თვალების შუქების კონტროლი: 9 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:16

ამ სემესტრში კოლეჯში გავიარე კლასი სახელწოდებით Instrumentation in Biomedicine, რომელშიც ვისწავლე სამედიცინო პროგრამებისთვის სიგნალის დამუშავების საფუძვლები. კლასის საბოლოო პროექტისათვის, ჩემი გუნდი მუშაობდა EOG (ელექტროკულოგრაფიის) ტექნოლოგიაზე. არსებითად, ვიღაცის ტაძრებზე მიმაგრებული ელექტროდები აგზავნიან ძაბვის სხვაობას (რქოვანას-ბადურის დიპოლის საფუძველზე) წრეში, რომელიც შექმნილია სიგნალის გასაფილტრად და გასაძლიერებლად. სიგნალი იკვებება ADC– ით (ანალოგიურ – ციფრულ გადამყვანად-ჩემს შემთხვევაში, Arduino Uno– ს ADC) და გამოიყენება ნეოპიქსელური სამკაულის ფერების შესაცვლელად.

ეს გაკვეთილი ჩემთვის არის საშუალება ჩავიწერო ის რაც ვისწავლე და ასევე გავუზიარო რეგულარულ მკითხველს, თუ როგორ არის იზოლირებული სიგნალები ადამიანის სხეულიდან (ასე რომ გაფრთხილებთ: ის სავსეა დამატებითი დეტალებით!). ეს წრე შეიძლება გამოყენებულ იქნას, მცირედი ცვლილებებით, გულის ელექტრული იმპულსებისათვის, როგორც EKG ტალღის ფორმა და მრავალი სხვა! მიუხედავად იმისა, რომ ის ნამდვილად არ არის ისეთი მოწინავე და სრულყოფილი, როგორც მანქანები, რომლებსაც საავადმყოფოში ნახავთ, ეს თვალით კონტროლირებადი ნათურა შესანიშნავია პირველადი გაგებისა და სანახავად.

შენიშვნა: მე არ ვარ სიგნალის დამუშავების ექსპერტი, ასე რომ, თუ რაიმე შეცდომაა ან თუ გაქვთ რაიმე გაუმჯობესების წინადადება, გთხოვთ შემატყობინოთ! მე ჯერ კიდევ ბევრი მაქვს სასწავლი, ასე რომ კომენტარი დასაფასებელია. ასევე, ბევრი ნაშრომი, რომელსაც მე მივუთითებ ამ სახელმძღვანელოს ბმულებში, მოითხოვს აკადემიურ წვდომას, რაც მე მაქვს ჩემი უნივერსიტეტის თავაზიანობით; ბოდიში წინასწარ მათთვის, ვისაც წვდომა არ ექნება.

ნაბიჯი 1: მასალები

• პროტობორდი
• რეზისტორები (100, 1k, 10k, 33k, 1M + 0.5M)
• კონდენსატორი (0.1uF)
• ინსტრუმენტების გამაძლიერებელი (ჩემს შემთხვევაში INA111, მაგრამ არის წყვილი, რომელიც შედარებით კარგად უნდა მუშაობდეს)
• op გამაძლიერებელი (ნებისმიერი - მე მქონდა LM324N)
• ნეოპიქსელი (ნებისმიერი ნამუშევარი, მაგრამ მე გამოვიყენე სამკაული)
• 9V ბატარეები x2
• 9V ბატარეის სათაურები x2
• მყარი გელის ელექტროდები (ელექტროდების შერჩევა განხილულია მე –5 ნაბიჯში)
• პოტენომეტრი
• იზოლირებული მავთული
• მავთულის სტრიპტიზატორები
• soldering რკინის + solder
• ალიგატორის სამაგრები (მავთულხლართებით მიამაგრეთ - საჭიროების შემთხვევაში შეაერთეთ რამდენიმე)
• ცხელი წებო (მავთულის სტაბილიზაციისთვის, რომელიც მოხრილი იქნება წინ და უკან)
• არდუინო (თითქმის ნებისმიერი დაფაზე მუშაობს, მაგრამ მე გამოვიყენე არდუინო უნო)

განსაკუთრებით გირჩევთ: ოსცილოსკოპი, მულტიმეტრი და ფუნქციის გენერატორი. გამოიკვლიეთ თქვენი შედეგები, ვიდრე მხოლოდ ჩემს წინააღმდეგობის ღირებულებებს დაეყრდნოთ!

ნაბიჯი 2: ფიზიოლოგიური ფონი და სქემის საჭიროება

სწრაფი უარყოფა: მე არავითარ შემთხვევაში არ ვარ სამედიცინო ექსპერტი ამ სფეროში, მაგრამ მე შევადგინე და გავამარტივე ის, რაც ვისწავლე კლასში/Google– დან ქვემოთ, ბმულებით შემდგომი კითხვისთვის, თუ გსურთ. ასევე, ეს ბმული არის იმ საკითხის საუკეთესო მიმოხილვა, რაც მე ვიპოვე - მოიცავს ალტერნატიულ ტექნიკას.

