Լույսերի կառավարում ձեր աչքերով. 9 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:46

Այս կիսամյակում քոլեջում ես մասնակցեցի «Կենսաբժշկության գործիքներ» կոչվող դասին, որտեղ սովորեցի բժշկական ծրագրերի համար ազդանշանների մշակման հիմունքները: Դասարանի վերջին նախագծի համար իմ թիմը աշխատել է EOG (էլեկտրոկուլոգրաֆիա) տեխնոլոգիայի վրա: Ըստ էության, ինչ-որ մեկի տաճարներին ամրացված էլեկտրոդները լարման տարբերություն են ուղարկում (հիմնված եղջերաթաղանթ-ցանցաթաղանթային երկբևեռի վրա) `ազդանշանի զտման և ուժեղացման համար նախատեսված սխեմայի վրա: Ազդանշանը սնվում է ADC- ով (անալոգային-թվային կերպափոխիչ-իմ դեպքում ՝ Arduino Uno- ի ADC) և օգտագործվում է նեոպիքսել գոհարի գույները փոխելու համար:

Այս ձեռնարկը ինձ համար սովորածը գրանցելու միջոց է, ինչպես նաև սովորական ընթերցողի հետ կիսվելու համար, թե ինչպես են ազդանշանները մեկուսացված մարդու մարմնից (ուստի զգուշացեք. Այն լի է լրացուցիչ մանրամասներով): Այս միացումն իրականում կարող է օգտագործվել մի քանի աննշան փոփոխություններով ՝ շարժիչների սրտերի էլեկտրական ազդակների համար ՝ որպես EKG ալիքի ձև, և շատ ավելին: Թեև դա ոչ մի տեղ այնքան առաջադեմ և կատարելագործված չէ, որքան հիվանդանոցում գտած մեքենաները, աչքի դիրքով կառավարվող այս լամպը հիանալի է նախնական հասկանալու և հայացքի համար:

Նշում. Ես ազդանշանի մշակման փորձագետ չեմ, այնպես որ, եթե որևէ սխալ կա կամ բարելավումների առաջարկներ ունեք, խնդրում եմ ինձ տեղյակ պահեք: Ես դեռ շատ բան ունեմ սովորելու, այնպես որ մեկնաբանությունները գնահատելի են: Բացի այդ, շատ հոդվածներ, որոնց ես հղում եմ կատարում այս ձեռնարկի ընթացքում, պահանջում են ակադեմիական մուտք, որը ես կարող եմ տրամադրել իմ համալսարանին: նախապես ներողություն խնդրեք նրանց համար, ովքեր մուտք չեն ունենա:

Քայլ 1: Նյութեր

• նախատախտակ
• ռեզիստորներ (100, 1k, 10k, 33k, 1M + 0.5M)
• կոնդենսատոր (0.1uF)
• գործիքների ուժեղացուցիչ (իմ դեպքում INA111, բայց կա մի զույգ, որը պետք է համեմատաբար լավ աշխատի)
• op ուժեղացուցիչ (ցանկացած - ինձ պատահել է LM324N)
• նեոպիքսել (ցանկացած աշխատանք, բայց ես օգտագործել եմ գոհար)
• 9V մարտկոց x2
• 9V մարտկոցի վերնագրեր x2
• պինդ գելային էլեկտրոդներ (էլեկտրոդների ընտրությունը քննարկվում է 5 -րդ քայլում)
• պոտենցիոմետր
• մեկուսացված մետաղալար
• մետաղալար մերկացուցիչներ
• soldոդման երկաթ + զոդ
• ալիգատորների ամրակներ (ամրացված լարերով - անհրաժեշտության դեպքում մի քանիսը կպցրեք)
• տաք սոսինձ (լարերը կայունացնելու համար, որոնք կթեքվեին այս ու այն կողմ)
• Arduino (գրեթե ցանկացած տախտակ աշխատում է, բայց ես օգտագործել եմ Arduino Uno)

ԲԱՐՁՐ ԱՌԱԱԴՐՈԹՅՈՆ. Օսլիլոսկոպ, բազմաչափ և ֆունկցիայի գեներատոր: Փորձեք ձեր արդյունքները, այլ ոչ թե ապավինեք իմ դիմադրողական արժեքներին:

Քայլ 2. Ֆիզիոլոգիական նախապատմություն և սխեմայի անհրաժեշտություն

Արագ մերժում. Ես ոչ մի կերպ բժիշկ չեմ այս ոլորտում, բայց ես կազմել և պարզեցրել եմ այն, ինչ սովորել եմ դասարանում/Googling- ից ստորև, եթե ցանկանում եք, լրացուցիչ ընթերցման հղումներ: Բացի այդ, այս հղումը մինչ այժմ իմ գտած առարկայի լավագույն ակնարկն է `ներառում է այլընտրանքային տեխնիկա:

EOG (էլեկտրոկոկոգրաֆիա) աշխատում է եղջերաթաղանթաթաղանթի երկբևեռի վրա: Եղջերաթաղանթը (աչքի առջև) թեթևակի դրական լիցքավորված է, իսկ ցանցաթաղանթը (աչքի հետևի) թեթևակի բացասական: Երբ էլեկտրոդներ եք քսում տաճարների վրա և ձեր միացումն ամրացնում ձեր ճակատին (օգնում է կայունացնել ձեր ընթերցումները և ազատվել 60 Հց միջամտությունից), կարող եք չափել ~ 1-10 մՎ լարման տարբերություններ աչքերի հորիզոնական շարժումների համար (տե՛ս վերը նկարը): Աչքի ուղղահայաց շարժումների համար փոխարենը տեղադրեք էլեկտրոդներ ձեր աչքի վերևից և ներքևից: Տե՛ս այս հոդվածը ՝ լավ կարդալու համար, թե ինչպես է մարմինը փոխազդում էլեկտրաէներգիայի հետ ՝ հիանալի տեղեկատվություն մաշկի դիմադրողականության և այլնի մասին: EOG- ները սովորաբար օգտագործվում են ակնաբուժական հիվանդությունների ախտորոշման համար, ինչպիսիք են կատարակտը, բեկման սխալները կամ մակուլային դեգեներացիան: Գոյություն ունեն նաև աչքերով կառավարվող ռոբոտաշինության ծրագրեր, որոնցում պարզ առաջադրանքները կարող են կատարվել աչքերի մի շարժումով:

Այս ազդանշանները կարդալու համար, այսինքն `էլեկտրոդների միջև լարման տարբերությունը հաշվարկելու համար, մենք միացնում ենք մի կարևոր չիպ, որը կոչվում է գործիքների ուժեղացուցիչ մեր շղթայի մեջ: Գործիքավորման այս ուժեղացուցիչը բաղկացած է լարման հետևորդներից, չշրջվող ուժեղացուցիչից և դիֆերենցիալ ուժեղացուցիչից: Եթե դուք շատ բան չգիտեք op amps- ի մասին, խնդրում ենք կարդալ սա վթարի դասընթացի համար. Ըստ էության, նրանք ընդունում են մուտքային լարումը, այն մեծացնում և ելքի արդյունքում ստացված լարումն օգտագործում են դրա հզորության ռելսերի միջոցով: Բոլոր ռեզիստորների ինտեգրումը յուրաքանչյուր փուլի միջև օգնում է հանդուրժողականության սխալներին. Սովորաբար ռեզիստորներն ունեն արժեքների հանդուրժողականություն 5-10% -ով, իսկ կանոնավոր միացումը (ամբողջովին ինտեգրված սարքի ուժեղացուցիչի մեջ) մեծապես կախված կլինի լավ CMMR- ի ճշգրտությունից (տե՛ս հաջորդ քայլը): Լարման հետևորդները նախատեսված են մուտքի բարձր դիմադրության համար (քննարկվել է վերևում `հիմնականը հիվանդին վնասը կանխելու համար), չշրջվող ուժեղացուցիչը պետք է ապահովի ազդանշանի բարձր ձեռքբերում (հաջորդ քայլում ուժեղացման մասին) և դիֆերենցիալ ուժեղացուցիչը վերցնում է տարբերությունը: մուտքերի միջև (արժեքները հանում է էլեկտրոդներից): Դրանք նախագծված են հնարավորինս շատ սովորական ռեժիմի աղմուկը/միջամտությունը ջախջախելու համար (ազդանշանի մշակման մասին ավելին ՝ տե՛ս հաջորդ քայլը) կենսաբժշկական ազդանշանների համար, որոնք հարուստ են կողմնակի արտեֆակտներով:

Էլեկտրոդները բախվում են մաշկի որոշ դիմադրության, քանի որ ձեր մաշկի հյուսվածքներն ու ճարպը խոչընդոտում են լարման ուղղակի չափմանը, ինչը հանգեցնում է ազդանշանի ուժեղացման և զտման անհրաժեշտության: Ահա, այստեղ և ահա որոշ հոդվածներ, որոնցում հետազոտողները փորձել են քանակականորեն հաշվարկել այս դիմադրողականությունը: Այս ֆիզիոլոգիական քանակը սովորաբար մոդելավորվում է որպես 51kOhm ռեզիստոր `47nF կոնդենսատորի հետ զուգահեռ, չնայած կան բազմաթիվ տատանումներ և համակցություններ: Տարբեր վայրերում մաշկը կարող է ունենալ տարբեր դիմադրողականություն, հատկապես, երբ հաշվի եք առնում հարակից մկանների տարբեր հաստություններն ու քանակությունները: Անընդհատությունը փոխվում է նաև այն բանի հետ, թե որքանով է ձեր մաշկը պատրաստված էլեկտրոդների համար: Ընդհանրապես առաջարկվում է օճառով և ջրով մանրակրկիտ մաքրում `գերազանց կպչունություն և հետևողականություն ապահովելու համար: Հիմնական նշումներից մեկն այն է, որ դիմադրողականությունը փոխվում է հաճախականությամբ (կոնդենսատորներին բնորոշ), այնպես որ դուք պետք է իմանաք ձեր ազդանշանի թողունակությունը, որպեսզի կանխատեսեք դիմադրողականությունը: Եվ այո, անթույլատրելիության գնահատումը կարևոր է աղմուկի համընկման համար. Այս մասին լրացուցիչ տեղեկությունների համար տես հետագա քայլը:

Քայլ 3. Ազդանշանի մշակում. Ինչու և ինչպես:

Այժմ, ինչու՞ չեք կարող պարզապես օգտագործել 1-10 մՎ լարման տարբերությունը որպես անմիջական ելք LED- ները վերահսկելու համար: Դե, ազդանշանները զտելու և ուժեղացնելու բազմաթիվ պատճառներ կան.

