Ręczny monitor ostrości EEG: 32 kroki

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

Życie w college'u wymaga skupienia się na zajęciach, zadaniach i projektach. Wielu uczniów ma trudności ze skupieniem się w tych czasach, dlatego tak ważne jest monitorowanie i zrozumienie swojej zdolności do skupienia się. Stworzyliśmy urządzenie biosensorowe, które mierzy fale mózgowe, aby ocenić poziom koncentracji i wyświetla dane, które możesz zobaczyć. Skrót „EEG” oznacza elektroencefalograf, co oznacza, że jest to urządzenie służące do rejestrowania aktywności elektrycznej w mózgu.

Ten bioczujnik wymaga wprowadzenia sygnału EEG i naciśnięcia palcem na ekranie w celu wygenerowania wykresu częstotliwości i wyodrębnionych danych (opcjonalnie), które można skopiować do programu Excel.

Zastrzeżenie: Ten bioczujnik NIE jest urządzeniem medycznym.

Kieszonkowe dzieci

• Arduino Uno (23 USD)
• Deska do krojenia chleba (5,50 USD)
• 2,8-calowa osłona dotykowa TFT do Arduino z rezystancyjnym ekranem dotykowym (34,95 USD)
• Przewody (0,95 USD)
• EEG Bitalino (40,79 USD)
• Elektrody (9,13 USD)
• Akcesorium z 3 odprowadzeniami (21,48 USD)
• Waciki nasączone alkoholem (4,65 USD) (opcjonalnie)
• Bateria 9V (2,18 USD)
• Uchwyt baterii 9V (1,69 USD)
• Kabel USB 2.0 typ A/B 3,95 USD
• Narzędzia
  • Narzędzie do ściągania izolacji (6,26 USD)
  • Opaska do włosów / słuchawki do zabezpieczenia przewodów nad głową (opcjonalnie)

Całkowity koszt: 142 USD (w zależności od wahań cen)

Krok 1: Warunki wstępne

• Pewna podstawowa wiedza na temat odczytywania fal mózgowych byłaby pomocna w zrozumieniu wykresu, ale nie jest to konieczne.

  To dobre źródło podstawowych informacji.

• Potrzebujesz również dostępu do witryny GitHub, aby uzyskać nasz kod.
• Musisz pobrać aplikację Arduino.

Krok 2: Środki ostrożności

• Upewnij się, że obwód nie jest zasilany (akumulator jest wyłączony, USB nie jest podłączony) podczas modyfikowania obwodu.
• Upewnij się, że w pobliżu nie ma płynów, które mogłyby rozlać się na obwód.
• OSTRZEŻENIE: To NIE jest urządzenie medyczne i nie ma takiej samej dokładności. Użyj prawidłowego EEG, jeśli chcesz przeprowadzić badanie fal mózgowych.
• Trzymaj ręce suche podczas pracy z obwodem lub biosensorem.

Krok 3: Wskazówki i porady

Rozwiązywanie problemów

• Upewnij się, że przewody są podłączone do właściwych pinów. Jeśli nie, pojawi się niezrozumiały odczyt.
• Po podłączeniu ekranu upewnij się, że nie zmieściłeś wszystkiego o jeden pin niżej (jeśli zauważysz, że któryś z pinów ekranu nie jest podłączony, to dlatego)
• Upewnij się, że prawidłowo podłączyłeś BITalino (na podstawie logo i znaku EEG, jak widać w instrukcji)
• Upewnij się, że ekran jest prawidłowo podłączony do punktu, w którym metalowe szpilki nie są już widoczne.
• Jeśli kod się nie skompiluje i nie mogą znaleźć określonej biblioteki, upewnij się, że zainstalowałeś wszystkie wymienione biblioteki.

Informacje

Pamiętaj, aby wziąć pod uwagę przestrzeń, którą musisz usunąć z drutu przed przycięciem go na długość

• Przed nałożeniem elektrod na czoło należy je najpierw umyć i wysuszyć lub użyć wacika nasączonego alkoholem, aby zmniejszyć impedancję.
• Korzystanie z Arduino Mega zapewniłoby dodatkowe piny analogowe i cyfrowe, co oznaczałoby, że nie trzeba „dzielić” pinów między przewodami a ekranem, tak jak robimy to w tym modelu.

Krok 4: Nauka kryjąca się za urządzeniem

Twój mózg wytwarza różne częstotliwości sygnałów elektrycznych w zależności od twojego poziomu świadomości / skupienia. Wytwarza fale gamma (32-100 Hz), gdy jest bardzo skoncentrowany na zadaniu, przetwarzaniu informacji lub uczeniu się. Wytwarza fale beta (13-32 Hz), gdy jesteś czujny, myślisz lub jesteś podekscytowany. Fale alfa (8-13 Hz) są wytwarzane, gdy jesteś zrelaksowany fizycznie i psychicznie. Fale Theta (4-8 Hz) występują podczas głębokiej medytacji lub snu REM (szybki ruch gałek ocznych). Fale delta (<4 Hz) występują podczas głębokiego snu bez snów.