EOG (ელექტრო-ოკულოგრაფია) მუშაობს რქოვანას-ბადურის დიპოლზე. რქოვანა (თვალის წინა ნაწილი) ოდნავ დადებითად არის დამუხტული და ბადურა (თვალის უკანა ნაწილი) ოდნავ უარყოფითად დამუხტული. როდესაც ელექტროდებს აყენებთ ტაძრებზე და აერთებთ თქვენს წრეს შუბლზე (ხელს უწყობს თქვენი კითხვის სტაბილიზაციას და 60 ჰც-იანი ჩარევის მოშორებას), თქვენ შეგიძლიათ გაზომოთ ~ 1-10 მვ ძაბვის სხვაობა თვალის ჰორიზონტალური მოძრაობებისთვის (იხ. სურათი ზემოთ). თვალის ვერტიკალური მოძრაობისთვის, განათავსეთ ელექტროდები თვალის ზემოთ და ქვემოთ. იხილეთ ეს სტატია იმისთვის, რომ კარგად წაიკითხოთ როგორ ურთიერთქმედებს სხეული ელექტროენერგიასთან - დიდი ინფორმაცია კანის წინაღობის შესახებ და ა.შ. ასევე არსებობს პროგრამები თვალით კონტროლირებად რობოტიკაში, რომელშიც მარტივი ამოცანების შესრულება შესაძლებელია თვალების მოძრაობით.

ამ სიგნალების წასაკითხად, ანუ ელექტროდებს შორის ძაბვის სხვაობის გამოსათვლელად, ჩვენ ჩავრთავთ ჩვენს მიკროსქემში მნიშვნელოვან ჩიპს, რომელსაც ეწოდება ინსტრუმენტის გამაძლიერებელი. ეს ინსტრუმენტული გამაძლიერებელი შედგება ძაბვის მიმდევრებისგან, არაინვერტირებადი გამაძლიერებლისგან და დიფერენციალური გამაძლიერებლისგან. თუ ბევრი რამ არ იცით op amps– ის შესახებ, გთხოვთ წაიკითხოთ ეს ავარიის კურსისთვის - არსებითად, ისინი იღებენ შეყვანის ძაბვას, ამცირებენ მას და გამოაქვთ შედეგად მიღებული ძაბვა მისი დენის რელსების გამოყენებით. ყველა რეზისტორის ინტეგრაცია თითოეულ საფეხურს შორის ეხმარება ტოლერანტობის შეცდომებს: ჩვეულებრივ რეზისტორებს აქვთ 5-10% ტოლერანტობა ღირებულებებში და რეგულარული წრე (სრულად არ არის ინტეგრირებული ინსტრუმენტულ გამაძლიერებელში) დიდწილად იქნება დამოკიდებული სიზუსტეზე კარგი CMMR (იხილეთ შემდეგი ნაბიჯი). ძაბვის მიმდევრები არის მაღალი შეყვანის წინაღობა (განხილულია ზემოთ პარაგრაფში - მთავარი პაციენტისთვის ზიანის თავიდან ასაცილებლად), არაინვერტირებადი გამაძლიერებელი არის სიგნალის მაღალი მომატების უზრუნველსაყოფად (შემდგომი გაძლიერების შესახებ მეტი) და დიფერენციალური გამაძლიერებელი იღებს განსხვავებას შეყვანებს შორის (აკლებს მნიშვნელობებს ელექტროდებიდან). ისინი შექმნილია იმისათვის, რომ მაქსიმალურად გაანადგურონ ხმაურის/ჩარევის რეჟიმი რაც შეიძლება მეტი (სიგნალის დამუშავებისათვის იხილეთ შემდეგი ნაბიჯი) ბიომედიკური სიგნალებისთვის, რომლებიც სავსეა უცხო არტეფაქტებით.

ელექტროდები ემუქრება კანის წინააღმდეგობას, რადგან თქვენი კანის ქსოვილები და ცხიმები აფერხებენ ძაბვის პირდაპირ გაზომვას, რაც იწვევს სიგნალის გაძლიერების და გაფილტვრის აუცილებლობას. აქ, აქ და აქ არის რამოდენიმე სტატია, რომელშიც მკვლევარები ცდილობდნენ ამ წინაღობის რაოდენობრივად დადგენას. ეს ფიზიოლოგიური რაოდენობა ჩვეულებრივ მოდელირებულია როგორც 51kOhm რეზისტორი 47nF კონდენსატორის პარალელურად, თუმცა ბევრი ვარიაცია და კომბინაცია არსებობს. კანს სხვადასხვა ადგილას შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული წინაღობა, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც გავითვალისწინებთ მიმდებარე კუნთის სხვადასხვა სისქეს და რაოდენობას. წინაღობა ასევე იცვლება იმის მიხედვით, თუ რამდენად კარგად არის მომზადებული თქვენი კანი ელექტროდებისათვის: ზოგადად ვარაუდობენ საპნით და წყლით საფუძვლიან გაწმენდას, რომ უზრუნველყოს შესანიშნავი წებოვნება და თანმიმდევრულობა, და არსებობს სპეციალიზებული გელები ელექტროდებისათვისაც, თუ თქვენ ნამდვილად გსურთ სრულყოფილება. ერთი მთავარი შენიშვნა ის არის, რომ წინაღობა იცვლება სიხშირით (კონდენსატორებისთვის დამახასიათებელი), ასე რომ თქვენ უნდა იცოდეთ თქვენი სიგნალის გამტარუნარიანობა წინაღობის პროგნოზირების მიზნით. დიახ, წინაღობის შეფასება მნიშვნელოვანია ხმაურის შესატყვისად - იხილეთ შემდგომი ნაბიჯი ამის შესახებ დამატებითი ინფორმაციისათვის.

ნაბიჯი 3: სიგნალის დამუშავება: რატომ და როგორ?

