Arduino Nano Bundle: CrazyCircuits, DFRobot Sensoren & Werkzeuge – Projekte mit Vertrauen umsetzen

Komponenten und Zubehör

Arduino UNO	×	1
Arduino Nano R3	×	1
Brown Dog Gadgets Crazy Circuits Robotics Board	×	1
Brown Dog Gadgets Crazy Circuits Sewing Deluxe Kit	×	1
DFRobot Gravity: Analoger Herzfrequenz-Monitor (EKG) für Arduino	×	1
DFRobot Gravity: Herzfrequenz-Sensor für Arduino	×	1
Brown Dog Gadgets Leitfähiges Klebeband (derzeit nicht im Online-Shop erhältlich; Kontakt: Joshua Zimmerman)	×	1

Benötigte Werkzeuge und Maschinen

• Nähmaschine (beliebig)

Apps und Online-Dienste

• Arduino IDE

Über dieses Projekt

Dieses Projekt verbindet meine Blumenmalerei auf Stoff, einen Arduino Nano als Mikrocontroller, Komponenten von CrazyCircuits und einen Herzfrequenzsensor von DFRobot. Die Herzfrequenz steuert das Blinken von in das Kleid eingenähten LEDs. Der Entstehungsprozess wurde erstmals auf Hackaday.io dokumentiert. Das Projekt demonstriert zudem, dass Fitness- und Gesundheitsprodukte nicht auf Armbänder beschränkt sein müssen – warum nicht Sensoren und Monitore in schöne Kleider oder Alltagskleidung integrieren?

1. Basisschicht

Ich malte meine Lieblingsblumen, die vor unserem Apartmentkomplex wachsen, und druckte das Motiv auf Minki-Stoff – ein sehr glatter, weicher Stoff. Daraus sollte ein Kleid entstehen.

Der erste Schritt war eine Basisschicht: Ein Neckholder-Kleid aus Tüll, zugeschnitten nach einem Schnittmuster.

Ich liebe Tüll und Bänder, besonders wenn sie transparent sind.

2. Grafik-Platzierung

Nun galt es, die Platzierung der Grafiken zu planen. Ich entschied mich, Blumen und menschliche Figur entlang ihrer Konturen auszuschneiden und Stück für Stück auf die Tüll-Schicht zu nähen – viel Handarbeit.

3. LED-Test

Von CrazyCircuits erhielt ich große LEDs und Münzbatteriehalter mit großen Löchern zum Annähen, dazu leitfähiges Klebeband und ein Testboard – das Schaltungstesten wurde so sehr einfach.

Ich nutzte die Komponenten auch für ein anderes Projekt mit externer Stromversorgung.

Vor dem Einbau testete ich immer, wie die LEDs durch den Stoff scheinen. Dies war noch nicht die finale Platzierung, nur ein Helligkeitstest.

4. Herzfrequenz-Monitor

Ursprünglich wollte ich einen kleinen Pulssensor am Ohrläppchen als Ohrring tragen, doch die Messwerte waren instabil und die Pulsform ergab keinen Sinn.

Also wechselte ich zu einem analogen EKG-Herzfrequenzmonitor – und er funktionierte hervorragend.

Die Elektroden werden an drei Körperstellen angebracht.

Ich nutzte denselben Code wie für den Pulssensor und passte die Schwellenwerte anhand der im Serial Plotter angezeigten EKG-Ausgabe an. Den Schwellenwert im Code so justieren, dass die LEDs bei den Spitzenwerten blinken. Jeder Zyklus zeigt zwei Hauptpeaks: Man kann die LEDs einmal pro scharfen Primärpeak oder zweimal (Primär- und Sekundärpeak) blinken lassen.

Hinweis: Das Arduino Nano Board von CrazyCircuits benötigt den alten ATmega328P-Bootloader.

5. Weiche Schaltung (Soft Circuit)

Nach erfolgreichem Schaltungstest musste die Schaltung mit leitfähigem Faden eingenäht werden. Zunächst galt es, die Komponentenpositionen festzulegen.

Alle Komponenten sollen zwischen der bemalten Stoffschicht und der Tüll-Basisschicht verschwinden – daher war eine weitere Zwischenschicht (Interfacing) nötig, auf der die Komponenten aufgenäht werden. Aber wie die Positionen auf diese Schicht übertragen?

Ich klebte die LEDs provisorisch an die gewünschten Stellen auf der Grafik, markierte die Positionen auf Papier und nähte die LEDs zusammen mit dem Papier auf den transparenten Tüll – so übertrugen sich die Positionen exakt auf die Zwischenschicht.

Das Nähen auf Tüll gegen ein Papier ist eine Technik, die ich schon beim Twinkle-Nail-Projekt nutzte: Das Papier gibt dem flatterhaften Tüll Stabilität; nach dem Abziehen entsteht eine flexible Schaltung.

Da Tüll porös ist (und die Basisschicht ebenfalls aus Tüll besteht), könnte der leitfähige Faden die Haut berühren und Kurzschlüsse verursachen. Deshalb nähte ich eine weitere Stoffschicht dazwischen, die die Schaltung von der Haut isoliert. Nun lässt sich die Soft Circuit zwischen Bemalung und Basisschicht einschieben.

6. Schaltung verstecken

Der Batteriehalter ist etwas groß und schwer – er brauchte eine Tasche am Kleid.

Zwischen Bemalung und Basisschicht ließ ich Lücken, damit alle elektronischen Bauteile und Kabel eingeschoben und unter der Bemalung verborgen werden können.

