HackerBox 0026: BioSense: 19 bước

2025 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2025-01-13 06:58

BioSense - Tháng này, HackerBox đang khám phá các mạch khuếch đại hoạt động để đo các tín hiệu sinh lý của tim, não và cơ xương của con người. Có thể hướng dẫn này chứa thông tin về cách làm việc với HackerBox # 0026 mà bạn có thể lấy tại đây khi nguồn cung cấp cuối cùng. Ngoài ra, nếu bạn muốn nhận được một HackerBox như thế này ngay trong hộp thư của mình mỗi tháng, hãy đăng ký tại HackerBoxes.com và tham gia cuộc cách mạng!

Các chủ đề và mục tiêu học tập cho HackerBox 0026:

• Hiểu lý thuyết và ứng dụng của mạch op-amp
• Sử dụng bộ khuếch đại thiết bị đo để đo các tín hiệu nhỏ
• Lắp ráp Bảng BioSense độc quyền của HackerBoxes
• Dụng cụ đối tượng con người cho ECG và EEG
• Ghi lại các tín hiệu liên quan đến cơ xương của con người
• Thiết kế mạch điện giao diện an toàn cho con người
• Trực quan hóa các tín hiệu tương tự qua USB hoặc qua màn hình OLED

HackerBoxes là dịch vụ hộp đăng ký hàng tháng dành cho công nghệ máy tính và điện tử DIY. Chúng tôi là những người có sở thích, nhà sản xuất và thử nghiệm. Chúng ta là những kẻ mơ mộng. HACK KẾ HOẠCH!

Bước 1: HackerBox 0026: Nội dung hộp

• Thẻ tham chiếu có thể thu thập được của HackerBoxes # 0026
• HackerBoxes BioSense độc quyền PCB
• OpAmp và Bộ linh kiện cho BioSense PCB
• Arduino Nano V3: 5V, 16MHz, MicroUSB
• Mô-đun OLED 0,96 inch, 128x64, SSD1306
• Mô-đun cảm biến xung
• Đầu dẫn kiểu Snap cho các cảm biến sinh lý
• Keo dán, Miếng dán điện cực kiểu Snap
• Bộ dây đeo điện cực OpenEEG
• Shrink Tubing - 50 mảnh đa dạng
• Cáp MicroUSB
• Decal WiredMind độc quyền

Một số điều khác sẽ hữu ích:

• Hàn sắt, thuốc hàn và các dụng cụ hàn cơ bản
• Máy tính để chạy các công cụ phần mềm
• Pin 9V
• Dây móc mắc kẹt

Quan trọng nhất, bạn sẽ cần cảm giác phiêu lưu, tinh thần tự làm và sự tò mò của hacker. Thiết bị điện tử Hardcore DIY không phải là một mục tiêu tầm thường và chúng tôi sẽ không phụ lòng bạn. Mục tiêu là sự tiến bộ, không phải sự hoàn hảo. Khi bạn kiên trì và tận hưởng cuộc phiêu lưu, bạn có thể thấy rất nhiều sự hài lòng khi học công nghệ mới và hy vọng sẽ có được một số dự án hoạt động. Chúng tôi khuyên bạn nên thực hiện từng bước một cách chậm rãi, chú ý đến các chi tiết và đừng ngại yêu cầu sự giúp đỡ.

Lưu ý rằng có rất nhiều thông tin cho các thành viên hiện tại và tương lai trong Câu hỏi thường gặp về HackerBox.

Bước 2: Bộ khuếch đại hoạt động

Bộ khuếch đại hoạt động (hoặc op-amp) là bộ khuếch đại điện áp có độ lợi cao với đầu vào vi sai. Một op-amp tạo ra một tiềm năng đầu ra thường lớn hơn hàng trăm nghìn lần so với sự khác biệt tiềm năng giữa hai thiết bị đầu cuối đầu vào của nó. Các bộ khuếch đại hoạt động có nguồn gốc từ máy tính tương tự, nơi chúng được sử dụng để thực hiện các phép toán trong nhiều mạch tuyến tính, phi tuyến tính và phụ thuộc vào tần số. Op-amps là một trong những thiết bị điện tử được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, được sử dụng trong một loạt các thiết bị tiêu dùng, công nghiệp và khoa học.

