Sukurkite raumenų MIDI muziką!: 7 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Kai jūsų nervų sistemai reikia atlikti judesį, ji siunčia mažus elektrinius signalus per neuronus, kad galėtų valdyti jūsų raumenis. Elektromiografijos (EMG) technika leidžia mums sustiprinti ir išmatuoti šiuos elektrinius signalus. EMG įrašai buvo ne tik naudinga klinikinė priemonė įvairiems neurologiniams sutrikimams diagnozuoti, bet ir pastaruoju metu naudojami protezavimo prietaisams valdyti.

Tikėdamasis geriau susipažinti su EMG stiprinimo ir įrašymo metodais, pagalvojau, kad būtų smagu sukurti EMG stiprintuvą, kurį vėliau galėčiau naudoti kaip valdymo signalą kitam įrenginiui. Užuot kontroliavęs protezavimo ranką, nusprendžiau įtraukti savo pomėgius į muziką ir EMG signalais naudojau MIDI įrenginį. MIDI reiškia muzikos instrumentų skaitmeninę sąsają ir yra standartinis protokolas muzikiniams signalams siųsti ir priimti elektroniniu būdu.

Bendros žinios

Ši instrukcija apima grandinės maitinimą, kelių laidų litavimą, „Arduino“programavimą ir sąsają su MIDI įrenginiu. Jei neturite šio reikalingo pagrindo, rekomenduoju patikrinti kai kurias toliau pateiktas klases / instrukcijas:

Grandinės

Arduino

MIDI

Saugos pastaba

Šis projektas apima prisijungimą prie elektros grandinės. Imkitės visų būtinų saugos priemonių. Šiame „Delsys“dokumente yra skyrius apie elektros saugą ir naudingas EMG metodų aprašymas apskritai. Mes išjungsime savo grandinę iš dviejų 9 V baterijų; jokiu būdu jūsų grandinė (ypač kai prie jos taip pat esate prijungtas) neturėtų būti prijungta prie kintamosios srovės šaltinio iš sienos.

1 žingsnis: projekto apžvalga ir dalių sąrašas

Mūsų projektą sudaro trys pagrindiniai komponentai:

1.) EMG stiprintuvas, 2.) „Arduino“ir 3.) MIDI įrenginys.

1. Mes sukursime EMG stiprintuvą ant duonos lentos. Jei jus domina išsamesnis EMG stiprintuvo mokslas ir išsamesni žingsniai, kaip sukurti savo, peržiūrėkite mano EMG garso stiprintuvą „Instructable“.
2. „Arduino“maitinsime iš tų pačių 9 V baterijų, kurios maitina EMG stiprintuvą. Didžioji dalis darbo su „Arduino“bus atliekama programinės įrangos pusėje.
3. Kaip „MIDI“įrenginį naudojau „iPhone“, kuriame veikia „Garageband“. „Arduino“siųs standartinius MIDI signalus per standartinį MIDI kabelį, todėl bet koks MIDI įrenginys turėtų veikti vietoj „iPhone“.

Dalys

• (2x) LT1167 (prietaisų stiprintuvas)
• (2x) LT1112 (arba bet koks dvigubas op-amp lustas)
• (1x) LM386N (garso stiprintuvas)
• (5x) Paviršiniai EMG elektrodai (du kiekvienam raumeniui ir vienas - nuoroda) („Amazon“)
• „Arduino Uno“(„Amazon“)

• „iPhone“(arba bet kuris MIDI įrenginys)

  MIDI į „iPhone“adapterio kabelis (jei naudojate „iPhone“) („Amazon“)

• Įvairūs rezistoriai, kondensatoriai ir jungiamieji laidai
• Duonos lenta („Amazon“)
• (2x) 9V baterija

Įrankiai

• Lituoklis („Amazon“)
• Vielos nuėmikliai
• Termiškai susitraukiantis vamzdis
• Izoliacinė juosta

2 žingsnis: Surinkite EMG stiprintuvą

Norėdami gauti išsamesnės pamokos apie tai, kaip sukurti EMG stiprintuvą, peržiūrėkite mano EMG garso stiprintuvą „Instructable“.

