Электронная система контроля за дыханием

Приборы, программы, файлы, приложения, работа в паре и т.д. ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕПАРАТЫ ЗАПРЕЩЕНЫ!
Ответить
Аватара пользователя
goodant
Сообщения: 15
Зарегистрирован: Ср дек 09, 2015 7:21 pm

Электронная система контроля за дыханием

Сообщение goodant » Пт июн 23, 2017 3:38 pm

Привет всем интересующимся!
Я уже больше года занимаюсь изучением изменения ритма дыхания во время сна и мне захотелось
поделиться с вами своими наработками и результатами.
Сама электронная система контроля состоит из самодельного сенсора дыхания и программы обработки.
Предварительно я изучил опыт других исследователей, в частности группы ребят на сайте Артема Синина
с его онейрографом.
Меня заинтересовал поясной вариант датчика дыхания как более стабильный в показаниях, чем микрофонный.
В качестве активного элемента сенсора дыхания был выбран аналоговый датчик Холла, показания которого
менялись в зависимости от движений постоянного магнита.
За это время конструкция датчика прошла несколько модернизаций, устраняющих выявленные недостатки. Сейчас
датчик стабильно работает в течении всей ночи и не боится переворачиваний тела во время сна.
Датчик подключен проводами к плате ардуино, где сигнал принимается и определяется ритм дыхания.
Для сохранения данных в лог используется смартфон или ноутбук с Bluetooth, т.к. ардуино не может
сохранить такой объем информации (за ночь примерно 25-30 тысяч отсчетов, с интервалом в одну секунду).
Совместно с датчиком дыхания используется маска, в которой есть акселерометр (датчик положения),
универсальная кнопка для активации некоторых функций и, конечно, светодиоды + наушник.
Акселерометр в маске позволяет отследить момент переворачивания, а нажатие на кнопку сообщает
системе, что спящий в это время пробудился.

Для примера привожу график ритма дыхания за один из сеансов.
Изображение

Пояснения к графику:
1. Верхний желтый график - акселерометр. Максимальное значение - тело на левом боку, минимальное - на правом боку.
2. Синий график - темп дыхания в минуту. От максимального 20 в минуту, до минимального 10 в минуту. Всплески на графике
бывают при переворачивании или снижении уровня сигнала от датчика, что приводит к ошибке вычисления ритма дыхания.
3. Красный график - нажимание кнопки на маске. У меня при этом произносится голосом в наушнике время и устанавливается отсрочка для срабатывания сигналов на маске.

В следующих постах планирую более подробно рассказать о конструкции датчика, маски и результатах опытов.

Аватара пользователя
goodant
Сообщения: 15
Зарегистрирован: Ср дек 09, 2015 7:21 pm

Re: Электронная система контроля за дыханием

Сообщение goodant » Сб июн 24, 2017 1:19 pm

Немного технической информации о датчике дыхания.
Я понимаю, что эта информация не всем интересна, но все же надеюсь, что кому-то поможет
избежать тех граблей, на которые наступил я в свое время.
На выходе аналогового датчика холла, который используется в сенсоре дыхания, сигнал
меняется в некоторых пределах. Проблема в том, что среднее значение сигнала, вокруг которого
колеблется дыхание, плавает в зависимости от натяжения ремня и положения тела во время сна.
Это сильно затрудняет программный анализ амплитуды дыхания.
Вот пример одного из первых графиков сигнала на выходе датчика (зеленый и красный графики).
ИзображениеИзображение
Для решения этой проблемы я подключил датчик через конденсатор. График, как и ожидалось,
выпрямился и стали видны интересные особенности. Несколько похожих циклов с возрастанием глубины
дыхания в середине цикла и спаданием к концу. В дальнейшем я использовал эту особенность для
определения фаз сна.
ИзображениеИзображение

Аватара пользователя
goodant
Сообщения: 15
Зарегистрирован: Ср дек 09, 2015 7:21 pm

Re: Электронная система контроля за дыханием

Сообщение goodant » Вс июн 25, 2017 1:39 pm

Конструкция датчика дыхания.

Вот собственно сам датчик дыхания.
Изображение

Когда дело дошло до практической реализации датчика дыхания, вылезли особенности,
которые вначале казались трудно решаемыми. Главная из них - короткий рабочий ход
сенсора дыхания (у моего датчика он оказался 15мм) и гораздо больший диапазон изменения
окружности ремня при дыхании. Сам ремень крепится внизу грудной клетки и
жесткое ограничение на расширение, равное рабочему ходу датчика, приводило к значительному
дискомфорту. Надо было расширить рабочий ход до 150мм и при этом датчик должен был
работать на всем этом диапазоне. Решением было применение скользящего хомута,
соединяющего сенсор с пластиковой полоской, движущейся в такт дыхания.
Изображение

Таким образом при значительном расширяющем/сжимающем усилии ремня хомут скользит вдоль полоски в новое
положение, а затем продолжает передавать сенсору движения дыхания.
Сон с таким датчиком стал комфортнее и его можно было использовать длительное время.
Хотя следует признать, что некоторый дискомфорт все таки есть и мне надо было какое-то
время для привыкания ко сну с датчиком.

