کنترل چراغ ها با چشم: 9 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

این ترم در کالج ، در کلاسی به نام Instrumentation in Biomedicine شرکت کردم که در آن اصول اولیه پردازش سیگنال برای کاربردهای پزشکی را آموختم. برای پروژه نهایی کلاس ، تیم من روی فناوری EOG (الکتروکولوگرافی) کار کرد. در اصل ، الکترودهای متصل به شقیقه ها اختلاف ولتاژ (بر اساس دو قطبی قرنیه-شبکیه) را به مداری که برای فیلتر کردن و تقویت سیگنال طراحی شده است ارسال می کنند. سیگنال به یک ADC (مبدل آنالوگ به دیجیتال-در مورد من ، ADC یک Arduino Uno) داده می شود و برای تغییر رنگ جواهر نئوپیکسلی استفاده می شود.

این آموزش برای من راهی است برای یادگیری آنچه آموخته ام و همچنین با خواننده معمولی نحوه جدا شدن سیگنال ها از بدن انسان را به اشتراک می گذارم (بنابراین هشدار دهید: پر از جزئیات اضافی است!). این مدار در واقع می تواند با چند تغییر جزئی در ضربه های الکتریکی قلب به عنوان شکل موج EKG و موارد دیگر استفاده شود! در حالی که مطمئناً به اندازه دستگاه هایی که در بیمارستان پیدا می کنید پیشرفته و کامل نیست ، این چراغ کنترل کننده موقعیت چشم برای درک و نگاه اولیه عالی است.

توجه: من در پردازش سیگنال متخصص نیستم ، بنابراین اگر خطایی وجود دارد یا اگر پیشنهادی برای بهبود دارید ، لطفاً به من اطلاع دهید! من هنوز چیزهای زیادی برای آموختن دارم تا از تفسیر قدردانی شود. همچنین ، بسیاری از مقالاتی که در پیوندهای موجود در این آموزش به آنها اشاره می کنم ، نیازمند دسترسی آکادمیک هستند که من می توانم از دانشگاه خود تقدیر کنم. پیشاپیش از کسانی که دسترسی ندارند عذرخواهی می کنم.

مرحله 1: مواد

• صفحه اصلی
• مقاومت ها (100 ، 1k ، 10k ، 33k ، 1M + 0.5M)
• خازن (0.1uF)
• آمپر ابزار (در مورد من INA111 ، اما یک زن و شوهر وجود دارد که باید نسبتاً خوب کار کنند)
• تقویت کننده op (هر - من تصادفاً LM324N داشتم)
• نئوپیکسل (هر اثری ، اما من از جواهر استفاده کردم)
• باتری 9 ولت x2
• سرصفحه باتری 9V x2
• الکترودهای ژل جامد (انتخاب الکترود در مرحله 5 مورد بحث قرار گرفته است)
• پتانسیومتر
• سیم عایق
• استریپرهای سیم
• لحیم کاری + لحیم کاری
• گیره تمساح (با سیم متصل - در صورت لزوم مقداری را لحیم کنید)
• چسب حرارتی (برای تثبیت سیم هایی که به جلو و عقب خم می شوند)
• آردوینو (تقریباً روی هر چیزی کار می کند ، اما من از آردوینو یونو استفاده کردم)

بسیار توصیه می شود: اسیلوسکوپ ، مولتی متر و مولد عملکرد. به جای تکیه بر ارزشهای مقاومت من ، خروجی های خود را بررسی کنید!

مرحله 2: زمینه فیزیولوژیکی و نیاز به یک مدار

سلب مسئولیت سریع: من به هیچ وجه متخصص پزشکی در این زمینه نیستم ، اما آنچه را که در کلاس/از Googling در زیر آموخته ام جمع آوری و ساده کرده ام ، در صورت تمایل پیوندهایی را برای مطالعه بیشتر در اختیار شما قرار داده ام. همچنین ، این پیوند بهترین مروری بر موضوعی است که من پیدا کردم - شامل تکنیک های جایگزین است.

