Chiroqlarni ko'zingiz bilan boshqarish: 9 qadam (rasmlar bilan)

2025 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2025-01-23 15:14

Bu semestrda kollejda men "Tibbiy asboblar asboblari" deb nomlangan darsdan o'tdim, u erda tibbiy ilovalar uchun signallarni qayta ishlash asoslarini o'rgandim. Sinfning yakuniy loyihasi uchun mening jamoam EOG (elektrokulografiya) texnologiyasi ustida ishladi. Asosan, kimningdir ibodatxonalariga biriktirilgan elektrodlar signalni filtrlash va kuchaytirish uchun mo'ljallangan zanjirga kuchlanish farqini (kornea-retinal dipolga asoslangan holda) yuboradi. Signal ADCga (analog-raqamli konvertor-mening holatimda, Arduino Uno ADC) beriladi va neopikselli marvarid ranglarini o'zgartirish uchun ishlatiladi.

Bu darslik men o'rganganlarimni yozib olishning, shuningdek, signallarni inson tanasidan qanday ajratilganligini oddiy o'quvchi bilan bo'lishishning bir usuli (shuning uchun ogohlantiring: u qo'shimcha tafsilotlarga to'la!). Aslida, bu sxemani EKG to'lqin shakli sifatida motorli yuraklarning elektr impulslarini bir oz o'zgartirgan holda va boshqalarda ishlatish mumkin! Garchi u shifoxonada topiladigan mashinalar kabi ilg'or va takomillashmagan bo'lsa-da, ko'zni boshqaradigan bu chiroq dastlabki tushuncha va ko'rish uchun juda yaxshi.

Eslatma: Men signallarni qayta ishlash bo'yicha mutaxassisi emasman, shuning uchun agar biron bir xato bo'lsa yoki uni yaxshilash bo'yicha takliflaringiz bo'lsa, menga xabar bering! Menda hali ko'p narsa bor, shuning uchun sharhlar qadrlanadi. Bundan tashqari, men ushbu darslikdagi havolalarda havola qilgan ko'plab hujjatlar mening universitetim ruxsati bilan akademik kirishni talab qiladi; kira olmaydiganlar uchun oldindan uzr.

1 -qadam: materiallar

• protobard
• qarshilik (100, 1k, 10k, 33k, 1M + 0,5M)
• kondansatör (0.1uF)
• asboblar kuchaytirgichi (mening holatimda INA111, lekin nisbatan yaxshi ishlashi kerak bo'lgan juftlik bor)
• op amp (har qanday - menda LM324N bor edi)
• neopixel (har qanday asar, lekin men marvariddan foydalanardim)
• 9V batareyalar x2
• 9V batareya sarlavhalari x2
• qattiq jel elektrodlari (elektrod tanlash 5 -bosqichda muhokama qilinadi)
• potentsiometr
• izolyatsiyalangan sim
• simlarni olib tashlash
• lehim temir + lehim
• alligator qisqichlari (simlar ulangan holda - agar kerak bo'lsa, lehimlang)
• issiq elim (oldinga va orqaga burilgan simlarni barqarorlashtirish uchun)
• Arduino (deyarli har qanday asar taxtada, lekin men Arduino Uno ishlatganman)

Tavsiya etiladi: osiloskop, multimetr va funktsiya generatori. Mening qarshilik qiymatlarimga ishonishdan ko'ra, natijalaringizni tekshiring!

2 -qadam: Fiziologik asos va davraga ehtiyoj

Tezkor ogohlantirish: Men bu sohada tibbiyot mutaxassisi emasman, lekin agar xohlasangiz, keyingi o'qish uchun havolalar bilan quyida Googling -dan darsda o'rganganlarimni to'pladim va soddalashtirdim. Bundan tashqari, bu havola men topgan mavzuning eng yaxshi sharhi - muqobil texnikani o'z ichiga oladi.

