Nhập bằng EMG bằng MyoWare: 8 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Các tác giả:

L. Elizabeth Crawford và Dylan T. Vavra

Giới thiệu:

Trong hướng dẫn này, chúng tôi sẽ chỉ cho bạn cách tạo một hệ thống đo điện cơ (EMG) đơn giản tại nhà - với chi phí khoảng 100 đô la - sẽ cảm nhận sự kích hoạt cơ từ bề mặt da và sử dụng nó để gửi một phím bấm đến máy tính, bỏ qua bàn phím. Chúng tôi đã sử dụng MaKey MaKey cổ điển và cảm biến MyoWare để thực hiện điều này, cùng với một chút mã hóa. Dự án này cũng yêu cầu một số hàn. Các mẹo hữu ích về kỹ thuật hàn và an toàn có thể được tìm thấy tại đây.

Đầu tiên, chúng tôi sẽ chỉ cho bạn cách thực hiện điều này bằng cách sử dụng một cảm biến MyoWare. Sau đó, chúng tôi sẽ chỉ cho bạn cách thêm một cái thứ hai vào hệ thống (cho mục đích của chúng tôi, chúng tôi đã sử dụng hai cái).

Chúng tôi hy vọng rằng những người khác sẽ có thể bắt chước công nghệ EMG DIY này, điều chỉnh nó cho phù hợp với nhu cầu cụ thể của họ và sử dụng nó cho bất kỳ ứng dụng thú vị nào. Chúng tôi đã sử dụng nó trong phòng thí nghiệm Tâm lý học Thực nghiệm của mình tại Đại học Richmond để nhân rộng nghiên cứu cho thấy mọi người bắt chước nét mặt của người khác.

Bước 1: Thu thập tài liệu của bạn

Vật liệu:

• Máy vi tính
• MaKey MaKey với cáp USB đi kèm (bạn cũng có thể làm điều này với Arduino Leonardo, nhưng chúng tôi chưa thử)
• Bộ cách ly nguồn USB (trừ khi hết máy tính xách tay chạy pin), chẳng hạn như Bộ cách ly USB Adafruit - USB tốc độ thấp / đầy đủ cách ly 100mA (không có trong hình)
• (Các) cảm biến MyoWare
• Điện cực (x3 trên mỗi cảm biến MyoWare) - chúng tôi đã sử dụng Covidien Kendall Bề mặt dùng một lần EMG / ECG / EKG Electrodes 1 "(24 mm)
• Tiêu đề ly khai (chúng tôi sử dụng tiêu đề hình chữ L)
• Dây có đầu nối đực ở một đầu, đầu dây là đầu cái
• Hàn
• Băng điện

Công cụ:

• Hàn sắt
• Kìm cắt dây
• Bộ chia dây

Phần mềm:

Arduino IDE với addon MaKey MaKey

Bước 2: Chuẩn bị MyoWare Sensor

1. Cắt bộ ba tiêu đề ly khai để hàn vào MyoWare.

2. Với cảm biến MyoWare được đặt ở vị trí úp mặt lên trên, cắm đầu ngắn hơn của ba tiêu đề từ bên dưới vào các lỗ có dấu "+" (dấu cộng "," - "(dấu âm) và" SIG " bên cạnh chúng. (Xem hình trên.)

3. Hàn các tiêu đề tại chỗ.

Bước 3: Kết nối MyoWare Sensor với MaKey MaKey

1. Chọn ba dây (lý tưởng nhất là các màu khác nhau), một đầu là dây đực, đầu dây là dây cái. Chiều dài của dây bạn cần tùy thuộc vào khoảng cách bạn muốn MyoWare cách MaKey MaKey. Để có MyoWare trên mặt và MaKey MaKey nằm trên bàn, bạn sẽ cần khoảng 18 inch.

2. Quyết định chức năng mà dây của mỗi màu sẽ phục vụ. Một sẽ được sử dụng để cấp nguồn (cắm vào đầu nối + trên cảm biến MyoWare), một sẽ được sử dụng để nối đất (cắm vào - đầu nối trên cảm biến MyoWare) và đầu thứ ba sẽ được sử dụng làm dây tín hiệu (cắm vào Kết nối SIG trên MyoWare). Trong các hình ảnh được hiển thị trong hướng dẫn này, chúng tôi đang sử dụng màu xanh lá cây cho nguồn điện, màu nâu cho mặt đất và màu xám cho tín hiệu.