Một op-amp lý tưởng thường được coi là có các đặc điểm sau:

• Độ lợi vòng mở vô hạn G = vout / vin
• Trở kháng đầu vào vô hạn Rin (do đó, dòng đầu vào bằng không)
• Điện áp bù đầu vào bằng không
• Dải điện áp đầu ra vô hạn
• Băng thông vô hạn với độ lệch pha bằng 0 và tốc độ quay vô hạn
• Trở kháng đầu ra bằng không Rout
• Không tiếng ồn
• Tỷ lệ từ chối chế độ chung vô hạn (CMRR)
• Tỷ lệ từ chối cung cấp điện vô hạn.

Những lý tưởng này có thể được tóm tắt bằng hai "quy tắc vàng":

1. Trong một vòng lặp kín, đầu ra cố gắng làm bất cứ điều gì cần thiết để làm cho chênh lệch điện áp giữa các đầu vào bằng không.
2. Các đầu vào không có dòng điện.

[Wikipedia]

Tài nguyên Op-Amp bổ sung:

Video hướng dẫn chi tiết từ EEVblog

Học viện Khan

Hướng dẫn về Điện tử

Bước 3: Bộ khuếch đại thiết bị đo

Bộ khuếch đại thiết bị đo là một loại bộ khuếch đại vi sai kết hợp với bộ khuếch đại đệm đầu vào. Cấu hình này loại bỏ nhu cầu kết hợp trở kháng đầu vào và do đó làm cho bộ khuếch đại đặc biệt thích hợp để sử dụng trong thiết bị đo lường và thử nghiệm. Bộ khuếch đại thiết bị đo được sử dụng khi yêu cầu độ chính xác và độ ổn định cao của mạch. Các bộ khuếch đại thiết bị đo có tỷ lệ loại bỏ chế độ chung rất cao nên chúng thích hợp để đo các tín hiệu nhỏ khi có nhiễu.

Mặc dù bộ khuếch đại thiết bị đo đạc thường được hiển thị trên sơ đồ giống hệt với một bộ khuếch đại op-amp tiêu chuẩn, nhưng bộ khuếch đại thiết bị đo điện tử hầu như luôn được cấu tạo bên trong bởi BA bộ khuếch đại quang học. Chúng được sắp xếp sao cho có một op-amp để đệm cho mỗi đầu vào (+, -) và một để tạo ra đầu ra mong muốn với trở kháng phù hợp.

[Wikipedia]

Sách PDF: Hướng dẫn của nhà thiết kế về Bộ khuếch đại dụng cụ

Bước 4: Ban quản trị HackerBoxes BioSense

Bảng HackerBoxes BioSense có một bộ sưu tập các bộ khuếch đại hoạt động và thiết bị để phát hiện và đo lường bốn tín hiệu sinh lý được mô tả bên dưới. Các tín hiệu điện cực nhỏ được xử lý, khuếch đại và đưa đến bộ vi điều khiển, nơi chúng có thể được chuyển tiếp đến máy tính qua USB, được xử lý và hiển thị. Đối với hoạt động của bộ vi điều khiển, Bảng mạch BioSense của HackerBoxes sử dụng mô-đun Arduino Nano. Lưu ý rằng một số bước tiếp theo tập trung vào việc chuẩn bị sẵn sàng mô-đun Arduino Nano để sử dụng với Bảng mạch BioSense.

Mô-đun Cảm biến Xung có nguồn sáng và cảm biến ánh sáng. Khi mô-đun tiếp xúc với mô cơ thể, chẳng hạn như đầu ngón tay hoặc dái tai, những thay đổi trong ánh sáng phản xạ được đo khi lượng máu bơm qua mô.

Điện tâm đồ (Electrocardiography), còn được gọi là EKG, ghi lại hoạt động điện của tim trong một khoảng thời gian bằng cách sử dụng các điện cực đặt trên da. Các điện cực này phát hiện những thay đổi điện cực nhỏ trên da phát sinh từ mô hình điện sinh lý của cơ tim là khử cực và tái phân cực trong mỗi nhịp tim. Điện tâm đồ là một xét nghiệm tim mạch được thực hiện rất phổ biến. [Wikipedia]

Điện não đồ (Electroencephalography) là một phương pháp theo dõi điện sinh lý để ghi lại hoạt động điện của não. Các điện cực được đặt dọc theo da đầu trong khi điện não đồ đo sự dao động điện áp do dòng điện ion trong các tế bào thần kinh của não. [Wikipedia]

EMG (Electromyography) đo hoạt động điện liên quan đến cơ xương. Máy đo điện cơ phát hiện điện thế được tạo ra bởi các tế bào cơ khi chúng được kích hoạt điện hoặc thần kinh. [Wikipedia]

Bước 5: Nền tảng vi điều khiển Arduino Nano

Mô-đun Arduino Nano đi kèm có các chân cắm tiêu đề, nhưng chúng không được hàn vào mô-đun. Để các ghim tắt ngay bây giờ. Thực hiện các thử nghiệm ban đầu này đối với mô-đun Arduino Nano riêng biệt với Bảng mạch BioSense và ƯU TIÊN hàn các chân tiêu đề của Arduino Nano. Tất cả những gì cần thiết cho một vài bước tiếp theo là cáp microUSB và mô-đun Nano ngay khi nó ra khỏi túi.

