HackerBox 0026: BioSense: 19 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

BioSense - ในเดือนนี้ HackerBox Hackers กำลังสำรวจวงจรขยายสัญญาณปฏิบัติการเพื่อวัดสัญญาณทางสรีรวิทยาของหัวใจ สมอง และกล้ามเนื้อโครงร่างของมนุษย์ คำแนะนำนี้มีข้อมูลสำหรับการทำงานกับ HackerBox #0026 ซึ่งคุณสามารถรับได้ที่นี่จนกว่าของจะหมด นอกจากนี้ หากคุณต้องการรับ HackerBox แบบนี้ในกล่องจดหมายของคุณทุกเดือน โปรดสมัครสมาชิกที่ HackerBoxes.com และเข้าร่วมการปฏิวัติ!

หัวข้อและวัตถุประสงค์การเรียนรู้สำหรับ HackerBox 0026:

• เข้าใจทฤษฎีและการประยุกต์ใช้วงจรออปแอมป์
• ใช้เครื่องขยายสัญญาณเครื่องมือวัดเพื่อวัดสัญญาณขนาดเล็ก
• รวบรวม HackerBoxes BioSense Board สุดพิเศษ
• เครื่องมือเรื่องมนุษย์สำหรับ ECG และ EEG
• บันทึกสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับกล้ามเนื้อโครงร่างของมนุษย์
• ออกแบบวงจรเชื่อมต่อระหว่างมนุษย์ที่ปลอดภัยทางไฟฟ้า
• เห็นภาพสัญญาณแอนะล็อกผ่าน USB หรือผ่านจอแสดงผล OLED

HackerBoxes เป็นบริการกล่องสมัครสมาชิกรายเดือนสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ DIY และเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ เราเป็นมือสมัครเล่น ผู้สร้าง และผู้ทดลอง เราคือผู้ใฝ่ฝัน แฮ็คดาวเคราะห์!

ขั้นตอนที่ 1: HackerBox 0026: เนื้อหาในกล่อง

• HackerBoxes #0026 การ์ดอ้างอิงสำหรับสะสม
• พิเศษ HackerBoxes BioSense PCB
• OpAmp และชุดส่วนประกอบสำหรับ BioSense PCB
• Arduino Nano V3: 5V, 16MHz, MicroUSB
• โมดูล OLED 0.96 นิ้ว, 128x64, SSD1306
• โมดูลเซ็นเซอร์ชีพจร
• ลีดแบบสแน็ปอินสำหรับเซนเซอร์ทางสรีรวิทยา
• เจลกาว แผ่นอิเล็กโทรดแบบสแน็ป
• ชุดสายรัดอิเล็กโทรด OpenEEG
• ท่อหด - 50 ชิ้น Variety
• สาย MicroUSB
• Exclusive WiredMind Decal

สิ่งอื่น ๆ ที่จะเป็นประโยชน์:

• หัวแร้ง หัวแร้ง และเครื่องมือบัดกรีพื้นฐาน
• คอมพิวเตอร์สำหรับใช้งานเครื่องมือซอฟต์แวร์
• แบตเตอรี่ 9V
• ลวดเชื่อมติดควั่น

ที่สำคัญที่สุด คุณจะต้องมีความรู้สึกของการผจญภัย จิตวิญญาณของ DIY และความอยากรู้อยากเห็นของแฮ็กเกอร์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ DIY ที่ไม่ยอมใครง่ายๆ ไม่ใช่เรื่องง่าย และเราไม่ได้ทำเพื่อคุณ เป้าหมายคือความก้าวหน้า ไม่ใช่ความสมบูรณ์แบบ เมื่อคุณยืนกรานและสนุกไปกับการผจญภัย คุณจะเกิดความพึงพอใจอย่างมากจากการเรียนรู้เทคโนโลยีใหม่ ๆ และหวังว่าโครงการบางโครงการจะได้ผล เราขอแนะนำให้ทำแต่ละขั้นตอนอย่างช้าๆ ใส่ใจในรายละเอียด และอย่ากลัวที่จะขอความช่วยเหลือ

โปรดทราบว่ามีข้อมูลมากมายสำหรับสมาชิกปัจจุบันและที่คาดหวังในคำถามที่พบบ่อยของ HackerBox

