جعل موسيقى Muscle MIDI: 7 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

كلما احتاج جهازك العصبي إلى إجراء حركة ، فإنه يرسل إشارات كهربائية صغيرة عبر الخلايا العصبية للتحكم في عضلاتك. تسمح لنا تقنية تخطيط العضل الكهربائي (EMG) بتضخيم وقياس هذه الإشارات الكهربائية. بالإضافة إلى كونها أداة سريرية مفيدة لتشخيص الاضطرابات العصبية المختلفة ، فقد تم استخدام تسجيلات مخطط كهربية العضل مؤخرًا للتحكم في الأجهزة التعويضية.

على أمل أن أكون أكثر دراية بتقنيات تضخيم وتسجيل EMG ، اعتقدت أنه سيكون من الممتع بناء مضخم EMG الذي يمكنني استخدامه بعد ذلك كإشارة تحكم لجهاز مختلف. بدلاً من التحكم في ذراع اصطناعي ، قررت دمج اهتماماتي في الموسيقى واستخدمت إشارات EMG للتحكم في جهاز MIDI. يرمز MIDI إلى الواجهة الرقمية للآلات الموسيقية ، وهو البروتوكول القياسي لإرسال واستقبال الإشارات الموسيقية إلكترونيًا.

خلفية معرفية

يتضمن هذا Instructable تركيب الدوائر الكهربية ، ولحام بعض الأسلاك ، وبرمجة Arduino ، والتفاعل مع جهاز MIDI. إذا لم يكن لديك بعض هذه الخلفية الضرورية ، فإنني أوصي بمراجعة بعض الفصول / التعليمات أدناه:

الدوائر

اردوينو

ميدي

ملاحظة السلامة

يتضمن هذا المشروع توصيل نفسه بدائرة كهربائية. اتخذ جميع احتياطات السلامة اللازمة. يحتوي هذا البحث من Delsys على قسم حول السلامة الكهربائية بالإضافة إلى وصف مفيد لتقنيات EMG بشكل عام. سنقوم بإيقاف تشغيل دائرتنا من بطاريتين 9V ؛ يجب ألا تكون دائرتك (خاصة عندما تكون متصلاً بها أيضًا) متصلة في أي وقت من الأوقات بتيار متردد من الحائط.

الخطوة 1: نظرة عامة على المشروع وقائمة الأجزاء

يتكون مشروعنا من ثلاثة مكونات رئيسية:

1.) مكبر EMG ، 2.) Arduino ، و 3) جهاز MIDI.

1. سنقوم ببناء مكبر EMG على لوح التجارب. إذا كنت مهتمًا بإلقاء نظرة أكثر تعمقًا على العلم وراء مضخم EMG وخطوات أكثر تفصيلاً حول كيفية بناء مضخم صوت خاص بك ، تحقق من مضخم صوت EMG Instructable.
2. سنقوم بتشغيل Arduino من نفس بطاريات 9V التي تشغل EMG amp. سيكون معظم العمل مع Arduino على جانب البرنامج.
3. لقد استخدمت جهاز iPhone يعمل بنظام Garageband كجهاز MIDI الخاص بي. سيرسل Arduino إشارات MIDI القياسية عبر كبل MIDI قياسي ، لذلك يجب أن يعمل أي جهاز MIDI بدلاً من iPhone.

القطع

• (2x) LT1167 (مضخم الأجهزة)
• (2x) LT1112 (أو أي شريحة op-amp ثنائية)
• (1x) LM386N (مكبر صوت)
• (5x) أقطاب EMG السطحية (اثنان لكل عضلة وواحد كمرجع) (أمازون)
• Arduino Uno (أمازون)

• iPhone (أو أي جهاز MIDI)

  كابل محول MIDI إلى iPhone (في حالة استخدام iPhone) (Amazon)

• مقاومات ومكثفات وأسلاك توصيل مختلفة
• اللوح (أمازون)
• (2x) بطارية 9 فولت

أدوات

• لحام الحديد (الأمازون)
• قواطع الأسلاك
• أنابيب الانكماش الحراري
• شريط كهربائي

الخطوة 2: قم بتجميع مضخم EMG

للحصول على برنامج تعليمي أكثر شمولاً حول كيفية بناء مضخم EMG ، تحقق من مضخم الصوت EMG Instructable.