Дальше я расскажу о маске и контроллере на ардуино.

Аватара пользователя
goodant
Сообщения: 15
Зарегистрирован: Ср дек 09, 2015 7:21 pm

Re: Электронная система контроля за дыханием

Сообщение goodant » Пн июн 26, 2017 12:04 pm

Интерактивная Маска

Изображение

Маска - по сути основной элемент, с которым взаимодействует сновидец во время сеанса.
Во первых она содержит датчик положения, фиксирующий движения тела. Без этого датчика
информацию о ритме дыхания было бы трудно привязать к действиям спящего и корректно
обработать. В маску также встроен датчик слежения за активностью глаз, но на практике
оказалось, что надежность его работы низкая и трудно извлечь информацию о фазах сна.
Сейчас я его практически не использую.
Второй элемент маски - кнопка. Я взял идею кнопки из масок NovaDreamer и DreamStalker.
Кнопка у меня выполняет несколько функций. Первая - проверка функционирования системы.
При нажатии кнопки две слабые вспышки сигнализируют, что передача данных между маской
и компьютером/смартфоном работает нормально. Кроме того при нажатии активируются часы,
проговаривающие время, что удобно для спящего. Еще нажатие кнопки отменяет подбуживающие
световые и звуковые сигналы, если они включились во время бодрствования.
Изображение

Скрашивают сон пользователя световые и звуковые сигналы. Я применяю зеленые светодиоды,
их яркости вполне хватает для отчетливого восприятия. Звук на наушник подается из смартфона
специальной программой, которая считывает/сохраняет информацию от датчиков. Также программа
анализирует эту информацию, выделяет фазы сна и управляет отправкой сигналов на маску. За
30сек до выдачи сигналов на маску подаются слабые вспышки, увидев которые пользователь
может, нажав кнопку, отменить основной сигнал. Такое бывает, когда уже проснулся, а программа
считает, что фаза БДГ в разгаре и пытается мне об этом сигнализировать.

Наушник в маске я использую под утро, т.к. раньше выдавать сигналы нет особого смысла из-за
глубокого сна и короткой фазы БДГ.

Аватара пользователя
goodant
Сообщения: 15
Зарегистрирован: Ср дек 09, 2015 7:21 pm

Re: Электронная система контроля за дыханием

Сообщение goodant » Вт июн 27, 2017 12:52 pm

Блок управления и программа на смартфоне.

При всей невзрачности конструкции, блок управления является самой сложной и трудоемкой
частью системы. В планах поместить этот контроллер в маску для избавления от проводов.

Изображение

Алгоритмы считывания показаний датчиков, выделения ритма дыхания, обмена
данными со смартфоном заняли львиную часть времени. Из-за непостоянства сигналов требовалось
сделать процесс обработки гибким к значительным измененим их амплитуды. Также была реализована
фильтрация единичных помех. В конечном счете функция определения фаз сна была вынесена в
программу на смартфоне и такое решение позволило быстрее дорабатывать/модернизировать
алгоритм, т.к. скорость разработки программы под контроллер ардуино ниже и отлаживать ее
сложнее. Сейчас контроллер блока управления осуществляет лишь первичную обработку сигналов, отладив
которую можно было сосредоточится на работе по выделению фаз сна и выдаче сигналов на маску.

Смартфон оказался удобной платформой для чтения данных и управления сигналами для сновидца.

Изображение

Беспроводное соединение по Bluetooth с контроллером ардуино позволяет помещать смартфон в
удобном месте, в т.ч. под подушкой, когда используются вибросигналы в БДГ фазе сна. Кроме того
система оказалась достаточно мобильной и ее можно взять с собой, например, в отпуск. Еще в
программе на смартфоне реализован диктофон для записи комментариев к снам. Активируется он
двойным нажатием на ту же кнопку на маске.
Смартфон на время сессии не надо обязательно держать подключенным к зарядке, за ночь тратится
примерно 20% емкости его аккумулятора.

В следующем посте я расскажу об интересных особенностях в графиках дыхания.

Аватара пользователя
goodant
Сообщения: 15
Зарегистрирован: Ср дек 09, 2015 7:21 pm

Re: Электронная система контроля за дыханием

Сообщение goodant » Ср июн 28, 2017 12:44 pm

Графики дыхания - характерные особенности.