ขั้นตอนที่ 2: ตัวขยายสัญญาณปฏิบัติการ

แอมพลิฟายเออร์สำหรับปฏิบัติการ (หรือ op-amp) เป็นแอมพลิฟายเออร์แรงดันไฟฟ้ากำลังสูงพร้อมอินพุตดิฟเฟอเรนเชียล op-amp จะสร้างศักย์เอาต์พุตซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะใหญ่กว่าความต่างศักย์ระหว่างขั้วอินพุตทั้งสองหลายแสนเท่า แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานมีต้นกำเนิดในคอมพิวเตอร์แอนะล็อก ซึ่งถูกใช้เพื่อดำเนินการทางคณิตศาสตร์ในวงจรเชิงเส้น ไม่เชิงเส้น และความถี่หลายแบบ ออปแอมป์เป็นหนึ่งในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบัน โดยถูกใช้ในอุปกรณ์สำหรับผู้บริโภค อุตสาหกรรม และวิทยาศาสตร์มากมาย

op-amp ในอุดมคติมักจะมีลักษณะดังต่อไปนี้:

• การขยายวงเปิดไม่มีที่สิ้นสุด G = vout / vin
• อิมพีแดนซ์อินพุตอนันต์ Rin (ดังนั้น กระแสอินพุตเป็นศูนย์)
• แรงดันออฟเซ็ตอินพุตเป็นศูนย์
• ช่วงแรงดันเอาต์พุตไม่สิ้นสุด
• แบนด์วิดธ์ไม่สิ้นสุดพร้อมการเปลี่ยนเฟสเป็นศูนย์และอัตราการฆ่าที่ไม่มีที่สิ้นสุด
• Rout อิมพีแดนซ์เอาต์พุตเป็นศูนย์
• ไม่มีเสียงรบกวน
• อัตราส่วนการปฏิเสธโหมดทั่วไปไม่สิ้นสุด (CMRR)
• อัตราส่วนการปฏิเสธแหล่งจ่ายไฟไม่สิ้นสุด

อุดมคติเหล่านี้สามารถสรุปได้โดย "กฎทอง" สองข้อ:

1. ในวงปิดเอาต์พุตพยายามทำทุกอย่างที่จำเป็นเพื่อทำให้แรงดันไฟฟ้าแตกต่างระหว่างอินพุตเป็นศูนย์
2. อินพุตไม่มีกระแส

[วิกิพีเดีย]

ทรัพยากร Op-Amp เพิ่มเติม:

วิดีโอสอนโดยละเอียดจาก EEVblog

Khan Academy

บทเรียนอิเล็กทรอนิกส์

ขั้นตอนที่ 3: เครื่องมือขยายสัญญาณ

แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดเป็นประเภทของแอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียลที่รวมกับแอมพลิฟายเออร์บัฟเฟอร์อินพุต การกำหนดค่านี้ช่วยลดความจำเป็นในการจับคู่อิมพีแดนซ์อินพุต และทำให้แอมพลิฟายเออร์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้ในอุปกรณ์วัดและทดสอบ แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดใช้เมื่อต้องการความแม่นยำและความเสถียรสูงของวงจร แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดมีอัตราส่วนการปฏิเสธโหมดทั่วไปที่สูงมาก ทำให้เหมาะสำหรับการวัดสัญญาณขนาดเล็กเมื่อมีสัญญาณรบกวน

แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดจะแสดงแผนผังเหมือนกับ op-amp มาตรฐาน แต่แอมป์เครื่องมือวัดทางอิเล็กทรอนิกส์นั้นมักจะประกอบด้วยสาม op-amps ภายใน สิ่งเหล่านี้ถูกจัดเรียงเพื่อให้มี op-amp หนึ่งตัวเพื่อบัฟเฟอร์แต่ละอินพุต (+, -) และอีกตัวหนึ่งเพื่อสร้างเอาต์พุตที่ต้องการด้วยการจับคู่อิมพีแดนซ์ที่เพียงพอ

[วิกิพีเดีย]

