جهاز مراقبة التركيز الكهربائي للدماغ: 32 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

تتطلب الحياة الجامعية التركيز على الفصول والمهام والمشاريع. يجد العديد من الطلاب صعوبة في التركيز خلال هذه الأوقات وهذا هو سبب أهمية مراقبة وفهم قدرتك على التركيز. لقد أنشأنا جهاز استشعار حيوي يقيس موجات دماغك لقياس مستوى تركيزك ويعرض البيانات لتراها. يشير الاختصار "EEG" إلى مخطط كهربية الدماغ ، مما يعني أنه جهاز يستخدم لتسجيل النشاط الكهربائي في الدماغ.

يتطلب هذا المستشعر البيولوجي إدخال إشارة EEG وإصبعك للضغط على الشاشة لإنتاج رسم بياني للتردد وبيانات قابلة للاستخراج (اختياري) يمكن نسخها إلى Excel.

إخلاء المسؤولية: جهاز الاستشعار البيولوجي هذا ليس جهازًا طبيًا.

اللوازم

• Arduino Uno (23 دولارًا)
• اللوح (5.50 دولارات)
• 2.8 درع TFT Touch لـ Arduino مع شاشة تعمل باللمس مقاومة (34.95 دولارًا)
• الأسلاك (0.95 دولار)
• EEG Bitalino (40.79 دولارًا)
• الأقطاب الكهربائية (9.13 دولار)
• ملحق من 3 رؤوس (21.48 دولارًا)
• مسحات الكحول (4.65 دولار) (اختياري)
• بطارية 9V (2.18 دولار)
• حامل بطارية 9 فولت (1.69 دولار)
• كبل USB 2.0 من النوع A / B 3.95 دولار)

• أدوات

  • متجرد الأسلاك (6.26 دولار)
  • رباط شعر / سماعات لتأمين الأسلاك فوق رأسك (اختياري)

التكلفة الإجمالية: 142 دولارًا (حسب تقلبات الأسعار)

الخطوة 1: المتطلبات الأساسية

• قد تكون بعض المعرفة الأساسية حول كيفية قراءة الموجات الدماغية مفيدة في فهم الرسم البياني ، ولكن ليس ضروريًا.

  هذا مصدر جيد لبعض المعلومات الأساسية الأساسية.

• ستحتاج أيضًا إلى الوصول إلى موقع GitHub للحصول على الكود الخاص بنا.
• ستحتاج إلى تنزيل تطبيق Arduino.

الخطوة الثانية: احتياطات السلامة

• تأكد من عدم تشغيل الدائرة (حزمة البطارية مغلقة ، USB غير متصل) عند تعديل الدائرة.
• تأكد من عدم وجود سوائل قريبة قد تتسرب إلى الدائرة.
• تحذير: هذا ليس جهازًا طبيًا ولا يتمتع بنفس الدقة. استخدم مخطط كهربية الدماغ المناسب إذا كنت بحاجة إلى إجراء دراسة على الموجات الدماغية.
• حافظ على جفاف يديك عند العمل مع الدائرة أو جهاز الاستشعار البيولوجي.

الخطوة 3: تلميحات ونصائح

استكشاف الأخطاء وإصلاحها

• تأكد من توصيل الأسلاك الخاصة بك بالمسامير الصحيحة. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فستظهر قراءة غير مفهومة.
• عندما تقوم بتوصيل شاشتك ، تأكد من أنك لا تلائم كل شيء أقل من دبوس واحد (إذا لاحظت أن أيًا من دبابيس الشاشة غير متصل ، فهذا هو السبب)
• تأكد من توصيل BITalino بشكل صحيح (بناءً على الشعار وعلامة EEG كما هو موضح في التعليمات)
• تأكد من توصيل الشاشة بشكل صحيح لدرجة أن المعدن من المسامير لم يعد مرئيًا.
• إذا فشل تجميع الشفرة ولم يتمكنوا من العثور على مكتبة معينة ، فتأكد من تثبيت جميع المكتبات المذكورة.

أفكار

تذكر أن تضع في اعتبارك المساحة التي تحتاجها لنزع السلك قبل قصه بالطول

• قبل وضع الأقطاب الكهربائية على جبهتك ، تأكد من غسلها وتجفيفها أولاً أو استخدم مسحة كحول لتقليل المقاومة.
• سيؤدي استخدام Arduino Mega إلى توفير دبابيس تمثيلية ورقمية إضافية ، مما يعني أنك لن تحتاج إلى "مشاركة" الدبابيس بين الأسلاك والشاشة كما نفعل في هذا النموذج.

الخطوة 4: العلم وراء الجهاز

ينتج دماغك ترددات مختلفة من الإشارات الكهربائية اعتمادًا على مستوى وعيك / تركيزك. ينتج موجات جاما (32-100 هرتز) عندما يكون شديد التركيز على مهمة أو معالجة المعلومات أو التعلم. ينتج موجات بيتا (13-32 هرتز) عندما تكون متيقظًا أو تفكر أو متحمسًا. يتم إنتاج موجات ألفا (8-13 هرتز) إذا كنت مرتاحًا جسديًا وعقليًا. تحدث موجات ثيتا (4-8 هرتز) أثناء التأمل العميق أو نوم حركة العين السريعة. تحدث موجات دلتا (أقل من 4 هرتز) أثناء النوم العميق بلا أحلام.

