製作時間:5 小時 製作難度:★★★★☆ GEEK指數:★★★★☆
介紹：
在本教程中我將演示如何製作一個“心電圖儀”（EKG），它通過粘附在皮膚上的電極引線檢測你的心跳頻率,通過輸出信號控制一盞 LED 小燈的明暗，每檢測到一次心跳就亮一次。你可以在 Radio Shack 上買到所有所需的電路元件。這一工程的總費用大概在 30 美元左右。本工程可能對一些不熟悉如何使用萬用表及如何通過它來對電子器件進行簡單的故障排除的童鞋太過困難了。先來看看它的應用範圍：——生物反饋：學習如何隨意操縱你的心跳頻率，並檢測你的想法和行爲對心跳的影響。詳見維基百科： 生物反饋——放鬆：在感到鴨梨太大的時候可以讓你注意放慢自己的心跳。你身體的其他部位也會放慢節奏的。——裝飾：你可以把它當作戲服的一部分。有人想試試裝上這個電弧反應器變身成爲脈衝鋼鐵俠嗎？工作原理：
這一電路將檢測並放大你的每次心跳產生的電子脈衝。你的皮膚就像一個巨大的天線，能吸收許多噪音和干擾，所以我們需要一個差分放大器來有效地消除任何不需要的輸入信號。差分放大器有兩個輸入端口，共用一根地線。兩個輸入端中的任何相同的電壓都將被有效地消除，而兩端之間的電壓差（例如心肌的極化）則會得到很大的放大。我想將這個設備主要用於生物反饋和裝飾的方面，因此我們不打算探究心電儀輸出的複雜情況。不過你要是想要做出一臺全能的心電儀，那麼可以將本電路的差分放大器部分的輸出連接到一臺示波器上，你應該就能（我還沒有試驗過）得到你所需要的全部功能了。不過，有人留言提到決不能把連着你的身體（特別是你的心臟）的業餘電路連接到你的家用電路上。如果你想要使用示波器，那應該選用電池驅動的型號，或者採取措施，將電路和示波器隔離開，避免導電。而我只是想做一臺會隨着我的心跳閃爍燈光的設備罷了。爲了得到乾淨的脈衝信號，我在差分放大器的輸出端添加了一個單穩態定時電路，它能把輸出信號轉換爲寬度可調的方波。你可以在下面的鏈接查到更多信息，幫助你理解該電路的細節。注：本人可不是醫學專家，所以對實際製作和使用本設備的風險概不負責哦~維基百科： 差分放大器維基百科： 心電圖描寫器Scribd： 單穩態定時電路 1 工具和材料請注意：本教程分成兩個部分，分別是電路和封裝。學會製作本電路的完全複製品的部分應該是沒有難度的。但是，我在封裝的環節利用了大量手邊的材料以及從廢棄裝置中拆下的部件。封裝對該設備的功能而言無足輕重，只是爲了方便搬運和裝飾美觀的目的。封裝的方法應該可以套用在類似的材料上。發揮一點奇思妙想，你就能毫不費力地做出和我類似的封裝，甚至比我的更給力。電路所需：○ 焊錫（可選）○ 漆包線○ 線材——24 美國線規○ 3 個硬幣○ 超亮發光二極管○ 555 時基集成電路○ LM324 四運放集成電路○ 2N3904 晶體管（NPN 型）○ 9 伏電池連接器○ 9 伏電池○ 2 個雙位接線端子○ 單刀單擲開關○ 電路板（有足夠的空間供你發揮）○ 電容器:4 個 10 微法電解電容1 個 100 微法電解電容1 個 1 微法電解電容1 個 47 微法電解電容1 個 470 微法陶瓷電容6 個 0.1 微法陶瓷電容1 個 0.01 微法陶瓷電容○ 電阻:2 個 100 千歐分壓計1 個 4.7 千歐2 個 10 千歐3 個 10 兆歐1 個 47 千歐4 個 100 千歐1 個 470 千歐1 個 1 千歐● 