Arduino Nano là một bo mạch Arduino thu nhỏ, thân thiện với bề mặt, thân thiện với bảng mạch và có USB tích hợp. Nó có đầy đủ tính năng và dễ dàng để hack.

Đặc trưng:

• Bộ vi điều khiển: Atmel ATmega328P
• Điện áp: 5V
• Chân I / O kỹ thuật số: 14 (6 PWM)
• Chân đầu vào tương tự: 8
• Dòng điện DC trên mỗi chân I / O: 40 mA
• Bộ nhớ Flash: 32 KB (2KB cho bộ nạp khởi động)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Tốc độ đồng hồ: 16 MHz
• Kích thước: 17mm x 43mm

Biến thể đặc biệt này của Arduino Nano là thiết kế Robotdyn màu đen. Giao diện bằng cổng MicroUSB trên bo mạch tương thích với cùng loại cáp MicroUSB được sử dụng với nhiều điện thoại di động và máy tính bảng.

Arduino Nanos có chip cầu nối USB / Serial tích hợp. Trên biến thể cụ thể này, chip cầu nối là CH340G. Lưu ý rằng có nhiều loại chip cầu nối USB / Serial khác được sử dụng trên các loại bảng Arduino khác nhau. Các chip này cho phép bạn sử dụng cổng USB của máy tính để giao tiếp với giao diện nối tiếp trên chip xử lý của Arduino.

Hệ điều hành của máy tính yêu cầu Trình điều khiển thiết bị để giao tiếp với chip USB / Serial. Trình điều khiển cho phép IDE giao tiếp với bảng Arduino. Trình điều khiển thiết bị cụ thể cần thiết phụ thuộc vào cả phiên bản hệ điều hành và loại chip USB / Serial. Đối với chip CH340 USB / Serial, có sẵn các trình điều khiển cho nhiều hệ điều hành (UNIX, Mac OS X hoặc Windows). Nhà sản xuất CH340 cung cấp các trình điều khiển đó ở đây.

Khi bạn lần đầu tiên cắm Arduino Nano vào cổng USB của máy tính, đèn nguồn màu xanh lá cây sẽ bật sáng và ngay sau đó đèn LED màu xanh lam sẽ bắt đầu nhấp nháy chậm. Điều này xảy ra vì Nano được tải sẵn chương trình BLINK, đang chạy trên Arduino Nano hoàn toàn mới.

Bước 6: Môi trường phát triển tích hợp Arduino (IDE)

Nếu bạn chưa cài đặt Arduino IDE, bạn có thể tải xuống từ Arduino.cc

Nếu bạn muốn có thêm thông tin giới thiệu để làm việc trong hệ sinh thái Arduino, chúng tôi khuyên bạn nên xem hướng dẫn cho Hội thảo dành cho người mới bắt đầu HackerBoxes.

Cắm Nano vào cáp MicroUSB và đầu còn lại của cáp vào cổng USB trên máy tính, khởi chạy phần mềm Arduino IDE, chọn cổng USB thích hợp trong IDE bên dưới công cụ> cổng (có thể là tên có "wchusb" trong đó). Cũng chọn "Arduino Nano" trong IDE dưới công cụ> bảng.

Cuối cùng, tải lên một đoạn mã ví dụ:

Tệp-> Ví dụ-> Khái niệm cơ bản-> Nhấp nháy

Đây thực sự là mã đã được tải trước vào Nano và sẽ chạy ngay bây giờ để từ từ nhấp nháy đèn LED màu xanh lam. Theo đó, nếu chúng ta tải mã ví dụ này, sẽ không có gì thay đổi. Thay vào đó, hãy sửa đổi mã một chút.

Nhìn kỹ hơn, bạn có thể thấy rằng chương trình bật đèn LED, đợi 1000 mili giây (một giây), tắt đèn LED, đợi thêm một giây và sau đó thực hiện lại tất cả - mãi mãi.

