الكتابة باستخدام EMG باستخدام MyoWare: 8 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

المؤلفون:

اليزابيث كروفورد وديلان تي فافرا

مقدمة:

في هذا البرنامج التعليمي ، سوف نوضح لك كيفية إنشاء نظام تخطيط كهربية عضلي بسيط في المنزل (EMG) - بتكلفة حوالي 100 دولار - يستشعر تنشيط العضلات من سطح الجلد ويستخدمه لإرسال ضغطة مفتاح إلى كمبيوتر يتجاوز لوحة المفاتيح. استخدمنا MaKey MaKey الكلاسيكي ومستشعر MyoWare لإنجاز ذلك ، إلى جانب القليل من الترميز. يتطلب هذا المشروع أيضًا بعض اللحام. يمكن العثور على نصائح مفيدة لتقنية اللحام والسلامة هنا.

أولاً ، سنوضح لك كيفية تحقيق ذلك باستخدام مستشعر MyoWare واحد. بعد ذلك ، سنوضح لك كيفية إضافة واحدة ثانية إلى النظام (استخدمنا اثنين لأغراضنا).

نأمل أن يتمكن الآخرون من محاكاة تقنية DIY EMG هذه ، وتكييفها مع احتياجاتهم الخاصة ، واستخدامها في أي عدد من التطبيقات المثيرة للاهتمام. استخدمناه في مختبر علم النفس التجريبي التابع لنا في جامعة ريتشموند لتكرار الأبحاث التي تظهر أن الناس يقلدون تعابير وجه الآخرين.

الخطوة 1: اجمع المواد الخاصة بك

المواد:

• الحاسوب
• MaKey MaKey مع كبل USB المصاحب (يجب أن تكون قادرًا على القيام بذلك باستخدام Arduino Leonardo أيضًا ، لكننا لم نجربه)
• عازل طاقة USB (ما لم يتم تشغيل كمبيوتر محمول يعمل بالبطارية) ، مثل Adafruit USB Isolator - 100mA معزول منخفض / كامل السرعة USB (غير مصور)
• مستشعر (مجسات) MyoWare
• الأقطاب الكهربائية (x3 لكل مستشعر MyoWare) - استخدمنا Covidien Kendall السطحي القابل للتصرف EMG / ECG / EKG Electrodes 1 "(24 مم)
• رؤوس منفصلة (استخدمنا رؤوس على شكل حرف L)
• الأسلاك مع موصل ذكر من طرف ، أنثى من الطرف الآخر
• جندى
• شريط كهربائي

أدوات:

• لحام حديد
• قاطع الاسلاك
• مقسم الأسلاك

برمجة:

Arduino IDE مع الملحق MaKey MaKey

الخطوة 2: قم بإعداد مستشعر MyoWare

1. قم بفصل مجموعة من ثلاثة رؤوس منفصلة للحام في MyoWare.

2. مع وضع مستشعر MyoWare مع توجيه العضلة ذات الرأسين لأعلى ، أدخل الطرف الأقصر من الرؤوس الثلاثة من الأسفل في الفتحات التي تحتوي على "+" (علامة الجمع "و" - "(علامة سالبة) و" SIG " بجانبهم (انظر الصورة أعلاه).

3. جندى الرؤوس في مكانها.

الخطوة 3: قم بتوصيل مستشعر MyoWare بـ MaKey MaKey

1. اختر ثلاثة أسلاك (يفضل أن تكون ذات ألوان مختلفة) ، ذكر من طرف وأنثى من الطرف الآخر. يعتمد طول الأسلاك التي تحتاجها على المسافة التي تريدها أن يكون MyoWare من MaKey MaKey. للحصول على MyoWare على الوجه و MaKey MaKey على منضدة ، ستحتاج إلى حوالي 18 بوصة.

2. حدد الوظيفة التي سيخدمها سلك كل لون. سيتم استخدام أحدهما للطاقة (التوصيل بالموصل + الموجود في مستشعر MyoWare) ، وسيتم استخدام الآخر للأرض (يتم توصيله بالموصل - الموجود في مستشعر MyoWare) ، وسيتم استخدام الثالث كسلك إشارة (يتم توصيله بجهاز استشعار MyoWare) موصل SIG على MyoWare). في الصور الموضحة في هذا الدليل ، نستخدم اللون الأخضر للطاقة ، والبني للأرضي ، والرمادي للإشارة.

الخطوة 4: قم بتحميل Sketch إلى MaKey MaKey

1. قم بتثبيت Arduino IDE على جهاز الكمبيوتر الخاص بك (البرنامج التعليمي هنا).