7. Feinschliff

Zusätzlich wollte ich die Tüll-Lagen am Rock mit statischem Licht beleuchten – falls man die herzfrequenzgesteuerten LEDs abschalten möchte, aber Teile des Kleids weiter leuchten sollen.

Dafür klebte ich leitfähiges Klebeband auf den Tüll und verband es per leitfähigem Faden mit den LEDs. Das ergibt sehr schöne weiche Schaltungen, da das Band flexibel ist und das Aufkleben schneller geht als das Nähen von leitfähigem Faden.

Zum Schluss: die schönen Blumenverzierungen und der Reißverschluss!

Weiterführende Gedanken

Kürzlich wurde ich zu einem Video-Interview mit YiT (一条), einem chinesischen Online-Medium für Kunst und Kultur, eingeladen. Dieses Stück war dabei, und das Video zeigt auch einige meiner früheren Rapid-Prototyping-Arbeiten. Wir führten ein 90-minütiges Interview über STEAM, doch nur ca. 4 Minuten schafften es in den endgültigen Bericht. Ich finde, mehr Inhalte zu Open Source, Technologie-Demokratisierung, Wissenschaft und Ingenieurwesen wären wichtig gewesen – sie wurden jedoch als „zu technisch“ betrachtet, was die Zuschauerzahlen gefährden könnte.

Der Konsum in China hindert die Öffentlichkeit teils daran, die Maker-Kultur zu verstehen („Wenn ich es kaufen kann, warum selbst machen?“ – „Spielzeug für Kinder oder Innovationen für Schulwettbewerbe“). Obwohl der begleitende WeChat-Artikel in den ersten Stunden >100.000 Leser erreichte, dachten viele, die handgefertigten Prototypen seien Produkte und verpassten völlig den Kern: Machen, Open Source, Wissensaustausch, Hobbys, die zur Industrie beitragen.

Wer in der Tech-Garment-Branche arbeitet, weiß, wie schwer es ist, dort eine industrielle Revolution voranzutreiben: Bestimmte visionäre Technologien erfordern noch wissenschaftliche Forschung; bestehende Technologien sind nicht für alle zugänglich; demokratisierte Technologien müssen der Öffentlichkeit vermittelt werden, um Kreative zu befähigen. Es braucht Zusammenarbeit aller Akteure im Ökosystem. Traditionelle Textil- und Hightech-Unternehmen müssen voneinander lernen. Trotz enormer Anstrengungen zu weniger Menschen in Bildung, Open Source und Kreativität reicht es nicht für Skalierung. LEDs sind am sichtbarsten – leider fokussiert die Masse auf das Triviale. Doch man muss verstehen: Tech-Garments bieten einen Einstieg in IoT, KI, Edge Computing und Cloud (Buzzwords mit Wahrheitsgehalt), die Menschen als Gegenwart und Zukunft definieren. Darüber hinaus müssen wir schlanke Fertigung verfolgen, um Abfall und Verschmutzung zu reduzieren.

Danke an YiT für das Interview und die Berichterstattung über 10 % meines Arbeitslebens. Besonders dankbar bin ich Microsoft #MSFTGarage für die Plattform für mitarbeitergetriebene Innovationen und die Ermöglichung von Graswurzel-Ideen.

Amüsante Fakten

Mitten im Projekt kam Make: ins The Garage bei Microsoft, um einen Wearables Tech 101 Workshop zu geben. Ich war Instruktor und nutzte dieses Kleid als Beispiel, wie man die im Workshop erlernten Skills auf ein echtes Kleidungsstück skaliert.

Wenige Tage später interviewte Matrix Labs mich im The Garage, wo ich das Kleid kurz vorführte.

Sowie während der Maker's Sunnyvale Tour, gepostet von Alex von Hackster.io.

Code

Herzfrequenz-Monitor Code und Bibliothek

Arduino

Lernen Sie von https://pulsesensor.com/pages/installing-our-playground-for-pulsesensor-arduino

/* PulseSensor Starter Project and Signal Tester
 * The Best Way to Get Started With, or See the Raw Signal of, your PulseSensor & Arduino.
 * Here is a link to the tutorial: https://pulsesensor.com/pages/code-and-guide
 * WATCH ME (Tutorial Video): https://www.youtube.com/watch?v=82T_zBZQkOE
 * -------------------------------------------------------------
 * 1) Shows a live human Heartbeat Pulse.
 * 2) Live visualization in Arduino's Cool "Serial Plotter".
 * 3) Blink an LED on each Heartbeat.
 * 4) This is the direct Pulse Sensor's Signal.
 * 5) A great first-step in troubleshooting your circuit and connections.
 * 6) "Human-readable" code that is newbie friendly."
 */
// Variables
int PulseSensorPurplePin = 0; // Pulse Sensor PURPLE WIRE connected to ANALOG PIN 0
int LED13 = 13;               // The on-board Arduino LED
int Signal;                   // holds the incoming raw data. Signal value can range from 0-1024
int Threshold = 550;          // Determine which Signal to "count as a beat", and which to ignore.

void setup() {
  pinMode(LED13, OUTPUT);     // pin that will blink to your heartbeat!
  Serial.begin(9600);         // Set's up Serial Communication at certain speed.
}

void loop() {
  Signal = analogRead(PulseSensorPurplePin); // Read the PulseSensor's value.
  Serial.println(Signal);                    // Send the Signal value to Serial Plotter.
  if (Signal > Threshold) {                  // If the signal is above "550", then "turn-on" Arduino's on-Board LED.
    digitalWrite(LED13, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(LED13, LOW);                // Else, the signal must be below "550", so "turn-off" this LED.
  }
  delay(10);
}

Schaltpläne

DFRobot Produktseite