Izveidojiet muskuļu MIDI mūziku!: 7 soļi (ar attēliem)

2025 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2025-01-23 14:59

Ikreiz, kad jūsu nervu sistēmai ir jāveic kustība, tā sūta sīkus elektriskos signālus caur neironiem, lai kontrolētu jūsu muskuļus. Elektromiogrāfijas (EMG) tehnika ļauj mums pastiprināt un izmērīt šos elektriskos signālus. Papildus tam, ka EMG ieraksti ir noderīgs klīnisks instruments dažādu neiroloģisku traucējumu diagnosticēšanai, tie nesen tika izmantoti protezēšanas ierīču kontrolei.

Cerot iepazīties ar EMG pastiprināšanas un ierakstīšanas metodēm, es domāju, ka būtu jautri izveidot EMG pastiprinātāju, kuru pēc tam varētu izmantot kā citas ierīces vadības signālu. Tā vietā, lai kontrolētu protēzes roku, es nolēmu savas intereses iekļaut mūzikā un izmantoju EMG signālus, lai kontrolētu MIDI ierīci. MIDI apzīmē mūzikas instrumentu digitālo saskarni un ir standarta protokols mūzikas signālu elektroniskai nosūtīšanai un saņemšanai.

Pamatzināšanas

Šajā pamācībā ietilpst ķēdes maiņa, dažu vadu lodēšana, Arduino programmēšana un saskarne ar MIDI ierīci. Ja jums nav šī nepieciešamā fona, es iesaku pārbaudīt dažas no tālāk norādītajām klasēm / instrukcijām:

Ķēdes

Arduino

MIDI

Drošības piezīme

Šis projekts ietver sev pieslēgšanos elektriskajai ķēdei. Veiciet visus nepieciešamos drošības pasākumus. Šajā Delsys rakstā ir sadaļa par elektrodrošību, kā arī noderīgs EMG metožu apraksts kopumā. Mēs izslēgsim ķēdi no divām 9 V baterijām; jūsu ķēde (it īpaši, ja arī jūs esat tai pievienots) nedrīkst būt pievienota maiņstrāvas avotam no sienas.

1. darbība: projekta pārskats un detaļu saraksts

Mūsu projekts sastāv no trim galvenajām sastāvdaļām:

1.) EMG pastiprinātājs, 2.) Arduino un 3.) MIDI ierīce.

1. Mēs izveidosim EMG pastiprinātāju uz maizes dēļa. Ja jūs interesē padziļināts EMG pastiprinātāja zinātnes apskats un detalizētākas darbības, kā izveidot savu, apskatiet manu EMG audio pastiprinātāju Instructable.
2. Mēs darbināsim Arduino no tām pašām 9 V baterijām, kas baro EMG pastiprinātāju. Lielākā daļa darba ar Arduino būs programmatūras pusē.
3. Kā savu MIDI ierīci izmantoju iPhone, kurā darbojas Garageband. Arduino nosūtīs standarta MIDI signālus, izmantojot standarta MIDI kabeli, tāpēc jebkurai MIDI ierīcei vajadzētu darboties iPhone vietā.

Daļas

• (2x) LT1167 (instrumentu pastiprinātājs)
• (2x) LT1112 (vai jebkura dubultā op-amp mikroshēma)
• (1x) LM386N (audio pastiprinātājs)
• (5x) Virsmas EMG elektrodi (divi katram muskulim un viens atsaucei) (Amazon)
• Arduino Uno (Amazon)

• iPhone (vai jebkura MIDI ierīce)

  MIDI uz iPhone adaptera kabelis (ja izmantojat iPhone) (Amazon)

• Dažādi rezistori, kondensatori un džemperu vadi
• Maizes dēlis (Amazon)
• (2x) 9V akumulators

Rīki

• Lodāmurs (Amazon)
• Stiepļu noņēmēji
• Termiski saraušanās caurule
• Elektriskā lente

2. darbība: samontējiet EMG pastiprinātāju

Lai iegūtu rūpīgāku pamācību par EMG pastiprinātāja izveidi, skatiet manu EMG audio pastiprinātāju Instructable.