EOG (الکترو اکوولوگرافی) روی دو قطبی قرنیه شبکیه چشم کار می کند. قرنیه (جلوی چشم) کمی بار مثبت دارد و شبکیه چشم (پشت چشم) کمی بار منفی دارد. هنگامی که الکترودها را روی شقیقه ها قرار می دهید و مدار خود را روی پیشانی خود قرار می دهید (به تثبیت قرائت و خلاص شدن از تداخل 60 هرتزی کمک می کند) ، می توانید اختلاف ولتاژ 1 تا 10 میلی ولت ~ را برای حرکات افقی چشم اندازه گیری کنید (تصویر بالا را ببینید). برای حرکات عمودی چشم ، به جای آن الکترودها را در بالا و پایین چشم خود قرار دهید. این مقاله را بخوانید تا نحوه تعامل بدن با الکتریسیته را بخوانید - اطلاعات بسیار خوبی در مورد امپدانس پوست و غیره. همچنین برنامه هایی در رباتیک کنترل شده چشم وجود دارد که در آنها می توان کارهای ساده ای را با یک حرکت چشم انجام داد.

برای خواندن این سیگنال ها ، یعنی محاسبه اختلاف ولتاژ بین الکترودها ، ما یک تراشه مهم به نام تقویت کننده ابزار را در مدار خود قرار می دهیم. این آمپر ابزار دقیق شامل فالورهای ولتاژ ، یک آمپر غیر معکوس و یک آمپر دیفرانسیل است. اگر اطلاعات زیادی در مورد آمپر آمپر ندارید ، لطفاً این دوره را برای یک تصادف بخوانید - در اصل ، آنها ولتاژ ورودی را می گیرند ، آن را مقیاس می گذارند و ولتاژ حاصل را با استفاده از ریل های قدرت آن خروجی می دهند. ادغام همه مقاومتها در بین هر مرحله به خطاهای تحمل کمک می کند: معمولاً مقاومتها دارای تحمل 5 تا 10 درصد در مقادیر هستند و مدار معمولی (به طور کامل در آمپر ابزار دقیق ادغام نشده است) برای اطمینان از CMMR خوب به شدت متکی است (مرحله بعدی را ببینید)) فالورهای ولتاژ برای امپدانس ورودی بالا (در پاراگراف بالا مورد بحث قرار گرفته است - عمده برای جلوگیری از آسیب به بیمار) ، آمپر غیر معکوس برای اطمینان از افزایش زیاد سیگنال است (در مرحله بعد در مورد تقویت بیشتر) و آمپر دیفرانسیل تفاوت را می گیرد بین ورودی ها (مقادیر را از الکترودها کم می کند). اینها طوری طراحی شده اند که تا حد امکان نویز/تداخل حالت معمول (برای پردازش سیگنال ، مرحله بعدی را ببینید) برای سیگنال های پزشکی ، که مملو از مصنوعات بیگانه است ، خرد کنند.

الکترودها با امپدانس پوستی روبرو می شوند زیرا بافت ها و چربی پوست شما مانع اندازه گیری مستقیم ولتاژ می شود و منجر به تقویت و فیلتر سیگنال می شود. در اینجا ، اینجا ، و در اینجا مقالاتی وجود دارد که در آنها محققان سعی کرده اند این امپدانس را کمّی کنند. این مقدار فیزیولوژیکی معمولاً به عنوان یک مقاومت 51 کیلو اهم به موازات یک خازن 47nF مدل می شود ، اگرچه تغییرات و ترکیبات زیادی وجود دارد. پوست در نقاط مختلف می تواند امپدانس متفاوتی داشته باشد ، به ویژه هنگامی که ضخامت ها و مقادیر مختلف ماهیچه های مجاور را در نظر بگیرید. امپدانس همچنین با میزان آمادگی پوست شما برای الکترودها تغییر می کند: به طور کلی تمیز کردن کامل با آب و صابون برای اطمینان از چسبندگی و قوام عالی پیشنهاد می شود و حتی اگر واقعاً به دنبال کمال هستید ، ژلهای مخصوص الکترودها وجود دارد. یک نکته مهم این است که امپدانس با فرکانس تغییر می کند (مشخصه خازن ها) بنابراین برای پیش بینی امپدانس باید پهنای باند سیگنال خود را بدانید. و بله ، برآورد امپدانس برای تطبیق نویز مهم است - برای اطلاعات بیشتر در این مورد به مرحله بعد مراجعه کنید.