سيسمح لك المستشعر الخاص بنا بمعرفة مقدار كل موجة موجودة للسماح لك بقياس مستوى تركيزك. يكتشف فقط الأطوال الموجية من 0 هرتز إلى 59 هرتز ، وهو النطاق الذي تحدث فيه معظم الموجات الدماغية.

إذا كنت تفضل مقطع فيديو تعليميًا ، فإليك مقطع فيديو جيد يمكنك مشاهدته.

في الفيديو التقديمي الخاص بنا ، تحدثنا عن Fast Fourier Transform. يشرح هذا الفيديو ما هذا.

الخطوة 5: قص وقطع الأسلاك

للحصول على أفضل النتائج ، ستحتاج إلى 3 قطع بطول 5 بوصات على الأقل.

إذا لم تكن قد جردت سلكًا من قبل ، فإليك درسًا تعليميًا بسيطًا.

نصيحة: عند قطع السلك ، تأكد من ترك مساحة لتجريد السلك.

الخطوة 6: قم بتدوير أحد طرفي كل سلك

الهدف هنا هو إنشاء حلقة على أحد طرفي الجزء المكشوف من السلك. يجب أن تكون هذه الحلقة بنفس حجم المسامير الموجودة أسفل TFT Touch Shield أو أكبر قليلاً.

الخطوة 7: حدد موقع الدبابيس المتوافقة أسفل الشاشة

قارن Arduino Uno والجانب السفلي من الشاشة لتحديد المسامير المقابلة لـ 3.3V و GND و A5.

تلميح: إذا نظرت عن كثب ، يمكنك رؤية الدوائر الحمراء في الصورة تدور حول دبابيس الاهتمام.

الخطوة 8: قم بتوصيل الأسلاك بدبابيس TFT Touch Shield

قم بتوصيل الحلقات التي قمت بإنشائها على دبابيس TFT Touch Shield التي تتوافق مع خرج 3.3 فولت ودبوس GND و A5 التناظري على Arduino.

نصيحة: إذا لم تكن متأكدًا من تلك التي تريد إرفاقها بها ، فيمكنك استخدام الصور الموضحة في الصورة أعلاه.

الخطوة 9: شد حلقات الأسلاك

اضغط على الجزء المعدني من الحلقة السلكية لتشديده. سيضمن هذا اتصالاً أفضل.

الخطوة 10: قم بتوصيل TFT Touch Shield

استخدم أصابعك لتأمين الأسلاك في أماكنها واقلب شاشة TFT Touch Shield. قم بتوصيله في Arduino.

الخطوة 11: قم بتوصيل الأسلاك بلوحة التوصيل

ربط

• سلك 3.3 فولت إلى العمود + على اللوح.
• سلك GND إلى العمود الموجود على اللوح.
• سلك A5 لأي صف على اللوح.

نصيحة: الأسلاك التي تراها تعمل على الشاشة هي لأغراض التوضيح. اخترنا تشغيل الأسلاك تحت الشاشة لأن الأسلاك التي كانت لدينا كانت قصيرة جدًا.

الخطوة 12: قم بتوصيل ملحق 3-lead

قم بتوصيل ملحق 3-lead بجهاز استشعار BITalino EEG. قم بتوصيل هذا الجانب المسمى "EEG".

الخطوة 13: قم بتوصيل مستشعر EEG بسلك

قم بتوصيل مستشعر EEG السلكي على الجانب مع شعار BITalino عليه.

الخطوة 14: قم بتوصيل EEG بلوحة التوصيل

قم بتوصيل الطرف الآخر من الأسلاك بلوح التجارب كما هو موضح في الصورة.

• قم بتوصيل السلك الأحمر بعمود + من اللوح
• قم بتوصيل السلك الأسود بعمود اللوح
• قم بتوصيل السلك الأرجواني بالصف بالسلك من دبوس A5.

الخطوة 15: ألصق الأقطاب الكهربائية على جبهتك

انزع الأقطاب الكهربائية وألصقها على جبهتك كما هو موضح في الصورة.

الخطوة 16: قم بتوصيل نفسك

كن واحدًا مع الدائرة عن طريق توصيل أطراف الملحق ذي الثلاثة أطراف بالأقطاب الموجودة على جبهتك. يجب أن يتلاءم الجزء المعدني الموجود على القطب بشكل جيد مع ثقوب ملحق 3-lead.

لا يهم أي سلك يذهب إلى أي قطب كهربائي طالما أن الأبيض في المنتصف.

الخطوة 17: تأمين الأسلاك (اختياري)

إذا كنت لا تريد أن تحجب الأسلاك رؤيتك ، فقم بوضعها فوق رأسك مرة أخرى وقم بتثبيتها بشيء ما. اخترت استخدام سماعات الرأس للقيام بذلك.

الخطوة 18: أدخل بطارية 9 فولت في حزمة البطارية

أدخل بطارية 9V في حزمة البطارية.