Sửa đổi mã bằng cách thay đổi cả hai câu lệnh "delay (1000)" thành "delay (100)". Sửa đổi này sẽ làm cho đèn LED nhấp nháy nhanh hơn gấp mười lần, phải không?

Hãy tải mã đã sửa đổi vào Nano bằng cách nhấp vào nút TẢI LÊN (biểu tượng mũi tên) ngay phía trên mã đã sửa đổi của bạn. Xem mã bên dưới để biết thông tin trạng thái: "biên dịch" và sau đó "tải lên". Cuối cùng, IDE sẽ cho biết "Tải lên hoàn tất" và đèn LED của bạn sẽ nhấp nháy nhanh hơn.

Nếu vậy, xin chúc mừng! Bạn vừa hack đoạn mã nhúng đầu tiên của mình.

Sau khi phiên bản nhấp nháy nhanh của bạn được tải và chạy, tại sao không xem bạn có thể thay đổi mã một lần nữa để làm cho đèn LED nhấp nháy nhanh hai lần rồi đợi vài giây trước khi lặp lại không? Hãy thử một lần! Làm thế nào về một số mẫu khác? Một khi bạn thành công trong việc hình dung một kết quả mong muốn, mã hóa nó và quan sát nó để hoạt động theo kế hoạch, bạn đã thực hiện một bước rất lớn để trở thành một hacker phần cứng có năng lực.

Bước 7: Ghim tiêu đề Arduino Nano

Bây giờ máy tính phát triển của bạn đã được định cấu hình để tải mã vào Arduino Nano và Nano đã được kiểm tra, hãy ngắt kết nối cáp USB khỏi Nano và sẵn sàng hàn.

Nếu bạn mới làm quen với hàn, có rất nhiều hướng dẫn và video trực tuyến về hàn. Đây là một ví dụ. Nếu bạn cảm thấy rằng bạn cần hỗ trợ thêm, hãy cố gắng tìm một nhóm nhà sản xuất địa phương hoặc không gian hacker trong khu vực của bạn. Ngoài ra, các câu lạc bộ radio nghiệp dư luôn là nguồn kinh nghiệm điện tử tuyệt vời.

Hàn hai tiêu đề hàng đơn (mỗi đầu mười lăm chân) vào mô-đun Arduino Nano. Đầu nối ICSP sáu chân (lập trình nối tiếp trong mạch) sẽ không được sử dụng trong dự án này, vì vậy chỉ cần bỏ các chân đó đi.

Khi quá trình hàn hoàn tất, hãy kiểm tra cẩn thận các cầu hàn và / hoặc các mối nối hàn nguội. Cuối cùng, kết nối Arduino Nano trở lại với cáp USB và xác minh rằng mọi thứ vẫn hoạt động bình thường.

Bước 8: Các thành phần cho Bộ PCB BioSense

Với mô-đun vi điều khiển đã sẵn sàng hoạt động, đã đến lúc lắp ráp Bo mạch BioSense.

Danh sách thành phần:

• U1:: 7805 Bộ điều chỉnh 5V 0.5A TO-252 (biểu dữ liệu)
• U2:: MAX1044 Bộ chuyển đổi điện áp DIP8 (biểu dữ liệu)
• U3:: Bộ khuếch đại thiết bị AD623N DIP8 (biểu dữ liệu)
• U4:: TLC2272344P OpAmp DIP8 DIP8 (biểu dữ liệu)
• U5:: INA106 Bộ khuếch đại vi sai DIP8 (biểu dữ liệu)
• U6, U7, U8:: TL072 OpAmp DIP8 (biểu dữ liệu)
• D1, D2:: 1N4148 Diode chuyển mạch Chì hướng trục
• S1, S2:: SPDT Công tắc trượt 2,54mm
• S3, S4, S5, S6:: Nút xúc giác 6mm X 6mm X 5mm
• BZ1:: Passive Piezo Buzzer 6.5mm Pitch
• R1, R2, R6, R12, R16, R17, R18, R19, R20:: Điện trở 10KOhm [BRN BLK ORG]
• Điện trở R3, R4:: 47KOhm [YEL VIO ORG]
• Điện trở R5:: 33KOhm [ORG ORG ORG]
• Điện trở R7:: 2.2MOhm [GRN RED RED]
• Điện trở R8, R23:: 1KOhm [BRN BLK RED]
• Điện trở R10, R11:: 1MOhm [BRN BLK GRN]
• Điện trở R13, R14, R15:: 150KOhm [BRN GRN YEL]
• Điện trở R21, R22:: 82KOhm [GRY RED ORG]
• Chiết áp tông đơ R9:: 10KOhm “103”
• Chiết áp tông đơ R24:: 100KOhm “104”
• C1, C6, C11:: 1uF 50V Nắp nguyên khối 5mm Pitch “105”
• C2, C3, C4, C5, C7, C8:: 10uF 50V Nắp nguyên khối 5mm Pitch “106”
• C9:: 560pF 50V Nắp nguyên khối 5mm Pitch “561”
• C10:: 0.01uF 50V Nắp nguyên khối 5mm Pitch “103”
• Kẹp pin 9V với dây dẫn
• 1x40pin NỮ ĐỘT PHÁ ĐẦU TRỞ LÊN DÂY DẪN 2,54mm
• Bảy ổ cắm DIP8
• Hai kiểu âm thanh 3,5 mm, ổ cắm gắn trên PCB