Mes sukursime EMG stiprintuvą, galintį sustiprinti du EMG kanalus. Kiekvienam kanalui naudosime vieną LT1167 instrumentinį stiprintuvą. LT1167 duomenų lape yra naudinga „nervų impulsų stiprintuvo“schema, kurios mes laikysimės atlikdami šį veiksmą.

Surinkite grandinę

Ant duonos lentos surinkite dvi aukščiau pavaizduoto nervinio impulso stiprintuvo kopijas. Mano surinktos grandinės nuotraukos turėtų padėti nukreipti jus į galutinį tikslą. Prie kiekvieno stiprintuvo išvesties pridėjau pasyvius pirmos eilės žemo dažnio filtrus, kad sumažėtų triukšmas. Jei norite juos pridėti prie savo grandinės, aš naudoju 1 kΩ rezistorių su 0,047 μF kondensatoriumi, kurio išjungimo dažnis yra maždaug 2 000 Hz.

Galia

Mes išjungsime dviejų 9 V baterijų grandinę. LT1167 reikia +V ir -V (nes EMG šaltinio signalas turi ir teigiamų, ir neigiamų verčių), todėl minuso kaištį ant +V akumuliatoriaus prijungsime prie pliuso kaiščio ant -V akumuliatoriaus. Minus -V akumuliatoriaus kaištis tampa -V reikšme. Naudodami dvi 9 V baterijas, +V ir -V bus atitinkamai +9 ir -9 voltai.

Kitas žingsnis apima elektrodų išdėstymą išsamiau. Etaloninis elektrodas prijungiamas prie vieno iš prietaisų stiprintuvų 1 kaiščio, o raumenų elektrodų poros - į prietaisų stiprintuvų 2 ir 3 kaiščius. Elektrodų +/- orientacija neturi reikšmės.

Pastaba: jei jūsų grandinė neveikia, tikriausiai padarėte kažką ne taip! Geras būdas rasti klaidą grandinėje yra nubrėžti schemą, kurią iš tikrųjų surinkote ant savo lentos, ir palyginti ją su originalia schema. Šiame procese galite rasti klaidą (kaip aš padariau daug kartų).

3 žingsnis: Paruoškite elektrodus

Kaip minėjau aukščiau, šiam projektui mums iš viso reikės penkių elektrodų. EMG įrašai atliekami naudojant diferencinį stiprintuvą, o tai reiškia, kad mes sustipriname dviejų raumenų atskaitos taškų skirtumą. Tai reiškia, kad mums reikės dviejų elektrodų kiekvienam raumeniui. Be to, mums reikia vienos nuorodos, kad būtų galima išmatuoti raumenų veiklą. Čia yra nuoroda į kai kuriuos paviršinius EMG elektrodus, parduodamus „Amazon“. Tikslus elektrodo tipas nėra labai svarbus mūsų tikslams.

Kaip parodyta paveikslėlyje aukščiau, uždėkite du elektrodus ant kiekvieno dilbio vidinio krašto, lygiagrečiai raumens ilgiui ir atskirtus maždaug 2 cm. Padėkite etaloninį elektrodą ant vienos alkūnės kaulinės dalies, toliau nuo raumenų elektrodų.

Susuktos vielos poros

Taip pat norėsite susukti laidus ant elektrodų porų, kaip parodyta aukščiau. Be to, kad pašalinsite netvarką aplink grandinę, susuktų laidų poros padeda sumažinti elektrodų skleidžiamą triukšmą. Keičiant laidų padėtį pirmyn ir atgal, bet kokie išoriniai elektromagnetiniai trukdžiai (pvz., 60 Hz nuo tinklo) vienodai paveiks laidus. Diferencialinis stiprintuvas pašalins šį įprastą triukšmo signalą.