مرحله 3: پردازش سیگنال: چرا و چگونه؟

حال ، چرا نمی توانید از اختلاف ولتاژ 1-10mV به عنوان خروجی فوری برای کنترل LED ها استفاده کنید؟ خوب ، دلایل زیادی برای فیلتر کردن و تقویت سیگنال ها وجود دارد:

• بسیاری از ADC ها (مبدل های آنالوگ به دیجیتال-ورودی آنالوگ خود را گرفته و برای خواندن و ذخیره داده ها در رایانه دیجیتالی می کنند) به سادگی نمی توانند چنین تغییرات کوچکی را تشخیص دهند. به عنوان مثال ، ADC Arduino Uno به طور خاص یک ADC 10 بیتی با خروجی 5V است ، به این معنی که ولتاژهای ورودی 0-5V را ترسیم می کند (مقادیر خارج از محدوده "راه آهن" می شود ، به این معنی که مقادیر پایین تر به عنوان 0V و مقادیر بالاتر خوانده می شود 10mV در محدوده 5V بسیار کوچک است ، بنابراین اگر بتوانید سیگنال خود را در محدوده کامل 5V تقویت کنید ، تغییرات کوچک به راحتی قابل تشخیص خواهند بود زیرا با تغییرات کمی بزرگتر منعکس می شوند (تغییر 5mV به 10mV در مقابل تغییر 2V به 4V). آن را مانند یک تصویر کوچک در رایانه خود در نظر بگیرید: جزئیات ممکن است کاملاً توسط پیکسل های شما تعریف شوند ، اما تا زمانی که تصویر را بزرگ نکنید ، نمی توانید شکل ها را از یکدیگر متمایز کنید.

  توجه داشته باشید که داشتن بیت های بیشتر برای ADC بهتر است زیرا می توانید نویز کوانتیزه را از تبدیل سیگنال پیوسته خود به مقادیر گسسته و دیجیتالی به حداقل برسانید. برای محاسبه تعداد بیت برای ~ 96 ret حفظ SNR ورودی ، از N = SNR (در dB)/6 به عنوان یک قاعده کلی استفاده کنید. شما همچنین می خواهید کیف پول خود را در نظر داشته باشید: اگر مقدار بیشتری می خواهید ، باید مایل باشید پول بیشتری پس انداز کنید

• سر و صدا و تداخل (سر و صدا = مصنوعات تصادفی که باعث می شود سیگنالها به جای صاف بودن در برابر تداخل = مصنوعات غیر عادی ، سینوسی از سیگنالهای مجاور امواج رادیویی و غیره) همه سیگنالهای اندازه گیری شده از زندگی روزمره را آزار می دهد.

  • معروفترین آن تداخل 60 هرتز است (اگر در اروپا هستید و در روسیه هیچ 50 هرتز نیست زیرا آنها از DC برای برق خروجی استفاده می کنند …) ، که فرکانس مطلوب از میدانهای الکترومغناطیسی AC پریزها نامیده می شود. خطوط برق ولتاژ بالای AC را از ژنراتورهای الکتریکی به مناطق مسکونی منتقل می کنند ، جایی که ترانسفورماتورها در پریزهای برق ولتاژ را به استاندارد 120 ولت down کاهش می دهند. ولتاژ متناوب منجر به این حمام ثابت با تداخل 60 هرتز در محیط اطراف ما می شود که با انواع سیگنال ها تداخل دارد و باید فیلتر شود.

  • تداخل 60 هرتز معمولاً تداخل حالت معمولی نامیده می شود ، زیرا در هر دو ورودی (+ و -) شما در آمپرها ظاهر می شود. در حال حاضر ، amps ها دارای چیزی به نام نسبت رد حالت مشترک (CMRR) برای کاهش آثار معمول هستند ، اما (اگر اشتباه می کنم تصحیح کنید!) این امر عمدتا برای صداهای حالت معمولی (تصادفی: نویز به جای غیر تصادفی: تداخل) خوب است. به برای خلاص شدن از شر 60Hz ، می توانید از فیلترهای bandstop استفاده کنید تا آن را به صورت انتخابی از طیف فرکانس حذف کنید ، اما پس از آن نیز می توانید داده های واقعی را حذف کنید. در بهترین حالت ، می توانید از فیلتر کم گذر فقط برای محدوده فرکانسهای کمتر از 60 هرتز استفاده کنید ، بنابراین همه چیز با فرکانسهای بالاتر فیلتر می شود. این همان چیزی است که من برای EOG انجام دادم: پهنای باند مورد انتظار سیگنال من 0-10 هرتز بود (با غفلت از حرکات سریع چشم-نمی خواستم در نسخه ساده شده ما با آن برخورد کنم) بنابراین فرکانسهای بزرگتر از 10 هرتز را با یک فیلتر کم گذر حذف کردم. به