หนังสือ PDF: คู่มือนักออกแบบเครื่องมือขยายสัญญาณ

ขั้นตอนที่ 4: HackerBoxes BioSense Board

HackerBoxes BioSense Board มีชุดของแอมพลิฟายเออร์สำหรับการปฏิบัติงานและเครื่องมือวัดเพื่อตรวจจับและวัดสัญญาณทางสรีรวิทยาทั้งสี่ตามที่อธิบายไว้ด้านล่าง สัญญาณไฟฟ้าขนาดเล็กจะถูกประมวลผล ขยาย และป้อนไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์ ซึ่งสามารถถ่ายทอดไปยังคอมพิวเตอร์ผ่าน USB ประมวลผล และแสดงผลได้ สำหรับการทำงานของไมโครคอนโทรลเลอร์ HackerBoxes BioSense Board ใช้โมดูล Arduino Nano โปรดทราบว่าขั้นตอนต่อไปจะเน้นที่การเตรียมโมดูล Arduino Nano สำหรับใช้กับบอร์ด BioSense

โมดูล Pulse Sensor มีแหล่งกำเนิดแสงและเซ็นเซอร์วัดแสง เมื่อโมดูลสัมผัสกับเนื้อเยื่อของร่างกาย เช่น ปลายนิ้วหรือติ่งหู การเปลี่ยนแปลงของแสงสะท้อนจะถูกวัดเป็นปั๊มเลือดผ่านเนื้อเยื่อ

ECG (Electrocardiography) หรือที่เรียกว่า EKG บันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าของหัวใจในช่วงระยะเวลาหนึ่งโดยใช้อิเล็กโทรดที่วางบนผิวหนัง อิเล็กโทรดเหล่านี้จะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าเล็กๆ น้อยๆ บนผิวหนังที่เกิดจากรูปแบบอิเล็กโทรสรีรวิทยาของกล้ามเนื้อหัวใจที่เกิดการขั้วและรีโพลาไรซ์ระหว่างการเต้นของหัวใจแต่ละครั้ง ECG เป็นการทดสอบโรคหัวใจที่ทำกันโดยทั่วไป [วิกิพีเดีย]

EEG (Electroencephalography) เป็นวิธีการตรวจสอบทางไฟฟ้าเพื่อบันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าของสมอง อิเล็กโทรดถูกวางไว้บนหนังศีรษะ ในขณะที่ EEG จะวัดความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากกระแสไอออนิกภายในเซลล์ประสาทของสมอง [วิกิพีเดีย]

EMG (Electromyography) วัดกิจกรรมทางไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับกล้ามเนื้อโครงร่าง เครื่องตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจจะตรวจจับศักย์ไฟฟ้าที่เกิดจากเซลล์กล้ามเนื้อเมื่อมีการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าหรือทางระบบประสาท [วิกิพีเดีย]

ขั้นตอนที่ 5: แพลตฟอร์มไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino Nano

โมดูล Arduino Nano ที่รวมมานั้นมาพร้อมกับหมุดส่วนหัว แต่ไม่ได้บัดกรีกับโมดูล ทิ้งหมุดไว้ตอนนี้ ทำการทดสอบเบื้องต้นของโมดูล Arduino Nano แยกจากบอร์ด BioSense และ PRIOR เพื่อบัดกรีหมุดส่วนหัวของ Arduino Nano สิ่งที่จำเป็นสำหรับขั้นตอนต่อไปคือสาย microUSB และโมดูล Nano เหมือนกับที่ออกมาจากกระเป๋า

Arduino Nano เป็นบอร์ด Arduino ขนาดเล็กที่ยึดติดกับพื้นผิว เป็นมิตรกับบอร์ดบอร์ด พร้อม USB ในตัว มันมีคุณสมบัติครบถ้วนอย่างน่าอัศจรรย์และแฮ็คได้ง่าย

คุณสมบัติ:

• ไมโครคอนโทรลเลอร์: Atmel ATmega328P
• แรงดันไฟฟ้า: 5V
• พิน I/O ดิจิตอล: 14 (6 PWM)
• พินอินพุตแบบอะนาล็อก: 8
• กระแสไฟตรงต่อขา I/O: 40 mA
• หน่วยความจำแฟลช: 32 KB (2KB สำหรับ bootloader)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• ความเร็วสัญญาณนาฬิกา: 16 MHz
• ขนาด: 17mm x 43mm

Arduino Nano รุ่นพิเศษนี้คือการออกแบบ Robotdyn สีดำ อินเทอร์เฟซใช้พอร์ต MicroUSB ออนบอร์ดที่เข้ากันได้กับสาย MicroUSB เดียวกันกับที่ใช้กับโทรศัพท์มือถือและแท็บเล็ตจำนวนมาก

