심장 박동을 호흡 시각화 장치로 바꿔 보세요!

이 프로젝트에서는 Heart BioAmp Candy 를 사용해 ECG(심전도) 신호를 수집하고, 호흡할 때 발생하는 미세한 변화를 감지합니다. Arduino가 ECG 데이터를 처리하고, Breathing Monitor Web App 이러한 변화를 실시간 호흡 패턴 시각화로 변환합니다.

여러분이 들이마시면, ECG 신호의 R-피크는 일반적으로 작아집니다. 여러분이 내쉬면, 더 높아집니다. 시스템은 이러한 변화를 추적하여 호흡 단계를 추정하고, 이를 애니메이션 풍선으로 생생하게 보여 줍니다. 풍선은 숨을 들이쉴 때 부풀고 내쉴 때 수축합니다.

또한 다음 항목을 실시간으로 시각화하여 확인할 수 있습니다: ECG 파형, R-peak 엔벌로프, 호흡 강도. 이를 통해 호흡할 때마다 신호가 어떻게 변하는지 명확하게 확인할 수 있습니다.

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STEP 1. 준비물

하드웨어

1. Heart BioAmp Candy
2. Arduino Uno R4 Minima
3. 점퍼 와이어
4. BioAmp Snap Cable v3
5. 젤 전극
6. USB Type-C 케이블
7. 알코올 솜
8. 노트북 또는 PC

소프트웨어

1. Arduino IDE
2. Google Chrome, Brave 또는 Opera와 같은 Chromium 기반 브라우저
3. Heart BioAmp Arduino 펌웨어

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STEP 2. 작동 원리

The Heart BioAmp Candy 는 ECG 신호를 캡처하여 처리를 위해 Arduino로 전송합니다.

호흡하면 ECG의 R-피크 진폭이 변합니다. 펌웨어는 이러한 변화를 분석하여 호흡 단계—들숨, 날숨 또는 숨 참기—를 감지합니다.

처리된 데이터는 Breathing Monitor Web App으로 전송되며, 이 앱은 풍선 애니메이션, ECG 파형, R-피크 엔벨로프, 호흡 강도 및 숨 참기 타이머를 사용해 호흡을 실시간으로 시각화합니다.

호흡 → ECG 변화 → R-피크 분석 → 호흡 감지 → 시각적 피드백

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STEP 3. 하드웨어 연결

1. 다음 장치를 Heart BioAmp Candy 와 Arduino Uno R4 Minima 를 점퍼 와이어로 연결하세요.
2. 다음 연결을 수행하세요: VCC (Heart BioAmp Candy의)을 5V (Arduino의)에 연결하세요.
3. 다음 연결을 수행하세요: GND 를 GND에 연결하세요.
4. 다음 연결을 수행하세요: OUT 을 A0에 연결하세요.
5. 회로에 전원을 공급하기 전에 모든 연결을 다시 확인하세요.
6. 다음 사항을 확인하세요: VCC와 GND 연결이 서로 바뀌지 않았는지확인하세요. 전원 연결이 잘못되면 센서가 손상될 수 있습니다.

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STEP 4. 피부 준비

1. 다음 도구를 사용해 전극 부착 부위를 닦으세요: 알코올 솜 또는 Nueprep.
2. 피부의 먼지, 유분 및 땀을 제거하도록 부드럽게 닦으세요.
3. 전극을 부착하기 전에 피부가 완전히 마르도록 하세요.
4. 전극이 피부에 더 잘 접촉하고 신호 품질이 향상되도록 피부를 깨끗하고 건조하게 유지하세요.

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STEP 5. 전극 부착

BioAmp Snap Cable v3를 젤 전극에 연결하세요.

전극의 뒷면을 벗겨 가슴에 부착하세요.

다음과 같이 부착하세요:

1. IN−(검은색 와이어): 가슴 왼쪽
2. IN+(빨간색 와이어): IN−에서 오른쪽으로 약 2–3 cm 떨어진 곳
3. REF(노란색 와이어): 가슴의 가장 오른쪽 또는 적절한 다른 뼈 부위

전극이 단단히 부착된 상태를 유지하고 과도한 움직임을 피하세요.

팁: 더 나은 신호를 얻으려면 편안하게 앉아 기록하는 동안 되도록 움직이지 마세요.

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STEP 6. Arduino 펌웨어 다운로드

Arduino 펌웨어와 Breathing Monitor Web App은 다음 저장소에서 사용할 수 있습니다: Heart BioAmp Arduino Firmware 저장소.

1. 다음 저장소를 여세요: Heart BioAmp Arduino Firmware GitHub 저장소.
2. 초록색 Code 버튼을 클릭하세요.
3. 다음을 선택하세요: Download ZIP.
4. 다운로드가 완료되면 ZIP 파일을 컴퓨터의 폴더에 압축 해제합니다.
5. 압축을 해제한 폴더를 열고 08_Breathing_Monitor 폴더를 찾습니다.
6. 이 폴더에는 프로젝트에 필요한 Arduino 펌웨어 및 Breathing Monitor 웹 앱 이 들어 있습니다.