EOG (elektro-okulografiya) kornea-retinal dipolda ishlaydi. Kornea (ko'zning old qismi) ozgina musbat zaryadlangan, to'r pardasi (ko'zning orqa qismi) esa ozgina manfiy zaryadlangan. Ma'badlarga elektrodlarni qo'llaganingizda va peshonangizga elektr zanjirini yotqizganingizda (o'qishni barqarorlashtirishga va 60 Gts chastotali shovqinlardan xalos bo'lishga yordam beradi), gorizontal ko'z harakatlari uchun ~ 1-10 mV kuchlanish farqlarini o'lchashingiz mumkin (yuqoridagi rasmga qarang). Vertikal ko'z harakati uchun elektrodlarni ko'zning tepasiga va ostiga qo'ying. Tananing elektr energiyasi bilan o'zaro ta'siri haqida yaxshi ma'lumot olish uchun ushbu maqolaga qarang - teri empedansi va boshqalar haqida ajoyib ma'lumotlar. EOGlar odatda katarakt, refraktsion xatolar yoki makula degeneratsiyasi kabi oftalmologik kasalliklarni tashxislash uchun ishlatiladi. Ko'z bilan boshqariladigan robototexnika sohasida ham oddiy vazifalar ko'zlar bilan bajarilishi mumkin bo'lgan ilovalar mavjud.

Bu signallarni o'qish uchun, ya'ni elektrodlar orasidagi kuchlanish farqini hisoblash uchun, biz o'z davramizga asboblar kuchaytirgichi deb nomlangan muhim chipni kiritamiz. Bu asboblar kuchaytirgichi kuchlanish izdoshlari, teskari aylanmaydigan kuchaytirgich va differentsial kuchaytirgichdan iborat. Agar siz amper kuchaytirgichi haqida ko'p narsa bilmasangiz, iltimos, buni halokat kursi uchun o'qing - asosan, ular kirish voltajini oladilar, o'lchaydilar va natijada paydo bo'ladigan kuchlanishni uning quvvat panjaralari yordamida chiqaradilar. Barcha rezistorlarning har bir bosqichda birlashishi bardoshlik xatolariga yordam beradi: odatda rezistorlar 5-10% qiymatlarga bardoshli bo'ladi va oddiy kontaktlarning zanglashiga olib kelishi yaxshi CMMR aniqligiga bog'liq bo'ladi (keyingi bosqichga qarang).). Kuchlanish izdoshlari yuqori kirish empedansi uchun (yuqoridagi paragrafda muhokama qilingan - bemorga zarar etkazilishining oldini olish uchun), teskari burilmagan kuchaytirgich signalning yuqori daromadini ta'minlashi kerak (keyingi bosqichda kuchaytirish haqida ko'proq) va differentsial kuchaytirgich farqni oladi. kirishlar orasidagi (elektrodlardan qiymatlarni chiqarib tashlaydi). Bular tashqi artefaktlar ko'p bo'lgan biomedikal signallar uchun imkon qadar ko'proq umumiy rejimdagi shovqin/shovqinlarni (signallarni qayta ishlash haqida ko'proq ma'lumot olish uchun keyingi bosqichga qarang) yo'q qilish uchun mo'ljallangan.

Elektrodlar ba'zi teri impedansiga duch keladilar, chunki terining to'qimalari va yog'lari kuchlanishlarni to'g'ridan -to'g'ri o'lchashga to'sqinlik qiladi, bu esa signalni kuchaytirish va filtrlashga ehtiyoj tug'diradi. Mana, bu erda va bu erda tadqiqotchilar bu impedansning miqdorini aniqlashga harakat qilgan ba'zi maqolalar. Bu fiziologik miqdor, odatda, 47nF kondansatör bilan parallel ravishda 51 kOhmlik rezistor sifatida modellashtiriladi, lekin ko'p farqlar va kombinatsiyalar mavjud. Turli joylardagi terining turlicha empedansi bo'lishi mumkin, ayniqsa, qo'shni mushaklarning har xil qalinligi va miqdorini hisobga olsangiz. Empedans terining elektrodlarga qanchalik yaxshi tayyorlanganligi bilan ham o'zgaradi: mukammal yopishqoqlik va mustahkamlikni ta'minlash uchun odatda sovun va suv bilan yaxshilab tozalash tavsiya etiladi va agar chindan ham mukammallikni xohlasangiz, elektrodlar uchun maxsus jellar ham bor. Muhim eslatmalardan biri shundaki, impedans chastotaga qarab o'zgaradi (kondansatkichlarning xarakteristikasi), shuning uchun impedansni bashorat qilish uchun siz signal o'tkazuvchanligini bilishingiz kerak. Ha, shovqinni aniqlash uchun impedansni hisoblash juda muhim - bu haqda ko'proq ma'lumot olish uchun keyingi bosqichga qarang.

3 -qadam: Signalni qayta ishlash: nima uchun va qanday?

