Gaismas vadīšana ar acīm: 9 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:52

Šajā semestrī koledžā es apmeklēju klasi ar nosaukumu Instrumentation in Biomedicine, kurā es apguvu signālu apstrādes pamatus medicīniskiem nolūkiem. Klases noslēguma projektā mana komanda strādāja pie EOG (elektrookulogrāfijas) tehnoloģijas. Būtībā elektrodi, kas piestiprināti pie kāda tempļiem, nosūta sprieguma starpību (pamatojoties uz radzenes tīklenes dipolu) uz ķēdi, kas paredzēta signāla filtrēšanai un pastiprināšanai. Signāls tiek padots uz ADC (analog-to-digital converter-manā gadījumā Arduino Uno ADC) un tiek izmantots, lai mainītu neopikselu dārgakmens krāsas.

Šī apmācība man ir veids, kā ierakstīt to, ko esmu iemācījies, kā arī dalīties ar parasto lasītāju, kā signāli tiek izolēti no cilvēka ķermeņa (tāpēc brīdiniet: tas ir pilns ar papildu detaļām!). Šo shēmu ar nelielām izmaiņām faktiski var izmantot motoru sirds elektriskajiem impulsiem kā EKG viļņu formu un daudz ko citu! Lai gan tas ne tuvu nav tik uzlabots un pilnveidots kā mašīnas, kuras jūs varētu atrast slimnīcā, šī ar acu stāvokli kontrolētā lampa ir lieliska sākotnējai izpratnei un ieskatam.

Piezīme: Es neesmu signālu apstrādes eksperts, tādēļ, ja ir kādas kļūdas vai ja jums ir ieteikumi uzlabojumiem, lūdzu, informējiet mani! Man vēl daudz jāmācās, tāpēc komentāri tiek novērtēti. Turklāt daudziem dokumentiem, uz kuriem es atsaucos šīs apmācības saitēs, ir nepieciešama akadēmiska piekļuve, kas man ir pieklājīga no manas universitātes; jau iepriekš atvainojos tiem, kam nebūs piekļuves.

1. solis: materiāli

• protobords
• rezistori (100, 1k, 10k, 33k, 1M + 0,5M)
• kondensators (0.1uF)
• instrumentu pastiprinātājs (manā gadījumā INA111, bet ir pāris, kam vajadzētu darboties samērā labi)
• op pastiprinātājs (jebkurš - man gadījās LM324N)
• neopikselis (jebkurš darbs, bet es izmantoju dārgakmeni)
• 9V baterijas x2
• 9V akumulatoru galvenes x2
• cietie gēla elektrodi (elektrodu izvēle tiek apspriesta 5. solī)
• potenciometrs
• izolēts vads
• stieples noņēmēji
• lodāmurs + lodēt
• aligatora skavas (ar piestiprinātiem vadiem - ja nepieciešams, pielodējiet dažus)
• karsta līme (lai stabilizētu vadus, kas būtu saliekti uz priekšu un atpakaļ)
• Arduino (gandrīz visi galdi, bet es izmantoju Arduino Uno)

Ļoti ieteicams: osciloskops, multimetrs un funkciju ģenerators. Pārbaudiet savus rezultātus, nevis tikai paļaujoties uz manām rezistoru vērtībām!

2. solis: fizioloģiskais pamatojums un nepieciešamība pēc ķēdes

Ātrā atruna: Es nekādā ziņā neesmu medicīnas eksperts šajā jomā, bet apkopoju un vienkāršoju to, ko esmu iemācījies klasē/noGoogling zemāk, ar saitēm turpmākai lasīšanai, ja vēlaties. Arī šī saite ir neapšaubāmi labākais pārskats par tēmu, ko es atradu - ietver alternatīvas metodes.