Nasz czujnik poinformuje Cię, jaka część każdej fali jest obecna, aby umożliwić Ci zmierzenie poziomu skupienia. Wykrywa tylko długości fal od 0 Hz do 59 Hz, czyli zakres, w którym występuje większość fal mózgowych.

Jeśli wolisz samouczek wideo, oto dobry film, który możesz obejrzeć.

W naszym wideo wprowadzającym mówiliśmy o szybkiej transformacji Fouriera. Ten film wyjaśnia, co to jest.

Krok 5: Zdejmij i przetnij przewody

Aby uzyskać najlepsze wyniki, potrzebujesz 3 sztuk o długości co najmniej 5 cali.

Jeśli wcześniej nie zdejmowałeś izolacji, oto prosty samouczek.

Wskazówka: Kiedy przecinasz przewód, pamiętaj o pozostawieniu miejsca na zdejmowanie izolacji.

Krok 6: Zapętl jeden koniec każdego przewodu

Celem jest stworzenie pętli na jednym końcu odsłoniętej części drutu. Ta pętla powinna być mniej więcej tego samego rozmiaru co szpilki pod osłoną TFT Touch Shield lub nieco większa.

Krok 7: Znajdź odpowiednie szpilki pod ekranem

Porównaj Arduino Uno i spód ekranu, aby zidentyfikować odpowiednie piny dla 3,3 V, GND i A5.

Wskazówka: jeśli przyjrzysz się uważnie, zobaczysz na obrazku czerwone kółka otaczające interesujące szpilki.

Krok 8: Przymocuj przewody do kołków osłony dotykowej TFT

Podłącz wykonane pętle do pinów TFT Touch Shield, które odpowiadają wyjściu 3,3 V, pinowi analogowemu GND i A5 na Arduino.

Wskazówka: Jeśli nie masz pewności, do których go dołączyć, możesz użyć tych przedstawionych na powyższym obrazku.

Krok 9: Dokręć pętle przewodów

Ściśnij metalową część drucianej pętli, aby ją dokręcić. Zapewni to lepsze połączenie.

Krok 10: Podłącz osłonę dotykową TFT

Użyj palców, aby zabezpieczyć przewody na swoich miejscach i odwróć osłonę TFT Touch Shield. Podłącz go do Arduino.

Krok 11: Podłącz przewody do płytki do krojenia chleba

Podłącz

• Przewód 3,3V do kolumny + na płytce stykowej.
• Przewód GND do kolumny - na płytce stykowej.
• Przewód A5 do dowolnego rzędu na płytce stykowej.

Wskazówka: Przewody widoczne na ekranie służą do celów ilustracyjnych. Zdecydowaliśmy się poprowadzić przewody pod ekranem, ponieważ przewody, które mieliśmy, były za krótkie.

Krok 12: Podłącz 3-odprowadzeniowy akcesorium

Podłącz 3-przewodowe akcesorium do czujnika BITalino EEG. Podłącz go po stronie oznaczonej „EEG”.

Krok 13: Podłącz czujnik EEG do przewodu

Podłącz przewodowy czujnik EEG z boku z logo BITalino.

Krok 14: Podłącz EEG do deski do krojenia chleba

Podłącz drugi koniec przewodów do płytki stykowej, jak pokazano na rysunku.

• Podłącz czerwony przewód do kolumny + płytki stykowej
• Podłącz czarny przewód do - kolumny płytki stykowej
• Podłącz fioletowy przewód do rzędu z przewodem z pinu A5.

Krok 15: Przyklej elektrody do czoła

Odklej elektrody i przyklej je do czoła, jak pokazano na zdjęciu.

Krok 16: Podłącz się

Stań się jednością z obwodem, podłączając końce 3-odprowadzeniowego akcesorium do elektrod na czole. Metalowa końcówka na elektrodzie powinna dobrze pasować do otworów w akcesorium 3-przewodowym.

Nie ma znaczenia, który wyprowadzenie idzie do której elektrody, o ile biała znajduje się pośrodku.

Krok 17: Zabezpiecz przewody (opcjonalnie)

Jeśli nie chcesz, aby przewody zasłaniały ci widok, przesuń je z powrotem nad głowę i zabezpiecz czymś. Zdecydowałem się użyć do tego słuchawek.

Krok 18: Włóż baterię 9 V do akumulatora

Włóż baterię 9V do akumulatora.