ახლა, რატომ არ შეგიძლიათ გამოიყენოთ მხოლოდ 1-10mV ძაბვის სხვაობა, როგორც უშუალო გამომუშავება LED- ების გასაკონტროლებლად? ისე, სიგნალების გაფილტვრისა და გაძლიერების მრავალი მიზეზი არსებობს:

• ბევრი ADC (ანალოგურ-ციფრულ გადამყვანებს-აიღეთ თქვენი ანალოგური შეყვანა და გააქტიურეთ ისინი კომპიუტერში მონაცემების წასაკითხად და შესანახად) უბრალოდ ვერ აღმოაჩენს ასეთ მცირე ცვლილებებს. მაგალითად, Arduino Uno– ს ADC არის 10 ბიტიანი ADC 5V გამომავალი, რაც იმას ნიშნავს, რომ ის ასახავს 0-5V შეყვანის ძაბვებს (დიაპაზონის მიღმა მნიშვნელობები იქნება "სარკინიგზო", რაც იმას ნიშნავს, რომ ქვედა მნიშვნელობები იკითხება როგორც 0V, ხოლო უმაღლესი მნიშვნელობები იკითხება როგორც 5V) 0 -დან 1023 -მდე მთელ მნიშვნელობამდე. 10mV იმდენად მცირეა ამ 5V დიაპაზონში, ასე რომ, თუ თქვენ შეგიძლიათ გააძლიეროთ თქვენი სიგნალი 5V მთელ დიაპაზონში, მცირე ცვლილებები უფრო ადვილად შესამჩნევი იქნება, რადგან ისინი აისახება უფრო დიდი რაოდენობრივი ცვლილებებით (5mV იცვლება 10mV– ით, განსხვავებით 2V– დან 4V– მდე). წარმოიდგინეთ, როგორც პატარა სურათი თქვენს კომპიუტერში: დეტალები შეიძლება იდეალურად იყოს განსაზღვრული თქვენი პიქსელებით, მაგრამ თქვენ ვერ შეძლებთ ფორმების დიფერენცირებას, თუ არ გააფართოვებთ სურათს.

  გაითვალისწინეთ, რომ თქვენი ADC– სთვის მეტი ბიტის ქონა უკეთესია, რადგან თქვენ შეგიძლიათ შეამციროთ კვანტიზაციის ხმაური თქვენი უწყვეტი სიგნალის დისკრეტულ, ციფრულ მნიშვნელობებად გადაქცევიდან. გამოთვალეთ რამდენი ბიტი გჭირდებათ input 96% შეყვანის SNR შესანარჩუნებლად, გამოიყენეთ N = SNR (dB)/6, როგორც წესი. თქვენ ასევე გინდათ დაიმახსოვროთ თქვენი საფულე: თუ გსურთ მეტი ბიტი, თქვენ უნდა იყოთ მზად მეტი თანხის გამოსაყრელად

• ხმაური და ჩარევა (ხმაური = შემთხვევითი არტეფაქტები, რომლებიც სიგნალებს აფერხებს ნაცვლად გლუვი და ჩარევის = არაჩვეულებრივი, სინუსოიდური არტეფაქტები რადიოტალღების მიმდებარე სიგნალებიდან და ა. შ.) აწუხებს ყოველდღიურ ცხოვრებაში გაზომულ ყველა სიგნალს.

  • ყველაზე ცნობილი არის 60 ჰც -იანი ჩარევა (50 ჰც თუ თქვენ ევროპაში ხართ და არცერთი რუსეთში, რადგან ისინი DC- ს იყენებენ AC- ისგან განსხვავებით გამოსასვლელ ენერგიაზე …), რომელსაც ეწოდება კომუნალური სიხშირე კვების ბლოკების AC ელექტრომაგნიტური ველებიდან. ელექტროგადამცემი ხაზები ახორციელებენ AC მაღალი ძაბვას ელექტრო გენერატორებიდან საცხოვრებელ ადგილებში, სადაც ტრანსფორმატორები ამცირებენ ძაბვას სტანდარტულ V 120V- მდე ამერიკულ ელექტროსადგურებში. ალტერნატიული ძაბვა იწვევს მუდმივ აბაზანას 60 ჰც ჩარევით ჩვენს გარემოცვაში, რომელიც ერევა ყველა სახის სიგნალში და საჭიროებს გაფილტვრას.

  • 60 ჰერც ჩარევას ჩვეულებრივ უწოდებენ საერთო რეჟიმის ჩარევას, რადგან ის ჩნდება თქვენს ორივე შეყვანისას (+ და -) op amps– ში. ახლა, გამაძლიერებლებს აქვთ რაღაც, რასაც ეწოდება საერთო რეჟიმის უარყოფის კოეფიციენტი (CMRR) საერთო რეჟიმის არტეფაქტების შესამცირებლად, მაგრამ (შემისწორეთ, თუ ვცდები!) ეს ძირითადად კარგია საერთო რეჟიმის ხმაურისთვის (შემთხვევითი: ხმაური არაჩვეულებრივი: ჩარევის ნაცვლად) რა 60Hz– ისგან თავის დასაღწევად, bandstop ფილტრები შეიძლება გამოყენებულ იქნას მისი შერჩევითი სიხშირის სპექტრიდან, მაგრამ შემდეგ თქვენ ასევე ემუქრებით ფაქტობრივი მონაცემების ამოღებას. საუკეთესო შემთხვევაში, თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ დაბალი გამავლობის ფილტრი მხოლოდ 60 ჰც -ზე დაბალი სიხშირის დიაპაზონის შესანარჩუნებლად, ამიტომ უფრო მაღალი სიხშირის მქონე ყველაფერი გაფილტრულია. ეს არის ის, რაც მე გავაკეთე EOG– სთვის: ჩემი სიგნალის სავარაუდო გამტარუნარიანობა იყო 0-10 ჰც (თვალის სწრაფი მოძრაობების უგულებელყოფა-არ მინდოდა მასთან გამკლავება ჩვენს გამარტივებულ ვერსიაში), ამიტომ მე ამოვიღე 10 ჰც-ზე მეტი სიხშირე დაბალი გავლის ფილტრით რა