EOG (elektro-okulogrāfija) darbojas uz radzenes-tīklenes dipola. Radzene (acs priekšpuse) ir nedaudz pozitīvi uzlādēta, un tīklene (acs aizmugure) ir nedaudz negatīvi uzlādēta. Kad jūs uzklājat elektrodus uz tempļiem un piezemējat ķēdi pie pieres (palīdz stabilizēt rādījumus un atbrīvoties no dažiem 60 Hz traucējumiem), varat izmērīt aptuveni ~ 1–10 mV sprieguma atšķirības acu horizontālajām kustībām (skatiet attēlu iepriekš). Vertikālām acu kustībām tā vietā novietojiet elektrodus virs un zem acs. Skatiet šo rakstu, lai labi izlasītu, kā ķermenis mijiedarbojas ar elektrību - lieliska informācija par ādas pretestību utt. EOG parasti izmanto, lai diagnosticētu oftalmoloģiskas slimības, piemēram, kataraktu, refrakcijas kļūdas vai makulas deģenerāciju. Ir arī pielietojumi ar acīm vadāmā robotikā, kurā vienkāršus uzdevumus var veikt ar vienu acu skatienu.

Lai nolasītu šos signālus, t.i., aprēķinātu sprieguma starpību starp elektrodiem, mēs savā ķēdē iekļaujam svarīgu mikroshēmu, ko sauc par instrumentu pastiprinātāju. Šis instrumentu pastiprinātājs sastāv no sprieguma sekotājiem, nepārvēršama pastiprinātāja un diferenciālā pastiprinātāja. Ja jūs daudz nezināt par pastiprinātājiem, lūdzu, izlasiet šo avārijas kursu - būtībā tie ņem ieejas spriegumu, mērogo to un izvada iegūto spriegumu, izmantojot barošanas sliedes. Visu rezistoru integrēšana starp katru posmu palīdz novērst pielaides kļūdas: parasti rezistoriem ir 5-10% pielaide vērtībās, un parastā ķēde (nav pilnībā integrēta instrumentu pastiprinātājā) lielā mērā ir atkarīga no precizitātes, lai iegūtu labu CMMR (skat. Nākamo soli)). Sprieguma sekotāji ir paredzēti lielai ieejas pretestībai (aplūkota iepriekšējā punktā - galvenais, lai novērstu kaitējumu pacientam), nepārvēršamam pastiprinātājam ir jānodrošina liels signāla pieaugums (vairāk par pastiprināšanu nākamajā solī), un diferenciālais pastiprinātājs ņem atšķirību starp ieejām (atņem vērtības no elektrodiem). Tie ir paredzēti, lai pēc iespējas vairāk samazinātu parasto režīmu troksni/traucējumus (vairāk par signālu apstrādi skatiet nākamajā solī) biomedicīnas signāliem, kuros ir daudz svešu artefaktu.

Elektrodi saskaras ar zināmu ādas pretestību, jo jūsu ādas audi un tauki traucē tiešu sprieguma mērīšanu, tāpēc ir nepieciešams signāla pastiprinājums un filtrēšana. Šeit, šeit un šeit ir daži raksti, kuros pētnieki ir mēģinājuši noteikt šo pretestību. Šo fizioloģisko daudzumu parasti modelē kā 51 kOhm rezistoru paralēli 47 nF kondensatoram, lai gan ir daudz variāciju un kombināciju. Ādai dažādās vietās var būt atšķirīga pretestība, īpaši, ja ņem vērā blakus esošo muskuļu atšķirīgo biezumu un daudzumu. Pretestība mainās arī ar to, cik labi jūsu āda ir sagatavota elektrodiem: parasti tiek ieteikta rūpīga tīrīšana ar ziepēm un ūdeni, lai nodrošinātu izcilu saķeri un konsistenci, un ir pat speciāli elektrodi, kas vēlas iegūt pilnību. Viena no galvenajām piezīmēm ir tāda, ka pretestība mainās atkarībā no frekvences (raksturīga kondensatoriem), tāpēc, lai prognozētu pretestību, jums jāzina sava signāla joslas platums. Un jā, pretestības novērtēšana ir svarīga trokšņu saskaņošanai - lai iegūtu plašāku informāciju par to, skatiet turpmāko darbību.

3. solis: signālu apstrāde: kāpēc un kā?