烙鐵（手藝人有賣）● 繞線工具● 剝線鉗● 萬用表（手藝人有賣）● 砂紙● 打火機或手電筒● 小平頭螺絲刀● 無焊原型電路板● 記號筆● 膠帶外殼所需（可選）：○ 各種相機部件或金屬零件（隨意發揮）○ 泡沫聚苯乙烯廢料○ 貨物捆綁帶，筆記本包用的那種○ 2 對小的螺帽螺母○ 3 顆機器螺釘○ 2 個帶有夾子的 D 形環○ 4 顆十字螺絲釘○ 4 個和上述螺釘配合的螺紋支座○ 工程外殼● 填充樹脂（Alumilite 有賣）● 十字螺絲刀（手藝人有賣）● Dremel 電磨● 鑽頭● 衝剪● 熱熔膠槍● 尺 2 組裝原型電路板● 首次製作任何電路的新手，第一步總歸是把各個元件組裝在麪包板上。這一步可以讓你1.熟悉電路2.在把元件焊上去之前找出任何有問題的元件。3.有邏輯地安排元件的位置，讓你更容易佈置電路板上的走線。4.在這個不太讓人抓狂的情況下先排除一部分故障。 2.1 第一部分：複製一份電路原理圖● 打印一份電路原理圖（黑白的就行了，別浪費彩墨）。● 電路框圖 大圖版 ： 2.2 第二部分：佈置麪包板● 按照電路圖將你的元件放置在電路板上。● 點擊這個鏈接可以找到 電路圖符號表 。● 點擊這個鏈接可以找到麪包板試驗概述（ PDF文件 ）。● 在你將元件組裝到原型電路板上時，用記號筆在打印的電路框圖上標識出所組裝的路徑和元件。這可以讓你步步爲營，避免漏掉哪一部分。 2.3 第三部分：製作電極引線● 網上有許多賣自動粘附電極的地方，不過除非你有裝飾需求，或者需要大幅活動，否則並不需要這東西。你可以在視頻的最後一步看到它對運動有多敏感。● 要想自制電極引線，你需要三個銅質硬幣。理想情況下，它們的表面應該非常地光滑，不過只要稍稍用砂紙磨一磨硬幣就可以滿足我們的需要了。● 將每一個硬幣分別和一根長 1 米或以上的導線焊接起來。圖 中將其中一個硬幣和另外兩個區別開來（例如，用不同顏色的硬幣，或者在那顆硬幣上記上日期）。你之後將會需要方便地識別出這根地線。另外兩根電極引線不需要特意區分開。我用從 Radio Shack 上買的焊錫把導線和硬幣焊在了一起。在每顆硬幣和相連的導線之間的界面上塗上一點焊錫，放在火焰上烤，直到它牢牢地粘住兩個表面。做出來的電極引線不是很好看，不過可以節約你 10 美元。 2.4 第四部分：準備測試● 把電池和電極引線接上電路板上的電路。先別把它們連到你的身上。 3 測試電路板別怪我婆婆媽媽的，你最好（特別是如果你只有一套元件材料的話）打印另一份電路圖，重新檢查一遍你的接線，雙重保險：—— 電解電容的方向放對了嗎？—— 兩個集成電路的方向放對了嗎？—— 發光二極管的方向放對了嗎？ 3.1 第一部分：試水● 如果你覺得萬事俱備了，那麼就給電路通電吧。花一分鐘時間觀察電路板，確保沒有東西燒掉了。燒焦的味道往往是你意識到有東西出錯了的首個信號。另外，觸摸一下集成電路的背部。如果它們變熱了，那趕快關閉電源。它們接錯了。● 你有可能會發現發光二極管發光了，不過如果沒有發光也沒神馬問題。● 關閉電源。 3.2 第二部分：短接二級電路首次調試電路分一下幾步進行更方便。● 斷開連接晶體管和 555 集成電路 2 號（觸發）引腳的導線。● 從555芯片的3號管腳上將LED燈的陽極斷開。● 直接將發光二極管的正極和晶體管連接起來（使用剛纔斷開的引腳）。這樣你就繞過了將信號整形爲乾淨的發光二極管脈衝的電路。