    • 60Hz می تواند سیگنال های ما را از طریق اتصال خازنی و اتصال القایی خراب کند. اتصال خازنی (در اینجا خازن ها را بخوانید) زمانی اتفاق می افتد که هوا به عنوان یک دی الکتریک عمل می کند تا سیگنال های AC بین مدارهای مجاور انجام شوند. هنگام ایجاد جریان در میدان مغناطیسی ، اتصال القایی از قانون فارادی ناشی می شود. ترفندهای زیادی برای غلبه بر اتصال وجود دارد: برای مثال می توانید از یک سپر زمینی به عنوان نوعی قفس فارادی استفاده کنید. پیچاندن/بافته شدن سیم ها در صورت امکان باعث کاهش سطح موجود برای تداخل اتصال القایی می شود. کوتاه شدن سیم ها و کاهش اندازه کلی مدار شما نیز به همان دلیل تأثیر مشابهی دارد. تکیه بر قدرت باتری برای ریل های تقویت کننده در مقایسه با اتصال به پریز برق نیز کمک می کند زیرا باتری ها منبع DC را بدون نوسان سینوسی تامین می کنند. اینجا بیشتر بخوانید!

    • فیلترهای کم گذر نیز نویز زیادی را از بین می برند ، زیرا نویز تصادفی با فرکانس های بالا نشان داده می شود. بسیاری از نویزها نویز سفید هستند ، به این معنی که نویز برای همه فرکانس ها وجود دارد ، بنابراین محدود کردن پهنای باند سیگنال تا حد امکان به محدود کردن میزان نویز موجود در سیگنال شما کمک می کند.

      برخی از فیلترهای کم گذر را فیلترهای ضد آلایزاسیون می نامند زیرا از آلیاسینگ جلوگیری می کنند: هنگامی که سینوسوئیدها تحت نمونه برداری قرار می گیرند ، ممکن است با فرکانس متفاوتی از آنچه در واقع هستند تشخیص داده شوند. همیشه باید به خاطر داشته باشید که قضیه نمونه گیری Nyquist را دنبال کنید (سیگنال های نمونه با فرکانس 2 برابر بیشتر: برای فرکانس نمونه برداری بیشتر از 2Hz برای موج سینوسی 1Hz مورد نیاز است ، و غیره). در این مورد EOG ، من مجبور نبودم نگران Nyquist باشم زیرا انتظار می رفت که سیگنال من عمدتا در محدوده 10 هرتز باشد و Arduino ADC من در 10 کیلوهرتز - بیش از حد سریع برای گرفتن همه چیز

  • همچنین ترفندهای کوچکی برای از بین بردن سر و صدا وجود دارد. یکی این است که از زمین ستاره استفاده کنید تا همه قسمتهای مدار شما مرجع دقیق یکسانی داشته باشند. در غیر این صورت ، آنچه که یک قسمت "زمین" می نامد ، ممکن است به دلیل مقاومت جزئی در سیم ها ، که در ناهماهنگی ها جمع می شود ، با قسمت دیگر متفاوت باشد. لحیم کاری روی صفحه اصلی به جای چسباندن به تخته نان ، همچنین باعث کاهش نویز شده و اتصالات مطمئن ایجاد می کند که می توانید به جای قرار دادن مطبوعات ، به آنها اعتماد کنید.

راههای زیادی برای سرکوب سر و صدا و تداخل وجود دارد (اینجا و اینجا را ببینید) ، اما برای اطلاعات بیشتر می توانید در آن کلاس یا Google شرکت کنید: اجازه دهید به مدار واقعی برویم!