Bước 9: Lắp ráp PCB BioSense

ĐIỆN TRỞ: Có tám giá trị khác nhau của điện trở. Chúng không thể thay thế cho nhau và phải được đặt cẩn thận, chính xác nơi chúng thuộc về. Bắt đầu bằng cách xác định các giá trị của từng loại điện trở bằng cách sử dụng các mã màu được hiển thị trong danh sách thành phần (và / hoặc một ohmeter). Ghi giá trị trên băng giấy đã gắn các điện trở. Điều này làm cho việc kết thúc điện trở ở sai vị trí khó hơn rất nhiều. Điện trở không phân cực và có thể được lắp vào một trong hai hướng. Khi đã được hàn vào đúng vị trí, hãy cắt gọn các dây dẫn tạo thành mặt sau của bảng.

Tụ điện: Có bốn giá trị khác nhau của tụ điện. Chúng không thể thay thế cho nhau và phải được đặt cẩn thận, chính xác nơi chúng thuộc về. Bắt đầu bằng cách xác định các giá trị của từng loại tụ điện bằng cách sử dụng các đánh dấu số hiển thị trong danh sách thành phần. Tụ gốm không phân cực và có thể được lắp theo một trong hai hướng. Sau khi hàn vào đúng vị trí, hãy cắt gọn các dây dẫn tạo thành mặt sau của bảng.

CUNG CẤP ĐIỆN: Hai linh kiện bán dẫn tạo nên nguồn điện là U1 và U2. Hàn những thứ tiếp theo. Khi hàn U1, lưu ý rằng mặt bích phẳng là chân nối đất của thiết bị và tản nhiệt. Nó phải được hàn hoàn toàn với PCB. Bộ sản phẩm bao gồm ổ cắm DIP8. Tuy nhiên, đối với bộ chuyển đổi điện áp U2, chúng tôi đặc biệt khuyên bạn nên cẩn thận hàn IC trực tiếp vào bo mạch mà không cần ổ cắm.

Hàn trên hai công tắc trượt và kẹp pin 9V. Lưu ý rằng nếu kẹp pin của bạn đi kèm với phích cắm đầu nối trên dây dẫn, bạn chỉ cần cắt đầu nối ra.

Tại thời điểm này, bạn có thể cắm pin 9V, bật công tắc nguồn và sử dụng đồng hồ đo vôn để xác minh rằng nguồn điện của bạn đang tạo ra đường -9V và đường + 5V từ đường + 9V được cung cấp. Bây giờ chúng tôi có ba nguồn cung cấp điện áp và nối đất tất cả từ một pin 9V. BỎ PIN ĐỂ TIẾP TỤC LẮP RÁP.

ĐƯỜNG KÍNH: Hai điốt D1 và D2 là các thành phần nhỏ, dẫn hướng trục, có màu cam thủy tinh. Chúng được phân cực và nên được định hướng sao cho vạch đen trên gói diode thẳng hàng với vạch dày trên màn lụa PCB.

Ổ cắm ĐẦU: Tách đầu cắm 40 chân thành ba phần, mỗi phần 3, 15 và 15 vị trí. Để cắt tiêu đề theo chiều dài, hãy sử dụng máy cắt dây nhỏ để cắt qua vị trí MỘT QUÁ KHỨ mà bạn muốn dải ổ cắm kết thúc. Chốt / lỗ mà bạn cắt qua sẽ bị hy sinh. Đầu cắm ba chân dành cho cảm biến xung ở đầu bảng với các chân có nhãn "GND 5V SIG". Hai đầu cắm mười lăm chân dành cho Arduino Nano. Hãy nhớ rằng đầu nối ICSP sáu chân (lập trình nối tiếp trong mạch) của Nano không được sử dụng ở đây và không cần tiêu đề. Chúng tôi cũng không khuyên bạn nên kết nối màn hình OLED với một tiêu đề. Hàn các tiêu đề vào vị trí và để trống chúng ngay bây giờ.