• Շատ ADC (անալոգային-թվային կերպափոխիչներ. Վերցրեք ձեր անալոգային մուտքը և թվայնացրեք դրանք համակարգչում տվյալների ընթերցման և պահպանման համար) պարզապես չեն կարող հայտնաբերել նման փոքր փոփոխությունները: Օրինակ, Arduino Uno- ի ADC- ն հատուկ 10-բիթանոց ADC է ՝ 5V ելքով, ինչը նշանակում է, որ այն քարտեզագրում է 0-5V մուտքային լարումներ (տիրույթից դուրս արժեքները «կուղարկվեն», այսինքն ՝ ցածր արժեքները կկարդան որպես 0V, իսկ ավելի բարձրները ՝ 0V- ի և 1023 -ի միջև գտնվող ամբողջ արժեքներին: 5 մՎ -ն փոխվում է 10 մՎ -ի, ի տարբերություն 2 Վ -ի փոխվում է 4 Վ -ի): Մտածեք այն ձեր համակարգչի վրա եղած փոքրիկ նկարի մասին. Մանրամասները կարող են կատարյալ սահմանվել ձեր պիքսելներով, բայց դուք չեք կարողանա տարբերակել ձևերը, քանի դեռ չեք ընդլայնել նկարը:

  Նկատի ունեցեք, որ ձեր ADC- ի համար ավելի շատ բիթեր ունենալը ավելի լավ է, քանի որ դուք կարող եք նվազագույնի հասցնել քվանտացման աղմուկը ՝ ձեր շարունակական ազդանշանը դիսկրետ, թվայնացված արժեքներից վերածելուց: Հաշվարկելու համար, թե քանի բիթ է անհրաժեշտ մուտքի SNR ~ 96% պահպանման համար, որպես կանոն, օգտագործեք N = SNR (dB)/6: Դուք նաև ցանկանում եք ձեր դրամապանակը հիշել. Եթե ցանկանում եք ավելի շատ բիթեր, ապա պետք է պատրաստ լինեք ավելի շատ գումար ծախսել:

• Աղմուկը և միջամտությունը (աղմուկ = պատահական արտեֆակտներ, որոնք ձեր ազդանշանները խճճված են դարձնում սահուն փոխարեն միջամտություն = ոչ պատահական, ռադիոալիքներից հարակից ազդանշանների սինուսոիդային արտեֆակտներ և այլն) պատուհասում են առօրյա կյանքից չափված բոլոր ազդանշաններին:

  • Ամենահայտնին 60 Հց միջամտությունն է (50 Հց, եթե Եվրոպայում եք, իսկ Ռուսաստանում ՝ ոչ, որովհետև ելքային հոսանքի համար DC- ն օգտագործում են ի տարբերություն AC- ի), որը կոչվում է էլեկտրական հոսանքի AC էլեկտրամագնիսական դաշտերի օգտակար հաճախականություն: Էլեկտրահաղորդման գծերը AC բարձր լարում են փոխանցում էլեկտրական գեներատորներից դեպի բնակելի տարածքներ, որտեղ տրանսֆորմատորները նվազեցնում են լարումը մինչև ստանդարտ V 120V ամերիկյան էլեկտրական վարդակներում: Փոփոխական լարումը հանգեցնում է մեր շրջապատում 60 Հց միջամտության այս մշտական լոգանքին, որը խանգարում է բոլոր տեսակի ազդանշաններին և պետք է զտվի:

  • 60 Հց միջամտությունը սովորաբար կոչվում է սովորական ռեժիմի միջամտություն, քանի որ այն հայտնվում է ձեր երկու մուտքերում (+ և -) op amps- ում: Այժմ, օդի ուժեղացուցիչներն ունեն մի բան, որը կոչվում է ընդհանուր ռեժիմի մերժման հարաբերակցություն (CMRR) `ընդհանուր ռեժիմի արտեֆակտները նվազեցնելու համար, բայց (ուղղեք ինձ, եթե սխալվում եմ) սա հիմնականում լավ է սովորական ռեժիմի աղմուկների համար (պատահական. Աղմուկ` ոչ պատահական. Միջամտություն). 60 Հց -ից ազատվելու համար bandstop ֆիլտրերը կարող են ընտրովիորեն հեռացվել հաճախականությունների սպեկտրից, սակայն այնուհետև վտանգում եք փաստացի տվյալների հեռացումը: Լավագույն դեպքում, դուք կարող եք օգտագործել ցածր փոխանցման զտիչ `միայն 60 Հց -ից ցածր հաճախականությունների տիրույթը պահելու համար, այնպես որ ավելի բարձր հաճախականությամբ ամեն ինչ զտված է: Դա այն էր, ինչ ես արեցի EOG- ի համար. Իմ ազդանշանի ակնկալվող թողունակությունը 0-10 Հց էր (անտեսելով աչքերի արագ շարժումները. Չցանկացա դրանով զբաղվել մեր պարզեցված տարբերակով), այնպես որ ես հեռացրեցի 10 Հց-ից ավելի հաճախականությունները ցածր անցման ֆիլտրով:.