مرحله 4: نحوه عملکرد مدار

از نمودار مدار نترسید: در اینجا یک شرح کلی از نحوه کار همه چیز آمده است: (برای توضیحات نیز به مرحله قبل مراجعه کنید)

• در سمت چپ ما الکترود داریم. یکی در معبد سمت چپ ، دیگری در معبد سمت راست متصل شده است و الکترود سوم به پیشانی متصل شده است. این اتصال سیگنال را تثبیت می کند بنابراین رانش کمتری وجود دارد و همچنین برخی از تداخل های 60 هرتز را از بین می برد.
• بعد آمپر ابزار دقیق است. دو مرحله به عقب برگردید تا توضیح دهید که چه کار می کند تا اختلاف ولتاژ را ایجاد کند. معادله برای تغییر افزایش آمپر در صفحه 7 صفحه داده [G = 1+ (50kOhm/Rg) که Rg در پین های 1 و 8 آمپر متصل است] است. برای مدار من ، با استفاده از Rg = 100Ohm ، میزان افزایش 500 را تنظیم کردم.
• پس از خروجی آمپر ابزار اندازه گیری اختلاف ولتاژ 500x تقویت شده ، یک فیلتر درجه یک RC کم گذر وجود دارد که شامل یک مقاومت R_filter و یک خازن C_filter است. فیلتر کم گذر مانع از ایجاد آلیاسینگ می شود (هر چند برای من نگران کننده نیست زیرا Nyquist ، من باید حداقل 20 هرتز را برای پهنای باند 10 هرتز نمونه برداری کنم ، و نمونه های آردوینو ADC در 10 کیلو هرتز-بیش از حد کافی) و همچنین سر و صدا را کاهش می دهد. در همه فرکانس هایی که به آنها احتیاج ندارم سیستم RC کار می کند زیرا خازنها فرکانسهای بالا را از طریق فرکانسهای پایین به آسانی اما مانع می کنند (امپدانس Z = 1/(2*pi*f)) و ایجاد تقسیم کننده ولتاژ با ولتاژ در خازن منجر به فیلتری می شود که فقط فرکانسهای پایین را مجاز می کند. از طریق [برش شدت 3dB با فرمول f_c = 1/(2*pi*RC)] اداره می شود. من مقدار R و C فیلتر خود را برای قطع سیگنالهای بالاتر از 10Hz adjust تنظیم کردم زیرا سیگنال بیولوژیکی برای EOG ها در این محدوده انتظار می رود. در ابتدا من بعد از 20 هرتز قطع کردم ، اما پس از آزمایش 10Hz به همان خوبی کار کرد ، بنابراین من پهنای باند کوچکتر را انتخاب کردم (پهنای باند کوچکتر بهتر است هر مورد غیر ضروری را قطع کنم).
• با استفاده از این سیگنال فیلتر شده ، خروجی را با یک اسیلوسکوپ اندازه گیری کردم تا محدوده مقادیرم را از نظر چپ و راست (دو حد وسیع من) مشاهده کنم. این من را به یک ولتاژ 2-4 ولت رساند (زیرا افزایش آمپر ابزار 500x برای محدوده 4-8mV ~ 500 برابر بود) ، هنگامی که هدف من 5V (محدوده کامل آردوینو ADC) است. این محدوده بسیار متفاوت بود (بر اساس میزان خوب شستشوی پوست قبل و غیره) ، بنابراین من نمی خواستم با آمپر دوم وارونگی خود اینقدر سود کنم. در نهایت آن را تنظیم کردم تا فقط 1.3 افزایش داشته باشد (تنظیم R1 و R2 در مدار به دلیل افزایش آمپر = 1+R2/R1). شما باید خروجی خود را محدود کنید و از آنجا تنظیم کنید تا از 5 ولت بیشتر نشوید! فقط از مقادیر مقاومت من استفاده نکنید.
• این سیگنال اکنون می تواند برای خواندن به پین آنالوگ آردوینو وارد شود اما ARDINO ADC ورودی های منفی را نمی پذیرد! شما باید سیگنال خود را به سمت بالا تغییر دهید تا محدوده 0-5V باشد در مقابل -2.5V به 2.5V. یکی از راه های حل این مشکل اتصال زمین مدار به پین 3.3 ولت آردوینو است: این کار سیگنال شما را 3.3 ولت (بیشتر از 2.5 ولت بهینه اما کار می کند) بالا می برد. محدوده من واقعاً ضعیف بود ، بنابراین من یک ولتاژ متغیر متغیر طراحی کردم: به این ترتیب ، من می توانم پتانسیومتر را بچرخانم تا محدوده را 0 تا 5 ولت متمرکز کنم. این در اصل یک تقسیم کننده ولتاژ متغیر با استفاده از ریلهای +/- 9V است تا بتوانم زمین مدار را به هر مقداری از -9 تا 9V متصل کنم و بنابراین سیگنال خود را 9 ولت به بالا یا پایین تغییر دهم.

