التحكم في الأضواء بعينيك: 9 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

في هذا الفصل الدراسي في الكلية ، أخذت فصلًا يسمى Instrumentation in Biomedicine تعلمت فيه أساسيات معالجة الإشارات للتطبيقات الطبية. بالنسبة للمشروع النهائي للفصل ، عمل فريقي على تقنية تخطيط القلب الكهربائي (EOG). بشكل أساسي ، ترسل الأقطاب الكهربائية المتصلة بمعابد شخص ما فرقًا في الجهد (يعتمد على ثنائي القطب في شبكية العين) إلى دائرة مصممة لتصفية الإشارة وتضخيمها. يتم تغذية الإشارة إلى ADC (محول تناظري إلى رقمي - في حالتي ، ADC لـ Arduino Uno) وتستخدم لتغيير ألوان جوهرة neopixel.

هذا البرنامج التعليمي هو وسيلة بالنسبة لي لتسجيل ما تعلمته ، وكذلك مشاركة القارئ العادي حول كيفية عزل الإشارات عن جسم الإنسان (لذا كن حذرًا: إنه مليء بالتفاصيل الإضافية!). يمكن استخدام هذه الدائرة في الواقع ، مع بعض التعديلات الطفيفة ، في النبضات الكهربائية للقلوب الحركية مثل شكل موجة EKG ، وأكثر من ذلك بكثير! على الرغم من أنه لا يقترب من أي مكان قريب من الأجهزة المتطورة والمثالية التي تجدها في المستشفى ، فإن هذا المصباح الذي يتم التحكم فيه في موضع العين يعد رائعًا لفهم وإلقاء نظرة أولية.

ملاحظة: لست خبيرًا في معالجة الإشارات ، لذا إذا كانت هناك أية أخطاء أو إذا كانت لديك اقتراحات للتحسينات ، فيرجى إبلاغي بذلك! لا يزال لدي الكثير لأتعلمه لذا فإن التعليق موضع تقدير. أيضًا ، تتطلب العديد من الأوراق التي أشير إليها في الروابط خلال هذا البرنامج التعليمي وصولاً أكاديمياً أحظى به من جامعتي ؛ نعتذر مقدما لأولئك الذين لن يتمكنوا من الوصول.

الخطوة 1: المواد

• بروتوبورد
• مقاومات (100 ، 1 ك ، 10 ك ، 33 ك ، 1 م + 0.5 م)
• مكثف (0.1 فائق التوهج)
• أمبير الأجهزة (INA111 في حالتي ، ولكن هناك زوجين يجب أن يعمل بشكل جيد نسبيًا)
• المرجع أمبير (أي - صادف أن لدي LM324N)
• neopixel (أي أعمال ، لكنني استخدمت جوهرة)
• بطاريات 9 فولت × 2
• رؤوس بطارية 9 فولت × 2
• أقطاب جل صلبة (تتم مناقشة اختيار القطب في الخطوة 5)
• مقياس فرق الجهد
• سلك معزول
• أدوات تقشير الأسلاك
• لحام الحديد + جندى
• مقاطع التمساح (مع توصيل الأسلاك - يتم لحام بعضها إذا لزم الأمر)
• الغراء الساخن (لتثبيت الأسلاك التي يمكن ثنيها ذهابًا وإيابًا)
• Arduino (لوحة إلى حد كبير أي أعمال ، لكنني استخدمت Arduino Uno)

نوصي بشدة: راسم الذبذبات ، متعدد المقاييس ، ومولد الوظيفة. تحقق من مخرجاتك بدلاً من الاعتماد فقط على قيم المقاوم الخاصة بي!

الخطوة 2: الخلفية الفسيولوجية والحاجة إلى دائرة

إخلاء سريع: لست خبيرًا طبيًا بأي حال من الأحوال ، لكنني قمت بتجميع وتبسيط ما تعلمته في الفصل / من Googling أدناه ، مع روابط لمزيد من القراءة إذا كنت ترغب في ذلك. أيضًا ، هذا الرابط هو إلى حد بعيد أفضل نظرة عامة على الموضوع الذي وجدته - يتضمن تقنيات بديلة.