Endi, nega siz LEDlarni boshqarish uchun 1-10 mV kuchlanish farqini darhol chiqish sifatida ishlata olmaysiz? Xo'sh, signallarni filtrlash va kuchaytirishning ko'p sabablari bor:

• Ko'p ADClar (analog-raqamli konvertorlar-analog kirishni qabul qilib, ularni kompyuterda o'qish va saqlash uchun raqamlashtiradilar) bunday kichik o'zgarishlarni aniqlay olmaydilar. Masalan, Arduino Uno ADC-bu 5V chiqishli 10 bitli ADC, ya'ni u 0-5V kirish kuchlanishlarini xaritaga kiritadi (diapazondan tashqaridagi qiymatlar "relsli" bo'ladi, ya'ni pastroq qiymatlar 0V va undan yuqori qiymatlar o'qiladi) 5V sifatida) 0 dan 1023 gacha bo'lgan tamsayı qiymatlari uchun. 10 mV 5V diapazonida juda kichik, shuning uchun agar siz signalingizni to'liq 5V diapazoniga kuchaytira olsangiz, kichik o'zgarishlar osonroq aniqlanadi, chunki ular katta miqdordagi o'zgarishlar bilan aks ettiriladi (5V kuchlanish 10V ga o'zgaradi, aksincha 2V 4V ga o'zgaradi). Buni kompyuteringizdagi kichkina rasm kabi tasavvur qiling: tafsilotlar sizning piksellaringiz bilan aniq belgilanishi mumkin, lekin siz rasmni kengaytirmaguningizcha shakllarni ajrata olmaysiz.

  E'tibor bering, sizning ADC uchun ko'proq bitlarga ega bo'lish yaxshiroqdir, chunki siz doimiy signalni diskret, raqamli qiymatlarga aylantirishdan kvantlash shovqinini kamaytira olasiz. SNR kirishining 96% saqlanishi uchun qancha bit kerakligini hisoblash uchun qoida sifatida N = SNR (dB da)/6 dan foydalaning. Siz hamyoningizni yodda tutishni xohlaysiz: agar siz ko'proq narsani xohlasangiz, ko'proq pul sarflashga tayyor bo'lishingiz kerak

• Shovqin va shovqin (shovqin = tasodifiy artefaktlar sizning signallaringizni silliq va shovqin o'rniga siljitadi = tasodifiy bo'lmagan, radio to'lqinlarining qo'shni signallaridan sinusoidal artefaktlar va boshqalar) kundalik hayotdan o'lchanadigan barcha signallarni o'ldiradi.

  • Eng mashhuri - bu 60 gigagertsli shovqin (agar siz Evropada bo'lsangiz, 50 gigagertsli va Rossiyada yo'q, chunki ular elektr tok manbaidan o'zgaruvchan tokdan farqli o'laroq DC ni ishlatadi), bu elektr tok manbaining o'zgaruvchan elektromagnit maydonlaridan foydalanish chastotasi deb ataladi. Elektr uzatish liniyalari AC generatorlarini elektr generatorlaridan turar -joylarga o'tkazadi, bu erda transformatorlar Amerikaning elektr rozetkalarida standart ~ 120V gacha kuchlanishni pasaytiradi. O'zgaruvchan kuchlanish atrofimizdagi 60 gigagertsli shovqinli doimiy vannaga olib keladi, bu signallarning barcha turlariga xalaqit beradi va ularni filtrlash kerak.

  • 60 Gts chastotali shovqin odatda umumiy rejim interferentsiyasi deb ataladi, chunki u har ikkala kirishda ham (+ va -) op -amperga ko'rinadi. Endi, op -amplarda umumiy rejimni artefaktlarini kamaytirish uchun umumiy rejimni rad etish nisbati (CMRR) deb nomlangan narsa bor, lekin (agar men xato qilsam, to'g'rilang!) Bu asosan umumiy rejim shovqinlari uchun yaxshi (tasodifiy emas, tasodifiy emas shovqin).. 60 Gtsdan xalos bo'lish uchun tarmoqli to'xtatuvchi filtrlardan foydalanib, uni chastota spektridan tanlab olib tashlash mumkin, lekin keyin siz ham haqiqiy ma'lumotlarni o'chirish xavfiga duch kelasiz. Eng yaxshi holatda, past chastotali filtrdan faqat 60 Gts dan past chastotalar diapazonini ushlab turish uchun foydalanishingiz mumkin, shuning uchun yuqori chastotali hamma narsa filtrlanadi. Men EOG uchun shunday qildim: signalimning kutilgan tarmoqli kengligi 0-10 Gts (ko'zning tez harakatlariga e'tibor bermaslik-bizning soddalashtirilgan versiyamizda bu bilan shug'ullanishni istamadi), shuning uchun past chastotali filtr bilan 10 Gts dan katta chastotalarni olib tashladim..