Ổ cắm DIP: Sáu chip khuếch đại U3-U8 đều nằm trong gói DIP8. Hàn một ổ cắm chip DIP8 vào mỗi vị trí trong số sáu vị trí đó để đảm bảo định hướng rãnh trong ổ cắm phù hợp với rãnh trên màn hình lụa PCB. Hàn các ổ cắm mà không có chip được lắp vào chúng. Hãy để chúng trống ngay bây giờ.

KHẮC PHỤC LINH KIỆN: Cuối cùng hàn bốn nút nhấn, hai trimpot (lưu ý rằng chúng là hai giá trị khác nhau), bộ rung (lưu ý rằng nó là phân cực), hai giắc cắm âm thanh kiểu 3,5 mm và cuối cùng là màn hình OLED.

CÁC LINH KIỆN CÓ Ổ CẮM: Sau khi tất cả quá trình hàn hoàn tất, sáu chip khuếch đại có thể được lắp vào (lưu ý đến hướng của rãnh). Ngoài ra, Arduino Nano có thể được lắp bằng đầu nối USB ở cạnh Bo mạch BioSense.

Bước 10: An toàn điện và chuyển mạch nguồn điện

Trong sơ đồ cho Bảng HackerBoxes BioSense, lưu ý rằng có phần GIAO DIỆN CON NGƯỜI (hoặc ANALOG) và cũng có phần KỸ THUẬT SỐ. Điểm duy nhất giao nhau giữa hai phần này là ba đường đầu vào tương tự đến Arduino Nano và nguồn cung cấp pin + 9V có thể được mở bằng cách sử dụng công tắc USB / BAT S2.

Để hết sức thận trọng, thông thường, bạn nên tránh kết nối bất kỳ mạch điện nào với cơ thể người được cấp điện bằng nguồn điện trên tường (nguồn điện đường dây, nguồn điện lưới, tùy thuộc vào nơi bạn sống). Theo đó, phần GIAO DIỆN CON NGƯỜI của bo mạch chỉ được cấp nguồn bằng pin 9V. Tuy nhiên, không chắc máy tính đột ngột đặt 120V vào dây USB được kết nối, đây là một chính sách bảo hiểm bổ sung một chút. Một lợi ích bổ sung cho thiết kế này là chúng ta có thể cấp nguồn cho toàn bộ bo mạch từ pin 9V nếu chúng ta không cần kết nối máy tính.

CÔNG TẮC BẬT / TẮT (S1) dùng để ngắt kết nối hoàn toàn pin 9V khỏi mạch. Sử dụng S1 để tắt hoàn toàn phần tương tự của bo mạch khi không sử dụng.

USB / BAT SWITCH (S2) dùng để kết nối pin 9V với nguồn cung cấp kỹ thuật số của Nano và OLED. Để S2 ở vị trí USB khi bo mạch được kết nối với máy tính qua cáp USB và nguồn cung cấp kỹ thuật số sẽ được cung cấp bởi máy tính. Khi Nano và OLED được cung cấp bởi pin 9V, chỉ cần chuyển S2 sang vị trí BAT.

LƯU Ý VỀ CÔNG TẮC CUNG CẤP: Nếu S1 BẬT, S2 ở trong USB và không có nguồn USB, Nano sẽ cố gắng cấp nguồn cho chính nó thông qua các chân đầu vào tương tự. Mặc dù không phải là vấn đề an toàn của con người, nhưng đây là điều kiện không mong muốn đối với các chất bán dẫn mỏng manh và nó không nên kéo dài.

Bước 11: Thư viện màn hình OLED

Để thử nghiệm ban đầu màn hình OLED, hãy cài đặt trình điều khiển màn hình OLED SSD1306 được tìm thấy tại đây vào Arduino IDE.

Kiểm tra màn hình OLED bằng cách tải ví dụ ssd1306 / snowflakes lên và lập trình nó vào BioSense Board.

Hãy chắc chắn rằng điều này hoạt động trước khi tiếp tục.