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STEP 7. 펌웨어 업로드

1. Arduino 연결
2. 다음 Arduino Uno R4 Minima 를 USB Type-C 케이블을 사용해 컴퓨터에 연결합니다.
3. 펌웨어 열기
4. 08_Breathing_Monitor 폴더를 열고 .ino 파일을 두 번 클릭합니다. 그러면 Arduino IDE에서 파일이 열립니다.
5. 보드 패키지 설치
6. Arduino IDE에서 도구 → 보드 → Boards Manager로 이동합니다. 다음을 검색합니다: Arduino UNO R4 Boards 를 검색하고 최신 버전을 설치합니다.
7. 보드 선택
8. 다음으로 이동합니다: 도구 → 보드 → Arduino UNO R4 Boards → Arduino Uno R4 Minima.
9. 포트 선택
10. 다음을 엽니다: 도구 → 포트 를 열고 Arduino에 할당된 포트를 선택합니다.
11. 펌웨어 업로드
12. Arduino IDE에서 Upload 버튼을 클릭하고 프로세스가 완료될 때까지 기다립니다. 업로드가 성공적으로 완료되면 Arduino를 Breathing Monitor Web App에서 사용할 준비가 된 것입니다.

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STEP 8. 신호 품질 개선

ECG 신호는 주변 환경의 전기적 간섭을 쉽게 받을 수 있습니다.

더 깨끗하게 기록하려면 다음을 따르세요:

1. 노트북의 충전기를 분리합니다.
2. AC 전원으로 작동하는 가전제품에서 몇 미터 이상 떨어져 있습니다.
3. 몸과 전극 케이블을 최대한 움직이지 않게 유지합니다.
4. 전극이 피부에 잘 접촉되어 있는지 확인합니다.

이러한 방법은 ECG 신호의 노이즈를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

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STEP 9. Breathing Monitor Web App 열기

펌웨어를 업로드한 후 Breath_Monitor_Web_App 폴더를 열고 index.html을 더블클릭하여 다음과 같은 Chromium 기반 브라우저에서 실행합니다: Chrome, Brave 또는 Opera.

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STEP 10. Arduino 연결

1. 웹 앱을 열고 오른쪽 상단의 Connect 를 클릭합니다.
2. 사용 가능한 직렬 장치 목록이 표시됩니다.
3. 사용 중인 Arduino 보드 를 선택하고 Connect를 클릭합니다.
4. 보드가 CDC로 표시될 수 있습니다.

팁: 장치 목록이 복잡하게 표시되면 Bluetooth를 잠시 꺼서 Arduino를 더 쉽게 식별할 수 있습니다.

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STEP 11. 호흡 모니터 보정

장치를 처음 연결하면 보정 창이 나타납니다.

1. 시작 버튼을 클릭 하여 보정을 시작합니다.
2. 잠시 카운트다운이 진행된 후, 안내에 따라 다음 세 가지 호흡 단계를 수행합니다:
3. 정상 호흡: 약 6초 동안 평소처럼 호흡합니다.
4. 깊게 들이마시고 참기: 깊게 숨을 들이마신 후 약 6초 동안 참습니다.
5. 천천히 내쉬기: 약 6초 동안 천천히 숨을 내쉽니다.
6. 정확한 보정을 위해 각 단계를 안내에 따라 수행하세요.

보정 과정에서는 호흡 중 ECG 신호의 변화를 기록하고, 이를 사용해 호흡 패턴에 맞게 풍선의 반응을 조정합니다.

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STEP 12. 호흡 시각화

보정이 완료되면 평소처럼 몇 차례 호흡하면서 시각화를 관찰하세요.

1. 들이쉬기: 풍선이 서서히 부풀어 오릅니다.
2. 내쉬기: 풍선이 서서히 수축합니다.

웹 앱에서는 다음과 같은 실시간 신호 시각화도 제공합니다:

1. ECG 신호: ECG 파형을 실시간으로 표시합니다.
2. R-피크 포락선: ECG R-피크 진폭의 변화를 보여 줍니다.
3. 호흡 강도: 현재 호흡 단계의 추정 강도를 나타냅니다.
4. 유지 타이머: 깊게 숨을 들이마시고 참기 시작하면 카운트를 시작합니다.

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STEP 13. 시스템 재보정

전극의 위치, 신체 움직임 및 기타 요인으로 인해 ECG 신호가 달라질 수 있습니다.

풍선이 호흡에 정확하게 반응하지 않으면 보정 버튼을 클릭하고 보정 과정을 다시 수행하세요.

재보정을 수행하면 시스템이 현재 신호 범위에 맞게 조정되어 호흡 시각화의 반응성이 향상됩니다.

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STEP 14. 문제 해결

1. Arduino가 감지되지 않음: USB 연결, 펌웨어 및 선택한 포트를 확인하세요.
2. 신호에 잡음이 많음: 충전기를 분리하고 AC 장치에서 멀리 이동한 다음 전극 위치를 확인하세요.
3. 풍선이 잘못 반응함: 보정을 다시 실행하세요.
4. 신호가 약함: 전극 접촉 상태, 케이블 연결 및 전원을 확인하세요.

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STEP 15. 결론

이제 끝입니다! ECG 신호를 캡처하고 R-피크 변화를 분석하며 호흡을 실시간으로 시각화하는 ECG 기반 호흡 모니터 를 만들었습니다.

다양한 호흡 패턴을 시도하고 ECG 및 호흡 신호가 어떻게 변하는지 관찰해 보세요. 전체 펌웨어와 웹 앱은 Heart BioAmp Arduino Firmware 저장소에서 확인할 수 있으며, Heart BioAmp Candy 문서도 함께 제공됩니다.

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원문: https://www.instructables.com/Monitor-Your-Breath-in-Real-Time/