    • 60 ჰც -ს შეუძლია გააფუჭოს ჩვენი სიგნალები ტევადობის და ინდუქციური შეერთების საშუალებით. კონდენსატორული შეერთება (წაიკითხეთ კონდენსატორებზე აქ) ხდება მაშინ, როდესაც ჰაერი მოქმედებს როგორც დიელექტრიკი AC სიგნალებისთვის, რომლებიც უნდა ჩატარდეს მიმდებარე სქემებს შორის. ინდუქციური დაწყვილება მოდის ფარადეის კანონიდან, როდესაც მაგნიტურ ველში დენი გადიხარ. ბევრი ხრიკია დასაძლევად: თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ დაფარული ფარი, როგორც ფარადეის გალიაში, მაგალითად. მავთულხლართების გადაბრუნება/დახვევა შეძლებისდაგვარად ამცირებს იმ ადგილს, რომელიც ხელმისაწვდომია ინდუქციური დაწყვილებისათვის. მავთულხლართების შემცირება და თქვენი მიკროსქემის საერთო ზომის შემცირება ასევე ახდენს იმავე ეფექტს იმავე მიზეზით. ბატარეის სიმძლავრეზე დამოკიდებულება გამაძლიერებლის რელსებისთვის, განსხვავებით კვების ბლოკიდან, ასევე ეხმარება, რადგან ბატარეები უზრუნველყოფენ DC წყაროს სინუსოიდური რხევის გარეშე. წაიკითხეთ მეტი აქ!

    • დაბალი გამავლობის ფილტრები ასევე ათავისუფლებს უამრავ ხმაურს, რადგან შემთხვევითი ხმაური წარმოდგენილია მაღალი სიხშირეებით. ბევრი ხმაური არის თეთრი ხმაური, რაც ნიშნავს რომ ხმაური არის ყველა სიხშირეზე, ამიტომ სიგნალის გამტარუნარიანობის მაქსიმალურად შეზღუდვა გვეხმარება ამ სიგნალის რაოდენობის შეზღუდვაში.

      ზოგიერთ დაბალ გავლის ფილტრს ეწოდება ანტიალაზიანი ფილტრები, რადგან ისინი ხელს უშლიან ალიაზირებას. თქვენ ყოველთვის უნდა გახსოვდეთ, რომ დაიცავთ ნიკვისტის შერჩევის თეორემას (სიგნალის ნიმუშები 2x უფრო მაღალი სიხშირით: საჭიროა შერჩევის სიხშირე> 2 Hz მოსალოდნელი 1Hz სინუსური ტალღისთვის და ა. შ.). ამ EOG შემთხვევაში, მე არ მჭირდებოდა ფიქრი Nyquist– ზე, რადგან ჩემი სიგნალი ძირითადად 10 ჰც – ის დიაპაზონში იქნებოდა, ხოლო ჩემი Arduino ADC ნიმუშები 10 კჰც – ზე - საკმარისად სწრაფი ვიდრე ყველაფრის დასაფიქსირებლად

  • ასევე არსებობს პატარა ხრიკები ხმაურის მოსაშორებლად. ერთი არის ვარსკვლავის გრუნტის გამოყენება ისე, რომ თქვენი სქემის ყველა ნაწილს ჰქონდეს ზუსტად იგივე მითითება. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ის, რასაც ერთი ნაწილი უწოდებს "მიწას", შეიძლება განსხვავდებოდეს მეორისგან მავთულხლართების უმნიშვნელო წინააღმდეგობის გამო, რაც ემატება არათანმიმდევრულობას. დაფაზე დაფარვის ნაცვლად პროტობორდზე შედუღება ასევე ამცირებს გარკვეულ ხმაურს და ქმნის უსაფრთხო კავშირებს, რომლებსაც შეგიძლიათ ენდოთ, განსხვავებით პრესის ჩასმისგან.

ხმაურისა და ჩარევის ჩასახშობად უამრავი სხვა გზა არსებობს (იხ. აქ და აქ), მაგრამ დამატებითი ინფორმაციისთვის შეგიძლიათ გაეცნოთ მას ან Google- ში: მოდით გადავიდეთ რეალურ წრეზე!

ნაბიჯი 4: როგორ მუშაობს სქემა

ნუ შეგეშინდებათ სქემის დიაგრამა: აქ არის უხეშობა იმის შესახებ, თუ როგორ მუშაობს ყველაფერი: (გადახედეთ წინა საფეხურს ზოგიერთი ახსნისთვისაც)