    • 60Hz chastotali signallar induktiv va sig'imli ulanish orqali buzilishi mumkin. Kapasitiv ulanish (bu erda kondansatkichlarda o'qiladi) havo qo'shni zanjirlar o'rtasida o'tkaziladigan AC signallari uchun dielektrik vazifasini bajarganda paydo bo'ladi. Induktiv ulanish Faradey qonunidan kelib chiqadi, chunki siz magnit maydonida tok o'tkazasiz. Bog'lanishni engib o'tish uchun juda ko'p fokuslar bor: siz, masalan, Faradey qafasining bir turi sifatida tuproqli qalqondan foydalanishingiz mumkin. Iloji bo'lsa, simlarni burish/o'rash induktiv ulanish uchun maydonni kamaytiradi. Xuddi shu sababga ko'ra, simlarning qisqarishi va elektronning umumiy hajmini kamaytirish ham xuddi shunday ta'sir ko'rsatadi. Quvvat manbaiga ulanishdan farqli o'laroq, amperli relslar uchun batareya quvvatiga tayanish ham yordam beradi, chunki batareyalar sinusoidal tebranishsiz shahar manbasini ta'minlaydi. Ko'proq bu erda o'qing!

    • Kam o'tish filtrlari ham ko'p shovqinlardan xalos bo'ladi, chunki tasodifiy shovqin yuqori chastotalar bilan ifodalanadi. Ko'p shovqin - oq shovqin, ya'ni shovqin hamma chastotalarda mavjud, shuning uchun signalning o'tkazish qobiliyatini iloji boricha cheklash sizning signalingizda qancha shovqin borligini cheklashga yordam beradi.

      Ba'zi past o'tkazgichli filtrlar aliaslanishga qarshi filtrlar deb ataladi, chunki ular taxalluslashni oldini oladi: sinusoidlar tanlanmaganida, ular boshqa chastotada aniqlanishi mumkin. Siz har doim Nyquistning tanlab olish teoremasiga amal qilishni esdan chiqarmasligingiz kerak (namuna signallari 2x yuqori chastotada: kutilgan 1Hz sinus to'lqin uchun> 2Hz chastotali namuna olish chastotasi kerak va hokazo). Bu EOG holatida, men Nyquist haqida xavotir olmasdim, chunki mening signalim asosan 10 Gts diapazonida bo'lishi kerak edi, va mening Arduino ADC namunalarim 10 kGts - hamma narsani ushlash uchun etarlicha tezroq

  • Shov -shuvdan qutulish uchun kichik fokuslar ham bor. Ulardan biri yulduzli zaminni ishlatishdir, shuning uchun sizning davrlaringizning barcha qismlari bir xil ma'lumotga ega. Aks holda, bir qismi "tuproq" deb atagan narsa, simlarning ozgina qarshiligi tufayli boshqa qismdan farq qilishi mumkin, bu esa nomuvofiqliklarni qo'shadi. Non paneli bilan yopishish o'rniga protoboardga lehim qo'yish ham shovqinni kamaytiradi va bosish moslamasidan farqli o'laroq, siz ishonadigan ishonchli ulanishlarni yaratadi.

Shovqin va shovqinlarni bostirishning ko'plab boshqa usullari mavjud (bu erda va bu erda qarang), lekin siz qo'shimcha ma'lumot olish uchun u yoki Google -da dars o'tishingiz mumkin: haqiqiy sxemaga o'tamiz!