Мною были записаны десятки графиков дыхания ночных и дневных сеансов сна. В них много общего,
что позволяет обобщить эту информацию. Я выделил из них несколько разных вариантов, по
которым может протекать каждый цикл сна. В зависимости от этого при каждом пробуждении спящий может
оказаться в разных состояниях, от которых зависит дальнейшее протекание процесса сна. Конечно,
самым интересным состоянием есть фаза БДГ, во время которой снятся неосознанные и осознанные
сновидения. Я думаю, что лучшее понимание этого процесса поможет вам успешнее выбирать разные
техники входа в осознанные сновидения или повысить их эффективность. Для этого вам не обязательно
иметь какую либо систему контроля за дыханием - достаточно просто оценить свое состояние
при очередном пробуждении.

Бодрствующее дыхание.

Изображение

Вторая часть этого графика - дыхание в бодрствовании.
Дыхание в бодрствовании очень неравномерное и ритм дыхания постоянно скачет. Я намеренно пытался
сделать его равномерным и похожим на сонное дыхание. Для этого пробовал слушать записанное
собственное дыхание во сне и подстраиваться под него, но получить хороший результат не удалось.
Видимо в бодрствовании дыхание живет своей собственной жизнью, не стремясь стать равномерным и спокойным.
Также я пытался понижать или повышать ритм дыхания относительно среднего уровни, т.е. дышать чаще
и неглубоко или реже и глубже. Сделать это на первый взгляд нетрудно, но на графике дыхания
была хорошо видна неравномерность такого искусственного ритма.

Первая фаза дневного/ночного сна.
Вот график типичной первой фазы сна, которая у меня следует при засыпании.

Изображение

Засыпание.
Длительность засыпания 10-15 минут.
При засыпании происходит неосознанное снижение ритма дыхания по определенной программе, видимо
заложенной на уровне инстинкта. Я сделал такой вывод на основе предыдущей информации о
бодрствующем дыхании. Я просто настраиваюсь на засыпание (или активирую эту программу) и дальнейший
процесс идет по какой-то заложенной схеме. Я сравнивал ритмы дыхания при засыпания по многим сеансам
и видел очень похожую картину, повторить которую осознанно я не могу.
Во время засыпания перед самим провалом в сон я чувствую непроизвольные вздрагивания мышц на теле
или руках, реже на ногах. Также внутренний диалог начинает визуализироваться, т.е. возникают
неяркие сценки в которых я с кем-то беседую или делаю что-нибудь руками. После этого следует провал в сон.

Фаза глубокого сна.
Фаза глубокого сна по ритму дыхания - самая спокойная и равномерная. Её легко различить на графике дыхания
визуально и с помощью программы. Она длится у меня около 20-30 минут. В это время я нечувствителен к внешним
сигналам. Были звонки в это время на мобильный, который лежал рядом и я ничего не слышал. Кроме этого я
никогда не просыпался самостоятельно на середине этой фазы, т.е. отключение было полным и так сказать
всеобъемлющим. Также я не помню снов, которые могли снится в этой фазе сна, когда просыпался сразу после её
окончания. В общем я пока не нашел ничего интересного в этой фазе сна, в т.ч. не вижу смысла посылать какие-либо
сигналы для инициализации сновидений в ней.

Выход из глубокого сна.
В конце фазы глубокого сна ритм дыхания остается практически прежним, но увеличивается его неравномерность.
Появляются небольшие всплески более частых вдохов-выдохов. Также могут быть микродвижения головой или телом.
Длится это состояние 2-10 минут. В большинстве случаев я пробуждался и переворачивался после этого. Также
большинство моих подъемов в туалет попадало именно на этот момент. Снов в этот период тоже скорее всего нет,
т.к. в записях дневника снов они не попадали на такие пробуждения. Состояние обычно очень сонное и тяга
опять заснуть очень сильная. Мне кажется, практиковать какие-либо техники входа в ОС в таком состоянии не
очень продуктивно.
Таким образом эта фаза сна предшествует фазе БДГ. Если вы проснулись с редким дыханием и вам при этом не снились
сны - значит вы проснулись именно в этой фазе. Впереди у вас фаза БДГ и, если вы быстро заснете, то скорее
всего увидите сон или сможете попасть в ОС.