暫時去除了這一干擾，發光二極管現在將會反映出差分放大器實際檢測出的脈衝。 3.3 第三部分：貼上電極引線● 接通電路。● 用些膠帶把電極引線和你的身體連起來。我試過很多種膠帶，包括醫用膠帶，發現防水膠布最合適。每個電極用一道 3 英寸乘 1 英寸的膠布就足夠了。● 貼電極的方法無窮無盡，每一種都會使你的心臟搏動生成不同的“圖片”。圖中所示的貼法很方便做調整：將地線電極貼在你下腹部的左側，把另外兩個電極貼在你的左側胸肌下方。3.4 調試第一階電路● 調試電路圖上標爲 R12 的分壓計，直到獲得最清晰的發光二極管信號。● 請注意：如果你將電極引線接在同一塊肌肉上，它們會獲取這塊肌肉收縮時產生的電子脈衝。你要麼摒住那片肌肉羣不動，要麼就把電極引線接到別的地方去好了。● 數下在 10 秒內發光二級光閃爍的次數，然後乘以 6，算出檢測出的每分鐘心跳數，把它和你的脈搏比較一下。確保你記錄下的是心跳而不是什麼別的東西哦。 3.5 調試第二階電路如果上一步中你的發光二級管頻閃正常，那就可以把電源關掉了。重新把第二階電路接進來：
● 重新把連接晶體管和 555 集成電路 2 號（觸發）引腳的導線連起來。● 重新連接 555 集成電路 3 號（輸出）引腳和發光二極管正極。 打開電源。調節電路圖上標爲 R14 的分壓計，直到發光二極管能正常閃爍。如果發光二極管太暗了，那麼可以減小電路圖上標爲 R15 的電阻的阻值。 4 組裝電路4.1 第一部分：組裝電路板● 在你的電路板上安放元件，並焊接到位。 ● 別把元件的引線長度剪到半英寸以下，否則之後連線時會出現麻煩的。再打印一份電路圖以便於安裝時檢查各個元件。● 焊接教程● 請注意：如果你的電路板帶有母線，那麼在安排元件時小心地規劃一下可以大幅減少你之後需要佈線的數量，走線也更漂亮更有秩序感。 4.2 第二部分：連線● 用繞線工具將剩餘的連線接上。 4.3 第三部分：功能測試● 將電池和電極引線連上適當的位置。● 給電路板通電，把電極引線貼在身上。你可以需要略微調整分壓計，不過你應該能夠看到和模擬電路板上一樣清晰乾淨的發光二極管脈衝。● 現在你已經完成了電路的製作。● 排錯：如果你到了第三步，發現電路無法正常工作，試試如下方法：——打印一份電路圖，一個元件一個元件地檢查， 是否每個都正確連接了。——反覆檢查你的集成電路、電解電容和發光二級光的方向是否正確。——檢查是否有虛焊。——用萬用表檢查電路中是否存在斷路。——檢查 LM324 的 4 號引腳和 11 號引腳之間的電壓和 555 的 1 號引腳和 8 號引腳之間的電壓 。 5 組裝外殼請注意：在製作外殼時我使用了一些手邊的零件，因此你可能無法做出和我一模一樣的外殼。不過，你可以簡單地用類似的東西作替代品。 5.1 第一部分：把電路板安放在外殼中● 將螺紋支架安裝在電路板上。 ● 將它放在工程外殼中定位。 ● 調配足量的充填樹脂，倒入外殼中，形成一層 1/8 英寸的鋪墊。 ● 等到填充的樹脂完全凝固了以後，將螺釘和電路板取出。● 這樣不僅讓你的電路板在外殼中安枕無憂，樹脂還能將外殼的導電金屬表面和引線絕緣阻隔開來。 5.2 第二部分：製作發光二極管燈架● 最簡單的辦法是使用便宜的商業發光二極管燈架。在圖中我展示了 4 種燈架。你可以在幾乎任何地方找到賣電子器件的：Radio Shack、Fry's Electronics 等等。