Mēs izveidosim EMG pastiprinātāju, kas spēj pastiprināt divus EMG kanālus. Katrā kanālā mēs izmantosim vienu LT1167 instrumentālo pastiprinātāju. LT1167 datu lapā ir noderīgi iekļauta "Nervu impulsu pastiprinātāja" shēma, kurai mēs sekosim šajā solī.

Salieciet ķēdi

Uz maizes dēļa salieciet divas iepriekš redzamā nervu impulsa pastiprinātāja kopijas. Manas samontētās shēmas attēliem vajadzētu palīdzēt virzīties uz gala mērķi. Katra pastiprinātāja izejai pievienoju pasīvos pirmās kārtas zemas caurlaides filtrus, lai palīdzētu samazināt troksni. Ja vēlaties tos pievienot savai ķēdei, es izmantoju 1 kΩ rezistoru ar 0,047 μF kondensatoru, lai izslēgšanas frekvence būtu aptuveni 2000 Hz.

Jauda

Mēs izslēgsim ķēdi no divām 9 V baterijām. LT1167 ir nepieciešami +V un -V (jo EMG avota signālam ir gan pozitīvas, gan negatīvas vērtības), tāpēc mēs pievienosim +V akumulatora mīnus tapu ar plus -pin akumulatoru. -V akumulatora mīnus tapa kļūst par -V vērtību. Izmantojot divas 9 V baterijas, jūs galu galā +V un -V būs vienādi ar +9 un -9 voltiem.

Nākamais solis detalizētāk aptver elektrodu izvietojumu. Atsauces elektrods tiek pievienots viena instrumentu pastiprinātāja 1. tapai, un muskuļu elektrodu pāri tiek pievienoti instrumentu pastiprinātāju 2. un 3. tapai. Elektrodu +/- orientācijai nav nozīmes.

Piezīme. Ja jūsu ķēde nedarbojas, jūs, iespējams, izdarījāt kaut ko nepareizi! Labs paņēmiens, kā atrast kļūdu ķēdē, ir uzzīmēt shēmu, kuru esat faktiski salicis savā maizes dēļā, un salīdzināt to ar sākotnējo shēmu. Šajā procesā jūs varat atrast kļūdu (kā es to darīju daudzkārt).

3. solis: sagatavojiet elektrodus

Kā jau minēju iepriekš, šim projektam mums būs nepieciešami kopumā pieci elektrodi. EMG ieraksti tiek veikti ar diferenciālo pastiprinātāju, kas nozīmē, ka mēs pastiprinām atšķirību starp diviem muskuļu atskaites punktiem. Tas nozīmē, ka katram muskulim mums būs nepieciešami divi elektrodi. Turklāt mums ir nepieciešama viena atsauce, lai izmērītu muskuļu darbību attiecībā pret. Šeit ir saite uz dažiem virsmas EMG elektrodiem, kas tiek pārdoti Amazon. Precīzs elektrodu veids mūsu vajadzībām nav pārāk svarīgs.

Kā parādīts attēlā iepriekš, novietojiet divus elektrodus uz katras apakšdelma iekšējās malas, paralēli muskuļa garumam un atdalot ar aptuveni 2 cm. Novietojiet atsauces elektrodu uz viena elkoņa kaulainās daļas, prom no elektrodiem uz muskuļiem.

Savīti stiepļu pāri

Jūs arī vēlaties savīt elektrodu pāru vadus, kā parādīts iepriekš. Papildus ķēžu tīrīšanai ap ķēdi, savīti vadu pāri palīdz samazināt elektrisko troksni, ko uztver elektrodi. Mainot vadu pozīciju uz priekšu un atpakaļ, visi ārējie elektromagnētiskie traucējumi (piemēram, 60 Hz no tīkla) ietekmēs vadus vienādi. Diferenciālais pastiprinātājs pēc tam noņem šo parasto trokšņa signālu.