Kāpēc jūs nevarat vienkārši izmantot 1-10 mV sprieguma starpību kā tūlītēju izeju, lai kontrolētu gaismas diodes? Signālu filtrēšanai un pastiprināšanai ir daudz iemeslu:

• Daudzi ADC (analogo ciparu pārveidotāji-ņem jūsu analogo ieeju un digitalizē tos, lai nolasītu un saglabātu datus datorā) vienkārši nevar noteikt šādas nelielas izmaiņas. Piemēram, Arduino Uno ADC ir īpaši 10 bitu ADC ar 5 V izeju, kas nozīmē, ka tas kartē 0–5 V ieejas spriegumus (ārpus diapazona vērtības “sliedēs”, kas nozīmē, ka zemākās vērtības tiks nolasītas kā 0 V un augstākas vērtības kā 5V) līdz veselam skaitlim no 0 līdz 1023. 10 mV ir tik mazs šajā 5 V diapazonā, tādēļ, ja jūs varat pastiprināt signālu līdz pilnam 5 V diapazonam, nelielas izmaiņas būs vieglāk pamanāmas, jo tās atspoguļos lielākas kvantitatīvas izmaiņas (5mV maiņa uz 10mV pretstatā 2V maiņai uz 4V). Padomājiet par to kā par mazu attēlu datorā: detaļas var precīzi definēt jūsu pikseļi, taču jūs nevarēsit atšķirt formas, ja neizvērsīsit attēlu.

  Ņemiet vērā, ka vairāk bitu jūsu ADC ir labāk, jo jūs varat samazināt kvantēšanas troksni, pārvēršot nepārtrauktu signālu uz diskrētām, digitalizētām vērtībām. Lai aprēķinātu, cik bitu jums ir nepieciešams, lai ievades SNR saglabātu ~ 96%, īkšķa noteikumā izmantojiet N = SNR (dB)/6. Jūs arī vēlaties paturēt prātā savu maku: ja vēlaties vairāk bitu, jums jābūt gatavam izņemt vairāk naudas

• Troksnis un traucējumi (troksnis = nejauši artefakti, kas padara jūsu signālus robainus, nevis gludus, salīdzinot ar traucējumiem = nejaušība, sinusoidāli artefakti no blakus esošajiem radio viļņu signāliem utt.) Nomoka visus ikdienas dzīves signālus.

  • Visslavenākais ir 60 Hz traucējumi (50 Hz, ja atrodaties Eiropā, un neviens Krievijā, jo tie izmanto līdzstrāvu, nevis maiņstrāvu strāvas padevei…), ko sauc par lietderīgo frekvenci no maiņstrāvas elektromagnētiskajiem laukiem. Elektrolīnijas pārnes maiņstrāvas augstspriegumu no elektroģeneratoriem uz dzīvojamām telpām, kur transformatori pazemina spriegumu līdz standarta ~ 120V Amerikas strāvas kontaktligzdās. Maiņstrāvas spriegums noved pie šīs pastāvīgās 60 Hz traucējumu vannas mūsu apkārtnē, kas traucē visa veida signāliem un ir jāfiltrē.

  • 60 Hz traucējumus parasti sauc par parasto režīmu traucējumiem, jo tie parādās abās jūsu ievadēs (+ un -) op pastiprinātājos. Tagad op pastiprinātājiem ir kaut kas tāds, ko sauc par kopīgā režīma noraidīšanas koeficientu (CMRR), lai samazinātu parasto režīmu artefaktus, taču (labojiet mani, ja kļūdos!) Tas galvenokārt ir piemērots parasta režīma trokšņiem (nejauši: troksnis, nevis nejaušs: iejaukšanās). Lai atbrīvotos no 60 Hz, joslas pārtraukšanas filtrus var izmantot, lai to selektīvi noņemtu no frekvenču spektra, taču tad jūs arī riskējat noņemt faktiskos datus. Labākajā gadījumā varat izmantot zemas caurlaides filtru, lai saglabātu tikai frekvenču diapazonu, kas zemāks par 60 Hz, tāpēc tiek filtrēts viss ar augstākām frekvencēm. To es darīju EOG: paredzamais mana signāla joslas platums bija 0–10 Hz (neņemot vērā straujas acu kustības-negribēju ar to rīkoties mūsu vienkāršotajā versijā), tāpēc es noņemu frekvences, kas lielākas par 10 Hz, ar zemas caurlaides filtru.