Фаза БДГ
За фазой неглубокого сна следует фаза БДГ. Её длинна у меня примерно 10 минут. Для ритма дыхания в этой фазе
характерны неравномерности, как для бодрствования, с повышенной частотой. Они перемежаются со спокойными участками
с более низким ритмом дыхания.
Обычно в это время я вижу сны или ОС и, после пробуждения, хорошо их помню, особенно если проснусь с
повышенным ритмом дыхания. Если же пробуждение попадает на момент спада ритма, то сновидение помнится менее
четко или же моментально забывается.
Пробуждение во время фазы БДГ наиболее продуктивно для выполнения техник вхождения в ОС. Например, вы може
попробовать вернутся в сон, который только что видели. Мне удавалось так попасть в ОС - сознание возвращалось
в сюжет сна и я продолжал сновидеть уже осознанно.
Я практикую в этой фазе сна подачу световых и звуковых сигналов на маску.
Такие сигналы находят отклик на ритме дыхания, т.е. подбуживают или повышают мою осознанность во сне. Сны
обычно становятся более яркими, хотя такое происходит не всегда. Скорее всего степень восприимчивости к внешним
сигналам меняется со временем и зависит от состояния в данный момент времени. Здесь наверно уместно сравнение
сигналов со спичкой, поднесенной к дровам. Если дрова сырые - костер зажечь будет трудно.

40Hz
Сообщения: 4
Зарегистрирован: Пт мар 03, 2017 12:58 am

Re: Электронная система контроля за дыханием

Сообщение 40Hz » Чт июл 06, 2017 9:29 pm

Вижу, вы проделали большую и интересную работу. Но хотелось более подробно узнать о том, ощущаете ли вы во сне световые импульсы от маски? Ну, то есть, встраивается ли мигание подсветки маски в сюжет сна?

Кстати, тоже думаю сделать девайс для отслеживания фаз сна и сигнализации.
Ранее тоже на ардуине собирал устройство, отслеживающее движение глаз под маской. В маску встроил два ИК светодиода (один из них был излучателем, а другой работал как приёмник (за неимением нормального ик датчика)) и один красный led. Все датчики в маске расположил на одном глазу. Программа ожидала какое-то время, потом начиналась слежка за глазами, кратковременно несколько раз в секунду зажигался ик светодиод и считывалась информация с ик светодиода, подключенного к аналоговому входу. В случае, если несколько раз подряд фиксировалось изменение уровня ик сигнала, что сигнализировало об активном движении глаз, начинал мигать красный led в течение 10 секунд. Увы, но к этой маске так и не привык, просто не мог с ней уснуть. Ещё не приятно то, что за неимением нормального ик датчика, ик светодиод, выступающий в роли датчика, обладал низкой чувствительностью, из-за чего приходилось в момент анализа положения глаз подавать на ик led ток порядка 10 ма. И самое неприятное было то, что я чувствовал это излучение, просто оно ощущалось как пульсирующее напряжение внутри глаза в такт серии считывающих импульсов. Поэтому решил пока забросить это дело, вдруг окажется негативное влияние на глаз.

Теперь думаю, что, может, лучше отслеживать пульс методами фотоплетизмографии. Пульс во время фазы БДГ должен учащаться. Пробовал просто просвечивать подушечку пальца 3 мм светодиодом (красный, желтый, зеленый) - видна пульсация невооруженным глазом, то есть считать пульс будет не проблема. Сильнее всего фиксировал пульсацию на жёлтом спектре. Однако, на пальце такая штуковина будет неудобной, ведь нужно ещё и МК вместе с питанием закрепить. Хотелось бы сделать что-то вроде браслета, но тут уже на просвет не получится, тут нужно отраженный свет фиксировать, а там пульсация уже на глаз не заметна. Однако, всякие фитнес браслеты как-то умеют таким способом считывать пульс.

40Hz
Сообщения: 4
Зарегистрирован: Пт мар 03, 2017 12:58 am

Re: Электронная система контроля за дыханием

Сообщение 40Hz » Чт июл 06, 2017 9:33 pm

Ещё была идея считывать ритм дыхания или пульс акселерометром в наручных часах с android. Увы, но уровень пульсации полезного сигнала настолько мал, что полностью терялся в шумах датчика. Никакие фильтры бы не помогли очистить сигнал.

Аватара пользователя
goodant
Сообщения: 15
Зарегистрирован: Ср дек 09, 2015 7:21 pm

Re: Электронная система контроля за дыханием

Сообщение goodant » Чт июл 06, 2017 11:18 pm

40Hz писал(а):Ещё была идея считывать ритм дыхания или пульс акселерометром в наручных часах с android. Увы, но уровень пульсации полезного сигнала настолько мал, что полностью терялся в шумах датчика. Никакие фильтры бы не помогли очистить сигнал.
Да, вы правы насчет чувствительности датчика и выделении полезного сигнала. Я сделал несколько вариантов датчика, пока не получил приемлемый вариант. Плюс программная обработка тоже не совсем тривиальна и надо учитывать изменчивость сигнала с датчика.

Ответить

Вернуться в «Неавтономные способы освоения осознанных снов и путешествий вне тела»