Bước 12: Phần mềm Firmware Demo BioSense

Chúng ta có nên chơi một trò chơi không, Giáo sư Falken?

Ngoài ra còn có một trò chơi Arkanoid thú vị trong ví dụ SSD1306. Tuy nhiên, để nó hoạt động với bảng BioSense, mã khởi tạo và đọc các nút phải được sửa đổi. Chúng tôi có quyền tự do thực hiện những thay đổi đó trong tệp "biosense.ino" được đính kèm tại đây.

Nhân bản thư mục arkanoid từ các ví dụ SSD1306 sang một thư mục mới mà bạn đã đặt tên là biosense. Xóa tệp arkanoid.ino khỏi thư mục đó và thả vào tệp "biosense.ino". Bây giờ biên dịch và tải biosense lên nano. Nhấn vào nút ngoài cùng bên phải (nút 4) sẽ khởi chạy trò chơi. Cánh khuấy được điều khiển bằng nút 1 bên trái và nút 4 bên phải. Ở đó rất đẹp, BrickOut.

Nhấn nút đặt lại trên Arduino Nano để quay lại menu chính.

Bước 13: Mô-đun cảm biến xung

Mô-đun cảm biến xung có thể giao tiếp với Bo mạch BioSense bằng cách sử dụng tiêu đề ba chân ở trên cùng của Bo mạch.

Mô-đun cảm biến xung sử dụng nguồn sáng LED và cảm biến ảnh ánh sáng xung quanh APDS-9008 (biểu dữ liệu) để phát hiện ánh sáng LED phản chiếu qua đầu ngón tay hoặc dái tai. Tín hiệu từ cảm biến ánh sáng xung quanh được khuếch đại và lọc bằng cách sử dụng op-amp MCP6001. Tín hiệu sau đó có thể được đọc bởi vi điều khiển.

Nhấn Nút 3 từ menu chính của bản phác thảo biosense.ino sẽ chuyển tiếp các mẫu tín hiệu đầu ra của cảm biến xung qua giao diện USB. Trong menu CÔNG CỤ của Arduino IDE, chọn "Máy vẽ nối tiếp" và đảm bảo rằng tốc độ truyền được đặt thành 115200. Nhẹ nhàng đặt đầu ngón tay của bạn lên đèn trên cảm biến xung.

Các chi tiết và dự án bổ sung liên quan đến Mô-đun cảm biến xung có thể được tìm thấy tại đây.

Bước 14: Máy điện cơ (EMG)

Cắm cáp điện cực vào giắc cắm 3,5 mm phía dưới có nhãn EMG và định vị các điện cực như trong sơ đồ.

Nhấn Nút 1 từ menu chính của bản phác thảo biosense.ino sẽ chuyển tiếp các mẫu tín hiệu đầu ra EMG qua giao diện USB. Trong menu CÔNG CỤ của Arduino IDE, chọn "Máy vẽ nối tiếp" và đảm bảo rằng tốc độ truyền được đặt thành 115200.

Bạn có thể kiểm tra EMG trên bất kỳ nhóm cơ nào khác - ngay cả cơ lông mày ở trán của bạn.

Mạch EMG của Bảng BioSense được lấy cảm hứng từ Có thể hướng dẫn này từ Công nghệ Advancer, mà bạn chắc chắn nên xem để biết một số dự án, ý tưởng và video bổ sung.

Bước 15: Máy ghi điện tim (ECG)

Cắm cáp điện cực vào giắc cắm 3,5 mm phía trên có nhãn ECG / EEG và định vị các điện cực như trong sơ đồ. Có hai lựa chọn cơ bản để đặt điện cực ECG. Đầu tiên là ở mặt trong của cổ tay với tham chiếu (chì màu đỏ) trên mu bàn tay. Tùy chọn đầu tiên này dễ dàng hơn và thuận tiện hơn nhưng thường ồn ào hơn một chút. Tùy chọn thứ hai là ngang ngực với tham chiếu ở bụng bên phải hoặc chân trên.

Nhấn Nút 2 từ menu chính của bản phác thảo biosense.ino sẽ chuyển tiếp các mẫu tín hiệu đầu ra ECG qua giao diện USB. Trong menu CÔNG CỤ của Arduino IDE, chọn "Máy vẽ nối tiếp" và đảm bảo rằng tốc độ truyền được đặt thành 115200.

Mạch ECG / EEG của Bảng BioSense được lấy cảm hứng từ Heart and Brain SpikerShield từ Backyard Brains. Hãy xem trang web của họ để biết thêm một số dự án, ý tưởng và video ECG thú vị này.

