Wykrywacz mrugnięć: 6 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Ta instrukcja wyjaśnia, jak zrobić „detektor mrugnięcia” ze zmodyfikowanego czujnika EKG AD8232 (elektrokardiogram), poczwórnego wzmacniacza operacyjnego LM324-N, Arduino Uno R3 i domowej opaski na głowę.

Wykrywacz ma dwa wyjścia… jedno do mrugania lewym okiem… i jedno do mrugania prawym.

Normalne mrugnięcia, które dotyczą obu oczu, są ignorowane.

Aplikacje dla tego obwodu obejmują:

• interfejsy gier
• technologia wspomagająca

Potrzebnych jest kilka narzędzi… tylko lutownica i ostry nóż.

Modyfikacje czujnika, które można cofnąć, wymagają:

• wyciąć dwie ścieżki
• dodaj dwa mostki lutownicze/szorty
• dodaj krótki przewód link

Szacunkowy koszt komponentów to $15.00

Obrazy

• Zdjęcie na okładce pokazuje zbliżenie wykrywacza mrugnięć
• Zdjęcie 2 pokazuje przybliżoną pozycję opaski.
• Film przedstawia działanie wykrywacza mrugnięć. Z każdym okiem wykonywane są trzy kolejne mrugnięcia.

Krok 1: Lista części

Następujące części zostały uzyskane z

• 1 tylko moduł monitora serca AD8232 EKG
• 1 tylko Arduino Uno R3

Lokalnie pozyskano następujące części:

• 1 tylko quad-op-amp LM324
• 1 tylko rezystor 220K omów 1/8 wat
• 2 tylko rezystory 120K omów 1/8 wat
• 1 tylko rezystor 15 kΩ 1/8 wat
• 2 tylko rezystory 10K omów 1/8 wat
• 1 tylko rezystor 1200 omów 1/8 wat

Różne przedmioty już pod ręką:

• płytka do krojenia chleba
• skręcony drut miedziany
• lutować

Szacunkowy koszt komponentów to $15

Krok 2: Obwód

Schemat obwodu „detektora mrugnięcia” pokazano na zdjęciu 1

Obwód składa się ze zmodyfikowanego modułu czujnika EKG AD8232, quad-op-amp LM324, Arduino Uno R3, kilku rezystorów i dwóch diod LED.

Przebieg wyjściowy z AD8232 oscyluje wokół 1,5 wolta prądu stałego.

Kiedy lewe oko mruga, kształt fali wyjściowej AD8232 wzrasta do 3,3 wolta. Gdy przebieg przekracza 2,8 V, wyjście komparatora lewego mrugnięcia zmienia się od zera do 5 V, jak pokazano na zdjęciu 2.

Kiedy prawe oko mruga, kształt fali wyjściowej AD8232 spada w kierunku zera woltów. Gdy przebieg spadnie poniżej 0,2 V, wyjście komparatora prawego mrugnięcia zmienia się od zera do 5 V, jak pokazano na zdjęciu 3.

Normalne mrugnięcia nie mają wpływu na wyjście, ponieważ są odpowiednikiem dwóch jednoczesnych mrugnięć i wyjście AD8232 nie może iść w dwóch przeciwnych kierunkach w tym samym czasie.

AD8232 jest dostarczany z zestawem pokrytych żelem elektrod i odprowadzeń EKG. Po kilku użyciach podkładki mają tendencję do odpadania. Aby temu przeciwdziałać, do opaski wykonanej ze starej smyczy i rzepu przymocowałem podkładki ze stali ocynowanej. Szczegóły dotyczące budowy tej opaski na głowę opisano w innym miejscu tego artykułu.

Krok 3: Modyfikacje obwodu AD8232

Na zdjęciu 1 pokazano niezmodyfikowaną płytkę drukowaną

W przypadku używania jako monitor pracy serca odprowadzenia EKG są połączone w następujący sposób:

• Prawe ramię jest podłączone do RA
• Lewe ramię jest połączone z LA
• Prawa noga jest połączona z RL

Zmodyfikowana płytka drukowana jest pokazana na zdjęciu 2

Po modyfikacjach leady stają się:

• Prawa brew jest połączona z RA
• Lewa brew jest połączona z LA
• Czoło jest połączone z RL

Oryginalny obwód

Uproszczony schemat blokowy oryginalnego monitora pracy serca pokazano na zdjęciu 3.

Ten diagram został stworzony przez dopasowanie wartości komponentów na schemacie Sparkfun „Heart Monitor” [1] do AD8232 „Funkcjonalny schemat blokowy” [2]

W przypadku zastosowania jako monitor pracy serca oba wejścia wzmacniacza pomiarowego AD8232 są połączone z szyną zasilającą 3,3 V za pośrednictwem rezystorów 10M. Wzmacniacz oprzyrządowania nie może jednak działać, chyba że dwa przewody wejściowe mają potencjał wokół linii środkowej.