2. قم بتثبيت الملحق MaKey MaKey لـ Arduino (البرنامج التعليمي هنا) عن طريق فتح تفضيلات Arduino (ملف> تفضيلات) ، والانتقال إلى مربع نص عناوين URL لمدير اللوحة الإضافية ، واللصق في:

raw.githubusercontent.com/sparkfun/Arduino_Boards/master/IDE_Board_Manager/package_sparkfun_index.json

3. في Arduino IDE ، انقر فوق ملف ، ثم اسحب لأسفل لإنشاء رسم جديد. انسخ هذا الرمز والصقه في نافذة النص:

/ * عتبات تسجيل الضغط على مفتاح * / const int thresh1 = 1000 ؛ / * تعيين المدخلات على MaKey MaKey * / const int sensor1Pin = A3 ؛ #include "Keyboard.h" int LED (9) ؛ إعداد باطل () { pinMode (LED ، الإخراج) ؛ Serial.begin (9600) ؛} / * يقوم الكود أدناه بأخذ عينات من MyoWare كل 50 مللي ثانية ، ويرسل قيمتها إلى المنفذ التسلسلي ، وإذا كانت القيمة أعلى من الحد الأدنى ، يرسل ضغطة مفتاح. يمكنك أخذ العينات بشكل متكرر عن طريق تقليل التأخير. هذا سيجعل قراءة القيم أصعب في النافذة التسلسلية. * / void loop () {int sensor1Val = analogRead (sensor1Pin)؛ Serial.println (sensor1Val)؛ if (sensor1Val> = thresh1) {Keyboard.begin ()؛ / / يرسل الضغط على مفتاح الحرف "c" Keyboard.write ('c') ؛ // انتظر 50 مللي ثانية قبل أخذ العينات مرة أخرىdelay (50) ؛} else // انتظر 50 مللي ثانية قبل أخذ العينات مرة أخرىdelay (50) ؛}

4. قم بتوصيل MaKey MaKey بجهاز الكمبيوتر الخاص بك. اسحب قائمة الأدوات لأسفل وتأكد من أن اللوحة المحددة هي Arduino Leonardo أو MaKey MaKey. اسحب قائمة الأدوات لأسفل إلى Port ، وتأكد من أن المنفذ المحدد يحمل اسم اللوحة التي اخترتها. قم بتحميل المخطط الخاص بك على اللوحة بالنقر فوق السهم المواجه لليمين في الجزء العلوي من Arduino IDE.

الخطوة 5: قم بتوصيل جميع مكوناتك معًا

1. قم بتوصيل الأسلاك من مستشعر MyoWare إلى MaKey MaKey على النحو التالي:

• ينتقل الرمز "+" الموجود في MyoWare إلى فتحة 5 فولت في MaKey MaKey.
• يذهب "-" الموجود في MyoWare إلى الأرض ("الأرض") على MaKey MaKey.
• يذهب "SIG" في MyoWare إلى الفتحة A3 في MaKey MaKey.

2. قم بتوصيل ثلاثة أقطاب كهربائية إلى MyoWare.

3. قم بتوصيل MaKey MaKey. إذا كنت تستخدم جهاز كمبيوتر متصل بمأخذ طاقة ، فقم بتوصيل MaKey MaKey بمعزل طاقة USB ثم قم بتوصيله بمنفذ USB بالكمبيوتر. (هذا إجراء احترازي للسلامة بحيث إذا حدث خطأ ما في مصدر الطاقة في جهاز الكمبيوتر الخاص بك ، فلن يكون مرتديها متصلاً بشكل مباشر بالشبكة الكهربائية. ومن غير المحتمل أن تحدث مثل هذه المشكلة ، لكننا نفضل أن تكون آمنًا.) إذا كنت تستخدم جهاز كمبيوتر محمولاً خارج البطارية (على سبيل المثال ، لم يتم توصيله بالجدار) فأنت بأمان بدون العازل.

4. تحقق من أن كل شيء يعمل بالطاقة. يجب أن يضيء كل من مصباح MaKey MaKey الأحمر ومصباح MyoWare الأخضر.

5. نظف الجلد حيث تريد إرفاق MyoWare بالكحول لإزالة الأوساخ والزيوت.

6. انزع الغطاء اللاصق عن الأقطاب الكهربائية وقم بتوصيل MyoWare بالجلد. تريد أن يكون القطبان الموجودان في MyoWare أعلى العضلة التي تريد التسجيل منها. يعمل القطب المتصل بالسلك كمقارنة ، ويجب وضعه بعيدًا عن العضلة في منطقة لن تكون نشطة عند تقلص العضلة المستهدفة.

7. افحص المادة اللاصقة الموجودة على الأقطاب الكهربائية لتتأكد من وجود مانع تسرب جيد للجلد. قد تحتاج إلى الضغط على حواف الحلقات اللاصقة في الجلد للحصول على ختم جيد.

الخطوة 6: تحديد العتبات في Arduino IDE

1. مع توصيل كل شيء وتشغيله ، افتح الشاشة التسلسلية في Arduino IDE بالنقر فوق أداة العدسة المكبرة في الزاوية اليمنى العليا.

2. يجب أن تعرض الشاشة التسلسلية الآن قيم الإشارة من MyoWare. أثناء ثني العضلات وإرخاءها ، يجب أن ترى القيم تتغير وفقًا لذلك. يجب أن ترى أيضًا مؤشر LED الأحمر على MyoWare يضيء عندما تتقلص العضلة بقوة كافية.