مرحله 5: انتخاب اجزا و ارزش ها

با توضیح مدار ، چگونه می توانیم از کدام یک (الکترود ، op amp) استفاده کنیم؟

• به عنوان یک سنسور ، الکترودهای ژل جامد دارای امپدانس ورودی بالا و امپدانس خروجی کم هستند: این بدان معناست که جریان می تواند به راحتی از پایین دست به بقیه مدار (امپدانس خروجی پایین) منتقل شود ، اما عبور مجدد از بالا به معابد شما مشکل ساز خواهد شد. (امپدانس ورودی بالا) این مانع از آسیب دیدگی کاربر در اثر جریان یا ولتاژهای زیاد در بقیه مدار شما می شود. در واقع ، بسیاری از سیستم ها برای محافظت بیشتر ، در هر مورد ، چیزی به نام مقاومت محافظ بیمار دارند.

  • انواع مختلفی از الکترودها وجود دارد. اکثر مردم الکترودهای ژل جامد Ag/AgCl را برای استفاده در برنامه های EKG/EOG/etc پیشنهاد می کنند. با در نظر گرفتن این نکته ، شما باید مقاومت منبع این الکترودها را جستجو کنید (برای یادداشت های من در مورد امپدانس پوست دو قدم به عقب بروید) و آن را با مقاومت در برابر نویز مطابقت دهید (ولتاژ نویز در V/sqrt (هرتز) تقسیم بر جریان نویز در A/sqrt (Hz) - به برگه های اطلاعات آمپرهای آمپر مراجعه کنید) اینگونه است که شما آمپر ابزار دقیق دستگاه خود را انتخاب می کنید. این را تطبیق نویز می نامند و توضیحاتی در مورد اینکه چرا Rs مقاومت منبع در برابر نویز Rn کار می کند را می توان مانند اینجا در اینترنت یافت. برای INA111 من که انتخاب کردم ، Rn را می توان با استفاده از ولتاژ نویز و جریان نویز ورق داده (تصویر بالا) محاسبه کرد.

    • تعداد زیادی مقاله برای ارزیابی عملکرد الکترود وجود دارد و هیچ الکترودی برای همه اهداف بهترین نیست: برای مثال اینجا را امتحان کنید. امپدانس همچنین برای پهنای باند مختلف تغییر می کند که در برگه های داده آمپر نشان داده شده است (برخی از صفحات داده دارای منحنی یا جداول با فرکانس های مختلف هستند). تحقیقات خود را انجام دهید اما به یاد داشته باشید که کیف پول خود را در نظر داشته باشید. خوب است بدانید کدام الکترودها/آمپرها بهترین هستند ، اما اگر نمی توانید از پس آن برآیید فایده ای ندارد. شما حداقل 50 الکترود برای آزمایش نیاز دارید ، نه فقط 3 عدد برای یکبار مصرف.

      • برای مطابقت مطلوب نویز ، نه تنها Rn ~ = Rs: شما همچنین می خواهید ولتاژ نویز * جریان نویز (Pn) تا آنجا که ممکن است کم باشد. این مهمتر از ساخت Rn ~ = Rs است زیرا می توانید Rs و Rn را با استفاده از ترانسفورماتور در صورت لزوم تنظیم کنید.

        هشدارهایی با ترانسفورماتور (در صورت اشتباه تصحیح کنید): آنها می توانند تا حدودی حجیم باشند و بنابراین برای دستگاههایی که نیاز به اندازه کوچک دارند مطلوب نیستند. آنها همچنین گرما را افزایش می دهند ، بنابراین گرمکن یا تهویه عالی لازم است

      • نویز فقط با اولین آمپر اولیه شما مطابقت دارد. آمپر دوم تاثیری چندانی ندارد ، بنابراین هر آمپر اپلیکیشنی تأثیر خواهد گذاشت.