• უკიდურეს მარცხნივ ჩვენ გვაქვს ელექტროდები. ერთი მიმაგრებულია მარცხენა ტაძარზე, მეორე მარჯვენა ტაძარზე, ხოლო მესამე ელექტროდი შუბლზეა მიბმული. ეს დამიწება ასტაბილურებს სიგნალს, ასე რომ ნაკლები დრიფტი ხდება და ის ასევე ათავისუფლებს 60 ჰც -იანი ჩარევის ნაწილს.
• შემდეგი არის ინსტრუმენტების გამაძლიერებელი. დაბრუნდით ორი საფეხურით იმის ახსნის მიზნით, თუ რას აკეთებს ის ძაბვის სხვაობის წარმოქმნის მიზნით. ამპერის მომატების შეცვლის განტოლება არის მონაცემების ფურცლის მე -7 გვერდზე [G = 1+ (50kOhm/Rg), სადაც Rg დაკავშირებულია გამაძლიერებლის ქინძისთავებთან 1 და 8]. ჩემი მიკროსქემისთვის, მე შევიცვალე მოგება 500 გამოყენებით Rg = 100Ohm.
• მას შემდეგ, რაც ინსტრუმენტის გამაძლიერებელი გამოსცემს 500x გაძლიერებულ ძაბვის სხვაობას, არის პირველი რიგის RC დაბალი გამავლობის ფილტრი, რომელიც შედგება რეზისტორის R_filter და capacitor C_filter- ისგან. დაბალგამტარი ფილტრი ხელს უშლის ანტი-ალიაზინგს (თუმცა არ მაწუხებს, რადგან Nyquist– ით, მე უნდა მოვიყვანო მინიმუმ 20 Hz- ის მოსალოდნელი 10Hz გამტარუნარიანობისთვის, ხოლო Arduino ADC ნიმუშები 10kHz– ზე-საკმარისზე მეტი) და ასევე წყვეტს ხმაურს ყველა სიხშირეზე, რაც მე არ მჭირდება. RC სისტემა მუშაობს იმიტომ, რომ კონდენსატორები უშვებენ მაღალ სიხშირეებს ადვილად, მაგრამ აბრკოლებენ ქვედა სიხშირეებს (წინაღობა Z = 1/(2*pi*f)), ხოლო კონდენსატორზე ძაბვის ძაბვის გამყოფის შექმნა იწვევს ფილტრს, რომელიც მხოლოდ ქვედა სიხშირეებს იძლევა მეშვეობით [3dB ინტენსივობის შეწყვეტა რეგულირდება ფორმულით f_c = 1/(2*pi*RC)]. მე შევცვალე ჩემი ფილტრის R და C მნიშვნელობები signals 10 Hz– ზე მაღალი სიგნალების შესაწყვეტად, რადგან EOG– ების ბიოლოგიური სიგნალი მოსალოდნელია ამ დიაპაზონში. თავდაპირველად გავთიშე 20 ჰც -ის შემდეგ, მაგრამ ექსპერიმენტის შემდეგ 10 ჰც ისეთივე კარგად იმუშავა, ამიტომ უფრო მცირე გამტარუნარიანობას მივუდექი (მცირე გამტარობა უკეთესია ამოიღო არასაჭირო, ყოველ შემთხვევაში).
• ამ გაფილტრული სიგნალით, მე გავზომე გამომავალი ოსცილოსკოპით, რათა დავინახო ჩემი ღირებულებების დიაპაზონი მარცხნიდან და მარჯვნივ (ჩემი დიაპაზონის ორი უკიდურესობა). ამან მიმიყვანა 2-4V– მდე (რადგან ინსტრუმენტის გამაძლიერებელი იყო 500x range 4-8mV დიაპაზონში), როდესაც ჩემი სამიზნე არის 5V (Arduino ADC– ის სრული დიაპაზონი). ეს დიაპაზონი ძალიან იცვლებოდა (იმის საფუძველზე, თუ რამდენად კარგად დაიბანდა ადამიანი კანს წინასწარ და ა.შ.), ასე რომ მე არ მინდოდა ამხელა მოგება ჩემს მეორე არაინვერტირებულ გამაძლიერებელთან ერთად. მე დავამთავრე მისი მორგება, რომ მოგება ჰქონოდა მხოლოდ 1.3 -ს (შეცვალე R1 და R2 წრეში, რადგან ამპერის მომატება = 1+R2/R1). თქვენ დაგჭირდებათ თქვენი საკუთარი გამომუშავების მოცულობა და იქიდან მორგება ისე, რომ არ გადააჭარბოთ 5 ვ -ს! ნუ გამოიყენებ მხოლოდ ჩემს წინააღმდეგობის მნიშვნელობებს.
• ეს სიგნალი ახლა შეიძლება ჩაეწეროს Arduino– ს ანალოგიურ პინში წასაკითხად, მაგრამ Arduino ADC არ იღებს უარყოფით საშუალებებს! თქვენ უნდა გადაიტანოთ თქვენი სიგნალი ისე, რომ დიაპაზონი იყოს 0-5V განსხვავებით -2.5V– დან 2.5V– მდე. ამის გამოსწორების ერთ -ერთი გზაა თქვენი მიკროსქემის დაფის მიმაგრება არდუინოს 3.3V პინზე: ეს თქვენს სიგნალს გადააქვს 3.3 ვ -ით (ოპტიმალური 2.5 ვ -ზე მეტი, მაგრამ მუშაობს). ჩემი დიაპაზონი მართლაც არამყარი იყო, ამიტომ მე შევადგინე ცვლადი ძაბვის ძაბვა: ამ გზით, მე შემეძლო დამეტრიალებინა პოტენომეტრი იმისთვის, რომ დიაპაზონი 0-5 ვ-მდე განლაგებულიყო. ეს არსებითად ცვლადი ძაბვის გამყოფია +/- 9V დენის რელსების გამოყენებით ისე, რომ შემიძლია მიკროსქემის მიწა დავამატო ნებისმიერ მნიშვნელობაზე -9 -დან 9V- მდე და ამით გადავიტანო სიგნალი 9V- ზე ზემოთ ან ქვემოთ.