يعمل تخطيط كهربية العين (EOG) على ثنائي القطب القرني والشبكي. القرنية (مقدمة العين) موجبة قليلاً والشبكية (مؤخرة العين) سالبة الشحنة. عندما تقوم بتطبيق أقطاب كهربائية على المعابد وتؤرض دائرتك على جبهتك (تساعد على استقرار قراءاتك والتخلص من تداخل 60 هرتز) ، يمكنك قياس فرق الجهد حوالي 1-10mV لحركات العين الأفقية (انظر الصورة أعلاه). لحركات العين العمودية ، ضع أقطابًا كهربائية أعلى وأسفل عينك بدلاً من ذلك. راجع هذه المقالة للحصول على قراءة جيدة حول كيفية تفاعل الجسم مع الكهرباء - معلومات رائعة عن مقاومة الجلد ، إلخ. تستخدم أجهزة تخطيط كهربية القلب بشكل شائع لتشخيص أمراض العيون مثل إعتام عدسة العين أو الأخطاء الانكسارية أو التنكس البقعي. هناك أيضًا تطبيقات في الروبوتات التي يتم التحكم فيها بالعين والتي يمكن من خلالها أداء المهام البسيطة بنقرة من العينين.

لقراءة هذه الإشارات ، أي حساب فرق الجهد بين الأقطاب الكهربائية ، ندمج شريحة مهمة تسمى مضخم الأجهزة في دائرتنا. يتكون مضخم الأجهزة هذا من متابعين للجهد ومضخم صوت غير مقلوب ومضخم تفاضلي. إذا كنت لا تعرف الكثير عن مضخمات التشغيل ، فالرجاء قراءة هذا للحصول على دورة مكثفة - بشكل أساسي ، يأخذون جهد إدخال ، ويقيسونه ، ويخرجون الجهد الناتج باستخدام قضبان الطاقة الخاصة به. يساعد تكامل جميع المقاومات بين كل مرحلة على حل أخطاء التسامح: عادةً ما تتمتع المقاومات بتفاوت قدره 5-10٪ في القيم ، وتعتمد الدائرة العادية (غير مدمجة بالكامل في مضخم أجهزة القياس) بشكل كبير على الدقة للحصول على CMMR جيد (انظر الخطوة التالية). متابعو الجهد هم لمقاومة عالية المدخلات (تمت مناقشتها في الفقرة أعلاه - رئيسية لمنع الإضرار بالمريض) ، والمضخم غير المقلوب هو لضمان مكاسب عالية للإشارة (المزيد عن التضخيم في الخطوة التالية) ويأخذ المضخم التفاضلي الفرق بين المدخلات (يطرح القيم من الأقطاب الكهربائية). تم تصميمها لسحق أكبر قدر ممكن من ضوضاء / تداخل النمط الشائع (لمزيد من المعلومات حول معالجة الإشارات ، انظر الخطوة التالية) للإشارات الطبية الحيوية ، المليئة بالأشياء الغريبة.

تواجه الأقطاب الكهربائية بعض مقاومة الجلد لأن أنسجة الجلد والدهون تعيق القياس المباشر للجهد ، مما يؤدي إلى الحاجة إلى تضخيم الإشارة وترشيحها. هنا ، وهنا ، وإليكم بعض المقالات التي حاول الباحثون فيها قياس هذه الممانعة. عادةً ما يتم تصميم هذه الكمية الفسيولوجية على أنها مقاومة 51 كيلو أوم بالتوازي مع مكثف 47 نانومتر ، على الرغم من وجود العديد من الاختلافات والتوليفات. يمكن أن يكون للجلد في مواقع مختلفة ممانعات مختلفة ، خاصةً عندما تفكر في السماكات والكميات المختلفة للعضلات المجاورة. تتغير المعاوقة أيضًا مع مدى استعداد بشرتك للأقطاب الكهربائية: يُقترح عمومًا التنظيف الشامل بالصابون والماء لضمان التصاق وتماسك ممتازين ، وهناك أيضًا مواد هلامية متخصصة للأقطاب الكهربائية إذا كنت ترغب حقًا في الكمال. ملاحظة رئيسية واحدة هي أن المعاوقة تتغير مع التردد (سمة من سمات المكثفات) لذا فأنت بحاجة إلى معرفة عرض النطاق الترددي للإشارة من أجل التنبؤ بالمقاومة. ونعم ، تقدير المقاومة مهم لمطابقة الضوضاء - انظر الخطوة اللاحقة لمزيد من المعلومات حول هذا.