مرحله 6: ساختن مدار

برای ایجاد مدار از نمودار سرما خوردگی بالا استفاده کنید (نسخه دوم مواردی را که هر قسمت در نمودار مدار از مرحله قبل به آن اشاره می کند) نشان می دهد. اگر برای شناسایی LED های موجود در نمودار به کمک نیاز دارید ، از این ماشین حساب کد رنگ مقاومت استفاده کنید ، اما Rg آمپر ابزار دقیق 100Ohm ، R_filter 1.5MOhm ، C_filter 0.1uF است ، R1 آمپر غیر معکوس 10kOhm است ، R2 33 کیلو اهم است و مقاومت پتانسیومتر 1 کیلو اهم است (پتانسیومتر از 0 تا 20 کیلو اهم متغیر است). به یاد داشته باشید که مقدار مقاومت خود را در صورت نیاز برای تنظیم سود تغییر دهید!

ویرایش: خطایی در قسمت offset ground وجود دارد. سیم سیاه سمت چپ را حذف کنید. همانطور که در شکل نشان داده شده است مقاومت باید با سیم قرمز به ریل قدرت وصل شود ، اما همچنین به پین دوم ، نه اول پتانسیومتر ، متصل شود. پین اول پتانسیومتر باید به پین 5 ولت آردوینو متصل شود. سیم نارنجی که زمین افست است باید به پین دوم وصل شود ، نه به پین اول.

من در مورد زمین افست بسیار بحث کرده ام. در نمودار می بینید که زمین آردوینو به صورت متصل به زمین تخته نان نشان داده شده است. این در شرایطی است که نیازی به تغییر جهت ندارید. اگر سیگنال شما خارج از محدوده است و باید زمین را تغییر دهید ، ابتدا سعی کنید زمین آردوینو را به پین 3.3 ولت آردوینو متصل کرده و سیگنال خود را مشاهده کنید. در غیر این صورت سعی کنید سیم نارنجی را در پتانسیومتر تنظیم شده (زمین آفست) به پین GND آردوینو وصل کنید.

نکته ایمنی: هنگام لحیم کاری ، باتری ها را داخل دستگاه نگه ندارید و باتری ها را به عقب قرار ندهید یا لحیم نکنید. مدار شما شروع به سیگار کشیدن می کند ، خازن ها منفجر می شوند و ممکن است تخته نان نیز آسیب ببیند. به عنوان یک قاعده کلی ، فقط زمانی که می خواهید از مدار استفاده کنید ، از باتری استفاده کنید. در غیر این صورت ، آنها را بردارید (افزودن یک سوئیچ تلنگر برای جدا کردن آسان باتری ها نیز ایده خوبی خواهد بود).

توجه داشته باشید که باید مدار را قطعه به قطعه بسازید (هر مرحله را بررسی کنید!) و روی یک تخته نان قبل از لحیم کاری به یک صفحه اصلی. اولین مرحله ای که باید بررسی شود آمپر ابزار است: تمام ریل ها (لحیم در نگهدارنده های باتری) ، Rg و غیره را وصل کنید و از یک اسیلوسکوپ در پین خروجی استفاده کنید. برای شروع ، از یک مولد عملکرد با موج سینوسی 1 هرتز با دامنه 5 میلی ولت استفاده کنید (یا کمترین میزان تولید کننده شما). این فقط برای بررسی این است که آمپر ابزار دقیق کار می کند و Rg شما سود مورد نظر شما را ارائه می دهد.

در مرحله بعد ، فیلتر کم گذر خود را بررسی کنید. آن قسمت از مدار را اضافه کنید و شکل موج خود را بررسی کنید: باید دقیقاً یکسان باشد اما نویز کمتری دارد (ناهموار - دو تصویر آخر بالا را ببینید). اجازه دهید خروجی نهایی شما را با یک اسیلوسکوپ با الکترودهای خود بجای مولد عملکرد بررسی کنیم…

مرحله 7: آزمایش مدار با انسان

مجدداً ، الکترودها را در شقیقه های چپ و راست خود قرار دهید و یک سیم زمین را به یک الکترود روی پیشانی خود وصل کنید. فقط پس از آن باید باتری اضافه کنید - در صورت بروز سوزن سوزن ، فوراً اتصالات را برداشته و دوباره بررسی کنید !!! حالا وقتی به چپ و راست نگاه می کنید ، محدوده مقادیر خود را بررسی کنید و R1/R2 آمپر غیر واژگون را همانطور که دو مرحله قبل توضیح دادید تنظیم کنید-به یاد داشته باشید که هدف محدوده 5 ولت است! برای یادداشت در مورد آنچه باید مراقب باشید ، تصاویر بالا را مشاهده کنید.

