Портативный монитор фокусировки ЭЭГ: 32 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Студенческая жизнь требует сосредоточенности на занятиях, заданиях и проектах. Многим ученикам трудно сосредоточиться в это время, поэтому так важно контролировать и понимать свою способность сосредотачиваться. Мы создали биосенсор, который измеряет ваши мозговые волны, чтобы определить уровень вашего внимания, и отображает данные, которые вы можете видеть. Аббревиатура «ЭЭГ» означает электроэнцефалограф, что означает, что это устройство, используемое для регистрации электрической активности в головном мозге.

Этот биосенсор требует ввода сигнала ЭЭГ и нажатия пальцем на экран для построения частотного графика и извлекаемых данных (необязательно), которые можно скопировать в Excel.

Отказ от ответственности: этот биосенсор НЕ является медицинским устройством.

Запасы

• Arduino Uno (23 доллара)
• Макетная плата (5,50 $)
• 2,8-дюймовый сенсорный экран TFT для Arduino с резистивным сенсорным экраном (34,95 доллара США)
• Провода (0,95 $)
• ЭЭГ Биталино (40,79 $)
• Электроды (9,13 $)
• Аксессуар с 3 выводами (21,48 долл. США)
• Спиртовые тампоны (4,65 доллара США) (необязательно)
• Аккумулятор 9 В (2,18 доллара США)
• Держатель батареи 9 В (1,69 доллара США)
• Кабель USB 2.0 типа A / B 3,95 долл. США)

• Инструменты

  • Инструмент для зачистки проводов ($ 6,26)
  • Резинка для волос / наушники для закрепления проводов над головой (необязательно)

Общая стоимость: 142 $ (в зависимости от колебания цен)

Шаг 1. Предварительные требования

• Некоторые базовые знания о том, как считываются мозговые волны, были бы полезны для понимания графика, но не обязательно.

  Это хороший ресурс для получения базовой справочной информации.

• Вам также понадобится доступ к веб-сайту GitHub, чтобы получить наш код.
• Вам нужно будет загрузить приложение Arduino.

Шаг 2: Меры предосторожности

• При изменении схемы убедитесь, что на схему не подается питание (аккумуляторная батарея выключена, USB не подключен).
• Убедитесь, что поблизости нет жидкости, которая может пролиться на контур.
• ВНИМАНИЕ: Это НЕ медицинское устройство и не имеет такой точности. Используйте правильную ЭЭГ, если вам нужно провести исследование мозговых волн.
• Держите руки сухими при работе с контуром или биосенсором.

Шаг 3. Подсказки и подсказки

Исправление проблем

• Убедитесь, что ваши провода подключены к правильным контактам. В противном случае появится непонятное чтение.
• Когда вы подключаете экран, убедитесь, что вы не поместили все на один контакт ниже (если вы заметили, что какой-либо из контактов экрана не подключен, вот почему)
• Убедитесь, что вы правильно подключили BITalino (на основе логотипа и знака ЭЭГ, как показано в инструкциях).
• Убедитесь, что экран подключен правильно, так что металл контактов больше не виден.
• Если код не компилируется и они не могут найти определенную библиотеку, убедитесь, что вы установили все упомянутые библиотеки.

Insights

Не забудьте учесть пространство, необходимое для зачистки провода, прежде чем отрезать его до нужной длины

• Прежде чем прикладывать электроды ко лбу, обязательно вымойте и высушите его или используйте тампон со спиртом, чтобы уменьшить сопротивление.
• Использование Arduino Mega предоставило бы дополнительные аналоговые и цифровые контакты, что означало бы, что вам не нужно было бы «делить» контакты между проводами и экраном, как мы делаем в этой модели.

Шаг 4: Наука, лежащая в основе устройства

Ваш мозг производит разные частоты электрических сигналов в зависимости от вашего уровня сознания / концентрации. Он производит гамма-волны (32-100 Гц), когда он чрезвычайно сосредоточен на задаче, обработке информации или обучении. Он производит бета-волны (13-32 Гц), когда вы внимательны, думаете или возбуждены. Альфа-волны (8-13 Гц) возникают, если вы физически и умственно расслаблены. Тета-волны (4-8 Гц) возникают во время глубокой медитации или быстрого сна (быстрое движение глаз). Дельта-волны (<4 Гц) возникают во время глубокого сна без сновидений.