    • 60 Hz var sabojāt mūsu signālus, izmantojot kapacitatīvo savienojumu un induktīvo savienojumu. Kapacitatīvā sakabe (lasiet šeit par kondensatoriem) rodas, ja gaiss darbojas kā dielektriķis maiņstrāvas signāliem starp blakus esošajām ķēdēm. Induktīvā sakabe nāk no Faraday likuma, kad jūs darbināt strāvu magnētiskajā laukā. Savienojuma pārvarēšanai ir daudz triku: piemēram, jūs varat izmantot iezemētu vairogu kā sava veida Faradeja būru. Vītņu savīšana/pīšana, ja iespējams, samazina induktīvās sakabes pieejamās vietas traucējumus. Tā paša iemesla dēļ vadu saīsināšanai un ķēdes kopējā izmēra samazināšanai ir tāda pati ietekme. Palīdz arī paļaušanās uz akumulatora enerģiju op pastiprinātāja sliedēm, nevis pievienošana strāvas kontaktligzdai, jo baterijas nodrošina līdzstrāvas avotu bez sinusoidālām svārstībām. Lasiet daudz vairāk šeit!

    • Zemas caurlaidības filtri arī atbrīvojas no liela trokšņa, jo nejaušu troksni attēlo augstas frekvences. Daudzi trokšņi ir balts troksnis, kas nozīmē, ka troksnis ir sastopams visās frekvencēs, tāpēc, cik vien iespējams ierobežojot signāla joslas platumu, tiek ierobežots signāla trokšņa daudzums.

      Daži zemas caurlaides filtri tiek saukti par pretslāpšanas filtriem, jo tie novērš aizstājvārdus: ja sinusoīdi tiek ņemti zem parauga, tos var noteikt kā citu frekvenci, nekā tie patiesībā ir. Jums vienmēr jāatceras ievērot Nyquist paraugu ņemšanas teorēmu (paraugu signāli ar 2x augstāku frekvenci: nepieciešama paraugu ņemšanas frekvence> 2Hz paredzamajam 1 Hz sinusoidam utt.). Šajā EOG gadījumā man nebija jāuztraucas par Nyquist, jo bija paredzēts, ka mans signāls galvenokārt būs 10 Hz diapazonā, un mani Arduino ADC paraugi 10 kHz frekvencē - vairāk nekā pietiekami ātri, lai visu uztvertu

  • Ir arī nelieli triki, kā atbrīvoties no trokšņa. Viens ir izmantot zvaigžņu zemi, lai visām jūsu ķēžu daļām būtu tieši tāda pati atsauce. Pretējā gadījumā tas, ko viena daļa sauc par “zemi”, var atšķirties no citas daļas nelielas vadu pretestības dēļ, kas palielina neatbilstības. Lodēšana pie protoboarda, nevis pielīmēšana pie maizes dēļiem, arī samazina troksni un rada drošus savienojumus, kuriem varat uzticēties, nevis ievietošanai presē.

Ir daudz citu veidu, kā apslāpēt troksni un traucējumus (skatiet šeit un šeit), taču, lai iegūtu plašāku informāciju, varat apmeklēt mācību priekšmetu vai Google: pāriesim pie faktiskās shēmas!

4. darbība. Kā darbojas ķēde

Nebaidieties no shēmas shēmas: šeit ir aptuvens sadalījums, kā viss darbojas: (skatiet arī iepriekšējo darbību, lai iegūtu dažus paskaidrojumus)