Arduino Nanos มีชิปบริดจ์ USB/ซีเรียลในตัว สำหรับรุ่นพิเศษนี้ ชิปบริดจ์คือ CH340G โปรดทราบว่ามีชิปบริดจ์ USB/ซีเรียลประเภทอื่นๆ ที่ใช้กับบอร์ด Arduino ประเภทต่างๆ ชิปเหล่านี้อนุญาตให้พอร์ต USB ของคอมพิวเตอร์สื่อสารกับอินเทอร์เฟซแบบอนุกรมบนชิปตัวประมวลผลของ Arduino

ระบบปฏิบัติการของคอมพิวเตอร์ต้องใช้ไดรเวอร์อุปกรณ์เพื่อสื่อสารกับชิป USB/ซีเรียล ไดรเวอร์ช่วยให้ IDE สามารถสื่อสารกับบอร์ด Arduino ไดรเวอร์อุปกรณ์เฉพาะที่จำเป็นขึ้นอยู่กับทั้งเวอร์ชันของระบบปฏิบัติการและประเภทของชิป USB/ซีเรียล สำหรับชิป CH340 USB/Serial มีไดรเวอร์สำหรับระบบปฏิบัติการหลายระบบ (UNIX, Mac OS X หรือ Windows) ผู้ผลิต CH340 เป็นผู้จัดหาไดรเวอร์เหล่านั้นที่นี่

เมื่อคุณเสียบ Arduino Nano เข้ากับพอร์ต USB ของคอมพิวเตอร์เป็นครั้งแรก ไฟสีเขียวจะสว่างขึ้น และหลังจากไฟ LED สีฟ้าจะเริ่มกะพริบช้าๆ ไม่นาน สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจาก Nano ถูกโหลดไว้ล่วงหน้าด้วยโปรแกรม BLINK ซึ่งทำงานบน Arduino Nano ใหม่ล่าสุด

ขั้นตอนที่ 6: Arduino Integrated Development Environment (IDE)

หากคุณยังไม่ได้ติดตั้ง Arduino IDE คุณสามารถดาวน์โหลดได้จาก Arduino.cc

หากคุณต้องการข้อมูลเบื้องต้นเพิ่มเติมสำหรับการทำงานในระบบนิเวศ Arduino เราขอแนะนำให้ตรวจสอบคำแนะนำสำหรับ HackerBoxes Starter Workshop

เสียบนาโนเข้ากับสายเคเบิล MicroUSB และปลายอีกด้านของสายเคเบิลเข้ากับพอร์ต USB บนคอมพิวเตอร์ เปิดซอฟต์แวร์ Arduino IDE เลือกพอร์ต USB ที่เหมาะสมใน IDE ภายใต้เครื่องมือ>พอร์ต (น่าจะเป็นชื่อที่มี "wchusb" อยู่ในนั้น). เลือก "Arduino Nano" ใน IDE ภายใต้ tools>board

สุดท้าย โหลดโค้ดตัวอย่างบางส่วน:

ไฟล์->ตัวอย่าง->พื้นฐาน->กะพริบ

นี่คือรหัสที่โหลดไว้ล่วงหน้าบน Nano และควรจะทำงานในขณะนี้เพื่อกะพริบไฟ LED สีน้ำเงินอย่างช้าๆ ดังนั้น หากเราโหลดโค้ดตัวอย่างนี้ จะไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลง ให้ปรับเปลี่ยนโค้ดเล็กน้อยแทน

เมื่อมองใกล้ ๆ คุณจะเห็นว่าโปรแกรมเปิดไฟ LED รอ 1,000 มิลลิวินาที (หนึ่งวินาที) ปิดไฟ LED รออีกหนึ่งวินาทีแล้วทำทุกอย่างอีกครั้ง - ตลอดไป

แก้ไขโค้ดโดยเปลี่ยนคำสั่ง "delay(1000)" ทั้งคู่เป็น "delay(100)" การปรับเปลี่ยนนี้จะทำให้ LED กะพริบเร็วขึ้น 10 เท่า จริงไหม?