Наш датчик сообщит вам, сколько каждой волны присутствует, чтобы вы могли оценить свой уровень фокусировки. Он обнаруживает только длины волн от 0 Гц до 59 Гц, в этом диапазоне возникает большинство мозговых волн.

Если вы предпочитаете видеоуроки, вот хорошее видео, которое вы можете посмотреть.

В нашем вступительном видео мы говорили о быстром преобразовании Фурье. Это видео объясняет, что это такое.

Шаг 5: зачистите и нарежьте провода

Для достижения наилучших результатов вам понадобятся 3 штуки длиной не менее 5 дюймов.

Если вы раньше не зачищали провод, вот простое руководство.

Совет: когда вы перерезаете провод, не забудьте оставить место для зачистки провода.

Шаг 6: закрутите один конец каждого провода

Цель состоит в том, чтобы создать петлю на одном конце оголенной части провода. Эта петля должна быть примерно того же размера, что и контакты под TFT Touch Shield, или немного больше.

Шаг 7. Найдите соответствующие булавки под экраном

Сравните Arduino Uno и нижнюю часть экрана, чтобы определить соответствующие контакты для 3,3 В, GND и A5.

Подсказка: если вы присмотритесь, вы увидите красные круги на картинке, окружающие интересующие вас булавки.

Шаг 8: прикрепите провода к контактам сенсорного экрана TFT

Прикрепите петли, которые вы сделали, к контактам TFT Touch Shield, которые соответствуют выходу 3,3 В, GND и аналоговому контакту A5 на Arduino.

Совет: если вы не уверены, к каким из них его прикрепить, вы можете использовать те, что изображены на картинке выше.

Шаг 9: затяните проволочные петли

Зажмите металлическую часть проволочной петли, чтобы затянуть ее. Это обеспечит лучшее соединение.

Шаг 10. Подключите сенсорный экран TFT Touch Shield

Пальцами закрепите провода на своих местах и переверните сенсорный экран TFT Touch Shield. Подключите его к Arduino.

Шаг 11: Подключите провода к макетной плате

Подключите

• Провод 3,3 В к столбцу + на макетной плате.
• Провод GND к столбцу - на макетной плате.
• Провод A5 к любому ряду на макете.

Совет: провода, которые вы видите на экране, служат для иллюстрации. Мы решили проложить провода под экраном, так как провода у нас были слишком короткими.

Шаг 12: Подключите аксессуар с 3 отведениями

Подключите аксессуар с 3 отведениями к датчику ЭЭГ BITalino. Подключите его к стороне с надписью «ЭЭГ».

Шаг 13: подключите датчик ЭЭГ к проводу

Подключите проводной датчик ЭЭГ сбоку с логотипом BITalino.

Шаг 14: Подключите ЭЭГ к макетной плате

Подключите другой конец проводов к макетной плате, как показано на рисунке.

• Подключите красный провод к столбцу + на макетной плате.
• Подключите черный провод к столбцу - на макете.
• Подключите фиолетовый провод к ряду с проводом от пина A5.

Шаг 15: приклейте электроды ко лбу

Снимите электроды и приклейте их ко лбу, как показано на рисунке.

Шаг 16: Подключитесь

Присоединитесь к цепи, соединив концы 3-проводного аксессуара с электродами на лбу. Металлическая насадка на электроде должна хорошо входить в отверстия насадки с 3 выводами.

Неважно, какой вывод к какому электроду идет, если белый находится посередине.

Шаг 17: закрепите провода (необязательно)

Если вы не хотите, чтобы провода закрывали вам обзор, натяните их над головой и закрепите чем-нибудь. Я решил использовать для этого наушники.

Шаг 18: Вставьте батарею 9 В в аккумуляторную батарею

Вставьте аккумулятор 9 В в аккумуляторный блок.