Bước 4: Tải Sketch lên MaKey MaKey

1. Cài đặt Arduino IDE trên máy tính của bạn (Hướng dẫn tại đây).

2. Cài đặt addon MaKey MaKey cho Arduino (Hướng dẫn tại đây) bằng cách mở tùy chọn Arduino của bạn (Tệp> Tùy chọn), đi tới hộp văn bản URL Trình quản lý bảng bổ sung và dán vào:

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

3. Trong Arduino IDE, nhấp vào tệp, kéo xuống để tạo một bản phác thảo mới. Sao chép và dán mã này vào cửa sổ văn bản:

/ * ngưỡng đăng ký một lần nhấn phím * / const int thresh1 = 1000; / * chỉ định đầu vào trên MaKey MaKey * / const int sensor1Pin = A3; #include "Keyboard.h" int LED (9); void setup () { pinMode (LED, OUTPUT); Serial.begin (9600);} / * Mã dưới đây lấy mẫu MyoWare cứ sau 50 ms, gửi giá trị của nó đến cổng nối tiếp và nếu giá trị trên ngưỡng, sẽ gửi một phím bấm. Bạn có thể lấy mẫu thường xuyên hơn bằng cách giảm độ trễ. Điều này sẽ làm cho các giá trị khó đọc hơn trong cửa sổ nối tiếp. * / Void loop () {int sensor1Val = analogRead (sensor1Pin); Serial.println (sensor1Val); if (sensor1Val> = thresh1) {Keyboard.begin (); / / Gửi lần nhấn phím của chữ cái "c" Keyboard.write ('c'); // đợi 50 ms trước khi lấy mẫu againdelay (50);} else // đợi 50 ms trước khi lấy mẫu againdelay (50);}

4. Kết nối MaKey MaKey với máy tính của bạn. Kéo menu công cụ xuống và đảm bảo rằng bảng đã chọn là Arduino Leonardo hoặc MaKey MaKey. Kéo menu công cụ xuống Cổng và đảm bảo cổng đã chọn có tên bảng bạn đã chọn. Tải bản phác thảo của bạn lên bảng bằng cách nhấp vào mũi tên hướng bên phải ở đầu Arduino IDE.

Bước 5: Kết nối tất cả các thành phần của bạn với nhau

1. Kết nối dây từ cảm biến MyoWare với MaKey MaKey như sau:

• Dấu "+" trên MyoWare đi đến khe cắm 5V trên MaKey MaKey.
• Dấu "-" trên MyoWare chuyển sang mặt đất ("trái đất") trên MaKey MaKey.
• "SIG" trên MyoWare chuyển đến khe A3 trên MaKey MaKey.

2. Gắn ba điện cực vào MyoWare.

3. Cắm MaKey MaKey. Nếu sử dụng máy tính được kết nối với ổ cắm điện, hãy cắm MaKey MaKey vào bộ cách ly nguồn USB, sau đó cắm vào cổng USB của máy tính. (Đây là một biện pháp phòng ngừa an toàn để nếu có sự cố xảy ra với nguồn điện trong máy tính của bạn, người đeo không được kết nối trực tiếp với lưới điện. Sẽ không có khả năng xảy ra sự cố như vậy, nhưng chúng tôi muốn bạn được an toàn.) Nếu sử dụng máy tính xách tay hết pin (tức là KHÔNG ĐƯỢC CẮM VÀO TƯỜNG), bạn sẽ an toàn khi không có bộ cách ly.

4. Kiểm tra xem mọi thứ đã được cấp nguồn chưa. Cả hai đèn LED đỏ MaKey MaKey và đèn LED xanh lục MyoWare đều sẽ sáng.

5. Làm sạch vùng da bạn muốn gắn MyoWare bằng cồn tẩy rửa để loại bỏ bụi bẩn và dầu.

6. Bóc lớp keo dán trên các điện cực và gắn MyoWare vào da. Bạn muốn hai điện cực trên MyoWare ở trên cơ mà bạn muốn ghi lại. Điện cực được gắn vào dây dùng để so sánh và nên được đặt ra khỏi cơ ở khu vực sẽ không hoạt động khi cơ mục tiêu bị co lại.

7. Kiểm tra chất kết dính trên các điện cực để đảm bảo rằng bạn có miếng dán tốt với da. Bạn có thể cần phải ấn các cạnh của vòng kết dính vào da để có được một lớp keo tốt.

Bước 6: Đặt ngưỡng trong Arduino IDE

1. Với mọi thứ được kết nối và bật nguồn, hãy mở màn hình nối tiếp trong Arduino IDE bằng cách nhấp vào công cụ kính lúp ở góc trên cùng bên phải.

2. Màn hình nối tiếp bây giờ sẽ hiển thị các giá trị tín hiệu từ MyoWare. Khi bạn uốn cong và thả lỏng cơ, bạn sẽ thấy các giá trị thay đổi tương ứng. Bạn cũng sẽ thấy đèn LED màu đỏ trên MyoWare sáng lên khi bạn co cơ đủ mạnh.