الخطوة الثالثة: معالجة الإشارات: لماذا وكيف؟

الآن ، لماذا لا يمكنك فقط استخدام فرق الجهد 1-10mV كمخرج فوري للتحكم في مصابيح LED؟ حسنًا ، هناك العديد من الأسباب لتصفية الإشارات وتضخيمها:

• العديد من ADCs (المحولات التناظرية إلى الرقمية - تأخذ مدخلاتك التناظرية وترقمها لقراءة البيانات وتخزينها على الكمبيوتر) ببساطة لا يمكنها اكتشاف مثل هذه التغييرات الصغيرة. على سبيل المثال ، فإن ADC في Arduino Uno هو على وجه التحديد ADC 10 بت مع إخراج 5V ، مما يعني أنه يحدد جهد إدخال 0-5V (قيم خارج النطاق "سكة حديدية" ، مما يعني أنه سيتم قراءة القيم المنخفضة على أنها 0V وقيم أعلى قراءة مثل 5V) إلى قيم صحيحة بين 0 و 1023. 10mV صغيرة جدًا في نطاق 5V ، لذلك إذا كان بإمكانك تضخيم الإشارة إلى نطاق 5V الكامل ، فسيكون من السهل اكتشاف التغييرات الصغيرة لأنها ستنعكس من خلال تغييرات كمية أكبر (تغيير 5mV إلى 10mV مقابل التغيير 2V إلى 4V). فكر في الأمر كصورة صغيرة على جهاز الكمبيوتر الخاص بك: قد يتم تحديد التفاصيل بشكل مثالي بواسطة وحدات البكسل الخاصة بك ، ولكن لن تتمكن من التمييز بين الأشكال إلا إذا قمت بتوسيع الصورة.

  لاحظ أن وجود المزيد من البتات لـ ADC الخاص بك أفضل لأنه يمكنك تقليل ضوضاء التكميم من تحويل الإشارة المستمرة إلى قيم منفصلة ورقمية. لحساب عدد البتات التي تحتاجها للاحتفاظ بنسبة 96٪ تقريبًا لمدخلات SNR ، استخدم N = SNR (بالديسيبل) / 6 كقاعدة عامة. تريد أيضًا أن تضع محفظتك في الاعتبار على الرغم من ذلك: إذا كنت تريد المزيد من القطع ، فيجب أن تكون على استعداد لدفع المزيد من الأموال

• الضوضاء والتداخل (الضوضاء = القطع الأثرية العشوائية التي تجعل إشاراتك خشنة بدلاً من التداخل السلس مقابل التداخل = القطع الأثرية الجيبية غير العشوائية من الإشارات المجاورة من موجات الراديو ، إلخ) تصيب جميع الإشارات المقاسة من الحياة اليومية.

  • الأكثر شهرة هو التداخل 60 هرتز (50 هرتز إذا كنت في أوروبا وليس في روسيا لأنهم يستخدمون التيار المستمر بدلاً من التيار المتردد للطاقة الخارجة …) ، وهو ما يسمى تردد المنفعة من المجالات الكهرومغناطيسية للتيار المتردد لمنافذ الطاقة. تحمل خطوط الكهرباء جهدًا عاليًا للتيار المتردد من المولدات الكهربائية إلى المناطق السكنية ، حيث تنزل المحولات الجهد إلى المستوى القياسي ~ 120 فولت في منافذ الطاقة الأمريكية. يؤدي الجهد المتناوب إلى هذا الحمام المستمر بمعدل 60 هرتز للتداخل في محيطنا ، والذي يتداخل مع جميع أنواع الإشارات ويحتاج إلى تصفيته.

  • يُطلق على تداخل 60 هرتز عادةً تداخل الوضع الشائع لأنه يظهر في كل من المدخلات (+ و -) لمكبرات الصوت. الآن ، تحتوي أجهزة op amps على شيء يسمى نسبة رفض الوضع الشائع (CMRR) لتقليل آثار الوضع الشائع ، ولكن (صححني إذا كنت مخطئًا!) هذا جيد بشكل أساسي لضوضاء الوضع الشائع (عشوائي: ضوضاء بدلاً من غير عشوائي: تداخل). للتخلص من 60 هرتز ، يمكن استخدام مرشحات النطاق الترددي لإزالته بشكل انتقائي من طيف التردد ، ولكنك تخاطر أيضًا بإزالة البيانات الفعلية. أفضل حالة ، يمكنك استخدام مرشح تمرير منخفض للحفاظ على نطاق من الترددات أقل من 60 هرتز فقط ، لذلك يتم تصفية كل شيء ذي ترددات أعلى. هذا ما فعلته لـ EOG: كان النطاق الترددي المتوقع لإشارتي 0-10 هرتز (مع إهمال حركات العين السريعة - لم أرغب في التعامل معها في نسختنا المبسطة) لذلك أزلت ترددات أكبر من 10 هرتز باستخدام مرشح تمرير منخفض.