• Kreisajā pusē mums ir elektrodi. Viens ir piestiprināts pie kreisā tempļa, cits - labajā templī, bet trešais elektrods ir piezemēts pie pieres. Šis zemējums stabilizē signālu, tāpēc ir mazāka novirze, un tas arī atbrīvojas no dažiem 60 Hz traucējumiem.
• Nākamais ir instrumentu pastiprinātājs. Dodieties atpakaļ divus soļus, lai paskaidrotu, ko tā dara, lai radītu sprieguma starpību. Pastiprinājuma pastiprinājuma mainīšanas vienādojums ir datu lapas 7. lappusē [G = 1+ (50kOhm/Rg), kur Rg ir pievienots pastiprinātāja 1. un 8. tapā]. Manai ķēdei es pielāgojos 500 pieaugumam, izmantojot Rg = 100Ohm.
• Pēc tam, kad instrumentu pastiprinātājs izvada 500x pastiprinātu sprieguma starpību, ir pirmās kārtas RC zemas caurlaidības filtrs, kas sastāv no rezistora R_filter un kondensatora C_filter. Zemas caurlaides filtrs novērš pretplūdus (mani tas neuztrauc, jo Nyquist, man ir jāpaņem vismaz 20 Hz paraugs paredzamajam 10 Hz joslas platumam, un Arduino ADC paraugi 10 kHz-vairāk nekā pietiekami), kā arī samazina troksni visās frekvencēs, kas man nav vajadzīgas. RC sistēma darbojas, jo kondensatori ļauj viegli nokļūt augstās frekvencēs, bet traucē zemākas frekvences (pretestība Z = 1/(2*pi*f)), un, izveidojot sprieguma dalītāju ar spriegumu pāri kondensatoram, tiek iegūts filtrs, kas pieļauj tikai zemākas frekvences līdz [robežu 3dB intensitātei nosaka formula f_c = 1/(2*pi*RC)]. Es pielāgoju filtra R un C vērtības, lai izslēgtu signālus, kas ir lielāki par ~ 10Hz, jo šajā diapazonā ir sagaidāms bioloģiskais signāls EOG. Sākotnēji es pārtraucu darbību pēc 20 Hz, bet pēc eksperimenta 10 Hz strādāja tikpat labi, tāpēc es izvēlējos mazāku joslas platumu (mazāks joslas platums ir labāk, lai izgrieztu visu nevajadzīgo, katram gadījumam).
• Ar šo filtrēto signālu es izmērīju izeju ar osciloskopu, lai redzētu savu vērtību diapazonu, skatoties pa kreisi un pa labi (divas mana diapazona galējības). Tas mani noveda pie aptuveni 2–4 V (jo instrumentu pastiprinātāja pastiprinājums bija 500x diapazonā no ~ 4–8 mV), kad mans mērķis ir 5 V (viss Arduino ADC diapazons). Šis diapazons bija ļoti atšķirīgs (pamatojoties uz to, cik labi persona iepriekš mazgāja ādu utt.), Tāpēc es negribēju iegūt tik lielu ieguvumu ar otro nepārvēršamo pastiprinātāju. Es beidzu to noregulēt, lai ieguvums būtu tikai aptuveni 1,3 (noregulējiet ķēdē R1 un R2, jo pastiprinātāja pastiprinājums = 1+R2/R1). Jums būs jāattiecas uz savu produkciju un jāpielāgo no turienes, lai nepārsniegtu 5V! Neizmantojiet tikai manas rezistoru vērtības.
• Šo signālu tagad var ievadīt Arduino analogā tapā lasīšanai, BET Arduino ADC nepieņem negatīvas ievades! Jums būs jāmaina signāls uz augšu, lai diapazons būtu 0–5 V pretstatā -2,5–2,5 V. Viens veids, kā to novērst, ir piestiprināt shēmas plates zemi pie Arduino 3,3 V tapas: tas pārceļ jūsu signālu par 3,3 V (optimāli vairāk nekā 2,5 V, bet tas darbojas). Mans diapazons bija patiešām nepatīkams, tāpēc es izveidoju mainīgu sprieguma nobīdi: tādā veidā es varētu griezt potenciometru, lai centrētu diapazonu līdz 0–5 V. Tas būtībā ir mainīga sprieguma dalītājs, izmantojot +/- 9V strāvas sliedes, lai es varētu piestiprināt ķēdes zemi jebkurai vērtībai no -9 līdz 9V un tādējādi pārvietot signālu uz augšu vai uz leju 9V.