● 我選擇了比較複雜的方法。我想要給我的發明增添些蒸汽朋克風格，因爲硬幣作電極已經有那麼點味道了。因此我在雜物箱中翻箱倒櫃，找出了些舊的相機部件。 ● 我首先用圖示的部件製作了發光二極管的外殼。 ● 我把發光二極管放在這個大禮帽一樣的外殼中，在裏面灌入 2/3 的熱膠。 ● 拿來一個乒乓球，剪出正好與“禮帽”大小相當的一片來，蓋在發光二極管上面。 ● 然後我插入一塊大小適當的透鏡，將它用螺釘擰在蓋子上。● 這樣一個燈架讓發光二極管呈現出美麗的瀰漫光暈。 ● 接着我找到了一片三面星形金屬，我覺得它可以很好地裝飾我剛纔製作的燈架。我把這片星形面朝下放在一些橡皮泥上，然後把“禮帽”面朝下放在正中。 ● 我在這兩個部件之間倒入了一些充填樹脂，讓它們能牢固地粘在一起。● 我還找到了一塊圓形金屬盤，正好和“禮帽”的帽口相配合，並能密封住充填樹脂。我用 Dremel 電磨在充填樹脂上鑽了 3 個小孔，用螺釘通過它們將金屬盤固定到位。在每個螺釘孔上滴上一滴強力膠可以確保螺釘不鬆動。最終成品如圖所示（我還換了個白色的發光二極管）。 5.3 第三部分：裝配發光二極管燈架● 標記下你要給發光二極管燈架鑽孔的地方。如果鑽頭無法達到所要鑽的孔的大小，那麼先鑽一個可以讓衝剪進入的孔，然後用衝剪一個一個擴出所需的大小。用銼刀或者 Dremel 電磨倒角並磨平多餘部分。 ● 用幾顆機器螺釘將發光二級光燈架固定在外殼上。 5.4 第四部分：給電極引線開條路● 在外殼上鑽出一個孔，讓電極引線通過。爲了美觀，我用鋁質發光二極管燈架作爲導孔套管。 5.5 第五部分：添加揹帶● 在外殼的兩側各鑽一個孔，用兩對小螺栓將 D 形環固定好。用 D 形環夾住揹帶。現在外殼已經完成了。 6 大功告成6.1 完工● 將你完工的電路板插入外殼中，用螺釘固定到位。● 將電極引線穿過外殼頂部，固定在相應的引腳上。● 將你的發光二極管引線固定在相應的引腳上。● 如果你和我一樣用的是金屬外殼，你就需要將它連到電路板的地線上，否則你的電路會受到許多幹擾。● 裁下一些泡沫聚苯乙烯廢料，將 9 伏電源安放好。 6.2 精彩時刻● 請注意：你會發現發光二極管持續亮上幾秒鐘的情況，這可能是由於把電極引線貼在了我胸部的同一塊肌肉上，要是我的皮膚和電極臨時失去接觸也可能發生這種情況。 7 有外型更時髦的成品哦~嫌棄上面介紹的所謂“心電圖儀”外觀笨重木訥不圓滑，不討MM歡心？這裏有更小巧精緻的吊墜版本！
美美地掛在頸項上，你就可以根據不同的環境和需求切換四種模式啦——好好利用哦：全關：山寨模式。吊墜會以75bpm閃動全部6個LED，這個模式可以在沒有心率帶的情況下正常閃動吊墜，當然也可以用於隱藏內心的不淡定。左開右關：正常模式。LED會隨心跳閃動，閃的越快當然就是心跳越快了。就算不經過培訓也可以輕鬆看出70bpm和100bpm的區別，比起揣摩心思要直觀多了。左關右開：活動模式。點亮的LED數目可以指示一定時間範圍內的心跳bpm值範圍，同時也可以用作節電模式。對照表：80bpm以下，2 LEDs；80-90bpm, 3 LEDs；90-100bpm, 4 LEDs；100-110bpm, 5 LEDs；120bpm以上，6 LEDs全開：循環閃動模式。每心跳一次6個LED會逐個閃動一次。
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