4. darbība: audio pastiprinātājs (pēc izvēles)

Ja vēlaties klausīties neapstrādātu EMG signālu (bez MIDI), varat pievienot audio pastiprinātāju savai EMG shēmai. Izmantojiet LM386N audio pastiprinātāja mikroshēmu un nepieciešamos rezistorus un kondensatorus, lai saliktu iepriekš parādīto shēmu. Iepriekš redzamais video parāda, kā izklausās neapstrādāts (labi, ķēdē ir daži filtri, bet tas galvenokārt ir neapstrādāts) EMG signāls.

Lai gan šis solis nav nepieciešams, lai aktivizētu MIDI signālus, es iesaku jums to izmēģināt. EMG signāla klausīšanās var būt ļoti noderīgs paņēmiens sistēmas problēmu novēršanai un atkļūdošanai. Piemēram, ja strāvas padeve rada spēcīgus 60 Hz traucējumus, jūs varēsit to dzirdēt daudz vieglāk, nekā to varētu noteikt, paraugu ņemot ar Arduino.

Mana videoklipa audio ir nedaudz izgriezts, taču tas ir diezgan pienācīgs piemērs tam, kā vajadzētu izklausīties tīram EMG signālam.

5. solis: Sagatavojiet MIDI komponentus

Lai nosūtītu MIDI signālu no Arduino uz MIDI ierīci, mums ir jāizlodē viena no sieviešu MIDI ligzdām. Jums vajadzētu apskatīt manu pirmo Instructable, lai iegūtu rūpīgāku pamācību par MIDI iestatīšanu Arduino.

Tālāk ir norādītas darbības.

1. Lodējiet 220 Ω rezistoru MIDI savienotāja 4. tapai.
2. Lodējiet 10 cm vadu no rezistora līdz Tx savienotājam uz Arduino.
3. Lodējiet 10 cm garu vadu pie tapas 2 un pievienojiet to Arduino zemei.
4. Lodējiet 10 cm garu vadu pie tapas 5 un pievienojiet to 5 V uz Arduino.

Kad esat samontējis EMG pastiprinātāju un sagatavojis kabeli MIDI uz iPhone, izmantojiet divus savienojuma vadus, lai nosūtītu instrumentālo pastiprinātāju izejas uz Arduino tapām A4 un A5.

6. solis: uzrakstiet Arduino kodu

Arduino koda pamata cauruļvads ir šāds:

1. Izmēriet trokšņa līmeni abos EMG kanālos
2. Nepārtraukti veiciet cilpu, mērot katra EMG kanāla spriegumu
3. Ja EMG kanāls, kas kontrolē notu intensitāti, pārsniedz slieksni, ieslēdziet MIDI piezīmi
4. Izmantojiet signālu no cita EMG kanāla, lai modulētu notis

Es iesaku jums mēģināt rakstīt savu Arduino kodu, lai apstrādātu EMG signālus. Es noteikti zinu, ka pastāv labāka kontroles shēma nekā tā, ko es kopā bruģēju! Ja vēlaties sākt ar manu kodu, lejupielādējiet to šeit. Jūs varat pārbaudīt manu GitHub krātuvi, lai redzētu dažādas mana koda iterācijas, kamēr es strādāju pie projekta.

7. solis: salieciet visu kopā

Ja viss ir noticis saskaņā ar plānu, jums vajadzētu būt iespējai kontrolēt savu MIDI ierīci, izmantojot savu muskuļu signālu. Diezgan aizraujoši! Kad esat strādājis ar projektu, varat spēlēties ar dažādām vadības shēmām un izpētīt dažādas MIDI skaņas.

Paziņojiet man, ja mēģināt izveidot kādu no savām EMG kontrolētajām MIDI ierīcēm! Es gribētu dzirdēt, kā tas notiek, un labprāt palīdzētu ar visiem jautājumiem, kas rodas ceļā. Veiksmi!

Otrā balva sensoru konkursā 2017