О чём речь
Биометрия давно перестала быть уделом лабораторий с дорогой аппаратурой: большинство перечисленных ниже модулей рассчитаны на радиолюбителя, стоят от одного до сорока долларов и отдают готовый результат по одной линии данных. Снимать с человека физиологический сигнал и заводить его в микроконтроллер оказывается проще, чем многие ожидают, — тяжёлую часть работы (усиление, фильтрацию, а иногда и распознавание) модули берут на себя.
Подборка собрана по принципу «совместимо с Arduino и годится для домашних экспериментов в биоинженерии». Датчики сгруппированы по тому, какой параметр человека они измеряют: отпечаток пальца, пульс, электрические свойства кожи и мышц, комплексные медицинские показатели, состав выдыхаемого воздуха и простое касание.
Сканеры отпечатка пальца
Первый вариант — оптический считыватель отпечатка. Это удобный в работе модуль, к которому есть готовые библиотеки и полная документация, так что старт получается быстрым: не нужно самому разбираться в форматах шаблонов и протоколе обмена. Ориентировочная цена — около 15 долларов.
Второй вариант — сканер GT511C1R. Он берёт на себя всю сложную часть: считывание и идентификацию отпечатка выполняют оптический сенсор и 32-разрядный процессор внутри самого модуля. В память помещается до 20 отпечатков, а распознавание работает при любом развороте пальца — на все 360°. Кроме собственно опознания, модуль позволяет выгружать из устройства изображения отпечатков, а также читать и записывать шаблоны отпечатков и базу данных.
Практическая разница между этими двумя решениями в том, что с GT511C1R микроконтроллеру остаётся лишь отправить команду и получить ответ «свой/чужой» — никакой обработки картинки на стороне Arduino не требуется.
Два способа померить пульс
Оптический датчик пульса подключается предельно просто: один аналоговый вывод для данных плюс VCC и GND, причём питание можно взять прямо с вывода 5V платы Arduino. Внутри стоит оптический датчик сердечного ритма с усилителем и схемой подавления помех, за счёт чего показания получаются быстрыми и стабильными. Чтобы снять пульс, датчик закрепляют клипсой на мочке уха или на пальце. К нему существуют пример кода и скетч для Processing, позволяющий наглядно вывести данные на экран. Стоит такой модуль примерно 3 доллара.
Пальцевый датчик сердечного ритма решает ту же задачу другим способом: он измеряет пульсацию крови в пальце с помощью инфракрасного светодиода и оптического транзистора. С Arduino он стыкуется по единственному выводу данных, а цена вопроса — около 2 долларов.
Кожа и мышцы: сигналы, которые выдают эмоции и движение
Модуль кожно-гальванической реакции в формате Grove измеряет электропроводность кожи. Проводимость меняется вслед за количеством пота на её поверхности, а потовые железы управляются симпатической нервной системой, которую возбуждают сильные эмоции. Получается цепочка: сильная эмоция — усиленное потоотделение — изменение электрических свойств кожи. Именно поэтому датчики такого типа применяются в детекторах лжи (полиграфах), где по ним отслеживают изменения физиологического состояния человека.
Мышечный датчик MyoWare регистрирует электрическую активность мышцы и выдаёт на выходе напряжение от 0 до 5 В — уровень зависит от того, насколько активна мышца (значения приведены для питания датчика от 5 В). Это позволяет управлять устройствами простым напряжением и расслаблением мышц. Конструкция модуля продумана так, что к нему напрямую крепятся биомедицинские электродные пэды, и подключить мышцу к Arduino оказывается несложно. Для ардуиновского датчика цена кажется высокой — порядка 40 долларов, — но возможности, которые он открывает, эти деньги оправдывают.
e-Health shield: медицинская телеметрия в одной плате
Если нужен не один параметр, а целая картина состояния пациента в реальном времени, есть шилд e-Health. Он работает с десятью различными датчиками:
- пульс;
- содержание кислорода в крови;
- воздушный поток при дыхании;
- температура тела;
- ЭКГ;
- глюкометр;
- кожно-гальваническая реакция;
- артериальное давление;
- положение тела;
- электромиография (активность мышц).
Собранные данные можно отправлять в облако для постоянного хранения либо сразу на телефон или ноутбук — по Wi-Fi, 3G, Bluetooth, GPRS или ZigBee. Для просмотра и анализа результатов есть приложения под Android и iOS. Сам шилд совместим и с Arduino, и с Raspberry Pi.
Алкотестер и сенсорная кнопка
Датчик алкоголя MQ-3 определяет концентрацию алкоголя в выдыхаемом воздухе — то есть это готовая основа для самодельного алкотестера. В обращении он очень прост: выходное напряжение меняется в зависимости от концентрации алкоголя, и дальше всё сводится к оцифровке этого напряжения.
Сенсорный датчик TTP223B ведёт себя как обычная кнопка, только без механики: это ёмкостный сенсорный выключатель на специализированной микросхеме. В покое на выходе низкий уровень, при касании пальцем соответствующей площадки — высокий. Если к датчику не прикасаются в течение 12 секунд, выход снова уходит в низкий уровень. Обойдётся модуль примерно в 1 доллар.
Похожие материалы на сайте