3. Trong khi xem màn hình nối tiếp, hãy co cơ với các cường độ khác nhau, đảm bảo thư giãn giữa các lần co để trở lại trạng thái ban đầu. Xác định một giá trị ngưỡng mà trên đó bạn muốn sự co lại để tạo ra một lần nhấn phím. Các giá trị cao hơn sẽ yêu cầu một sự co lại mạnh hơn để đăng ký lần nhấn phím; giá trị thấp hơn sẽ làm cho nó nhạy cảm hơn với các cơn co thắt nhỏ nhưng cũng dễ bị báo động giả hơn.

4. Trong bản phác thảo Arduino, thay đổi giá trị ngưỡng (const int thresh1) từ 1000 thành ngưỡng bạn đã chọn.

5. Đóng màn hình nối tiếp, tải lên lại bản phác thảo và bắt đầu nhập bằng EMG. Bạn có thể thấy mình cần phải điều chỉnh lại ngưỡng để có được độ nhạy ở nơi bạn muốn. Bạn cũng có thể thử nghiệm với độ trễ để nó lấy mẫu thường xuyên hơn hoặc ít hơn.

Bước 7: Tận hưởng việc sử dụng Hệ thống EMG sản xuất tại nhà mới của bạn

Bạn có thể đặt các điện cực ở nhiều vị trí trên cơ thể (ví dụ như trên mặt, như người máy trong phòng thí nghiệm Kyle Lee của chúng tôi mô tả ở trên).

Thử nghiệm với các vị trí để đặt các điện cực và với nhiều khả năng bạn có thể sử dụng các phím bấm để làm.

Ngoài ra, hãy tiếp tục đọc để tìm hiểu cách thêm một cảm biến MyoWare khác vào hệ thống này.

Bước 8: Thêm cảm biến thứ hai vào hệ thống EMG của bạn

1. Lặp lại Bước 2 cho cảm biến MyoWare thứ hai.

2. Để gắn nhiều cảm biến vào một MaKey MaKey, bạn sẽ cần một cách để cấp nguồn cho từng cảm biến. Chúng tôi đã thực hiện một chút tước dây, hàn và dán để tạo ra đầu nối hình chữ Y (xem hình trên), tách đầu ra duy nhất từ nguồn điện của MaKey MaKey thành hai dây kết nối với đầu vào nguồn "+" trên mỗi dây của hai MyoWares.

3. Kết nối các khe cắm "SIG" trên cảm biến MyoWare với các khe cắm A khác nhau ở phía bên phải của MaKey MaKey (mã chúng tôi cung cấp bên dưới giả sử bạn đang sử dụng A3 và A4).

4. Tải lên bản phác thảo cho hai cảm biến:

/ * bản phác thảo này đọc hai tín hiệu cảm biến MyoWare và gửi một phím bấm 'b' khi một phím bấm vượt quá ngưỡng và 'c' khi phím kia vượt quá ngưỡng. * // * đặt ngưỡng * / const int thresh1 = 1000; const int thresh2 = 1000; / * gán đầu vào trên MaKey MaKey * / const int sensor1Pin = A3; const int sensor2Pin = A4; #include "Keyboard.h" int LED (9); void setup () {pinMode (LED, OUTPUT); Serial.begin (9600);} void loop () {int sensor1Val = analogRead (sensor1Pin); int sensor2Val = analogRead (sensor2Pin); Serial.print (sensor1Val); Serial.print (","); Serial.println (sensor2Val); if (sensor1Val> = thresh1) {Keyboard.begin (); // Gửi phím bấm cKeyboard.write ('c'); delay (50);} if (sensor2Val> = thresh2) {Keyboard.begin (); // Gửi phím bấm bKeyboard.write ('b'); delay (50);} else // đợi 50 ms trước khi lấy mẫu againdelay (50);}

5. Bây giờ cả hai kết quả đọc cơ sẽ được hiển thị trong màn hình nối tiếp. Đặt từng ngưỡng riêng biệt trong bản phác thảo Arduino, giống như trong Bước 6, sau đó tải lại bản phác thảo.

Bây giờ hệ thống EMG của bạn sẽ có hai đầu vào riêng biệt

Nếu bạn cảm thấy hơi hoang dã, bạn có thể làm theo các quy trình tương tự để thêm nhiều cảm biến MyoWare hơn vào hệ thống. Nếu bạn cảm thấy THỰC SỰ hoang dã, bạn thậm chí có thể thêm một MaKey MaKey khác vào hệ thống. Chúng tôi khuyến khích bạn thử nghiệm với thiết kế này.