ნაბიჯი 5: კომპონენტების და ღირებულებების არჩევა

მიკროსქემის ახსნით, როგორ ავირჩიოთ რომელი (ელექტროდი, op amp) გამოვიყენოთ?

• როგორც სენსორი, მყარი გელის ელექტროდებს აქვთ მაღალი შეყვანის წინაღობა და დაბალი გამომუშავების წინაღობა: რაც ეს არსებითად ნიშნავს იმას, რომ დენი ადვილად გადადის ქვევით დინების დანარჩენ წრეში (დაბალი გამომუშავების წინაღობა), მაგრამ შემაშფოთებელი იქნება თქვენი ტაძრებისკენ დინების საწინააღმდეგოდ გავლა. (მაღალი შეყვანის წინაღობა). ეს ხელს უშლის მომხმარებელს დაზიანდეს ნებისმიერი მაღალი დენის ან ძაბვის შედეგად თქვენს დანარჩენ წრეში; სინამდვილეში, ბევრ სისტემას აქვს რაღაც, რასაც ეწოდება პაციენტის დაცვის რეზისტორი დამატებითი დაცვისათვის, ყოველი შემთხვევისთვის.

  • ელექტროდების მრავალი განსხვავებული ტიპი არსებობს. ადამიანების უმეტესობა გვთავაზობს Ag/AgCl მყარი გელის ელექტროდებს EKG/EOG/etc პროგრამებში გამოსაყენებლად. ამის გათვალისწინებით, თქვენ უნდა მოძებნოთ ამ ელექტროდების წყაროს წინააღმდეგობა (ორი ნაბიჯით უკან დაიწიეთ ჩემი შენიშვნები კანის წინაღობაზე) და შეადარეთ მას ხმაურის წინააღმდეგობას (ხმაურის ძაბვა V/sqrt (Hz) გაყოფილი ხმაურის დენში A/sqrt (Hz) - იხილეთ op amps– ის მონაცემების ფურცლები) თქვენი op amps - ეს არის ის, თუ როგორ ირჩევთ სწორი აპარატურის გამაძლიერებელს თქვენი მოწყობილობისთვის. ამას ჰქვია ხმაურის შესატყვისი და ახსნა იმისა, თუ რატომ ემთხვევა წყაროს წინააღმდეგობა Rs ხმაურის წინააღმდეგობას Rn სამუშაოებს ინტერნეტში, როგორც აქ. ჩემი INA111– ისთვის, რომელიც მე ავირჩიე, Rn შეიძლება გამოითვალოს მონაცემთა ფურცლის ხმაურის ძაბვისა და ხმაურის დენის გამოყენებით (ეკრანის სურათი ზემოთ).

    • არსებობს უამრავი სტატია, რომელიც აფასებს ელექტროდის მუშაობას და არავინ ელექტროდი არ არის საუკეთესო ყველა მიზნისთვის: სცადეთ აქ, მაგალითად. წინაღობა ასევე იცვლება სხვადასხვა გამტარუნარიანობაზე, რაც აისახება op amp მონაცემთა ცხრილებში (ზოგიერთ მონაცემთა ფურცელს ექნება მოსახვევები ან ცხრილები სხვადასხვა სიხშირეზე). ჩაატარეთ კვლევა, მაგრამ გახსოვდეთ, რომ საფულე გახსოვდეთ. სასიამოვნოა იმის ცოდნა, თუ რომელი ელექტროდები/ოპ amps არის საუკეთესო, მაგრამ აზრი არ აქვს, თუ ამის საშუალება არ გაქვს. ტესტირებისთვის დაგჭირდებათ 50 ~ ელექტროდი, არა მხოლოდ 3 ერთჯერადი გამოყენებისათვის.

      • ხმაურის ოპტიმალური შესატყვისად არა მხოლოდ Rn ~ = Rs: თქვენ ასევე გსურთ ხმაურის ძაბვა * ხმაურის დენი (Pn) იყოს რაც შეიძლება დაბალი. ეს უფრო მნიშვნელოვანია ვიდრე Rn ~ = Rs, რადგან საჭიროების შემთხვევაში შეგიძლიათ შეცვალოთ Rs და Rn ტრანსფორმატორების გამოყენებით.

        გაფრთხილებები ტრანსფორმატორებით (შემისწორეთ თუ არასწორია): ისინი შეიძლება იყოს გარკვეულწილად მოცულობითი და, შესაბამისად, არა ოპტიმალური იმ მოწყობილობებისთვის, რომლებიც უნდა იყოს პატარა. ისინი ასევე ქმნიან სითბოს, ამიტომ აუცილებელია სითბოს ჩაძირვა ან შესანიშნავი ვენტილაცია

      • ხმაური ემთხვევა მხოლოდ თქვენს პირველ საწყის გამაძლიერებელს; მეორე გამაძლიერებელი არ იმოქმედებს იმდენად, ასე რომ ნებისმიერი გამაძლიერებელი იმოქმედებს.