وقتی از تمام مقادیر مقاومت راضی هستید ، همه چیز را به یک صفحه اصلی بچسبانید. لحیم کاری کاملاً ضروری نیست ، اما پایداری بیشتری را بر روی اتصالات ساده پرس ایجاد می کند و عدم قطعیت مدار را که به سادگی به این دلیل که آنها را به اندازه کافی در یک تخته نان فشار نداده اید ، برطرف می کند.

مرحله 8: کد آردوینو

تمام کد در پایین این مرحله پیوست شده است!

اکنون که محدوده 5 ولت دارید ، باید مطمئن شوید که به جای -1 ولت تا 4 ولت ، در محدوده 0-5 ولت قرار دارد و غیره یا به پین 3.3 ولت آردوینو وصل کنید یا ولتاژ جابجایی زمین را وصل کنید (سیم نارنجی بالا) به ریل زمینی و سپس سیم را از ریل زمینی به پین GND آردوینو وصل کنید (این کار برای تغییر سیگنال به بالا یا پایین است تا در محدوده 0-5V قرار بگیرید). شما باید بازی کنید: فراموش نکنید که محدوده خروجی خود را در هر زمان که نامشخص هستید!

در حال حاضر برای کالیبراسیون: شما می خواهید نور برای موقعیت های مختلف چشم تغییر کند (در سمت چپ و نه در سمت چپ به نظر می رسد..). برای این کار به مقادیر و محدوده ای نیاز دارید: EOG-calibration-numbers.ino را بر روی آردوینو اجرا کنید و همه چیز به درستی متصل شده باشد (مطابق نمودار سرد کردن من اتصال به آردوینو و نئوپیکسل را خاتمه دهید). خیلی ضروری نیست ، بلکه کد bioe.py را نیز اجرا کنید - با این کار یک فایل متنی به دسکتاپ شما منتقل می شود ، بنابراین می توانید تمام مقادیر را در ظاهر چپ یا راست ضبط کنید (کد پایتون از این مثال اقتباس شده است). نحوه انجام این کار این بود که برای 8 ضربه به چپ نگاه می کردم ، سپس راست ، سپس بالا ، سپس پایین و بعداً برای میانگین گیری تکرار می کردم (خروجی_2.pdf را برای یک گزارش که نگه داشتم ببینید). ctrl+C را فشار دهید تا در صورت رضایت ، مجبور به خروج شوید. با استفاده از این مقادیر ، می توانید دامنه انیمیشن ها را در کد BioE101_EOG-neopixel.ino من تنظیم کنید. برای من ، وقتی مستقیم به جلو نگاه می کردم ، یک انیمیشن رنگین کمان داشتم ، آبی برای چپ راست ، سبز برای کمی چپ ، بنفش برای کمی راست و قرمز برای راست راست.

گام نهم: مراحل آینده

وویلا ؛ چیزی که فقط با چشمان خود می توانید کنترل کنید. قبل از اینکه بتواند به بیمارستان برسد ، موارد زیادی برای بهینه سازی وجود دارد ، اما این برای روز دیگری است: درک مفاهیم اولیه حداقل در حال حاضر ساده تر است. یکی از چیزهایی که من می خواهم به عقب برگردم و تغییر دهم این است که میزان سود خود را برای آمپر ابزار بر روی 500 تنظیم کنم: به عقب نگاه کنم ، این احتمالاً بسیار زیاد بود زیرا سیگنال من بعد از آن 2-4V در حال حاضر بود و من با استفاده از غیر معکوس به سختی کار کردم. آمپر جهت تنظیم کامل برد من…

به دست آوردن یکنواختی دشوار است زیرا سیگنال در شرایط مختلف بسیار تغییر می کند:

• شخص متفاوت
• شرایط روشنایی
• آماده سازی پوست (ژل ، شستشو و غیره)

اما با این وجود ، من از آخرین اثبات ویدئویی خود از عملکرد (از ساعت 3 بامداد گرفته شده است ، زیرا در آن زمان همه چیز به طور جادویی شروع به کار می کند) بسیار راضی هستم.

من می دانم که بسیاری از این آموزش می تواند گیج کننده به نظر برسد (بله ، منحنی یادگیری برای من نیز دشوار بود) بنابراین لطفاً سوالات زیر را بپرسید و من تمام تلاش خود را برای پاسخگویی انجام خواهم داد. لذت بردن!

در چالش دست نیافتنی نایب قهرمان