5. darbība: komponentu un vērtību izvēle

Kad shēma ir izskaidrota, kā mēs izvēlamies, kuru (elektrodu, op pastiprinātāju) izmantot?

• Cietajiem gēla elektrodiem kā sensoram ir augsta ieejas pretestība un zema izejas pretestība: tas būtībā nozīmē to, ka strāva var viegli iziet cauri lejup pa pārējo ķēdi (zema izejas pretestība), bet būtu apgrūtinoši iet augšup atpakaļ uz jūsu tempļiem (augsta ieejas pretestība). Tas neļauj lietotājam tikt ievainotam ar lielu strāvu vai spriegumu pārējā ķēdē; patiesībā daudzās sistēmās ir kaut kas, ko sauc par pacientu aizsardzības rezistoru papildu aizsardzībai, katram gadījumam.

  • Pastāv daudz dažādu elektrodu veidu. Lielākā daļa cilvēku iesaka Ag/AgCl cietos gēla elektrodus lietošanai EKG/EOG/utt. Paturot to prātā, jums ir jāmeklē šo elektrodu avota pretestība (dodieties divus soļus atpakaļ, lai iegūtu piezīmes par ādas pretestību) un jāsaskaņo ar trokšņa pretestību (trokšņa spriegums V/kv. (Hz), dalīts ar trokšņa strāvu A/sqrt (Hz) - skatiet sava pastiprinātāja darbības pastiprinātāju datu lapas) - tā jūs izvēlaties savai ierīcei pareizo instrumentālo pastiprinātāju. To sauc par trokšņu saskaņošanu, un skaidrojumus, kāpēc avota pretestības R atbilstība trokšņa pretestībai Rn darbojas, var atrast tiešsaistē, piemēram, šeit. Manam izvēlētajam INA111 Rn var aprēķināt, izmantojot datu lapas trokšņa spriegumu un trokšņa strāvu (ekrānuzņēmums iepriekš).

    • Ir daudz rakstu, kas novērtē elektrodu darbību, un neviens elektrods nav labākais visiem mērķiem: piemēram, izmēģiniet šeit. Pretestība mainās arī dažādiem joslas platumiem, kā tas ir atspoguļots op amp datu lapās (dažām datu lapām būs līknes vai tabulas dažādās frekvencēs). Veiciet izpēti, taču atcerieties paturēt prātā savu maku. Ir patīkami zināt, kuri elektrodi/op pastiprinātāji ir vislabākie, taču nav nekāda labuma, ja nevarat to atļauties. Vismaz testēšanai jums būs nepieciešami ~ 50 elektrodi, nevis tikai 3 vienreizējai lietošanai.

      • Lai nodrošinātu optimālu trokšņa atbilstību, ne tikai Rn ~ = Rs: jūs arī vēlaties, lai trokšņa spriegums * trokšņa strāva (Pn) būtu pēc iespējas zemāka. Tas tiek uzskatīts par svarīgāku par Rn ~ = Rs veidošanu, jo, ja nepieciešams, varat pielāgot Rs un Rn, izmantojot transformatorus.

        Atrunas ar transformatoriem (labojiet mani, ja kļūdos): tie var būt nedaudz apjomīgi un tādējādi nav optimāli ierīcēm, kurām jābūt mazām. Tie arī rada siltumu, tāpēc ir nepieciešamas siltuma izlietnes vai lieliska ventilācija

      • Trokšņa atbilstība tikai jūsu pirmajam sākotnējam pastiprinātājam; otrais pastiprinātājs neietekmē tik daudz, tāpēc jebkurš op pastiprinātājs to darīs.

6. darbība: ķēdes izveide

Izmantojiet iepriekš minēto fritēšanas diagrammu, lai izveidotu ķēdi (otrajā eksemplārā ir norādīts, uz ko katra daļa attiecas iepriekšējās darbības shēmā). Ja jums nepieciešama palīdzība, lai identificētu gaismas diodes diagrammā, izmantojiet šo rezistora krāsu koda kalkulatoru, bet mērinstrumentu pastiprinātāja Rg ir 100Ohm, R_filtrs ir 1,5MOhm, C_filtrs ir 0,1uF, nepārvēršamā pastiprinātāja R1 ir 10 kOhm, R2 ir 33 kOhm, un potenciometra rezistors ir 1 kOhm (potenciometrs svārstās no 0 līdz 20 kOhm). Atcerieties mainīt rezistora vērtības pēc nepieciešamības, lai pielāgotu ieguvumus!

