Muscle MIDI Music !: 7 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

هر زمان که سیستم عصبی شما نیاز به انجام حرکتی داشته باشد ، سیگنال های الکتریکی کوچکی را از طریق نورون ها برای کنترل ماهیچه های شما ارسال می کند. تکنیک الکترومیوگرافی (EMG) به ما امکان می دهد این سیگنال های الکتریکی را تقویت و اندازه گیری کنیم. علاوه بر اینکه یک ابزار بالینی مفید برای تشخیص اختلالات عصبی مختلف است ، اخیراً از ضبط EMG برای کنترل دستگاه های مصنوعی استفاده شده است.

به امید آشنایی بیشتر با تکنیک های تقویت و ضبط EMG ، فکر کردم ساخت تقویت کننده EMG که بعداً می توانم از آن به عنوان سیگنال کنترل دستگاه های مختلف استفاده کنم ، جالب خواهد بود. به جای کنترل بازوی مصنوعی ، تصمیم گرفتم علایق خود را در موسیقی ترکیب کنم و از سیگنال های EMG برای کنترل دستگاه MIDI استفاده کردم. MIDI مخفف Musical Instrument Digital Interface است و پروتکل استاندارد ارسال و دریافت سیگنال های موسیقی به صورت الکترونیکی است.

دانش پیش زمینه

این دستورالعمل شامل بردوردن مدار ، لحیم کاری چند سیم ، برنامه نویسی آردوینو و رابط با دستگاه MIDI است. اگر برخی از این سوابق لازم را ندارید ، توصیه می کنم برخی از کلاس ها / دستورالعمل های زیر را بررسی کنید:

مدارها

آردوینو

MIDI

نکته ایمنی

این پروژه مستلزم اتصال خود به یک مدار الکتریکی است. تمام اقدامات ایمنی لازم را انجام دهید. این مقاله از Delsys دارای بخشی در مورد ایمنی الکتریکی و همچنین شرح مفیدی از تکنیک های EMG به طور کلی است. ما مدار خود را از دو باتری 9 ولت خاموش می کنیم. در هیچ نقطه ای نباید مدار شما (مخصوصاً وقتی به آن وصل هستید) از دیوار به برق متناوب متصل شود.

مرحله 1: نمای کلی پروژه و لیست قطعات

پروژه ما از سه جزء اصلی تشکیل شده است:

1.) تقویت کننده EMG ، 2.) آردوینو ، و 3.) دستگاه MIDI.

1. ما تقویت کننده EMG را روی یک تخته نان خواهیم ساخت. اگر به علم عمیق تر پشت آمپلی فایر EMG و مراحل دقیق تر در مورد نحوه ساختن خود علاقه دارید ، به آمپلی فایر EMG من Instructable مراجعه کنید.
2. ما آردوینو را از همان باتری های 9 ولت که آمپر EMG را تغذیه می کند ، تغذیه می کنیم. بیشتر کار با آردوینو در قسمت نرم افزاری خواهد بود.
3. من از آیفونی که Garageband دارد به عنوان دستگاه MIDI خود استفاده کردم. Arduino سیگنالهای MIDI استاندارد را از طریق یک کابل MIDI استاندارد ارسال می کند ، بنابراین هر دستگاه MIDI باید به جای iPhone کار کند.

قطعات

• (2 برابر) LT1167 (تقویت کننده ابزار دقیق)
• (2 برابر) LT1112 (یا هر دو تراشه op-amp)
• (1x) LM386N (تقویت کننده صدا)
• (5 برابر) الکترودهای EMG سطحی (دو عدد در هر عضله و یکی در مرجع) (آمازون)
• آردوینو اونو (آمازون)

• iPhone (یا هر دستگاه MIDI)

  کابل آداپتور MIDI به iPhone (در صورت استفاده از iPhone) (آمازون)

• مقاومت های مختلف ، خازن ها و سیم های جامپر
• تخته نان (آمازون)
• (2 برابر) باتری 9 ولت

ابزارها

• آهن لحیم کاری (آمازون)
• استریپرهای سیم
• لوله های جمع کننده حرارت
• نوار الکتریکی

مرحله 2: تقویت کننده EMG را مونتاژ کنید

برای آموزش کاملتر نحوه ساخت تقویت کننده EMG ، آمپ صدای EMG من Instructable را بررسی کنید.