    • 60 هرتز يمكن أن يفسد إشاراتنا عن طريق الاقتران السعوي والاقتران الاستقرائي. يحدث الاقتران السعوي (اقرأ على المكثفات هنا) عندما يعمل الهواء كعزل كهربائي لتوصيل إشارات التيار المتردد بين الدوائر المجاورة. يأتي الاقتران الاستقرائي من قانون فاراداي أثناء تشغيل التيار في مجال مغناطيسي. هناك الكثير من الحيل للتغلب على الاقتران: يمكنك استخدام درع مؤرض كنوع من قفص فاراداي ، على سبيل المثال. يؤدي التواء / تجديل الأسلاك عند الإمكان إلى تقليل المساحة المتاحة للاقتران الاستقرائي للتدخل. كما أن تقصير الأسلاك وتقليل الحجم الكلي للدائرة له نفس التأثير لنفس السبب. كما أن الاعتماد على طاقة البطارية لقضبان op amp بدلاً من التوصيل بمأخذ طاقة يساعد أيضًا لأن البطاريات توفر مصدر تيار مستمر بدون تذبذب جيبي. اقرأ المزيد هنا!

    • تتخلص مرشحات التمرير المنخفض أيضًا من الكثير من الضوضاء ، حيث يتم تمثيل الضوضاء العشوائية بترددات عالية. الكثير من الضوضاء عبارة عن ضوضاء بيضاء ، مما يعني وجود ضوضاء لجميع الترددات ، لذا فإن الحد من عرض النطاق الترددي للإشارة الخاص بك قدر الإمكان يساعد في الحد من مقدار هذه الضوضاء الموجودة في إشارتك.

      تسمى بعض مرشحات التمرير المنخفض مرشحات مانع التعرج لأنها تمنع التعرج: عندما تكون الجيوب تحت العينة ، فقد يتم اكتشافها بتردد مختلف عن ذلك في الواقع. يجب أن تتذكر دائمًا اتباع نظرية أخذ العينات الخاصة بـ Nyquist (عينة من الإشارات بتردد أعلى 2x: تحتاج إلى تردد أخذ عينات يبلغ> 2Hz لموجة جيبية متوقعة 1Hz ، إلخ). في حالة EOG هذه ، لم يكن علي القلق بشأن Nyquist لأنه كان من المتوقع أن تكون إشارتي بشكل أساسي في نطاق 10 هرتز ، وعينات Arduino ADC الخاصة بي عند 10 كيلو هرتز - أكثر من السرعة الكافية لالتقاط كل شيء

  • هناك أيضًا حيل صغيرة للتخلص من الضوضاء. الأول هو استخدام أرضية نجمية بحيث يكون لجميع أجزاء دوائرك نفس المرجع بالضبط. خلاف ذلك ، فإن ما يسميه جزء "الأرض" قد يختلف عن جزء آخر بسبب المقاومة الطفيفة في الأسلاك ، والتي تتراكم في التناقضات. كما أن اللحام بلوح الحماية بدلاً من الالتصاق باللوح يقلل أيضًا من بعض الضوضاء ويخلق اتصالات آمنة يمكنك الوثوق بها بدلاً من إدخال الضغط المناسب.

هناك الكثير من الطرق الأخرى لقمع الضوضاء والتداخل (انظر هنا وهنا) ، ولكن يمكنك أخذ فصل دراسي عن ذلك أو Google لمزيد من المعلومات: دعنا ننتقل إلى الدائرة الفعلية!

الخطوة 4: كيف تعمل الدائرة

لا تخف من مخطط الدائرة: إليك تحليل تقريبي لكيفية عمل كل شيء: (ارجع إلى الخطوة السابقة للحصول على بعض التفسيرات أيضًا)