4 -qadam: O'chirish sxemasi qanday ishlaydi

O'chirish sxemasidan qo'rqmang: bu erda hamma narsa qanday bajarilgani haqida qisqacha ma'lumot: (ba'zi tushuntirishlar uchun oldingi bosqichga ham qarang)

• Chap tomonda bizda elektrodlar bor. Ulardan biri chap ma'badga, ikkinchisi o'ng ma'badga, uchinchi elektrod esa peshonaga mahkamlangan. Bu topraklama signalni barqarorlashtiradi, shuning uchun drift kamroq bo'ladi va u 60 Gts chastotali shovqinlardan xalos bo'ladi.
• Keyingi - asboblar kuchaytirgichi. Voltaj farqini yaratish uchun nima qilishini tushuntirish uchun ikki qadam orqaga qayting. Kuchaytirgichning daromadini o'zgartirish tenglamasi ma'lumotlar varag'ining 7 -sahifasida [G = 1+ (50kOhm/Rg), bu erda Rg 1 va 8 -gachasi pinlarga ulangan]. Men o'z davrim uchun Rg = 100Ohm yordamida 500 daromadga sozladim.
• Asboblar kuchaytirgichi 500x kuchaytirilgan kuchlanish farqini chiqargandan so'ng, R_filter va C_filter kondansatöridan iborat birinchi darajali past o'tkazgichli filtr mavjud. Past o'tkazgich filtri chetidan olib tashlashni oldini oladi (men uchun hech qanday tashvish yo'q, chunki Nyquist tomonidan men kutilgan 10 gigabaytli tarmoqli uchun kamida 20 gigagertsli namuna olishim kerak, va 10 kHz da Arduino ADC namunalari-etarli darajada) va shovqinni ham yo'q qiladi. Menga kerak bo'lmagan barcha chastotalarda. RC tizimi ishlaydi, chunki kondansatörler yuqori chastotalarga osonlik bilan, lekin pastroq chastotalarga to'sqinlik qiladi (impedans Z = 1/(2*pi*f)) va kondansatordagi kuchlanish bilan kuchlanish bo'luvchi yaratish natijasida faqat past chastotalarga ruxsat beruvchi filtr paydo bo'ladi. orqali [3dB intensivligi uchun chegara f_c = 1/(2*pi*RC) formulasi bilan boshqariladi]. Men filtrning R va C qiymatlarini ~ 10 Gts dan yuqori signallarni uzish uchun sozladim, chunki bu diapazonda EOGlar uchun biologik signal kutiladi. Dastlab men 20 Gtsdan keyin uzib qo'ydim, lekin tajribadan so'ng 10 Gts xuddi shunday ishladi, shuning uchun men kichikroq tarmoqli kengligi bilan bordim (kichikroq tarmoqli kengligi kerak bo'lmagan narsani kesib tashlash yaxshiroq).
• Bu filtrlangan signal yordamida men chiqishlarimni osiloskop bilan o'lchadim, men o'zimning diapazonimni chapga va o'ngga qarab ko'rishim mumkin (mening diapazonimning ikki chekkasi). Bu meni 2-4V ga yaqinlashtirdi (chunki asboblar kuchaytirgichi ~ 4-8mV diapazonida 500x edi), mening maqsadim 5V (Arduino ADC ning to'liq diapazoni). Bu diapazon juda xilma-xil edi (odam terini oldindan yaxshilab yuvganiga va hokazo), shuning uchun men ikkinchi teskari kuchaytirgich bilan bu qadar ko'p daromad olishni xohlamadim. Men uni 1,3 ga yaqin daromadga ega bo'lish uchun sozlashni tugatdim (R1 va R2 ni kontaktlarning zanglashiga olib qo'ying, chunki amp = 1+R2/R1 daromad). Siz 5V dan oshmasligingiz uchun o'zingizning chiqishingizni kengaytirishingiz va o'sha erdan sozlashingiz kerak bo'ladi! Faqat qarshilik qiymatlarini ishlatmang.
• Bu signalni o'qish uchun Arduino analog piniga kiritish mumkin, lekin Arduino ADC salbiy kirishni qabul qilmaydi! Signalni -5,5 V dan 2,5 V gacha, diapazoni 0-5 V ga ko'tarish kerak. Buni tuzatishning bir usuli - Arduino -ning 3.3V -gachasi elektron platasini erga ulash: bu sizning signalingizni 3.3V ga oshiradi (optimal 2,5V dan yuqori, lekin u ishlaydi). Mening diapazonim juda g'alati edi, shuning uchun men o'zgaruvchan ofset voltajini ishlab chiqdim: shu tarzda men potentsiometrni diapazonni 0-5V ga markazlashtirish uchun aylantira olardim. Bu, asosan, +/- 9V kuchlanishli relslardan foydalangan holda o'zgaruvchan kuchlanish bo'luvchi, shuning uchun men elektr tokini -9 dan 9V gacha bo'lgan har qanday qiymatga ulashim mumkin va shu bilan signalimni 9V ga yuqoriga yoki pastga siljitishim mumkin.