ما یک تقویت کننده EMG خواهیم ساخت که قادر به تقویت دو کانال EMG است. ما از یک آمپر ابزار LT1167 در هر کانال استفاده می کنیم. برگه اطلاعات LT1167 به طور مفیدی شامل یک طرح کلی برای "تقویت کننده ضربه عصبی" است که در این مرحله دنبال خواهیم کرد.

مدار را مونتاژ کنید

روی تخته نان ، دو نسخه از تقویت کننده ضربه عصبی را که در بالا نشان داده شده است ، جمع کنید. تصاویر مدار مونتاژ شده من باید شما را به سمت هدف نهایی راهنمایی کند. من فیلترهای درجه یک منفعل درجه 1 را به خروجی هر تقویت کننده ام اضافه کردم تا به کاهش نویز کمک کند. اگر می خواهید آنها را به مدار خود اضافه کنید ، من از یک مقاومت 1 کیلو وات با خازن 0.047 μF برای فرکانس قطع تقریبا 2،000 هرتز استفاده کردم.

قدرت

ما مدار دو باتری 9 ولت را خاموش می کنیم. LT1167 به +V و -V احتیاج دارد (زیرا سیگنال منبع EMG دارای مقادیر مثبت و منفی است) ، بنابراین ما پین منفی باتری +V را به پین مثبت باتری -V متصل می کنیم. پین منهای باتری -V به مقدار -V تبدیل می شود. هنگام استفاده از دو باتری 9 ولت ، با +V و -V به ترتیب برابر با +9 و -9 ولت خواهید شد.

مرحله بعدی محل قرارگیری الکترود را با جزئیات بیشتری پوشش می دهد. الکترود مرجع به پین 1 یکی از آمپرهای ابزار وصل می شود و جفت الکترودهای ماهیچه ای به پین های 2 و 3 در آمپر ابزار وصل می شوند. جهت +/- الکترودها مهم نیست.

توجه: اگر مدار شما کار نمی کند ، احتمالاً کار اشتباهی انجام داده اید! یک تکنیک خوب برای یافتن اشتباه در یک مدار این است که شماتیک مربوط به مداری را که واقعاً روی تخته نان خود جمع کرده اید ترسیم کنید و آن را با شماتیک اصلی مقایسه کنید. در آن فرآیند ممکن است خطایی پیدا کنید (همانطور که من بارها مرتکب شدم).

مرحله 3: الکترودها را آماده کنید

همانطور که در بالا ذکر شد ، ما در کل به پنج الکترود برای این پروژه نیاز داریم. ضبط EMG با تقویت کننده دیفرانسیل انجام می شود ، به این معنی که ما تفاوت بین دو نقطه مرجع روی عضله را تقویت می کنیم. این بدان معناست که ما به دو الکترود در هر ماهیچه نیاز داریم. علاوه بر این ، ما نیاز به یک مرجع واحد برای اندازه گیری فعالیت عضلات داریم. در اینجا پیوندی با برخی از الکترودهای EMG سطحی فروخته شده در آمازون آمده است. نوع دقیق الکترود برای اهداف ما خیلی مهم نیست.

همانطور که در تصویر بالا نشان داده ام ، دو الکترود در لبه داخلی هر ساعد قرار دهید ، موازی با طول ماهیچه و حدود 2 سانتی متر از هم جدا شوند. الکترود مرجع را در قسمت استخوانی یکی از آرنج های خود ، دور از الکترودهای روی ماهیچه ها قرار دهید.

جفت سیم پیچ خورده

شما همچنین می خواهید سیم های جفت الکترود خود را مانند تصویر بالا بچرخانید. جفت سیم پیچ خورده علاوه بر تمیز کردن آشفتگی اطراف مدار ، به کاهش نویز الکتریکی ناشی از الکترودها کمک می کند. با تغییر موقعیت سیم ها به جلو و عقب ، هرگونه تداخل الکترومغناطیسی خارجی (به عنوان مثال 60 هرتز از شبکه اصلی) به همان اندازه روی سیم ها تأثیر می گذارد. سپس تقویت کننده دیفرانسیل این سیگنال نویز رایج را حذف می کند.