• في أقصى اليسار لدينا الأقطاب الكهربائية. أحدهما متصل بالمعبد الأيسر والآخر على المعبد الأيمن والثالث مثبت على الجبهة. يعمل هذا التأريض على استقرار الإشارة بحيث يكون هناك انحراف أقل ، كما أنه يتخلص من بعض التداخل البالغ 60 هرتز.
• التالي هو أمبير الأجهزة. عد خطوتين إلى الوراء لشرح ما يفعله لتوليد فرق الجهد. توجد معادلة تغيير كسب الأمبير في الصفحة 7 من ورقة البيانات [G = 1+ (50kOhm / Rg) حيث يتم توصيل Rg على دبابيس أمبير 1 و 8]. بالنسبة لدارتي ، قمت بالتعديل على ربح قدره 500 باستخدام Rg = 100Ohm.
• بعد أن يخرج أمبير الأجهزة فرق الجهد المضخم 500x ، يوجد مرشح تمرير منخفض RC من الدرجة الأولى ، والذي يتكون من المقاوم R_filter ومكثف C_filter. يمنع مرشح التمرير المنخفض التعرج (لا يقلقني على الرغم من أنه من خلال Nyquist ، أحتاج إلى أخذ عينة من 20 هرتز على الأقل لعرض نطاق ترددي متوقع يبلغ 10 هرتز ، وعينات Arduino ADC عند 10 كيلو هرتز - أكثر من كافية) وأيضًا تقطع الضوضاء على جميع الترددات التي لا أحتاجها. يعمل نظام RC لأن المكثفات تسمح بترددات عالية بسهولة ولكن تعيق الترددات المنخفضة (المعاوقة Z = 1 / (2 * pi * f)) ، وإنشاء مقسم للجهد مع الجهد عبر المكثف ينتج عنه مرشح يسمح فقط بالترددات المنخفضة من خلال [قطع كثافة 3dB محكوم بالصيغة f_c = 1 / (2 * pi * RC)]. لقد قمت بتعديل قيم R و C الخاصة بالفلتر لقطع الإشارات الأعلى من ~ 10 هرتز لأن الإشارة البيولوجية لـ EOGs متوقعة في هذا النطاق. لقد قطعت في الأصل بعد 20 هرتز ، ولكن بعد التجريب عملت 10 هرتز أيضًا ، لذلك ذهبت مع النطاق الترددي الأصغر (النطاق الترددي الأصغر هو الأفضل لقطع أي شيء غير ضروري ، فقط في حالة).
• باستخدام هذه الإشارة المفلترة ، قمت بقياس الإخراج باستخدام مرسمة الذبذبات لرؤية نطاق القيم الخاص بي من النظر إلى اليسار واليمين (أقصى طرفي نطاقي). لقد أوصلني ذلك إلى حوالي 2-4 فولت (لأن كسب مضخم الأجهزة كان 500x لنطاق ~ 4-8mV) ، عندما يكون هدفي هو 5V (النطاق الكامل لـ Arduino ADC). تنوع هذا النطاق كثيرًا (بناءً على مدى جودة غسل الشخص للجلد مسبقًا ، وما إلى ذلك) لذلك لم أكن أرغب في الحصول على هذا القدر من المكاسب باستخدام مضخم الصوت الثاني غير المقلوب. انتهى بي الأمر بتعديله للحصول على ربح يبلغ 1.3 فقط (اضبط R1 و R2 في الدائرة لأن كسب الأمبير = 1 + R2 / R1). ستحتاج إلى تحديد نطاق الإخراج الخاص بك والتعديل من هناك حتى لا تتجاوز 5 فولت! لا تستخدم قيم المقاوم الخاصة بي فقط.
• يمكن الآن إدخال هذه الإشارة في دبوس Arduino التناظري لقراءة ولكن Arduino ADC لا يقبل المدخلات السلبية! ستحتاج إلى تحويل الإشارة لأعلى بحيث يكون النطاق من 0-5 فولت مقابل -2.5 فولت إلى 2.5 فولت. تتمثل إحدى طرق إصلاح ذلك في إرفاق أرضية لوحة الدوائر الخاصة بك بالدبوس 3.3 فولت في Arduino: يؤدي هذا إلى إزاحة الإشارة لأعلى بمقدار 3.3 فولت (أكثر من 2.5 فولت على النحو الأمثل ولكنه يعمل). كان نطاقي متزعزعًا حقًا ، لذلك صممت جهد إزاحة متغير: بهذه الطريقة ، يمكنني تدوير مقياس الجهد لتوسيط النطاق إلى 0-5 فولت. إنه في الأساس مقسم جهد متغير باستخدام قضبان الطاقة +/- 9 فولت بحيث يمكنني توصيل أرض الدائرة بأي قيمة من -9 إلى 9 فولت وبالتالي تحويل إشارتي لأعلى أو لأسفل 9 فولت.

