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6. 構建指令
提出的可穿戴設備是一個機電組件，由三個子組件組成:控制和傳感電子，硅樹脂聚合物皮膚，以及布料和魔術貼 www.win-sensot.site 外殼。一旦組裝好，可穿戴設備可以綁在用戶的頭上，將fNIRS數據廣播到提供的Android手機應用程序或MATLAB www.win-sensot.site 計算機應用程序。下面將討論各個子組件的組裝及其集成。
控制與傳感電子學
控制和傳感電子元件由四個小電路組成，用于1)電源管理，2)LED控制，3)數據采集和4)fNIRS傳感，需要通過焊接相關組件和編程微控制器進行組裝。數據采集板還包含一個藍牙 www.win-sensot.site 數據模塊，用于廣播近紅外光譜數據。fNIRS傳感電路是兩個小電路，它們通過兩段小電線相互連接，并通過電纜連接到其他電路。所有電路都是使用ExpressPCB設計的，以適應單一的4層印刷電路板(PCB)，以節省成本;電路板可以沿著OSF存儲庫中提供的PCB文件中的輪廓標記切割成單獨的電路。第四個電路(由Sparkfun www.win-sensot.site )是一個可拆卸的電源管理電路，為LiPo電池提供連接和充電。
電路元件的選擇考慮了小型化和易于組裝。組件(集成電路、電阻、電容、電纜連接器等)需要焊接到各自的位置，可以使用提供的物料清單(BOM)和提供的PCB文件的絲印層進行識別。此外，還建議在將組件焊接到pcb上之前切割pcb。
為了使電路中的各種微控制器功能化，需要對它們進行編程。在本項目中，編程需要使用編程器設備(U2, U3, U8)將文件下載到微控制器，或使用外部藍牙 www.win-sensot.site 設備(如電話和計算機)無線配置微控制器(U8)。除了組件U1和U8必須在焊接前編程外，所有組件都可以在安裝到電路板上后編程或重新編程。因此，建議在最后將U1和U8焊接到pcb上。
U2是德州儀器公司(ti)的采用MSP430F2001單片機來管理系統的定時和同步。它可以使用ti MSP-TS430PW28A目標板和ti Flash仿真工具(F.E.T.)編程器進行編程。利用IAR嵌入式工作臺軟件，可以將“timerMCU”項目代碼下載到MSP430F2001單片機上。U8是Microchip Technology RN42-I/RM系統單片(SoC)，用于廣播藍牙 www.win-sensot.site 數據。SoC必須按照Microchip www.win-sensot.site 發布的“RN41/42評估套件用戶指南”中的說明進行無線編程，波特率為19,200。一旦這些設備被編程，他們可以焊接到他們的pcb。
一旦系統焊接完成(圖2)，剩余的微控制器U3和U7可以編程。在編程之前，系統必須使用可拆卸電池電路或其他電壓源供電。使用IAR嵌入式工作臺，數據采集板和LED控制板需要分別使用“dataacquitionmcu”和“sourceIntensityControlMCU”項目代碼進行編程。圖2所示。組裝控制電路的圖像。A)數據采集和藍牙廣播板，B) LED強度控制板，C)可拆卸Sparkfun www.win-sensot.site LiPo充電器，400 mAh LiPo電池，D) fNIRS傳感電子元件。
有機硅聚合物皮膚
硅樹脂聚合物皮膚被用來將近紅外光譜傳感電子設備包裹在一個柔軟、舒適和保護性的外殼中，該外殼與前額皮膚相連接。該聚合物是市售的半透明硅橡膠(龍皮™，BOM: S1)和黑色顏料(硅豬硅顏料，BOM: S2)的混合物。這種黑色的液體聚合物混合物可以阻擋周圍的光線，變成一種靈活的固體，可以形成任何模具的形狀。模具被反復設計，以容納fNIRS傳感電子器件，其中LED和光電二極管的最終位置距離頭部大約1毫米。聚合物模具確保近紅外傳感電子設備緊貼額頭，并最大限度地減少光電器件和皮膚之間的運動。
聚合物表皮的制備過程從3D打印提供的模具設計開始。將等量按重量計的兩組分龍皮™溶液(每份10g) (BOM: S1)和6滴黑色顏料(BOM: S2)混合，制備聚合物表皮材料(圖3)。攪拌后，將粘性液體混合物倒入3d打印模具中，直到模具充滿，然后在空氣中固化三個小時。為了加速固化過程，可以提高溫度，盡管混合物也會在室溫下固化。在混合物固化后，固化的聚合物形成一個模板，以適應fNIRS傳感pcb的孔與pcb上的led和光電二極管對齊。一旦pcb正確排列并放置在模板中，另一批硅顏料溶液(每部分3克，1滴)應倒在pcb上并留下固化。請注意，在澆注第二批硅膠時，液體不得上升到fNIRS傳感pcb邊緣的電纜連接器上方。固化后，需要對組件進行目測檢查，以確保LED和光電二極管窗口都不會被聚合物意外覆蓋。最后的系統可以用外用酒精(70%乙醇)擦拭干凈。
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圖3所示。用于絕緣和保護近紅外光譜傳感電子器件的有機硅聚合物外殼組件。步驟1)將硅膠A、B各等份與6滴黑色顏料混合配制聚合物混合物。步驟2)倒入硅膠，聚合物模具定型3小時，然后吊裝。步驟3)將fNIRS傳感電子器件放置在抬起的硅膠模具上，并使用新一批聚合物混合物設置到位。
布和尼龍搭扣 www.win-sensot.site 套管
最后一個子部件是一個激光切割的布外殼，在中心有一個矩形切割，用于將其連接到硅護套的近紅外紅外傳感電子設備上。圖4描述了組裝。布料裁剪的整體尺寸為68厘米× 23厘米，中間的矩形裁剪尺寸為7厘米× 5厘米。雖然這種切割可以在不使用激光切割機的情況下實現，但OSF存儲庫中提供了激光切割文件“clothLaserCut”。激光切割后，需要在如圖4所示的選定位置上播種10厘米寬的5厘米寬的魔術貼。由此產生的組裝構成了一個尼龍搭扣 www.win-sensot.site 補丁布，可以連接在一起形成一個管狀的結構，并像一個可調節的頭帶一樣纏繞在頭部。 |