Krok 19: Podłącz akumulator 9 V

Podłącz akumulator 9V do portu pokazanego na rysunku. Trzymaj akumulator wyłączony, gdy to robisz.

Krok 20: Pobierz kod z Github

• Przejdź do tego linku:
• Kliknij plik Hand_Held_EEG.ino. Skopiuj i wklej kod do okna Arduino.

Możesz też kliknąć zielony przycisk „sklonuj lub pobierz”, zapisać go jako plik zip, a następnie rozpakować plik i otworzyć go

Krok 21: Pobierz odpowiednie biblioteki

Podczas próby skompilowania kodu zostaniesz poproszony o wyszukanie określonych bibliotek.

• Przejdź do narzędzi>Zarządzaj bibliotekami
• Wpisz potrzebną bibliotekę w pasku wyszukiwania. Pobierz ten, który najbardziej pasuje do żądanej biblioteki.

• Oto biblioteki, których będziesz potrzebować:

  • arduinoFFT.h
  • Adafruit_GFX.h
  • SPI.h
  • Drut.h
  • Adafruit_STMPE610.h
  • Adafruit_ILI9341.

Alternatywnie możesz pobrać biblioteki z tych linków. i skopiuj je do folderu bibliotek.

Arduino FFT:

SPI:

Przewód:

Adafruit ILI9341:

Adafruit STMPE610:

Adafruit GFX:

Krok 22: Podłącz Arduino UNO do komputera

Podłącz Arduino UNO do komputera za pomocą kabla USB.

Krok 23: Prześlij kod

Naciśnij przycisk przesyłania w oknie Arduino, jak pokazano w czerwonym kółku na powyższym obrazku. Poczekaj na zakończenie przesyłania.

Krok 24: Produkt końcowy

Odłącz kabel USB i masz gotowy produkt! Wystarczy włączyć akumulator i dotknąć ekranu, aby rozpocząć zbieranie danych!

Im więcej skoków zobaczysz po lewej stronie, tym niższy poziom skupienia.

Krok 25: Schemat ORZEŁ

Powyżej znajduje się schemat ORŁA. TFT Touch Shield, czujnik EEG i bateria 9V są oznakowane. Arduino UNO ma już nadrukowaną własną etykietę.

Bateria 9 V ma swój dodatni koniec podłączony do styku 5 V i ujemny koniec podłączony do styku GND Arduino Uno.

Czujnik EEG ma swój pin VCC podłączony do pinu 3V, pin GND do pinu GND i pin REF do pinu A5 Arduino Uno.

TFT Touch Shield jest podłączony do wszystkich pinów Arduino Uno.

Krok 26: Odczytywanie danych

W kroku 4 był diagram pokazujący, jakie częstotliwości fal mózgowych odpowiadają jakiemu poziomowi świadomości/skupienia. Nasz wykres jest w skali 10 Hz na kwadrat. Tak więc, jeśli widzisz szczyt na końcu drugiego kwadratu (jak na obrazku). Oznacza to, że większość fal mózgowych występuje przy 20 Hz. Wskazuje to na fale beta, co oznacza, że osoba jest przebudzona i skupiona.

Krok 27: Otwieranie monitora szeregowego (opcjonalnie)

Otwórz monitor szeregowy pod zakładką narzędzi w lewym górnym rogu.

Możesz też nacisnąć Ctrl+Shift+M

Krok 28: Zrób odczyt na monitorze szeregowym (opcjonalnie)

Po podłączeniu arduino do komputera wykonaj odczyt za pomocą ekranu dotykowego.

Krok 29: Skopiuj swoje wyniki (opcjonalnie)

Kliknij Monitor szeregowy, naciśnij CTRL+A, a następnie CTRL+C, aby skopiować wszystkie dane.

Krok 30: Wklej wyniki do dokumentu tekstowego. (Opcjonalny)

Otwórz dokument tekstowy, taki jak Notatnik, i naciśnij CTRL + V, aby wkleić wyniki.

Krok 31: Zapisz wyniki jako plik.txt. (Opcjonalny)

Ten kod można następnie wyeksportować do oprogramowania, takiego jak Excel, w celu analizy danych.

Krok 32: Dalsze pomysły

• Możesz stworzyć urządzenie, które wstrząsa tobą, gdy tracisz koncentrację, dodając wibrujący silnik i kod, który aktywuje silnik, jeśli wykryje fale mózgowe poniżej określonej częstotliwości (podobnie jak wibruje Fitbit).
• Dodanie możliwości karty SD pozwoliłoby na przechowywanie danych i przetwarzanie ich na inne sposoby za pomocą aplikacji takich jak Microsoft Excel.