Potencjał środkowej szyny uzyskuje się poprzez wstrzyknięcie niewielkiego (10uA) prądu z przewodu RLD (napęd prawej nogi) do nogi. Skutecznie stworzyliśmy dzielnik napięcia, wykorzystując Twoje ciało jako jeden z rezystorów.

Rzeczywisty cel prowadzenia RLD jest wyjaśniony w arkuszu danych AD8232… Po prostu patrzę na to z innego punktu widzenia.

Zmodyfikowany obwód

Schemat blokowy modyfikacji obwodu pokazano na zdjęciu 3.

Zamiast szukać uderzeń serca, detektor mrugnięcia szuka różnic w potencjale elektrycznym. W związku z tym musi być w pełni sprawny przez cały czas … oba wejścia wzmacniacza oprzyrządowania muszą być połączone z potencjałem szyny środkowej, takim jak Vref (1,5 wolta)

Osiąga się to poprzez odcięcie ścieżki, która łączy oba rezystory 10M z zasilaniem 3,3 V i połączenie odciętego końca z Vref za pomocą małego połączenia drucianego. Oba wejścia wzmacniacza oprzyrządowania są teraz na potencjale mid-rail, co oznacza, że wyjście AD8232 unosi się na około 1,5 wolta prądu stałego.

Nie potrzebujemy również odprowadzenia RLD… użyjmy tego odprowadzenia, aby poprawić CMRR (współczynnik odrzucenia wspólnego trybu) systemu poprzez podniesienie ciała do potencjału szyny środkowej. Osiąga się to poprzez przycięcie toru do kołka AD8232 RLD i połączenie przyciętego końca z Vref.

Arkusz danych AD8232 zaleca, aby styki RLD i RLDF (sprzężenie zwrotne napędu prawej nogi) były zwarte w przypadku korzystania z obwodu dwuprzewodowego. Osiąga się to poprzez zwarcie kondensatora łączącego te dwa piny.

Bibliografia

[1]

cdn.sparkfun.com/datasheets/Czujniki/Biomet…

[2]

www.analog.com/media/en/dokument-techniczny…

Krok 4: Opaska

Opaska na głowę została wykonana ze starej smyczy, kawałka rzepu i kilku haczyków na rzepy. Szczegóły konstrukcyjne pokazano na zdjęciach 1..4

Podkładki są zrobione z cienkiej blachy cynowej… ja użyłem dna starej puszki po farbie… i są przymocowane do smyczy wąskimi wypustkami wyciętymi z tej samej blachy. Pozwala to na przesuwanie ochraniaczy wokół pałąka.

Krawędzie metalowych padów zmatowić pilnikiem i lekko przeszlifować powierzchnie styku. Przylutuj przewody monitora serca do odsłoniętych metalowych wypustek.

Ważne jest, aby płatki miały dobry kontakt ze skórą… zalecany jest medyczny żel kontaktowy, ale odkryłam, że działa również nawilżacz do rąk.

Rozmiar podkładki nie jest krytyczny… Od tego czasu zmniejszyłem szerokość, eksperymentując z bliższym rozmieszczeniem podkładek… zmniejszenie o połowę rozmiaru nie robiło żadnej różnicy.

Krok 5: Oprogramowanie

Instrukcje

Prześlij załączony plik „wink_detector_4.ino” do swojego Arduino i uruchom.

Uwagi

Kod jest niezwykle prosty… po prostu odpytuje każde z dwóch wyjść detektora mrugnięcia i miga odpowiednią diodą LED za każdym razem, gdy komparator zmienia stan.

Ale jest pewien haczyk… mocne mrugnięcie może spowodować miganie przeciwnej diody LED.

Górny ślad na zdjęciu 1 pokazuje, że wyjście AD8232 spada do zera woltów po silnym mrugnięciu lewym okiem. Komparator dla prawego oka (dolny ślad) widzi to jako prawe mrugnięcie i generuje fałszywe wyjście.

Zdjęcie 2 pokazuje oba wyjścia komparatora dla silnego lewego mrugnięcia. Prawy komparator nadal generuje fałszywe wyjście 800ms po uruchomieniu lewego mrugnięcia.

Aby obejść ten problem, stosuje się oprogramowanie… pierwszy detektor, który zobaczy mrugnięcie, wyłącza drugi detektor na 1 sekundę. Okres ten można ustawić w nagłówku kodu,

Krok 6: Podsumowanie

Ta instrukcja wyjaśnia, jak przekonwertować „Monitor serca” Sparkfun AD8232 na „Detektor mrugnięcia”.

Dostępne są również szczegóły konstrukcyjne regulowanej opaski na głowę.

Kod Arduino eliminuje fałszywe wyzwalacze spowodowane przeregulowaniem z wyjścia AD8232 w obecności silnych mrugnięć.

Aplikacje dla tego obwodu obejmują:

• interfejsy gier
• technologia wspomagająca

Szacunkowy koszt komponentów to $15.00

Kliknij tutaj, aby wyświetlić inne moje instrukcje.