الخطوة 5: اختيار المكونات والقيم

مع شرح الدائرة ، كيف نختار أي واحد (قطب كهربائي ، المرجع أمبير) لاستخدامه؟

• كجهاز استشعار ، تتمتع أقطاب الهلام الصلبة بمقاومة عالية للإدخال ومقاومة منخفضة للإخراج: ما يعنيه هذا بشكل أساسي هو أن التيار يمكن أن يمر بسهولة عبر المصب إلى بقية الدائرة (مقاومة منخفضة للإخراج) ولكن سيكون من الصعب تمرير المنبع إلى صدغيك (مقاومة عالية المدخلات). هذا يمنع المستخدم من التعرض للإصابة بأي تيارات عالية أو الفولتية في بقية دائرتك ؛ في الواقع ، تحتوي العديد من الأنظمة على شيء يسمى مقاوم حماية المريض لتوفير حماية إضافية ، فقط في حالة حدوث ذلك.

  • توجد أنواع مختلفة من الأقطاب الكهربائية. يقترح معظم الناس أقطاب هلام صلبة Ag / AgCl للاستخدام في تطبيقات EKG / EOG / إلخ. مع وضع هذا في الاعتبار ، تحتاج إلى البحث عن مقاومة المصدر لهذه الأقطاب الكهربائية (عد خطوتين إلى الوراء لملاحظاتي حول مقاومة الجلد) ومطابقتها مع مقاومة الضوضاء (جهد الضوضاء في V / sqrt (Hz) مقسومًا على الضوضاء الحالية في A / sqrt (Hz) - انظر أوراق البيانات الخاصة بمكبرات التشغيل الخاصة بك - هذه هي الطريقة التي تختار بها مضخم الأجهزة الصحيح لجهازك. يسمى هذا بمطابقة الضوضاء ، ويمكن العثور على تفسيرات لماذا مطابقة مقاومة المصدر Rs لأعمال مقاومة الضوضاء Rn عبر الإنترنت مثل هنا. بالنسبة لـ INA111 الذي اخترته ، يمكن حساب Rn باستخدام جهد الضوضاء والضوضاء الحالية لورقة البيانات (لقطة الشاشة أعلاه).

    • هناك الكثير من المقالات التي تقيم أداء القطب الكهربي ، ولا يوجد قطب كهربائي واحد هو الأفضل لجميع الأغراض: جرب هنا ، على سبيل المثال. تتغير المعاوقة أيضًا لعرض نطاق ترددي مختلف كما هو موضح في أوراق بيانات المرجع (بعض أوراق البيانات سيكون لها منحنيات أو جداول بترددات مختلفة). قم بأبحاثك ولكن تذكر أن تضع محفظتك في الاعتبار. من الجيد معرفة أي الأقطاب الكهربائية / أمبير التشغيل هو الأفضل ، لكن لا فائدة من ذلك إذا كنت لا تستطيع تحمله. ستحتاج إلى حوالي 50 قطبًا كهربائيًا على الأقل للاختبار ، وليس 3 قطب كهربائي للاستخدام مرة واحدة.

      • لمطابقة الضوضاء المثلى ، ليس فقط يجب أن يكون Rn ~ = Rs: أنت أيضًا تريد أن يكون جهد الضوضاء * تيار الضوضاء (Pn) منخفضًا قدر الإمكان. يعتبر هذا أكثر أهمية من جعل Rn ~ = Rs لأنه يمكنك ضبط Rs و Rn باستخدام المحولات إذا لزم الأمر.

        المحاذير مع المحولات (صححني إذا كانت خاطئة): يمكن أن تكون ضخمة إلى حد ما وبالتالي فهي ليست مثالية للأجهزة التي يجب أن تكون صغيرة. كما أنها تعمل على زيادة الحرارة ، لذا من الضروري استخدام المشتتات الحرارية أو التهوية الممتازة

      • تطابق الضوضاء فقط مع أول أمبير أولي ؛ لا يؤثر الأمبير الثاني كثيرًا ، لذا فإن أي جهاز أمبير يعمل.