الخطوة 19: قم بتوصيل حزمة بطارية 9 فولت

قم بتوصيل حزمة البطارية 9 فولت بالمنفذ الموضح في الصورة. حافظ على البطارية مغلقة عند القيام بذلك.

الخطوة 20: احصل على الكود من جيثب

• انتقل إلى هذا الرابط:
• انقر فوق ملف Hand_Held_EEG.ino. انسخ الكود والصقه في نافذة Arduino.

بدلاً من ذلك ، يمكنك النقر فوق الزر الأخضر "استنساخ أو تنزيل" ، وحفظه كملف مضغوط ، ثم استخراج الملف وفتحه

الخطوة 21: قم بتنزيل المكتبات المناسبة

عندما تحاول تجميع الكود ، سيُطلب منك البحث عن مكتبات معينة.

• انتقل إلى الأدوات> إدارة المكتبات
• اكتب في المكتبة التي تريدها في شريط البحث. قم بتنزيل النسخة التي تطابق المكتبة المطلوبة أكثر من غيرها.

• هذه هي المكتبات التي ستحتاجها:

  • اردوينو FFT.h
  • Adafruit_GFX.h
  • SPI.h
  • سلك
  • Adafruit_STMPE610.h
  • Adafruit_ILI9341.

بدلاً من ذلك ، يمكنك تنزيل المكتبات من هذه الروابط. وانسخها في مجلد المكتبات الخاصة بك.

Arduino FFT:

SPI:

السلك:

Adafruit ILI9341:

Adafruit STMPE610:

Adafruit GFX:

الخطوة 22: قم بتوصيل Arduino UNO بجهاز الكمبيوتر الخاص بك

قم بتوصيل Arduino UNO بجهاز الكمبيوتر الخاص بك باستخدام كابل USB.

الخطوة 23: قم بتحميل الكود

اضغط على زر التحميل في نافذة Arduino كما هو موضح في الدائرة الحمراء في الصورة أعلاه. انتظر حتى يكتمل التحميل.

الخطوة 24: المنتج النهائي

افصل كبل USB ولديك الآن المنتج النهائي! كل ما عليك فعله هو تشغيل حزمة البطارية والنقر على الشاشة لبدء جمع البيانات!

كلما زاد عدد النتوءات التي تراها على الجانب الأيسر ، انخفض مستوى تركيزك.

الخطوة 25: مخطط النسر

أعلاه هو مخطط EAGLE. يتم وضع علامة على TFT Touch Shield ومستشعر EEG وبطارية 9 فولت. Arduino UNO لديه ملصق خاص مطبوع عليه بالفعل.

بطارية 9V لها نهاية إيجابية متصلة بطرف 5V وطرف سالب متصل بدبوس GND في Arduino Uno.

يحتوي مستشعر EEG على دبوس VCC الخاص به المتصل بالدبوس 3V ، ودبوس GND إلى دبوس GND ودبوس REF إلى دبوس A5 في Arduino Uno.

يتم توصيل TFT Touch Shield بجميع دبابيس Arduino Uno.

الخطوة 26: قراءة البيانات

في الخطوة 4 ، كان هناك رسم بياني يوضح ترددات الموجات الدماغية التي تتوافق مع مستوى الوعي / التركيز. الرسم البياني لدينا على مقياس 10 هرتز لكل مربع. لذا ، إذا رأيت قمة في نهاية المربع الثاني (كما في الصورة). هذا يعني أن هناك غالبية الموجات الدماغية عند 20 هرتز. يشير هذا إلى موجات بيتا ، مما يعني أن الشخص مستيقظ ومركّز.

الخطوة 27: فتح Serial Monitor (اختياري)

افتح الشاشة التسلسلية تحت علامة تبويب الأدوات أعلى اليسار.

أو يمكنك الضغط على Ctrl + Shift + M

الخطوة 28: قم بالقراءة على جهاز العرض التسلسلي (اختياري)

مع توصيل اردوينو بالكمبيوتر ، قم بالقراءة باستخدام شاشة اللمس.

الخطوة 29: انسخ نتائجك (اختياري)

انقر فوق Serial Monitor ، واضغط على CTRL + A ، ثم CTRL + C لنسخ جميع البيانات.

الخطوة 30: الصق النتائج في مستند نصي. (اختياري)

افتح مستندًا نصيًا مثل Notepad واضغط على CTRL + V للصق النتائج.

الخطوة 31: احفظ النتائج كملف txt. (اختياري)

يمكن بعد ذلك تصدير هذا الرمز إلى برنامج مثل Excel لتحليل البيانات.

الخطوة 32: أفكار أخرى

• يمكنك إنشاء جهاز يوقظك عندما تفقد التركيز عن طريق إضافة محرك اهتزاز وبعض التعليمات البرمجية التي تنشط المحرك إذا اكتشف موجات دماغية أقل من تردد معين (على غرار كيفية اهتزاز Fitbit).
• تسمح لك إضافة إمكانيات بطاقة SD بتخزين البيانات ومعالجتها بطرق أخرى من خلال تطبيقات مثل Microsoft Excel.