سنقوم ببناء مكبر EMG قادر على تضخيم قناتين EMG. سنستخدم مضخم صوت واحد LT1167 لكل قناة. تحتوي ورقة البيانات LT1167 بشكل مفيد على مخطط لـ "Nerve Impulse Amplifier" ، والذي سنتبعه في هذه الخطوة.

اجمع الدائرة

على اللوح ، قم بتجميع نسختين من مضخم النبض العصبي الموضح أعلاه. يجب أن تساعد صور دائري المجمعة في إرشادك نحو الهدف النهائي. لقد أضفت مرشحات تمرير منخفضة من الدرجة الأولى السلبية إلى إخراج كل مضخمات صوت للمساعدة في تقليل الضوضاء. إذا كنت ترغب في إضافتها إلى دائرتك ، فقد استخدمت مقاومًا 1 كيلو أوم مع مكثف 0.047 μF لتردد قطع يبلغ حوالي 2000 هرتز.

قوة

سنقوم بإيقاف تشغيل الدائرة من بطاريتين 9V. يحتاج LT1167 إلى + V و -V (لأن إشارة مصدر EMG لها قيم موجبة وسالبة) ، لذلك سنقوم بتوصيل دبوس ناقص على بطارية + V إلى دبوس زائد على بطارية -V. يصبح دبوس الطرح الموجود على البطارية -V القيمة -V. عند استخدام بطاريتين 9 فولت ، سينتهي بك الأمر مع + V و -V يساوي +9 و -9 فولت على التوالي.

تغطي الخطوة التالية وضع القطب بمزيد من التفصيل. يتم توصيل الإلكترود المرجعي بالدبوس 1 من أحد مضخمات الأجهزة ، ويتم توصيل أزواج قطب العضلات في المسامير 2 و 3 على مضخمات الأجهزة. لا يهم اتجاه +/- للأقطاب الكهربائية.

ملاحظة: إذا كانت دائرتك لا تعمل ، فربما تكون قد فعلت شيئًا خاطئًا! من الأساليب الجيدة لإيجاد خطأ في الدائرة رسم التخطيطي للدائرة التي جمعتها بالفعل على لوح التجارب ومقارنتها بالتخطيط الأصلي. في هذه العملية قد تجد خطأ (كما فعلت مرات عديدة).

الخطوة 3: تحضير الأقطاب الكهربائية

كما ذكرت أعلاه ، سنحتاج إلى ما مجموعه خمسة أقطاب كهربائية لهذا المشروع. يتم إجراء تسجيلات مخطط كهربية العضل باستخدام مكبر تفاضلي ، مما يعني أننا نقوم بتضخيم الفرق بين نقطتين مرجعيتين على العضلة. هذا يعني أننا سنحتاج إلى قطبين كهربائيين لكل عضلة. بالإضافة إلى ذلك ، نحتاج إلى مرجع واحد لنشاط العضلات المراد قياسه فيما يتعلق. هنا رابط لبعض الأقطاب الكهربائية السطحية التي تُباع على موقع أمازون. النوع الدقيق للقطب الكهربي ليس مهمًا جدًا لأغراضنا.

كما هو موضح في الصورة أعلاه ، ضع قطبين كهربائيين على الحافة الداخلية لكل ساعد ، بالتوازي مع طول العضلة ويفصل بينهما حوالي 2 سم. ضع القطب المرجعي على الجزء العظمي من أحد مرفقيك بعيدًا عن الأقطاب الكهربائية الموجودة في العضلات.

أزواج الأسلاك الملتوية

ستحتاج أيضًا إلى لف الأسلاك الموجودة على أزواج الأقطاب الكهربائية كما هو موضح أعلاه. بالإضافة إلى تنظيف الفوضى حول دائرتك ، تساعد أزواج الأسلاك الملتوية في تقليل الضوضاء الكهربائية التي تلتقطها الأقطاب الكهربائية. من خلال تبديل موضع الأسلاك ذهابًا وإيابًا ، فإن أي تداخل كهرومغناطيسي خارجي (على سبيل المثال 60 هرتز من التيار الكهربائي) سيؤثر على الأسلاك بنفس المقدار. سيقوم مكبر الصوت التفاضلي بعد ذلك بإزالة إشارة الضوضاء الشائعة هذه.