4 veiksmas: garso stiprintuvas (neprivaloma)

Jei norite klausytis neapdoroto EMG signalo (be jokio MIDI), galite pridėti garso stiprintuvą prie savo EMG grandinės. Norėdami surinkti aukščiau pateiktą grandinę, naudokite LM386N garso stiprintuvo mikroschemą ir reikiamus rezistorius bei kondensatorius. Aukščiau pateiktame vaizdo įraše parodyta, kaip skamba neapdorotas (gerai, grandinėje yra filtrų, bet dažniausiai jis yra žalias) EMG signalas.

Nors šis veiksmas nėra būtinas norint suaktyvinti MIDI signalus, siūlau pabandyti. EMG signalo klausymas gali būti labai naudinga jūsų sistemos trikčių šalinimo ir derinimo technika. Pvz., Jei maitinimo šaltinis sukelia stiprų 60 Hz trikdį, jį girdėsite daug lengviau, nei galėtumėte aptikti imdami signalą naudodami „Arduino“.

Garsas mano vaizdo įraše yra šiek tiek nukirptas, tačiau tai gana tinkamas pavyzdys, kaip turėtų skambėti švarus EMG signalas.

5 žingsnis: Paruoškite MIDI komponentus

Norėdami siųsti MIDI signalą iš „Arduino“į MIDI įrenginį, turime lituoti vieną iš moterų MIDI lizdų. Turėtumėte peržiūrėti mano pirmąjį „Instructable“, kad gautumėte išsamesnę pamoką apie MIDI nustatymą „Arduino“.

Štai šie veiksmai:

1. Lituokite 220 Ω rezistorių prie MIDI jungties 4 kaiščio.
2. Lituokite 10 cm laidą nuo rezistoriaus iki „Arduino“Tx jungties.
3. Lituokite 10 cm ilgio laidą prie 2 kaiščio ir prijunkite jį prie „Arduino“įžeminimo.
4. Lituokite 10 cm ilgio laidą prie 5 kaiščio ir prijunkite jį prie 5 V „Arduino“.

Surinkę EMG stiprintuvą ir paruošę MIDI -iPhone kabelį, naudokite du trumpiklius laidus, kad nusiųstumėte instrumentinių stiprintuvų išėjimus į „Arduino“kaiščius A4 ir A5.

6 veiksmas: parašykite „Arduino“kodą

Pagrindinis „Arduino“kodo vamzdynas yra toks:

1. Išmatuokite abiejų EMG kanalų triukšmo lygį
2. Nepertraukiamai cikluokite, matuodami kiekvieno EMG kanalo įtampą
3. Jei EMG kanalas, valdantis natų intensyvumą, peržengia slenkstį, įjunkite MIDI užrašą
4. Naudokite kito EMG kanalo signalą, kad moduliuotumėte natos aukštį

Aš raginu jus pabandyti parašyti savo „Arduino“kodą, kad apdorotumėte EMG signalus. Aš tikrai žinau, kad egzistuoja geresnė kontrolės schema, nei tai, ką aš sukibau kartu! Jei norite pradėti nuo mano kodo, atsisiųskite jį čia. Galite patikrinti mano „GitHub“saugyklą, kad pamatytumėte įvairias mano kodo iteracijas, kol dirbau su projektu.

7 žingsnis: sudėkite viską kartu

Jei viskas vyko pagal planą, turėtumėte sugebėti valdyti savo MIDI įrenginį naudodami savo raumenų signalą. Gana jaudinantis! Kai tik pradėsite dirbti su projektu, galėsite žaisti naudodami įvairias valdymo schemas ir tyrinėti skirtingus MIDI garsus.

Praneškite man, jei bandysite pasigaminti vieną iš savo EMG valdomų MIDI įrenginių! Norėčiau išgirsti, kaip sekasi, ir mielai padėsiu visais kilusiais klausimais. Sėkmės!

Antrasis prizas 2017 metų jutiklių konkurse