5 -qadam: komponentlar va qiymatlarni tanlash

Ta'riflangan sxema bilan, qaysi birini (elektrod, op -amp) ishlatish kerakligini qanday tanlaymiz?

• Sensor sifatida, qattiq jel elektrodlari yuqori kirish empedansiga va past chiqish empedansiga ega: bu shuni anglatadiki, oqim oqimning past oqimidan pastdan pastgacha (past chiqish empedansi) o'tishi mumkin, lekin yuqori oqimdan sizning ma'badlaringizga qaytish muammoli bo'ladi. (yuqori kirish empedansi). Bu foydalanuvchini sizning davringizning qolgan qismida har qanday yuqori oqim yoki kuchlanishdan shikastlanishiga yo'l qo'ymaydi; aslida, ko'p tizimlarda, agar kerak bo'lsa, qo'shimcha himoya qilish uchun bemorni himoya qilish rezistori deb ataladigan narsa bor.

  • Ko'p turdagi elektrodlar mavjud. Ko'pchilik EKG/EOG/va hokazo ilovalarda foydalanish uchun Ag/AgCl qattiq jel elektrodlarini taklif qiladi. Shuni yodda tutgan holda, siz ushbu elektrodlarning manba qarshiligini qidirishingiz kerak (teri impedansi haqidagi yozuvlarim uchun ikki qadam orqaga qayting) va uni shovqin qarshiligiga (V/sqrt (Hz) shovqin kuchlanishi shovqin oqimiga bo'linadi) mos kelishi kerak. A/sqrt (Hz) - opa kuchaytirgichlarining ma'lumot varaqlariga qarang - mana shu tarzda siz qurilmangiz uchun to'g'ri asboblar kuchaytirgichini tanlaysiz. Bunga shovqin mosligi deyiladi va nima uchun manba qarshiligi Rsning shovqin qarshiligiga mos kelishi haqidagi tushuntirishlarni bu erda bo'lgani kabi Internetda topish mumkin. Men tanlagan INA111 uchun Rnni ma'lumot varag'ining shovqin kuchlanishi va shovqin oqimi yordamida hisoblash mumkin (yuqoridagi skrinshot).

    • Elektrodlarning ishlashini baholaydigan ko'plab maqolalar mavjud va hech qanday elektrod hamma maqsadlar uchun eng yaxshisi emas: masalan, bu erda harakat qilib ko'ring. Empedans, shuningdek, op -amp ma'lumot varaqlarida aks ettirilgan har xil tarmoqli kengligi uchun o'zgaradi (ba'zi ma'lumotlar varaqlarida har xil chastotalarda egri chiziqlar yoki jadvallar bo'ladi). Tadqiqot qiling, lekin hamyoningizni yodda tutishni unutmang. Qaysi elektrodlar/op kuchaytirgichlar yaxshiroq ekanligini bilish juda yaxshi, lekin buning imkoni bo'lmasa, foydasi yo'q. Sinash uchun sizga kamida 50 elektrod kerak bo'ladi, bir martalik ishlatish uchun 3 emas.

      • Shovqinni maqbul moslashtirish uchun nafaqat Rn ~ = Rs bo'lishi kerak: siz ham shovqin kuchlanishi * shovqin oqimi (Pn) imkon qadar past bo'lishini xohlaysiz. Bu Rn ~ = Rs qilishdan ko'ra muhimroq hisoblanadi, chunki agar kerak bo'lsa transformatorlar yordamida Rs va Rn ni sozlashingiz mumkin.

        Transformatorli ogohlantirishlar (agar xato bo'lsa, meni to'g'rilang): ular biroz katta bo'lishi mumkin va shuning uchun kichik bo'lishi kerak bo'lgan qurilmalar uchun maqbul emas. Bundan tashqari, ular issiqlik to'playdi yoki mukammal shamollatish kerak

      • Shovqin faqat sizning birinchi kuchaytirgichingizga mos keladi; Ikkinchi kuchaytirgich unchalik ta'sir qilmaydi, shuning uchun har qanday op amp ta'sir qiladi.