الخطوة السادسة: بناء الدائرة

استخدم الرسم التخطيطي المائل أعلاه لبناء الدائرة (النسخة الثانية توضح ما يشير إليه كل جزء في مخطط الدائرة من الخطوة السابقة). إذا كنت بحاجة إلى مساعدة في تحديد مصابيح LED في الرسم التخطيطي ، فاستخدم حاسبة رمز اللون المقاوم ، لكن Rg لمضخم الأجهزة هو 100Ohm ، R_filter 1.5MOhm ، C_filter هو 0.1uF ، R1 للمضخم غير العاكس هو 10kOhm ، R2 هو 33 كيلو أوم ، والمقاوم لمقياس الجهد هو 1 كيلو أوم (يختلف مقياس الجهد من 0 إلى 20 كيلو أوم). تذكر تغيير قيم المقاوم حسب الحاجة لضبط المكاسب!

تحرير: يوجد خطأ في جزء الإزاحة الأرضي. احذف السلك الأسود الأيسر. يجب توصيل المقاوم بالسلك الأحمر بسكة الطاقة كما هو موضح ولكن أيضًا بالدبوس الثاني ، وليس الأول ، لمقياس الجهد. يجب توصيل أول دبوس من مقياس الجهد بالدبوس 5 فولت في Arduino. يجب توصيل السلك البرتقالي الذي يمثل أرض الإزاحة بالدبوس الثاني وليس الأول.

لقد ناقشت تعويض الأرض كثيرًا. في الرسم البياني ، يمكنك أن ترى أن أرضية Arduino تظهر على أنها متصلة بأرض اللوح. هذا في السيناريو الذي لا تحتاج إلى تغيير موقفك. إذا كانت إشارتك خارج النطاق وتحتاج إلى تحويل أرضيتك ، فحاول أولاً توصيل أرض Arduino بالدبوس 3.3 فولت في Arduino وعرض الإشارة. بخلاف ذلك ، حاول ربط السلك البرتقالي في مقياس الجهد الذي تم إعداده (أرض الإزاحة) بدبوس GND في Arduino.

ملاحظة السلامة: لا تحتفظ بالبطاريات عند اللحام ، ولا تضع البطاريات أو تلحمها في الخلف. ستبدأ دائرتك في التدخين وستنفجر المكثفات وقد تتلف لوحة توصيل الدوائر أيضًا. كقاعدة عامة ، استخدم البطاريات فقط عندما تريد استخدام الدائرة ؛ خلاف ذلك ، قم بإزالتها (إضافة مفتاح فليب لفصل البطاريات بسهولة ستكون فكرة جيدة أيضًا).

لاحظ أنه يجب عليك بناء الدائرة قطعة قطعة (تحقق من كل مرحلة!) وعلى اللوح قبل اللحام باللوح الأولي. المرحلة الأولى التي يجب التحقق منها هي مضخم الأجهزة: قم بإرفاق جميع القضبان (لحام في حوامل البطاريات) ، Rg ، إلخ ، واستخدم راسم الذبذبات على دبوس الإخراج. بالنسبة للمبتدئين ، استخدم مولد وظيفة بموجة جيبية 1 هرتز بسعة 5 مللي فولت (أو أقل مولد سيذهب). هذا فقط للتحقق من أن مضخم الأجهزة يعمل بشكل صحيح ، وأن Rg الخاص بك يوفر مكاسبك المستهدفة.

بعد ذلك ، تحقق من مرشح المرور المنخفض الخاص بك. أضف هذا الجزء من الدائرة وتحقق من شكل الموجة الخاص بك: يجب أن يبدو متماثلًا تمامًا ولكن ضوضاء أقل (خشنة - انظر الصورتين الأخيرتين أعلاه). دعنا نتحقق من مخرجاتك النهائية باستخدام راسم الذبذبات باستخدام أقطابك الكهربائية بدلاً من مولد الوظيفة الآن …

الخطوة 7: اختبار الدائرة مع الإنسان

مرة أخرى ، ضع أقطابًا كهربائية على معابدك اليمنى واليسرى ، وقم بتوصيل سلك أرضي بقطب كهربائي على جبهتك. بعد ذلك فقط يجب إضافة بطاريات - في حالة حدوث أي وخز ، قم بإزالة التوصيلات على الفور وفحصها جيدًا !!! تحقق الآن من نطاق القيم الخاصة بك عندما تنظر إلى اليسار مقابل اليمين واضبط R1 / R2 للمضخم غير العكسي ، كما هو موضح قبل خطوتين - تذكر أن الهدف هو نطاق 5V! انظر الصور أعلاه للحصول على ملاحظات حول ما يجب البحث عنه.