Rediģēt: nobīdes zemes daļā ir kļūda. Izdzēsiet kreiso melno vadu. Rezistors jāpievieno ar sarkano vadu pie strāvas sliedes, kā parādīts attēlā, bet arī ar potenciometra otro tapu, nevis pirmo. Potenciometra pirmajai tapai jābūt savienotai ar Arduino 5V tapu. Oranžais vads, kas ir nobīdes zeme, jāpievieno otrajai tapai, nevis pirmajai.

Es daudz apspriedu ieskaitu. Diagrammā var redzēt, ka Arduino zeme ir parādīta kā savienota ar maizes dēļa zemi. Tas ir scenārijā, ka jums nav jāmaina stāvoklis. Ja jūsu signāls ir ārpus diapazona un jums ir jāmaina zeme, vispirms mēģiniet savienot Arduino zemi ar Arduino 3,3 V tapu un apskatiet savu signālu. Pretējā gadījumā mēģiniet savienot oranžo vadu potenciometrā, kas uzstādīts (nobīde pret zemi), ar Arduino GND tapu.

DROŠĪBAS PIEZĪME: nelieciet baterijas iekšā, lodējot, un NELIETOJIET vai nelodējiet baterijas atpakaļ. Jūsu ķēde sāks smēķēt, kondensatori pūtīs, un arī maizes dēlis var tikt bojāts. Kā īkšķis, izmantojiet baterijas tikai tad, kad vēlaties izmantot ķēdi; pretējā gadījumā noņemiet tos (laba ideja būtu pievienot arī pārslēdzamo slēdzi, lai viegli atvienotu baterijas).

Ņemiet vērā, ka ķēde jāveido pa gabaliem (pārbaudiet katru posmu!) Un uz maizes dēļa pirms lodēšanas uz protoboarda. Pirmais posms, kas jāpārbauda, ir instrumentu pastiprinātājs: pievienojiet visas sliedes (lodēt akumulatora turētājos), Rg utt. Un izmantojiet izejas tapas osciloskopu. Iesācējiem izmantojiet funkciju ģeneratoru ar 1 Hz sinusa viļņu ar 5 mV amplitūdu (vai zemāko jūsu ģeneratora vērtību). Tas ir tikai, lai pārbaudītu, vai instrumentu pastiprinātājs darbojas pareizi un vai jūsu Rg nodrošina jūsu mērķa pieaugumu.

Pēc tam pārbaudiet zemas caurlaidības filtru. Pievienojiet šo ķēdes daļu un pārbaudiet viļņu formu: tam vajadzētu izskatīties tieši tādam pašam, bet mazāk trokšņa (robains - skatiet pēdējos divus attēlus iepriekš). Zondēsim jūsu galīgo izvadi ar osciloskopu ar jūsu elektrodiem, nevis funkciju ģeneratoru …

7. darbība: ķēdes pārbaude ar cilvēku

Atkal ielieciet elektrodus kreisajā un labajā templī un piestipriniet zemējuma vadu pie pieres elektroda. Tikai pēc tam jāpievieno baterijas - ja rodas tirpšana, NEKAVĒJOTIES noņemiet un vēlreiz pārbaudiet savienojumus !!! Tagad pārbaudiet savu vērtību diapazonu, skatoties pa kreisi pret labo pusi, un noregulējiet neinvertējošā pastiprinātāja R1/R2, kā paskaidrots pirms diviem soļiem-atcerieties, ka mērķis ir 5V diapazons! Skatiet iepriekš redzamos attēlus, lai iegūtu piezīmes par to, kam jāpievērš uzmanība.