Шаг 19: Подключите аккумулятор 9 В

Подключите батарейный блок 9 В к порту, показанному на рисунке. При этом не снимайте аккумуляторную батарею.

Шаг 20. Получите код с Github

• Перейдите по этой ссылке:
• Щелкните файл Hand_Held_EEG.ino. Скопируйте и вставьте код в окно Arduino.

Кроме того, вы можете нажать зеленую кнопку «клонировать или загрузить», сохранить его в виде zip-архива, затем извлечь файл и открыть его

Шаг 21. Загрузите соответствующие библиотеки

Когда вы попытаетесь скомпилировать код, вам будет предложено найти определенные библиотеки.

• Перейдите в Инструменты> Управление библиотеками.
• Введите нужную библиотеку в строку поиска. Загрузите ту, которая больше всего соответствует желаемой библиотеке.

• Вот библиотеки, которые вам понадобятся:

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

Кроме того, вы можете скачать библиотеки по этим ссылкам. и скопируйте их в папку с библиотеками.

БПФ Arduino:

SPI:

Провод:

Adafruit ILI9341:

Adafruit STMPE610:

Adafruit GFX:

Шаг 22: Подключите Arduino UNO к компьютеру

Подключите Arduino UNO к компьютеру с помощью кабеля USB.

Шаг 23. Загрузите код

Нажмите кнопку загрузки в окне Arduino, как показано в красном кружке на картинке выше. Дождитесь завершения загрузки.

Шаг 24: конечный продукт

Отключите USB-кабель, и теперь у вас есть готовый продукт! Все, что вам нужно сделать, это включить аккумулятор и коснуться экрана, чтобы начать сбор данных!

Чем больше шипов вы видите слева, тем ниже уровень вашей фокусировки.

Шаг 25: Диаграмма EAGLE

Выше диаграмма EAGLE. Маркированы сенсорный экран TFT, датчик ЭЭГ и батарея на 9 В. На Arduino UNO уже напечатана собственная этикетка.

Положительный конец батареи 9 В подключен к выводу 5 В, а отрицательный конец - к выводу GND на Arduino Uno.

Датчик ЭЭГ имеет вывод VCC, подключенный к выводу 3V, вывод GND к выводу GND и вывод REF к выводу A5 Arduino Uno.

TFT Touch Shield подключен ко всем контактам Arduino Uno.

Шаг 26: чтение данных

На этапе 4 была диаграмма, показывающая, какие частоты мозговых волн соответствуют какому уровню сознания / концентрации. Наш график находится в масштабе 10 Гц на квадрат. Итак, если вы видите пик в конце 2-го квадрата (как на картинке). Это означает, что большая часть мозговых волн находится на частоте 20 Гц. Это указывает на бета-волны, означающие, что человек бодрствует и сосредоточен.

Шаг 27: Открытие последовательного монитора (необязательно)

Откройте последовательный монитор на вкладке инструментов в верхнем левом углу.

Или вы можете нажать Ctrl + Shift + M

Шаг 28: считайте показания на последовательном мониторе (необязательно)

Подключив Arduino к компьютеру, снимите показания на сенсорном дисплее.

Шаг 29: скопируйте результаты (необязательно)

Щелкните Serial Monitor, нажмите CTRL + A, а затем CTRL + C, чтобы скопировать все данные.

Шаг 30: Вставьте результаты в текстовый документ. (По желанию)

Откройте текстовый документ, например Блокнот, и нажмите CTRL + V, чтобы вставить результаты.

Шаг 31: Сохраните результаты как файл.txt. (По желанию)

Затем этот код можно экспортировать в программное обеспечение, такое как Excel, для анализа данных.

Шаг 32: Дальнейшие идеи

• Вы можете создать устройство, которое разбудит вас, когда вы потеряете фокус, добавив вибрирующий двигатель и некоторый код, который активирует двигатель, если он обнаруживает мозговые волны ниже определенной частоты (аналогично тому, как вибрирует Fitbit).
• Добавление возможностей SD-карты позволит вам хранить данные и обрабатывать их другими способами с помощью таких приложений, как Microsoft Excel.