    • 60Hz- ը կարող է փչացնել մեր ազդանշանները տարողունակ միացման և ինդուկտիվ միացման միջոցով: Կապիտալ միացում (այստեղ կարդացեք կոնդենսատորների մասին) տեղի է ունենում, երբ օդը գործում է որպես դիէլեկտրիկ, որպեսզի AC ազդանշանները անցկացվեն հարակից սխեմաների միջև: Ինդուկտիվ կապը գալիս է Ֆարադեյի օրենքից, երբ հոսանքն անցնում եք մագնիսական դաշտում: Կապը հաղթահարելու շատ հնարքներ կան. Օրինակ, կարող եք օգտագործել հիմնավորված վահանը որպես Ֆարադեյի վանդակի տեսակ: Հնարավորության դեպքում ոլորվող/հյուսող լարերը նվազեցնում են ինդուկտիվ միացման միջամտության համար մատչելի տարածքը: Լարերի կարճացումը և ձեր միացման ընդհանուր չափի նվազումը նույնպես նույն ազդեցությունն են ունենում նույն պատճառով: Օպերատորի ռելսերի մարտկոցի էներգիայի վրա ապավինելը, ի տարբերություն հոսանքի վարդակից միացման, նույնպես օգնում է, քանի որ մարտկոցները ապահովում են DC աղբյուր առանց սինուսոիդալ տատանումների: Կարդացեք շատ ավելին այստեղ:

    • Lowածր փոխանցման ֆիլտրերը նույնպես ազատվում են շատ աղմուկից, քանի որ պատահական աղմուկը ներկայացված է բարձր հաճախականություններով: Շատ ձայներ սպիտակ աղմուկ են, այսինքն ՝ աղմուկը առկա է բոլոր հաճախականությունների համար, ուստի ձեր ազդանշանի թողունակության հնարավորինս սահմանափակումը օգնում է սահմանափակել ձեր ազդանշանի այդ աղմուկի քանակի սահմանափակումը:

      Lowածր անցում ունեցող որոշ զտիչներ կոչվում են հակաօլիզացիոն զտիչներ, քանի որ դրանք կանխում են օլիզացումը: Դուք միշտ պետք է հիշեք, որ հետևեք Nyquist- ի նմուշառման թեորեմին (նմուշային ազդանշաններ 2x ավելի բարձր հաճախականությամբ. Անհրաժեշտ է ընտրանքային հաճախականություն> 2Hz ՝ ակնկալվող 1Hz սինուսային ալիքի համար և այլն): Այս EOG- ի դեպքում ես կարիք չունեի անհանգստանալու Nyquist- ի համար, քանի որ իմ ազդանշանը սպասվում էր հիմնականում 10 Հց միջակայքում, և իմ Arduino ADC նմուշները 10 կՀց հաճախականությամբ `ավելի արագ, քան ամեն ինչ որսալու համար:

  • Կան նաև փոքրիկ հնարքներ ՝ աղմուկից ազատվելու համար: Մեկն այն է, որ աստղային հիմք օգտագործվի, որպեսզի ձեր սխեմաների բոլոր մասերը ունենան նույն հղումը: Հակառակ դեպքում, այն, ինչ մի մասը կոչում է «հող», կարող է տարբերվել մյուս մասից `լարերի աննշան դիմադրության պատճառով, ինչը գումարվում է անհամապատասխանությունների մեջ: Սեղանների վրա կպչելու փոխարեն նախատախտակի վրա զոդելը նույնպես նվազեցնում է որոշ աղմուկ և ստեղծում է ապահով կապեր, որոնց կարող եք վստահել, ի տարբերություն սեղմված տեղադրման:

Կան բազմաթիվ այլ եղանակներ աղմուկը և միջամտությունը զսպելու համար (տե՛ս այստեղ և այստեղ), բայց լրացուցիչ տեղեկությունների համար կարող եք դաս գնալ այդ կամ Google- ում. Անցնենք բուն շրջանին:

Քայլ 4: Ինչպես է աշխատում սխեման

Մի վախեցեք սխեմայի դիագրամից. Ահա ամեն ինչի կոպիտ խզումը. (Որոշ բացատրությունների համար նույնպես վերադարձեք նախորդ քայլին)