عندما تكون سعيدًا بجميع قيم المقاوم ، قم بتوصيل كل شيء بلوح أولي. اللحام ليس ضروريًا تمامًا ، ولكنه يوفر مزيدًا من الاستقرار على مفاصل الضغط البسيطة ويزيل عدم اليقين من أن الدائرة لا تعمل لمجرد أنك لم تضغط عليها في اللوح بقوة كافية.

الخطوة 8: كود اردوينو

كل الرموز المرفقة في الجزء السفلي من هذه الخطوة!

الآن بعد أن أصبح لديك نطاق 5 فولت ، فأنت بحاجة إلى التأكد من أنه يقع في نطاق 0-5 فولت بدلاً من -1 فولت إلى 4 فولت ، وما إلى ذلك. إما أن تعلق الأرض بالدبوس 3.3 فولت في Arduino أو قم بتوصيل جهد الأرض المعوض (السلك البرتقالي أعلاه) إلى السكة الأرضية ثم قم بتوصيل سلك من السكة الأرضية إلى دبوس GND في Arduino (هذا هو نقل الإشارة لأعلى أو لأسفل بحيث تقع ضمن نطاق 0-5V). سيتعين عليك الالتفاف: لا تنس تحديد نطاق مخرجاتك عندما تكون غير مؤكد!

الآن للمعايرة: تريد أن يغير الضوء الألوان لمواضع مختلفة للعين (النظر أقصى اليسار مقابل ليس أقصى اليسار..). لذلك ، تحتاج إلى قيم ونطاقات: قم بتشغيل EOG-calibration-number.ino إلى Arduino مع توصيل كل شيء بشكل صحيح (قم بإنهاء الاتصالات بـ Arduino و neopixel وفقًا لمخططي المذهل). ليس ضروريًا للغاية ، ولكن أيضًا قم بتشغيل كود bioe.py الذي أملكه - سيؤدي ذلك إلى إخراج ملف نصي إلى سطح المكتب الخاص بك حتى تتمكن من تسجيل جميع القيم كما تبدو يسارًا أو يمينًا (تم تعديل رمز Python من هذا المثال). كيف فعلت هذا كان النظر يسارًا لمدة 8 ضربات ، ثم يمينًا ، ثم لأعلى ، ثم لأسفل ثم كرر لحساب المتوسط لاحقًا (انظر output_2.pdf لسجل واحد احتفظت به). اضغط على ctrl + C لفرض الإنهاء عندما تكون راضيًا. باستخدام هذه القيم ، يمكنك بعد ذلك ضبط نطاقات الرسوم المتحركة في كود BioE101_EOG-neopixel.ino الخاص بي. بالنسبة لي ، كان لدي رسم قوس قزح عندما نظرت إلى الأمام مباشرة ، والأزرق لأقصى اليسار ، والأخضر لليسار الطفيف ، والأرجواني لليمين الطفيف ، والأحمر لأقصى اليمين.

الخطوة 9: الخطوات المستقبلية

هاهو؛ شيء يمكنك التحكم فيه بعينيك فقط. هناك الكثير من الأشياء التي يجب تحسينها قبل أن تشق طريقها إلى المستشفى ، ولكن هذا ليوم آخر: المفاهيم الأساسية على الأقل يسهل فهمها الآن. هناك شيء واحد أرغب في العودة إليه وتغييره وهو تعديل مكاسب إلى 500 لمضخم الأجهزة: إذا نظرنا إلى الوراء ، ربما كان ذلك كثيرًا لأن إشاريتي بعد ذلك كانت 2-4 فولت بالفعل وقد واجهت صعوبة في استخدام غير المقلوب أمبير لضبط النطاق الخاص بي تمامًا …

من الصعب الحصول على تناسق لأن الإشارة تتغير كثيرًا لظروف مختلفة:

• شخص مختلف
• ظروف الإضاءة
• تحضير الجلد (جل ، غسيل ، إلخ)

ولكن مع ذلك ، أنا مسرور جدًا بإثبات الأداء بالفيديو الأخير الخاص بي (تم التقاطه في الساعة 3 صباحًا لأن هذا هو الوقت الذي يبدأ فيه كل شيء بطريقة سحرية).

أعلم أن الكثير من هذا البرنامج التعليمي قد يبدو محيرًا (نعم ، كان منحنى التعلم صعبًا بالنسبة لي أيضًا) لذا لا تتردد في طرح الأسئلة أدناه وسأبذل قصارى جهدي للإجابة. يتمتع!

الوصيف في التحدي المنبوذ