3. أثناء مشاهدة الشاشة التسلسلية ، قم بشد العضلات بكثافة مختلفة ، مع الحرص على الاسترخاء بين الانقباضات من أجل العودة إلى خط الأساس. حدد قيمة العتبة التي تريد أن يؤدي الانكماش فوقها إلى الضغط على مفتاح. تتطلب القيم الأعلى تقلصًا أقوى لتسجيل الضغط على المفتاح ؛ القيم المنخفضة تجعلها أكثر حساسية للتقلصات الصغيرة ولكنها أيضًا أكثر عرضة للإنذارات الكاذبة.

4. في رسم Arduino ، قم بتغيير قيمة العتبة (const int thresh1) من 1000 إلى الحد الذي اخترته.

5. أغلق الشاشة التسلسلية ، وأعد تحميل الرسم التخطيطي ، وابدأ في الكتابة باستخدام EMG. قد تجد أنك بحاجة إلى إعادة ضبط العتبة للحصول على الحساسية في المكان الذي تريده. يمكنك أيضًا تجربة التأخير بحيث يتم أخذ عينات أكثر أو أقل بشكل متكرر.

الخطوة 7: استمتع باستخدام نظام EMG الجديد محلي الصنع

يمكنك وضع الأقطاب الكهربائية في العديد من الأماكن على الجسم (على سبيل المثال ، على الوجه ، كما يصوره مختبرنا سايبورغ كايل لي أعلاه).

جرب المواقع لوضع الأقطاب الكهربائية والإمكانيات العديدة لما يمكنك استخدام ضغطات المفاتيح للقيام به.

أيضًا ، استمر في القراءة لمعرفة كيفية إضافة مستشعر MyoWare آخر إلى هذا النظام.

الخطوة 8: أضف مستشعرًا ثانيًا إلى نظام EMG الخاص بك

1. كرر الخطوة 2 مع جهاز استشعار MyoWare ثانٍ.

2. لتوصيل أجهزة استشعار متعددة بـ MaKey MaKey واحد ، ستحتاج إلى طريقة للحصول على الطاقة لكل منها. لقد أجرينا القليل من تجريد الأسلاك واللحام والتسجيل لإنشاء موصل على شكل حرف Y (انظر الصورة أعلاه) ، وفصلنا الإخراج الفردي من مصدر الطاقة الخاص بـ MaKey MaKey إلى سلكين يتصلان بمدخل الطاقة "+" في كل منهما من اثنين من MyoWares.

3. قم بتوصيل فتحات "SIG" على مستشعرات MyoWare بفتحات A مختلفة على الجانب الأيمن من MaKey MaKey (يفترض الرمز الذي نقدمه أدناه أنك تستخدم A3 و A4).

4. تحميل الرسم التخطيطي لاثنين من أجهزة الاستشعار:

/ * يقرأ هذا الرسم التخطيطي إشارتين من مستشعرات MyoWare ويرسل ضغطة مفتاح "b" عندما يتجاوز أحدهما الحد الأدنى و "c" عندما يتجاوز الآخر الحد. * // * تعيين العتبات * / const int thresh1 = 1000 ؛ const int thresh2 = 1000 ؛ / * تعيين المدخلات على MaKey MaKey * / const int sensor1Pin = A3 ؛ const int sensor2Pin = A4 ؛ #include "Keyboard.h" int LED (9) ؛ إعداد باطل () {pinMode (LED ، OUTPUT) ؛ المسلسل.begin (9600)؛} الحلقة الفارغة () {int sensor1Val = analogRead (sensor1Pin)؛ int sensor2Val = analogRead (sensor2Pin)؛ Serial.print (sensor1Val)؛ Serial.print ("،")؛ Serial.println (sensor2Val) ؛ if (sensor1Val> = thresh1) {Keyboard.begin ()؛ // Send keypress cKeyboard.write ('c')؛ delay (50)؛} if (sensor2Val> = thresh2) {Keyboard.begin ()؛ // أرسل bKeyboard.write ('b')؛ delay (50)؛} else // انتظر 50 مللي ثانية قبل أخذ العينات مرة أخرىdelay (50)؛}

5. الآن يجب أن تكون قراءات العضلات مرئية في الشاشة التسلسلية. عيّن كل حد على حدة في مخطط Arduino ، تمامًا كما في الخطوة 6 ، ثم أعد تحميل الرسم التخطيطي.

الآن سيحتوي نظام EMG الخاص بك على مدخلين منفصلين

إذا شعرت بالجنون قليلاً ، يمكنك اتباع إجراءات مماثلة لإضافة المزيد من مستشعرات MyoWare إلى النظام. إذا شعرت بالوحشية حقًا ، يمكنك حتى إضافة MaKey MaKey آخر إلى النظام. نحن نشجعك على تجربة هذا التصميم.