Bước 16: Điện não đồ (EEG)

Cắm cáp điện cực vào giắc cắm 3,5 mm phía trên có nhãn ECG / EEG và định vị các điện cực như trong sơ đồ. Có nhiều tùy chọn để đặt điện cực EEG với hai tùy chọn cơ bản được hiển thị ở đây.

Đầu tiên là trên trán với quy chiếu (chì đỏ) trên dái tai hoặc quá trình xương chũm. Tùy chọn đầu tiên này có thể chỉ cần sử dụng cùng một đạo trình kiểu chụp nhanh và điện cực gel được sử dụng cho ECG.

Tùy chọn thứ hai ở phía sau đầu. Nếu bạn không may bị hói, các điện cực gel cũng sẽ hoạt động ở đây. Nếu không, hình thành các điện cực có thể "chọc thủng" tóc là một ý kiến hay. Vấu hàn kiểu máy giặt có khóa là một lựa chọn tốt. Dùng kìm bấm kim trên các mấu nhỏ (trong trường hợp này là sáu) bên trong máy giặt để uốn cong rồi tất cả nhô ra theo cùng một hướng. Đặt dưới một chiếc băng đô đàn hồi sẽ nhẹ nhàng ép những phần nhô ra này xuyên qua tóc và tiếp xúc với da đầu bên dưới. Khi cần thiết, gel dẫn điện có thể được sử dụng để cải thiện kết nối. Chỉ cần trộn muối ăn với một chất lỏng đặc như dầu hỏa hoặc hỗn hợp nước và tinh bột hoặc bột mì. Chỉ riêng nước mặn cũng có tác dụng nhưng sẽ cần được chứa trong một miếng bọt biển hoặc bông gòn nhỏ.

Nhấn Nút 2 từ menu chính của bản phác thảo biosense.ino sẽ chuyển tiếp các mẫu tín hiệu đầu ra EEG qua giao diện USB. Trong menu CÔNG CỤ của Arduino IDE, chọn "Máy vẽ nối tiếp" và đảm bảo rằng tốc độ truyền được đặt thành 115200.

Các dự án và tài nguyên EEG bổ sung:

Có thể hướng dẫn này sử dụng thiết kế tương tự như BioSense EEG và cũng thể hiện một số xử lý bổ sung và thậm chí cả cách phát EEG Pong!

Backyard Brains cũng có một video rất hay để đo điện não đồ.

BriainBay

OpenEEG

OpenViBe

Tín hiệu điện não đồ có thể đo hiệu ứng sóng não qua kính hiển vi (ví dụ: sử dụng Mindroid).

Bước 17: Khu vực thử thách

Bạn có thể hiển thị dấu vết tín hiệu tương tự trên OLED ngoài Máy vẽ nối tiếp không?

Để bắt đầu, hãy xem dự án này từ XTronical.

Nó cũng có thể hữu ích khi xem xét dự án Phạm vi nhỏ.

Làm thế nào về việc thêm các chỉ báo văn bản cho tốc độ tín hiệu hoặc các thông số thú vị khác?

Bước 18: Hộp đăng ký hàng tháng BioBox

Applied Science Ventures, công ty mẹ của HackerBoxes, đang tham gia vào một khái niệm hộp đăng ký mới thú vị. BioBox sẽ truyền cảm hứng và giáo dục với các dự án về khoa học đời sống, hack sinh học, sức khỏe và hiệu suất con người. Giữ một cảm biến quang học để biết tin tức và giảm giá cho thành viên thuê bao bằng cách theo dõi Trang Facebook BioBox.

Bước 19: HACK PLANET

Nếu bạn yêu thích phần mềm này và muốn có một hộp các dự án công nghệ máy tính và điện tử như thế này được gửi đến hộp thư của bạn mỗi tháng, vui lòng tham gia cuộc cách mạng HackerBox bằng cách ĐĂNG KÝ TẠI ĐÂY.

Tiếp cận và chia sẻ thành công của bạn trong các bình luận bên dưới hoặc trên Trang Facebook HackerBoxes. Chắc chắn hãy cho chúng tôi biết nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào hoặc cần trợ giúp về bất cứ điều gì. Cảm ơn bạn đã là một phần của HackerBoxes. Vui lòng tiếp tục đề xuất và phản hồi của bạn. HackerBoxes là hộp của BẠN. Hãy làm một cái gì đó tuyệt vời!