مرحله 4: تقویت کننده صوتی (اختیاری)

اگر به گوش دادن به سیگنال EMG خام (بدون هیچ MIDI) علاقه دارید ، می توانید یک تقویت کننده صوتی را به مدار EMG خود اضافه کنید. از یک تراشه تقویت کننده صوتی LM386N و مقاومتها و خازنهای لازم برای مونتاژ مدار نشان داده شده در بالا استفاده کنید. ویدئوی بالا نشان می دهد که سیگنال EMG چگونه خام است (خوب ، برخی از فیلترها در مدار وجود دارد ، اما بیشتر خام است).

در حالی که این مرحله برای فعال کردن سیگنال های MIDI ضروری نیست ، من پیشنهاد می کنم آن را امتحان کنید. گوش دادن به سیگنال EMG می تواند یک تکنیک بسیار مفید برای عیب یابی و اشکال زدایی سیستم شما باشد. به عنوان مثال ، اگر یک تداخل قوی 60 هرتز از منبع تغذیه وجود داشته باشد ، می توانید آن را بسیار راحت تر از آنچه می توانید هنگام نمونه برداری از سیگنال با آردوینو تشخیص دهید ، بشنوید.

صدای ویدئوی من کمی بریده می شود ، اما این یک مثال نسبتاً مناسب از این است که سیگنال EMG تمیز باید چگونه به نظر برسد.

مرحله 5: اجزای MIDI را آماده کنید

به منظور ارسال سیگنال MIDI از آردوینو به دستگاه MIDI ، ما باید یکی از جک های MIDI زن را لحیم کنیم. برای آشنایی بیشتر با آموزش راه اندازی MIDI در آردوینو ، باید اولین دستورالعمل من را مطالعه کنید.

در اینجا مراحل:

1. یک مقاومت 220 Ω را به پین 4 اتصال MIDI لحیم کنید.
2. یک سیم 10 سانتی متری از مقاومت به کانکتور Tx در آردوینو لحیم کنید.
3. یک سیم 10 سانتی متری را به پین 2 لحیم کرده و روی آردوینو به زمین وصل کنید.
4. یک سیم 10 سانتی متری را به پین 5 لحیم کرده و در آردوینو به 5 ولت وصل کنید.

هنگامی که تقویت کننده EMG را مونتاژ کرده اید و کابل MIDI به iPhone را آماده کرده اید ، از دو سیم جامپر برای ارسال خروجی تقویت کننده های ابزار دقیق به پین A4 و A5 در آردوینو استفاده کنید.

مرحله 6: کد Arduino را بنویسید

خط لوله اصلی کد آردوینو به شرح زیر است:

1. سطح نویز پایه را برای هر دو کانال EMG اندازه گیری کنید
2. به طور مداوم حلقه کنید ، ولتاژ هر کانال EMG را اندازه گیری کنید
3. اگر کانال EMG که شدت نت را کنترل می کند از آستانه عبور کند ، یک یادداشت MIDI را روشن کنید
4. از سیگنال کانال EMG دیگر برای تعدیل سطح نت استفاده کنید

توصیه می کنم برای پردازش سیگنال های EMG کد Arduino خود را بنویسید. من به یقین می دانم که یک برنامه کنترل بهتر از آنچه که من با هم به هم ریختم وجود دارد! اگر می خواهید کد من را شروع کنید ، لطفاً آن را از اینجا بارگیری کنید. می توانید از مخزن GitHub من دیدن کنید تا تکرارهای مختلف کد من را هنگام کار بر روی پروژه مشاهده کنید.

مرحله 7: همه چیز را کنار هم قرار دهید

اگر همه چیز طبق برنامه پیش رفته است ، باید بتوانید دستگاه MIDI خود را با استفاده از سیگنال عضلات خود کنترل کنید. بسیار هیجان انگیز! هنگامی که پروژه را کار کردید ، می توانید با طرح های مختلف کنترل بازی کنید و صداهای MIDI مختلف را کشف کنید.

اگر سعی می کنید یکی از دستگاه های MIDI کنترل شده توسط EMG خود را بسازید ، به من اطلاع دهید! من دوست دارم بفهمم که چگونه پیش می رود و خوشحال می شوم در صورت بروز هرگونه س questionsالی در این راه به شما کمک کنم. موفق باشید!

جایزه دوم در مسابقه حسگرها 2017