ნაბიჯი 6: წრის შექმნა

სქემის შესაქმნელად გამოიყენეთ ზემოთ მოყვანილი დიაგრამა (მეორე ასლი ასახავს რას აღნიშნავს თითოეული ნაწილი წრედის დიაგრამაში წინა საფეხურიდან). თუ გჭირდებათ დიაგრამაზე LED- ების იდენტიფიცირება, გამოიყენეთ ეს რეზისტორის ფერის კოდის გამომთვლელი, მაგრამ ინსტრუმენტის გამაძლიერებლის Rg არის 100Ohm, R_filter არის 1.5MOhm, C_filter არის 0.1uF, R1 არაინვერტირებული გამაძლიერებლის არის 10kOhm, R2 არის 33kOhm, ხოლო რეზისტორი პოტენციომეტრისთვის არის 1kOhm (პოტენომეტრი მერყეობს 0 -დან 20kOhm– მდე). გახსოვდეთ შეცვალოთ თქვენი რეზისტორის მნიშვნელობები საჭიროებისამებრ, რათა შეცვალოთ მოგება!

შესწორება: შეცდომაა ოფსეტური გრუნტის ნაწილში. წაშალეთ მარცხენა შავი მავთული. რეზისტორი უნდა იყოს დაკავშირებული წითელი მავთულით ელექტროგადამცემი ხაზთან, როგორც ეს ნაჩვენებია, არამედ ასევე პოტენომეტრის მეორე, პირველ რიგში, პინთან. პოტენომეტრის პირველი პინი უნდა იყოს დაკავშირებული არდუინოს 5 ვ პინთან. ნარინჯისფერი მავთული, რომელიც არის ოფსეტური მიწა, უნდა იყოს დაკავშირებული მეორე პინთან და არა პირველთან.

მე ბევრი განვიხილე ოფსეტური საფუძველი. დიაგრამაზე ხედავთ, რომ არდუინოს გრუნტი ნაჩვენებია, როგორც დაკავშირებული პურის დაფის მიწასთან. ეს ის სცენარია, რომ თქვენ არ გჭირდებათ თქვენი პოზიციის შეცვლა. თუ თქვენი სიგნალი დიაპაზონის მიღმაა და თქვენ გჭირდებათ თქვენი ადგილის შეცვლა, ჯერ სცადეთ Arduino გრუნტი დაუკავშიროთ Arduino– ს 3.3V პინს და ნახოთ თქვენი სიგნალი. წინააღმდეგ შემთხვევაში, სცადეთ ნარინჯისფერი მავთულის მიერთება პოტენომეტრში (ოფსეტური მიწა) არდუინოს GND პინზე.

უსაფრთხოების შენიშვნა: ნუ შეინახავთ ბატარეებს შედუღების დროს და ნუ აყენებთ ან არ აერთებთ ბატარეებს უკანა მხარეს. თქვენი წრე დაიწყებს მოწევას, კონდენსატორები იფეთქებენ და პურის დაფაც შეიძლება დაზიანდეს. როგორც წესი, გამოიყენეთ ბატარეები მხოლოდ მაშინ, როდესაც გსურთ გამოიყენოთ წრე; წინააღმდეგ შემთხვევაში, წაშალეთ ისინი (ასევე კარგი იდეაა გადაბრუნების შეცვლა ბატარეების ადვილად გათიშვისთვის).

გაითვალისწინეთ, რომ თქვენ უნდა ააწყოთ წრე ნაწილად (შეამოწმეთ თითოეული ეტაპი!) და პურის დაფაზე, სანამ პროდობორდზე შეაერთებთ. შემოწმების პირველი ეტაპი არის ინსტრუმენტის გამაძლიერებელი: მიამაგრეთ ყველა რელსები (შეაერთეთ ბატარეის დამჭერებში), Rg და ა.შ. და გამოსაყენებელ პინზე გამოიყენეთ ოსცილოსკოპი. დამწყებთათვის გამოიყენეთ ფუნქციის გენერატორი 1 ჰც სინუსური ტალღით 5 მვ ამპლიტუდით (ან ყველაზე დაბალი თქვენი გენერატორი წავა). ეს არის მხოლოდ იმის შესამოწმებლად, რომ ინსტრუმენტების გამაძლიერებელი მუშაობს სწორად და თქვენი Rg უზრუნველყოფს თქვენს მიზნობრივ მოგებას.

შემდეგი, შეამოწმეთ თქვენი დაბალი გავლის ფილტრი. დაამატეთ მიკროსქემის ის ნაწილი და შეამოწმეთ თქვენი ტალღის ფორმა: ის უნდა გამოიყურებოდეს ზუსტად იგივე, მაგრამ ნაკლები ხმაური (დაკბილული - იხილეთ ბოლო ორი სურათი ზემოთ). მოდით გამოვიკვლიოთ თქვენი საბოლოო გამომუშავება ოსცილოსკოპით თქვენი ელექტროდებით, ფუნქციის გენერატორის ნაცვლად …

ნაბიჯი 7: ტესტირება წრე ადამიანთან

ისევ და ისევ, დადეთ ელექტროდები თქვენს მარცხენა და მარჯვენა ტაძრებზე და მიამაგრეთ გრუნტის მავთული ელექტროდზე შუბლზე. მხოლოდ ამის შემდეგ უნდა დაამატოთ ბატარეები - თუ რაიმე ჩხვლეტა მოხდა, ამოიღეთ სასწრაფოდ და ორმაგად შეამოწმეთ კავშირები !!! ახლა შეამოწმეთ თქვენი მნიშვნელობების დიაპაზონი, როდესაც იხედებით მარცხნივ და მარჯვნივ და შეასწორეთ არაინვერტირებადი გამაძლიერებლის R1/R2, როგორც ეს განმარტებულია ორი ნაბიჯის წინ-გახსოვდეთ, რომ სამიზნე არის 5 ვ დიაპაზონი! იხილეთ სურათები ზემოთ, რათა მიიღოთ შენიშვნები, თუ რას უნდა მიაქციოთ ყურადღება.