• Leftայրահեղ ձախ կողմում մենք ունենք էլեկտրոդներ: Մեկը ամրացված է ձախ տաճարին, մյուսը ՝ աջ տաճարին, իսկ երրորդ էլեկտրոդը ամրացված է ճակատին: Այս հիմնավորումը կայունացնում է ազդանշանը, որպեսզի ավելի քիչ շեղում լինի, և այն նաև ազատվում է 60 Հց միջամտությունից:
• Հաջորդը գործիքավորման ուժեղացուցիչն է: Երկու քայլ հետ գնացեք ՝ բացատրելու համար, թե ինչ է դա անում լարման տարբերություն առաջացնելու համար: Ամրացուցիչի շահույթը փոխելու հավասարումը գտնվում է տվյալների թերթիկի 7 -րդ էջում [G = 1+ (50kOhm/Rg), որտեղ Rg- ն միացված է ուժեղացուցիչի 1 -ին և 8 -րդ կապումներին]: Իմ սխեմայի համար ես հարմարեցրի 500 -ի շահույթի ՝ օգտագործելով Rg = 100 Օմ:
• Գործիքների ուժեղացուցիչի թողարկումից 500x ուժեղացված լարման տարբերությունը, կա առաջին կարգի RC ցածր փոխանցման զտիչ, որը բաղկացած է ռեզիստոր R_ զտիչից և կոնդենսատոր C_filter- ից: Passածր անցուղի ֆիլտրը կանխում է հակաալիզացիան (չնայած ինձ անհանգստություն չի պատճառում, քանի որ Nyquist- ի կողմից, ես պետք է նմուշ վերցնեմ առնվազն 20 Հց `սպասվող 10 Հց թողունակության համար, իսկ Arduino ADC- ի նմուշները` 10 կՀց-ով `ավելի քան բավարար) և նաև կտրում է աղմուկը բոլոր հաճախականություններով, որոնք ինձ պետք չեն: RC համակարգը գործում է, քանի որ կոնդենսատորները թույլ են տալիս բարձր հաճախականություններ հեշտությամբ, բայց խոչընդոտել ցածր հաճախականություններին (դիմադրություն Z = 1/(2*pi*f)), իսկ կոնդենսատորի լարման հետ լարման բաժանարարի ստեղծումը հանգեցնում է զտիչի, որը թույլ է տալիս միայն ավելի ցածր հաճախականություններ: միջոցով [3dB ինտենսիվության կտրումը կարգավորվում է f_c = 1/(2*pi*RC) բանաձևով]: Ես իմ ֆիլտրի R և C արժեքները ճշգրտեցի ~ 10 Հց -ից բարձր ազդանշանների անջատման համար, քանի որ EOG- ների կենսաբանական ազդանշանը սպասվում է այդ տիրույթում: Սկզբում ես անջատեցի 20 Հց հաճախականությունից հետո, բայց փորձարկումներից հետո 10 Հց -ը նույնքան լավ աշխատեց, այնպես որ ես գնացի ավելի փոքր թողունակությամբ (ավելի փոքր թողունակությամբ ավելի լավ է կտրել ցանկացած ավելորդ բան, ամեն դեպքում):
• Այս զտված ազդանշանի միջոցով ես օքսիլոսկոպով չափեցի ելքը, որպեսզի տեսնեմ իմ արժեքների շրջանակը ձախ և աջ տեսք ունենալուց (իմ տիրույթի երկու ծայրահեղություններից): Դա ինձ հասցրեց մոտավորապես 2-4 Վ-ի (որովհետև գործիքների ուժեղացուցիչի բարձրացումը 500x էր 4-8 մՎ միջակայքի համար), երբ իմ թիրախը 5 Վ է (Arduino ADC- ի ամբողջ տեսականին): Այս միջակայքը շատ տատանվում էր (հիմնվելով այն բանի վրա, թե որքան լավ էր մարդը լվացել մաշկը նախապես և այլն), այնպես որ ես չէի ցանկանա այդքան մեծ շահույթ ունենալ իմ երկրորդ ոչ շրջադարձային ուժեղացուցիչի հետ: Ես վերջացրեցի այն կարգավորելով, որպեսզի այն ունենա ընդամենը մոտ 1.3 շահույթ (միացրեք R1 և R2 միացումում, քանի որ ուժեղացուցիչի = 1+R2/R1 շահույթը): Դուք պետք է ընդգրկեք ձեր սեփական ելքը և հարմարվեք այնտեղից, որպեսզի 5 Վ -ից ավելի չանցնեք: Մի օգտագործեք միայն իմ դիմադրության արժեքները:
• Այս ազդանշանը այժմ կարող է մուտքագրվել Arduino- ի անալոգային քորոցում `կարդալու համար: Դուք պետք է ձեր ազդանշանը տեղափոխեք այնպես, որ միջակայքը լինի 0-5 Վ, ի տարբերություն -2.5 Վ 2,5 Վ: Դա շտկելու եղանակներից մեկն այն է, որ ձեր տպատախտակի հիմքը կցեք Arduino- ի 3.3V պինին. Դա ձեր ազդանշանը տեղափոխում է 3.3V (ավելի քան 2.5V օպտիմալ, բայց այն աշխատում է): Իմ տիրույթն իսկապես անորոշ էր, այնպես որ ես նախագծեցի փոփոխական օֆսեթ լարում. Այդ կերպ ես կարող էի պտտել պոտենցիոմետրը ՝ միջակայքը 0-5 Վ-ի վրա կենտրոնացնելու համար: Դա, ըստ էության, փոփոխական լարման բաժանարար է ՝ օգտագործելով +/- 9V հոսանքի ռելսերը, այնպես որ ես կարող եմ միացման շղթան կցել ցանկացած արժեքի -9 -ից մինչև 9 Վ և դրանով իսկ ազդանշանս տեղափոխել 9 Վ բարձր կամ վար:

Քայլ 5. Բաղադրիչների և արժեքների ընտրություն

Շրջանակի բացատրությամբ, ինչպե՞ս ընտրենք, թե որն է (էլեկտրոդ, օպտիկական ուժեղացուցիչ) օգտագործել:

• Որպես սենսոր, պինդ գելային էլեկտրոդներն ունեն բարձր մուտքային դիմադրություն և ցածր ելքային դիմադրություն. Սա էապես նշանակում է, որ հոսանքը հեշտությամբ կարող է հոսանքով հոսանքով հոսել դեպի մնացած միացում (ցածր ելքային դիմադրություն), բայց անհանգստացնող կլինի անցնել հոսանքին հակառակ դեպի տաճարներ: (մուտքի բարձր դիմադրություն): Սա թույլ չի տալիս օգտվողին վնասվածքներ ստանալ ձեր շրջանի մնացած ցանկացած բարձր հոսանքներից կամ լարումներից. իրականում, շատ համակարգեր ունեն հիվանդների պաշտպանության դիմադրություն, որը կոչվում է լրացուցիչ պաշտպանության համար, ամեն դեպքում:

  • Գոյություն ունեն էլեկտրոդների շատ տարբեր տեսակներ: Մարդկանց մեծ մասն առաջարկում է Ag/AgCl պինդ գելային էլեկտրոդներ ՝ EKG/EOG/etc ծրագրերում օգտագործելու համար: Սա հաշվի առնելով, դուք պետք է փնտրեք այս էլեկտրոդների աղբյուրի դիմադրությունը (երկու քայլ հետ գնացեք մաշկի իմպեդենսիայի վերաբերյալ իմ նշումների համար) և համապատասխանեցրեք այն աղմուկի դիմադրությանը (աղմուկի լարումը V/sqrt (Hz) բաժանված աղմուկի հոսանքի վրա A/sqrt (Hz) - տեսեք ձեր օպտիկական ուժեղացուցիչների տվյալների թերթիկները), այդպես եք ընտրում ձեր սարքի համար ճիշտ գործիքավորման ուժեղացուցիչը: Սա կոչվում է աղմուկի համընկնում, և բացատրություններ, թե ինչու են աղբյուրների դիմադրողականությունը Rs աղմուկի դիմադրությանը Rn աշխատանքներին համընկնում առցանց, ինչպես այստեղ: Իմ ընտրած INA111- ի համար Rn- ն կարելի է հաշվարկել ՝ օգտագործելով տվյալների թերթիկի աղմուկի լարումը և աղմուկը (վերևի սքրինշոթը):

    • Գոյություն ունեն էլեկտրոդի աշխատանքը գնահատող բազմաթիվ հոդվածներ, և ոչ մի էլեկտրոդ ամենալավը չէ բոլոր նպատակների համար. Փորձեք, օրինակ, այստեղ: Թույլատրելիությունը նույնպես փոխվում է տարբեր թողունակությունների համար, ինչպես արտացոլված է op amp տվյալների թերթերում (որոշ տվյալների թերթեր կունենան կորեր կամ աղյուսակներ տարբեր հաճախականություններով): Կատարեք ձեր հետազոտությունը, բայց հիշեք, որ ձեր դրամապանակը նկատի ունենաք: Հաճելի է իմանալ, թե որ էլեկտրոդներն են ավելի լավ, բայց դա անօգուտ է, եթե չես կարող դա թույլ տալ: Փորձարկման համար ձեզ հարկավոր կլինի առնվազն 50 ֆունտ էլեկտրոդ, այլ ոչ թե միանգամից 3 հատ:

      • Աղմուկի օպտիմալ համապատասխանեցման համար ոչ միայն Rn ~ = Rs. Դուք նաև ցանկանում եք, որ աղմուկի լարումը * աղմուկի հոսանքը (Pn) հնարավորինս ցածր լինի: Սա համարվում է ավելի կարևոր, քան Rn ~ = Rs պատրաստելը, քանի որ անհրաժեշտության դեպքում կարող եք կարգավորել Rs և Rn ՝ օգտագործելով տրանսֆորմատորներ:

        Նախազգուշացումներ տրանսֆորմատորներով (ուղղեք ինձ, եթե սխալ եմ). Դրանք կարող են որոշ չափով զանգվածային լինել և այդպիսով օպտիմալ չեն փոքր սարքերի համար: Նրանք նաև ջերմություն են կուտակում, ուստի անհրաժեշտ են ջերմատաքացուցիչներ կամ գերազանց օդափոխություն:

      • Աղմուկը համընկնում է միայն ձեր առաջին սկզբնական ուժեղացուցիչի հետ; երկրորդ ուժեղացուցիչը այնքան էլ չի ազդում, այնպես որ ցանկացած op amp- ը կանի:

Քայլ 6: Շղթայի կառուցում

Շրջանը կառուցելու համար օգտագործեք վերը նշված ցրտաշունչ դիագրամը (երկրորդ պատճենը ներկայացնում է, թե նախորդ քայլի սխեմայում յուրաքանչյուր հատված ինչին է վերաբերում): Եթե դիագրամում LED- ները պարզելու համար օգնության կարիք ունեք, օգտագործեք այս դիմադրության գույնի կոդի հաշվիչը, սակայն գործիքավորման ուժեղացուցիչի Rg- ը 100 Օմ է, R_ զտիչը `1.5 ՄՄ, C_ ֆիլտրը` 0.1uF, ոչ շրջադարձային ուժեղացուցիչի R1- ը `10 կՕմ, R2- ը 33kOhm է, իսկ պոտենցիոմետրի դիմադրությունը `1kOhm (պոտենցիոմետրը տատանվում է 0 -ից 20kOhm): Հիշեք, որ անհրաժեշտության դեպքում փոխեք ձեր դիմադրության արժեքները `շահույթը կարգավորելու համար:

Խմբագրում. Սխալ է տեղի ունենում օֆսեթ գրունտի հատվածում: Deնջել ձախ սև մետաղալարը: Կարմիր մետաղալարով ռեզիստորը պետք է միացված լինի էլեկտրահաղորդման գծին, ինչպես ցույց է տրված, այլ նաև պոտենցիոմետրի երկրորդ, ոչ առաջին, պինին: Պոտենցիոմետրի առաջին քորոցը պետք է միացված լինի Arduino- ի 5V պինին: Նարնջագույն մետաղալարը, որը օֆսեթային հողն է, պետք է միացված լինի երկրորդ քորոցին, այլ ոչ թե առաջինին:

Ես շատ եմ քննարկել փոխհատուցման հիմքը: Դիագրամում դուք կարող եք տեսնել, որ Arduino- ի հիմքը ցույց է տրված, որպես միացված հացահատիկի գետնին: Դա այն սցենարում է, որ ձեզ հարկավոր չէ փոխել ձեր դիրքերը: Եթե ձեր ազդանշանը տիրույթից դուրս է, և դուք իսկապես պետք է փոխեք ձեր դիրքը, նախ փորձեք Arduino գետնին միացնել Arduino- ի 3.3V պինին և դիտեք ձեր ազդանշանը: Հակառակ դեպքում փորձեք միացնել նարնջագույն մետաղալարերը տեղադրված պոտենցիոմետրում (օֆսեթ գետնին) Arduino- ի GND կապին:

ԱՆՎՏԱՆԳՈԹՅԱՆ ՈEՇԱԴՐՈԹՅՈՆ. Մի՛ պահեք մարտկոցները զոդման ժամանակ և մի՛ դրեք կամ միացրեք մարտկոցները հետ: Ձեր շրջանը կսկսի ծխել, կոնդենսատորները կփչեն, և հացահատիկը նույնպես կարող է վնասվել: Որպես կանոն, մարտկոցներն օգտագործեք միայն այն ժամանակ, երբ ցանկանում եք միացումն օգտագործել; հակառակ դեպքում, հանեք դրանք (մարտկոցները հեշտությամբ անջատելու համար շրջադարձային անջատիչ ավելացնելը նույնպես լավ գաղափար կլիներ):

Ուշադրություն դարձրեք, որ դուք պետք է միացումը կառուցեք մաս առ մաս (ստուգեք յուրաքանչյուր փուլ) և տախտակի վրա ՝ նախատախտակին միանալուց առաջ: Ստուգման առաջին փուլը սարքավորման ուժեղացուցիչն է. Ամրացրեք բոլոր ռելսերը (զոդեք մարտկոցի կրիչներում), Rg և այլն և օգտագործեք օսլիլոսկոպ ելքային կապում: Սկսնակների համար օգտագործեք ֆունկցիայի գեներատոր ՝ 1 Հց սինուս ալիքով ՝ 5 մՎ ամպլիտուդով (կամ ամենացածրը, որ ձեր գեներատորը կգնա): Սա պարզապես ստուգելու համար, որ գործիքավորման ուժեղացուցիչը ճիշտ է աշխատում, և ձեր Rg- ն ապահովում է ձեր նպատակային շահույթը:

Հաջորդը, ստուգեք ձեր ցածր անցման զտիչը: Ավելացրեք շղթայի այդ հատվածը և ստուգեք ձեր ալիքի ձևը. Այն պետք է լինի միևնույն նույնը, բայց ավելի քիչ աղմուկ (խճճված - տես վերը բերված վերջին երկու նկարները): Եկեք ձեր վերջնական ելքը զննենք ոսկրոսկոպով `ձեր էլեկտրոդներով` ֆունկցիայի գեներատորի փոխարեն այժմ …