Kad esat apmierināts ar visām rezistora vērtībām, pielodējiet visu protoboardā. Lodēšana nav absolūti nepieciešama, taču tā nodrošina lielāku stabilitāti, salīdzinot ar vienkāršiem presēšanas savienojumiem, un novērš nenoteiktību, ka ķēde nedarbojas tikai tāpēc, ka neesat tos pietiekami stipri iespiedis maizes dēļā.

8. solis: Arduino kods

Viss kods ir pievienots šī soļa apakšā!

Tagad, kad jums ir 5 V diapazons, jums jāpārliecinās, ka tas ietilpst 0–5 V robežās, nevis no 1 V līdz 4 V utt. Vai nu piestipriniet zemi pie Arduino 3,3 V tapas, vai pievienojiet nobīdes zemējuma spriegumu (oranža stieple augšā) pie zemes sliedes un pēc tam pievienojiet vadu no zemes sliedes ar Arduino GND tapu (tas ir, lai pārvietotu signālu uz augšu vai uz leju, lai jūs nokļūtu 0-5V diapazonā). Jums būs jāspēlē: neaizmirstiet paplašināt rezultātu, ja neesat pārliecināts!

Tagad par kalibrēšanu: jūs vēlaties, lai gaisma mainītu krāsas dažādās acu pozīcijās (skatoties tālu pa kreisi, nevis tik tālu pa kreisi..). Lai to izdarītu, jums ir nepieciešamas vērtības un diapazoni: palaidiet EOG-kalibrēšanas numurus.ino uz Arduino, un viss ir pareizi savienots (pabeidziet savienojumus ar Arduino un neopikselu saskaņā ar manu fritēšanas diagrammu). Nav īpaši nepieciešams, bet arī palaidiet man pieejamo kodu bioe.py - tas darbvirsmā izvadīs teksta failu, lai jūs varētu ierakstīt visas vērtības, skatoties pa kreisi vai pa labi (python kods tika pielāgots no šī piemēra). Kā es to izdarīju, izskatījos pa kreisi 8 sitieniem, tad pa labi, tad uz augšu, tad uz leju un atkārtojiet, lai vēlāk aprēķinātu vidējo vērtību (sk. Output_2.pdf par vienu žurnālu, kuru es turēju). Nospiediet ctrl+C, lai piespiestu pārtraukt, kad esat apmierināts. Izmantojot šīs vērtības, jūs varat pielāgot animāciju diapazonus manā BioE101_EOG-neopixel.ino kodā. Man bija varavīksnes animācija, kad skatījos taisni uz priekšu, zilais priekšējais kreisais, zaļais nedaudz kreisais, purpursarkanais labais labais un sarkanais labais labais.

9. solis. Turpmākie soļi

Voila; kaut ko jūs varat kontrolēt tikai ar acīm. Ir daudz ko optimizēt, pirms tā varētu nokļūt slimnīcā, bet tas ir citai dienai: pamatjēdzienus tagad ir vismaz vieglāk saprast. Viena lieta, ko es gribētu atgriezties un mainīt, ir pielāgot savu pastiprinājumu līdz 500 mērinstrumentu pastiprinātājam: atskatoties atpakaļ, tas, iespējams, bija pārāk daudz, jo pēc tam mans signāls jau bija 2–4 V, un man bija grūti izmantot neinvertējošo pastiprinātājs, lai perfekti pielāgotu savu diapazonu …

Ir grūti panākt konsekvenci, jo signāls mainās TIK daudz dažādos apstākļos:

• cita persona
• apgaismojuma apstākļi
• ādas sagatavošana (želeja, mazgāšana utt.)

bet pat tā, es esmu diezgan apmierināts ar savu pēdējo video pierādījumu par sniegumu (uzņemts 3:00, jo tieši tad viss maģiski sāk darboties).

Es zinu, ka liela daļa šīs apmācības var šķist mulsinoša (jā, arī man mācīšanās līkne bija grūta), tāpēc, lūdzu, nekautrējieties uzdot tālāk sniegtos jautājumus, un es darīšu visu iespējamo, lai atbildētu. Izbaudi!

Otrā vieta neaizskaramā izaicinājumā