როდესაც თქვენ კმაყოფილი ხართ რეზისტორის ყველა ღირებულებით, მიამაგრეთ ყველაფერი პროტობორდზე. შედუღება არ არის აუცილებელი, მაგრამ ის უზრუნველყოფს უფრო მეტ სტაბილურობას პრესის მორგებული სახსრების მიმართ და აშორებს მიკროსქემის გაურკვევლობას, რომელიც არ მუშაობს უბრალოდ იმიტომ, რომ თქვენ მათ საკმარისად ძლიერად არ დააჭერთ.

ნაბიჯი 8: Arduino კოდი

ყველა კოდი ერთვის ამ ნაბიჯის ბოლოში!

ახლა, როდესაც თქვენ გაქვთ 5V დიაპაზონი, თქვენ უნდა დარწმუნდეთ, რომ ის 0-5V ფარგლებშია -1V– დან 4V– მდე და ა.შ. სახმელეთო რკინიგზაზე და შემდეგ დააკავშირეთ მავთული სახმელეთო სარკინიგზოდან Arduino– ს GND პინთან (ეს არის სიგნალის გადატანა ზემოთ ან ქვემოთ, ასე რომ თქვენ მოხვდებით 0-5V დიაპაზონში). თქვენ მოგიწევთ თამაში: ნუ დაგავიწყდებათ, რომ გაზარდოთ თქვენი გამომავალი, როდესაც გაურკვეველია!

ახლა კალიბრაციისთვის: თქვენ გინდათ რომ შუქმა შეცვალოს ფერები თვალის სხვადასხვა პოზიციისთვის (გამოიყურება მარცხნივ და არა როგორც მარცხნივ..). ამისათვის გჭირდებათ ღირებულებები და დიაპაზონები: გაუშვით EOG- კალიბრაციის ნომრები. Arino– ში ყველაფერი სწორად არის შეკრული (დაასრულეთ კავშირები Arduino– სთან და ნეოპიქსელთან ჩემი გამაგრილებელი დიაგრამის მიხედვით). არ არის ძალიან საჭირო, არამედ გაუშვით bioe.py კოდი, რომელიც მე მაქვს - ეს გამოიტანს ტექსტურ ფაილს თქვენს სამუშაო მაგიდაზე, ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ ჩაწეროთ ყველა მნიშვნელობა მარცხნივ ან მარჯვნივ (პითონის კოდი ადაპტირებულია ამ მაგალითზე). როგორ გავაკეთე ეს, მე მარცხნივ შევხედე 8 დარტყმას, შემდეგ მარჯვნივ, შემდეგ მაღლა, შემდეგ ქვემოთ და ვიმეორებ საშუალოდ მოგვიანებით (იხილეთ output_2.pdf ერთი ჟურნალისთვის, რომელსაც ვიცავდი). დააწკაპუნეთ ctrl+C, რომ კმაყოფილი დარჩეთ, რომ დატოვოთ. ამ მნიშვნელობების გამოყენებით, თქვენ შეგიძლიათ შეცვალოთ ანიმაციის დიაპაზონი ჩემს BioE101_EOG-neopixel.ino კოდში. ჩემთვის, მე მქონდა ცისარტყელას ანიმაცია, როდესაც პირდაპირ ვიყურებოდი, ლურჯი შორს მარცხნივ, მწვანე ოდნავ მარცხნივ, მეწამული ოდნავ მარჯვნივ, ხოლო წითელი შორს მარჯვნივ.

ნაბიჯი 9: მომავალი ნაბიჯები

ვოილა; ის, რისი კონტროლიც მხოლოდ შენი თვალით შეგიძლიათ. ბევრი რამ არის გასაკეთებელი, სანამ ის საავადმყოფოში მივა, მაგრამ ეს სხვა დღისთვისაა: ძირითადი ცნებების გაგება ახლა მაინც უფრო ადვილია. ერთი რამ მინდა დავბრუნდე და შეცვალო, არის ჩემი მოგების მორგება ინსტრუმენტთა გამაძლიერებელზე 500-ზე: უკან მოხედვა, ეს ალბათ ძალიან ბევრი იყო, რადგან ჩემი სიგნალი იყო 2-4V უკვე და გამიჭირდა არაინვერტირების გამოყენება გამაძლიერებელი ჩემი დიაპაზონის სრულყოფილად შესაცვლელად…

ძნელია თანმიმდევრულობის მიღება, რადგან სიგნალი ძალიან ბევრ რამეს ცვლის სხვადასხვა პირობებში:

• განსხვავებული ადამიანი
• განათების პირობები
• კანის მომზადება (გელი, სარეცხი და ა.

მაგრამ მიუხედავად ამისა, მე საკმაოდ კმაყოფილი ვარ ჩემი შესრულების საბოლოო ვიდეო მტკიცებულებით (გადაღებულია დილის 3 საათზე, რადგან ამ დროს ყველაფერი ჯადოსნურად იწყებს მუშაობას).

მე ვიცი, რომ ამ გაკვეთილის ბევრი რამ შეიძლება დამაბნეველი ჩანდეს (დიახ, სწავლის მრუდი ჩემთვისაც რთული იყო), ასე რომ გთხოვთ მოგერიდოთ კითხვების დასმა ქვემოთ და მე ყველაფერს გავაკეთებ პასუხის გასაცემად. ისიამოვნეთ!

მეორე ადგილი ხელშეუხებელ გამოწვევაში