Քայլ 7: Մարդու հետ շրջանի փորձարկում

Կրկին, տեղադրեք էլեկտրոդներ ձեր ձախ և աջ տաճարների վրա և ամրացրեք գետնին մետաղալար `ձեր ճակատին տեղադրված էլեկտրոդին: Միայն դրանից հետո դուք պետք է ավելացնեք մարտկոցներ. Եթե որևէ քորոց առաջանա, հեռացրեք ԱՆՇՏԱՊ և կրկնակի ստուգեք միացումները !!! Այժմ ստուգեք ձեր արժեքների տիրույթը, երբ ձախ և աջ եք նայում և կարգավորեք ոչ շրջվող ուժեղացուցիչի R1/R2- ը, ինչպես բացատրվել է երկու քայլ առաջ. Հիշեք, որ թիրախը 5 Վ լարման տիրույթ է: Տեսեք վերևի նկարները ՝ նշումների համար, թե ինչին պետք է ուշադրություն դարձնել:

Երբ գոհ եք դիմադրության բոլոր արժեքներից, ամեն ինչ կպցրեք նախատախտակին: Sոդումը խստորեն անհրաժեշտ չէ, բայց այն ապահովում է ավելի կայունություն պարզ սեղմման հոդերի վրա և հեռացնում է սխեմայի անորոշությունը, քանի որ դրանք բավականաչափ ուժեղ չեք սեղմել տախտակի մեջ:

Քայլ 8: Arduino կոդ

Ամբողջ ծածկագիրը կցված է այս քայլի ներքևում:

Այժմ, երբ դուք ունեք 5V միջակայք, դուք պետք է համոզվեք, որ այն ընկնում է 0-5V- ի սահմաններում -1V- ից մինչև 4V և այլն: գետնին և այնուհետև մետաղալար միացրեք գետնանցումից Arduino- ի GND կապին (սա ազդանշանը վեր կամ վար տեղափոխելու համար է, որպեսզի ընկնեք 0-5 Վ տիրույթում): Դուք պետք է խաղաք. Մի մոռացեք, երբ անորոշության դեպքում ընդգրկեք ձեր արտադրանքը:

Այժմ չափագրման համար. Ցանկանում եք, որ լույսը փոխի գույները աչքերի տարբեր դիրքերի համար (նայեք ձախից և ոչ այնքան ձախից): Դրա համար ձեզ հարկավոր են արժեքներ և միջակայքեր. Գործարկեք EOG-calibration-numbers.ino- ն Arduino- ին ՝ ամեն ինչ պատշաճ կերպով ամրացված (ավարտեք Arduino- ի և neopixel- ի հետ կապերը ՝ ըստ իմ ցնցող դիագրամի): Ոչ չափազանց անհրաժեշտ, այլև գործարկեք իմ ունեցած bioe.py ծածկագիրը. Սա տեքստային ֆայլ դուրս կբերի ձեր աշխատասեղանին, որպեսզի կարողանաք գրանցել բոլոր արժեքները ձախ կամ աջ տեսքով (պիթոնի ծածկագիրը հարմարեցված է այս օրինակից): Ինչպես ես դա արեցի ՝ ձախ հարվածով նայեցի 8 հարված, այնուհետև աջ, այնուհետև վերև, ներքև և կրկնել միջինում ավելի ուշ (տե՛ս output_2.pdf մեկ տեղեկամատյանում, որը ես պահել եմ): Սեղմեք ctrl+C ՝ գոհ լինելու դեպքում դադարեցնելու համար: Օգտագործելով այդ արժեքները, այնուհետև կարող եք հարմարեցնել անիմացիաների տիրույթները իմ BioE101_EOG-neopixel.ino կոդի մեջ: Ինձ համար ես ծիածանի անիմացիա ունեի, երբ նայում էի ուղիղ առաջ, կապույտ ՝ ձախ ձախ, կանաչ ՝ թեթև ձախ, մանուշակագույն ՝ թեթև աջ, իսկ կարմիր ՝ աջ աջ:

Քայլ 9: Ապագա քայլեր

Վոյլա; մի բան, որը կարող ես վերահսկել միայն քո աչքերով: Մինչև հիվանդանոց հասնելը շատ բան կա օպտիմալացնելու, բայց դա այլ օրվա համար է. Հիմնական հասկացությունները գոնե այժմ ավելի հեշտ է հասկանալ: Մի բան, որը ես կցանկանայի վերադառնալ և փոխել, գործիքակազմի ուժեղացուցիչի համար իմ շահույթի ճշգրտումն է 500. AMP ՝ իմ տիրույթը հիանալի կարգավորելու համար…

Դժվար է հետևողականություն ձեռք բերել, քանի որ ազդանշանը ԱՅՍՊԵՍ փոխվում է տարբեր պայմանների դեպքում.

• տարբեր անձ
• լուսավորության պայմանները
• մաշկի պատրաստում (գելեր, լվացում և այլն)

բայց և այնպես, ես լիովին գոհ եմ կատարման իմ վերջնական տեսաուղերձից (արված առավոտյան 3 -ին, քանի որ այդ ժամանակ ամեն ինչ կախարդական կերպով սկսում է աշխատել):

Ես գիտեմ, որ այս ձեռնարկի մեծ մասը կարող է շփոթեցուցիչ թվալ (այո, ուսման ոլորտն ինձ համար նույնպես դժվար էր), ուստի խնդրում ենք ազատ զգալ ստորև տրված հարցեր, և ես կանեմ ամեն ինչ `պատասխանելու համար: Վայելեք:

Երկրորդ տեղն անձեռնմխելի մարտահրավերում