الخطوة 4: مكبر الصوت (اختياري)

إذا كنت مهتمًا بالاستماع إلى إشارة EMG الأولية (بدون أي MIDI) ، يمكنك إضافة مكبر صوت إلى دائرة EMG الخاصة بك. استخدم شريحة مكبر الصوت LM386N والمقاومات والمكثفات اللازمة لتجميع الدائرة الموضحة أعلاه. يوضح الفيديو أعلاه كيف تبدو إشارة EMG الأولية (حسنًا ، هناك بعض المرشحات في الدائرة ، لكنها في الغالب خام).

في حين أن هذه الخطوة ليست ضرورية لتشغيل إشارات MIDI ، فإنني أقترح عليك تجربتها. يمكن أن يكون الاستماع إلى إشارة EMG تقنية مفيدة للغاية لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها وتصحيح أخطاء نظامك. على سبيل المثال ، إذا كان هناك تداخل قوي قدره 60 هرتز من مصدر الطاقة الرئيسي ، فستتمكن من سماعه بشكل أسهل بكثير مما قد تتمكن من اكتشافه عند أخذ عينات من الإشارة باستخدام Arduino.

يتم قص الصوت في الفيديو الخاص بي قليلاً ، لكنه مثال جيد جدًا لما يجب أن تبدو عليه إشارة EMG النظيفة.

الخطوة الخامسة: تحضير مكونات MIDI

من أجل إرسال إشارة MIDI من Arduino إلى جهاز MIDI ، نحتاج إلى لحام أحد مقابس MIDI الأنثوية. يجب عليك التحقق من أول Instructable الخاص بي للحصول على برنامج تعليمي أكثر شمولاً حول إعداد MIDI على Arduino.

فيما يلي الخطوات:

1. لحام المقاوم 220 دبوس 4 من موصل MIDI.
2. قم بتوصيل سلك بطول 10 سم من المقاوم إلى موصل Tx على Arduino.
3. قم بتوصيل سلك بطول 10 سم لتثبيته 2 وتوصيله بالأرض على Arduino.
4. قم بتوصيل سلك بطول 10 سم لتثبيته 5 وتوصيله بـ 5 فولت على Arduino.

بمجرد تجميع مضخم EMG وإعداد كبل MIDI إلى iPhone ، استخدم سلكين توصيل لإرسال مخرجات مضخمات الأجهزة إلى المسامير A4 و A5 على Arduino.

الخطوة 6: اكتب كود اردوينو

خط الأنابيب الأساسي لرمز Arduino هو كما يلي:

1. قم بقياس مستوى الضوضاء الأساسي لكل من قنوات فريق الإدارة البيئية
2. حلقة مستمرة ، وقياس الجهد لكل قناة EMG
3. إذا تجاوزت قناة EMG التي تتحكم في شدة الملاحظة الحد الأدنى ، فقم بتشغيل ملاحظة MIDI
4. استخدم الإشارة من قناة EMG الأخرى لتعديل حدة النغمة

أنا أشجعك على محاولة كتابة كود Arduino الخاص بك لمعالجة إشارات EMG. أعرف على وجه اليقين أن هناك مخطط تحكم أفضل من ما جمعته معًا! إذا كنت تريد البدء برمزي ، فلا تتردد في تنزيله هنا. يمكنك التحقق من مستودع GitHub الخاص بي لرؤية التكرارات المختلفة للرمز الخاص بي أثناء عملي في المشروع.

الخطوة 7: ضعها معًا

إذا سارت الأمور وفقًا للخطة ، فيجب أن تكون قادرًا على التحكم في جهاز MIDI الخاص بك باستخدام الإشارة من عضلاتك. مثيرة جدا! بمجرد الانتهاء من المشروع ، يمكنك اللعب بمخططات تحكم مختلفة واستكشاف أصوات MIDI المختلفة.

اسمحوا لي أن أعرف إذا حاولت صنع أحد أجهزة MIDI الخاصة بك التي يتحكم فيها EMG! أحب أن أسمع كيف تسير الأمور وسأكون سعيدًا بالمساعدة في أي أسئلة تظهر على طول الطريق. حظا طيبا وفقك الله!

الجائزة الثانية في مسابقة أجهزة الاستشعار 2017