6 -qadam: O'chirish davri

O'chirish sxemasini tuzish uchun yuqoridagi chizish sxemasidan foydalaning (ikkinchi nusxada oldingi bosqichdagi elektron diagrammada har bir qism nimani anglatishi ko'rsatilgan). Agar sizga diagramadagi LEDlarni aniqlashda yordam kerak bo'lsa, rezistorli rang kodli kalkulyatordan foydalaning, lekin asboblar kuchaytirgichining Rg - 100 Ohm, R_filtr - 1,5 MOm, C_filter - 0,1 uF, teskari bo'lmagan amperning R1 - 10 kOhm, R2 - 33 kOhm, potansiyometr uchun qarshilik - 1 kOm (potansiyometr 0 dan 20 kOhmgacha o'zgaradi). Daromadni sozlash uchun kerak bo'lganda qarshilik qiymatlarini o'zgartirishni unutmang!

Tartibga solish: erning ofset qismida xatolik bor. Chap qora simni o'chiring. Rezistor qizil sim bilan ko'rsatilganidek elektr simiga, balki potentsiometrning birinchi emas, ikkinchi piniga ulangan bo'lishi kerak. Potentsiometrning birinchi pimi Arduino 5V piniga ulangan bo'lishi kerak. Tarmoqli ofsetli apelsin simni birinchi emas, balki ikkinchi pin bilan ulash lozim.

Men ofset haqida ko'p gaplashdim. Diagrammada siz Arduino maydonchasi non taxtasi bilan bog'langan holda ko'rsatilganligini ko'rishingiz mumkin. Bu stsenariyda siz o'z pozitsiyangizni o'zgartirishingiz shart emas. Agar sizning signalingiz diapazondan tashqarida bo'lsa va siz yerni o'zgartirishingiz kerak bo'lsa, avval Arduino topraklamasini Arduino 3.3V piniga ulab ko'ring va signalingizni ko'ring. Aks holda, to'q sariq simni potentsiometrga (ofsetli er) Arduino GND piniga ulashga harakat qilib ko'ring.

XAVFSIZLIK OGOHLANTIRISHI: batareyalarni lehimlashda QAYTMASIN va batareyalarni orqaga solmang. Sizning davrangiz chekishni boshlaydi, kondansatörler puflaydi va non paneli ham shikastlanishi mumkin. Qoida tariqasida, batareyadan faqat kontaktlarning zanglashini ishlatmoqchi bo'lganingizda foydalaning; Aks holda, ularni echib oling (batareyalarni osongina o'chirish uchun almashtirish tugmachasini qo'shish ham yaxshi bo'ladi).

E'tibor bering, siz protoboardga lehimlashdan oldin sxemani bo'lak -qism (har bir bosqichni tekshiring!) Va non taxtasida qurishingiz kerak. Tekshirishning birinchi bosqichi - bu asboblar kuchaytirgichi: barcha relslarni (akkumulyator ushlagichlaridagi lehim), Rg va boshqalarni ulang va chiqish pinidagi osiloskopdan foydalaning. Yangi boshlanuvchilar uchun 5mV amplitudali 1 gigagertsli sinus to'lqinli (yoki sizning generatoringiz eng pasti) funksiya generatoridan foydalaning. Bu asboblar kuchaytirgichining to'g'ri ishlashini tekshirish uchun va sizning Rg sizning maqsadli daromadingizni ta'minlaydi.

Keyin past o'tish filtrini tekshiring. Devrenning o'sha qismini qo'shing va to'lqin shaklini tekshiring: u bir xil ko'rinishi kerak, lekin shovqin kamroq (jagged - yuqoridagi oxirgi ikkita rasmga qarang). Keling, funktsional generator o'rniga elektrodlaringiz bilan osiloskop yordamida yakuniy chiqishingizni tekshirib ko'ramiz …

7 -qadam: Odam bilan sinov davri

Yana, chap va o'ng ma'badingizga elektrodlarni qo'ying va peshonangizga elektrodga topraklama simini ulang. Faqat shundan keyingina siz batareyalarni qo'shishingiz kerak - agar biron bir karıncalanma paydo bo'lsa, darhol olib tashlang va ulanishlarni ikki marta tekshiring !!! Endi chapga va o'ngga qaraganingizda qiymatlar diapazonini tekshiring va teskari aylanmaydigan kuchaytirgichning R1/R2 ni rostlang, ikki qadam oldin tushuntirilganidek-maqsad 5V diapazonidir! Nimalarga e'tibor berish kerakligi haqida eslatmalar uchun yuqoridagi rasmlarga qarang.

