazione escono quindi 3 vie.

La numero 1 proviene direttamente dalla batteria e la utilizzeremo per alimentare i nostri led a 9V.

La numero 2 è la tensione stabilizzata a 5V fresca fresca dal limitatore 7805.

La numero 3 è invece il potenziale di riferimento OV.

Lo Stadio della Logica (o del controllo)

La via numero uno passa direttamente al terzo stadio, quello dell'effetto. Le altre si fermano nello stadio della logica che analizzeremo tra poco:

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Il protagonista indiscusso del progetto è il sensore analogico per le pulsazioni, vediamo come funziona:

sensore.jpg

Questo sensore ha bisogno di un'alimentazione da 3.3 a 5V e restituisce il battito cardiaco in percentuale all'alimentazione ricevuta. Mi spiego meglio: noi lo alimentiamo con 5V, quindi il battito più forte sarà 5V, così a scalare fino a 0V. Se volete farlo, potete pilotare un paio di led direttamente con questo segnale (utilizzando una resistenza in serie) e "vedere" il vostro battito che illumina i diodi.

Il sensore può essere anche costruito da componenti discreti, ma non avrà certamente le dimensioni piccole di quello che si trova già pronto in commercio, a meno che voi non siate dei Mandrake dell'SMD. Se vi interessa capire come fa ad individuare il battito cardiaco e come costruirlo, questo video dovrebbe chiarirvi abbastanza le idee.

Siccome il nostro sensore ci restituisce un segnale che è al massimo di 5V non può alimentare correttamente il cerchio led che invece ne richiede almeno 8. E come si pilota una tensione di valore più grande, con un segnale di valore più piccolo? Con il MOSFET, un particolare tipo di transistor in grado di fare da "intermediario" o più correttamente da interruttore o più correttamente da amplificatore.

Questo componente andrebbe studiato come si deve e non pretendo di essere esaustivo (non ne sarei nemmeno capace), dirò solo che ha tre pin. Uno chiamato Source, uno chiamato Gate e un altro chiamato Drain. Applicando o meno una tensione al Gate, questo chiude il circuito tra gli altri due pin e ci permette di accendere il nostro cerchio led con i 9V della batteria, agendo con un segnale più debole sul Gate. Tecnicamente le cose sono un tantino più complesse, ma se volete approfondire il sito è pieno di informazioni.[2]

Lo Stadio dell'Effetto

Ci siamo, ora sappiamo che dal nostro sensore preleviamo un segnale da 0 a 5V e che questo, venendo direttamente applicato sul Gate del transistor MOSFET, permette alla corrente della batteria di alimentare lo stadio dell'effetto.

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In questo stadio la situazione è semplicissima. Quando il MOSFET permette alla corrente di fluire entra in gioco un circuito R+C che include un resistore (in questo caso un trimmer) e un condensatore (in questo caso elettrolitico). A che servono questi componenti? A migliorare l'effetto, tecnicamente agiranno come integratore di segnale. Se non li avessi messi, il MOSFET avrebbe agito come un interruttore e gli stati sarebbero stati due: acceso o spento.

Una configurazione semplice come quella avrebbe funzionato, tuttavia non è piacevole alla vista perché avremmo avuto i led accesi a 9V per tutta la durata della pulsazione o spenti quando il cuore non batte. Possiamo fare di meglio e "addolcire" il segnale con un effetto sfumato verso lo spegnimento che sembra riprodurre il battito più fedelmente. Quando arrivano i 9V il condensatore comincia a caricarsi e ad aumentare la sua resistenza fino a rendere impossibile il passaggio di corrente, nel momento in cui i 9V mancano questi si scarica e fa spegnere lentamente i led. La velocità, o ripidità della curva, di questo effetto la si regola mediante il trimmer.

Ecco un'immagine del segnale generato dal dispositivo:

DS1Z_QuickPrint4.jpg

Se non avessimo utilizzato il circuito R+C "integratore di segnale" avremmo avuto un segnale quasi a onda quadra. Per verificarlo basta misurare il segnale senza il circuito R+C. Eccone un'immagine:

DS1Z_QuickPrint7.jpg

Così acchiapperemo molto di più, ve lo garantisco!

Il risultato finale

Ora che il funzionamento è stato spiegato nel modo migliore che mi riesce, vi mostro come l'ho montato su una basetta millefori 7*3 cm e un piccolo video del suo effetto finale. Il modello era timido, quindi ho dovuto tagliare un poco, ma vi assicuro che l'effetto è fenomenale dal vivo!

Un immagine del circuito montato su millefori (nel video credo sia ancora su breadboard)

vista_pcb.jpg

Dall'alto:

• Circuito con i collegamenti applicati (ho inserito un po alla menopeggio i dupont).

• Circuito nudo.

• Lato B (ho usato il filo di rame per le linee dell'alimentazione ma il tutto può essere fatto con vecchi reofori o in un milione di altri modi).

Conclusioni e avvertenze

Prima di tutto voglio liberarmi da ogni responsabilità qualora vi scambino per un venditore di contratti del gas con questo congegno addosso.

Aggiungo che non andrò davvero in discoteca con questa maglia, chi ha il coraggio di farlo ha la mia benedizione.

Avrete visto che non ho inserito dettagli sul montaggio eccetera, ma se non riuscite a replicare il semplicissimo schema e quei due collegamenti, suppongo sia meglio per voi studiare ancora un poco prima di cimentarvi nella replica della super maglia.

Ringraziamenti

I più sentiti ringraziamenti ai compagni di avventura claudiocedrone, DarwinNE, marco438, adert e all'Admin che proprio ora mi ha aiutato a formattare correttamente l'articolo. Queste persone non solo hanno reso possibile il progetto, ma incredibilmente divertente e istruttivo. Se volete una dimostrazione di quant'è bella, competente e accogliente questa community, leggete la discussione del progetto nel forum.

Disclaimer conclusivo: Lo ripeto, sono un principiante ancora al suo primo rocchetto di stagno, quindi è più che probabile che io abbia farcito l'articolo di abbondanti e imbarazzanti baggianate. Se qualcuno tra voi più esperti le nota e ha la gentilezza di farmelo sapere, provvederò a correggere l'articolo per evitare di propagarle.

Buona realizzazione e buone conquiste!!!