Agar siz rezistorning barcha qiymatlaridan mamnun bo'lsangiz, hamma narsani protoboardga lehimlang. Lehimlash juda zarur emas, lekin u oddiy bosish bo'g'inlariga nisbatan ko'proq barqarorlikni ta'minlaydi va ularni non paneliga etarlicha bosmagani uchun ishlamayotgan sxemaning noaniqligini yo'q qiladi.

8 -qadam: Arduino kodi

Ushbu kodning pastki qismidagi barcha kodlar biriktirilgan!

Endi sizda 5V diapazoni mavjud bo'lsa, u -1V dan 4V gacha emas, balki 0-5V oralig'ida bo'lishiga ishonch hosil qilishingiz kerak. Yoki Arduino -ning 3.3V piniga topraklama ulang yoki erning ofset kuchlanishini ulang (tepada to'q sariq sim) erga va keyin er simini Arduino GND piniga ulang (bu signalni yuqoriga yoki pastga siljitish uchun, siz 0-5V oralig'ida bo'lasiz). Siz atrofida o'ynashingiz kerak bo'ladi: noaniq bo'lsa, chiqishingizni kengaytirishni unutmang!

Endi kalibrlash uchun: siz yorug'lik turli xil ko'z pozitsiyalari uchun ranglarni o'zgartirishni xohlaysiz (chapga va chapga qarab emas). Buning uchun sizga qiymatlar va diapazonlar kerak bo'ladi: EOG-calibration-numbers.ino ni Arduino-ga ishga tushiring, hamma narsa to'g'ri ulangan (Arduino va neopixelga ulanishni mening chizish diagrammasi bo'yicha tugating). Juda zarur emas, lekin menda mavjud bo'lgan bioe.py kodini ishga tushiring - bu matnli faylni ish stoliga chiqaradi, siz chapga yoki o'ngga qaraganingizda barcha qiymatlarni yozib olishingiz mumkin (python kodi bu misoldan moslashtirilgan). Buni qanday qildim, 8 zarba uchun chapga qaradim, keyin o'ngga, keyin yuqoriga, keyin pastga va keyinroq o'rtacha hisoblash uchun takrorlang (men saqlagan bitta jurnal uchun output_2.pdf ga qarang). Sizni qoniqtirganda chiqib ketishga majbur qilish uchun ctrl+C tugmalarini bosing. Bu qiymatlardan foydalanib, siz BioE101_EOG-neopixel.ino kodimdagi animatsiyalar diapazonini o'zgartirishingiz mumkin. Men uchun kamalak animatsiyasi bor edi, men to'g'ri oldinga qaraganimda, ko'k - chapga, yashil - engil, chapga - binafsha, o'ngga - qizil.

9 -qadam: kelajakdagi qadamlar

Voila; faqat ko'zingiz bilan boshqarishingiz mumkin bo'lgan narsa. Kasalxonaga yotqizilishidan oldin ko'p narsalarni optimallashtirish kerak, lekin bu boshqa kun uchun: asosiy tushunchalarni hech bo'lmaganda hozir tushunish osonroq. Orqaga qaytishni va o'zgartirmoqchi bo'lgan bitta narsa-bu asboblar kuchaytirgichi uchun daromadimni 500 ga sozlash: orqaga qarasam, bu juda katta edi, chunki mening signalim 2-4V edi va men teskari burilmasdan foydalanishim qiyin edi. diapazonimni mukammal sozlash uchun amp …

Uyg'unlikni olish qiyin, chunki signal har xil sharoitlarda juda o'zgaradi:

• boshqa odam
• yoritish shartlari
• terini tayyorlash (jel, yuvish va boshqalar)

lekin shunga qaramay, men yakuniy video isbotimdan mamnunman (soat 3 da olingan, chunki hamma narsa sehrli tarzda ishlay boshlaydi).

Bilaman, bu darslikning ko'p qismi chalkash bo'lib tuyulishi mumkin (ha, o'rganish egri chizig'i men uchun ham qiyin bo'lgan), shuning uchun iltimos, quyida savollar bering va men javob berish uchun qo'limdan kelganicha harakat qilaman. Xursand bo'ling!

"Tegib bo'lmaydigan qiyinchilik" da ikkinchi o'rinni egalladi