มาโหลดโค้ดที่แก้ไขแล้วลงใน Nano โดยคลิกปุ่ม UPLOAD (ไอคอนลูกศร) เหนือโค้ดที่คุณแก้ไข ดูรหัสด้านล่างสำหรับข้อมูลสถานะ: "กำลังรวบรวม" แล้ว "กำลังอัปโหลด" ในที่สุด IDE ควรระบุว่า "การอัปโหลดเสร็จสมบูรณ์" และไฟ LED ของคุณควรกะพริบเร็วขึ้น

ถ้าเป็นเช่นนั้นขอแสดงความยินดี! คุณเพิ่งแฮ็คโค้ดฝังตัวชิ้นแรกของคุณ

เมื่อโหลดและเรียกใช้เวอร์ชันกะพริบเร็วของคุณแล้ว ทำไมไม่ลองดูว่าคุณสามารถเปลี่ยนรหัสอีกครั้งเพื่อทำให้ไฟ LED กะพริบเร็วสองครั้งแล้วรอสองสามวินาทีก่อนที่จะทำซ้ำได้หรือไม่ ให้มันลอง! แล้วรูปแบบอื่นๆล่ะ? เมื่อคุณประสบความสำเร็จในการแสดงภาพผลลัพธ์ที่ต้องการ เข้ารหัส และสังเกตว่ามันทำงานได้ตามที่วางแผนไว้ คุณได้ก้าวไปสู่การเป็นแฮ็กเกอร์ฮาร์ดแวร์ที่มีความสามารถ

ขั้นตอนที่ 7: Arduino Nano Header Pins

ตอนนี้คอมพิวเตอร์สำหรับการพัฒนาของคุณได้รับการกำหนดค่าให้โหลดโค้ดไปยัง Arduino Nano และได้ทดสอบ Nano แล้ว ให้ถอดสาย USB ออกจาก Nano และเตรียมพร้อมสำหรับการบัดกรี

หากคุณเพิ่งเริ่มบัดกรี มีคำแนะนำและวิดีโอดีๆ มากมายเกี่ยวกับการบัดกรีแบบออนไลน์ นี่คือตัวอย่างหนึ่ง หากคุณรู้สึกว่าต้องการความช่วยเหลือเพิ่มเติม ให้ลองค้นหากลุ่มผู้ผลิตในพื้นที่หรือพื้นที่แฮ็กเกอร์ในพื้นที่ของคุณ นอกจากนี้ สโมสรวิทยุสมัครเล่นยังเป็นแหล่งประสบการณ์ด้านอิเล็กทรอนิกส์ที่ยอดเยี่ยมอยู่เสมอ

ประสานส่วนหัวแถวเดี่ยวสองแถว (แต่ละหมุดสิบห้าพิน) เข้ากับโมดูล Arduino Nano ตัวเชื่อมต่อ ICSP แบบหกพิน (การเขียนโปรแกรมอนุกรมในวงจร) จะไม่ถูกใช้ในโครงการนี้ ดังนั้นให้ปล่อยหมุดเหล่านั้นออก

เมื่อบัดกรีเสร็จแล้ว ให้ตรวจสอบสะพานบัดกรีและ/หรือข้อต่อบัดกรีเย็นอย่างระมัดระวัง สุดท้ายให้ต่อ Arduino Nano กลับไปที่สาย USB และตรวจสอบว่าทุกอย่างยังทำงานได้อย่างถูกต้อง

ขั้นตอนที่ 8: ส่วนประกอบสำหรับ BioSense PCB Kit

เมื่อโมดูลไมโครคอนโทรลเลอร์พร้อมใช้งาน ก็ถึงเวลาประกอบบอร์ด BioSense

รายการส่วนประกอบ:

• U1:: 7805 ตัวควบคุม 5V 0.5A TO-252 (เอกสารข้อมูล)
• U2:: MAX1044 ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า DIP8 (เอกสารข้อมูล)
• U3:: AD623N Instrumentation Amplifier DIP8 (เอกสารข้อมูล)
• U4:: TLC2272344P OpAmp DIP8 DIP8 (เอกสารข้อมูล)
• U5:: INA106 ดิฟเฟอเรนเชียลแอมพลิฟายเออร์ DIP8 (เอกสารข้อมูล)
• U6, U7, U8:: TL072 OpAmp DIP8 (เอกสารข้อมูล)
• D1, D2:: 1N4148 การสลับแกนนำไดโอด
• S1, S2:: SPDT Slide Switch 2.54mm Pitch
• S3, S4, S5, S6:: ปุ่มสัมผัสชั่วขณะ 6 มม. X 6 มม. X 5 มม
• BZ1:: Passive Piezo Buzzer 6.5mm Pitch
• R1, R2, R6, R12, R16, R17, R18, R19, R20:: ตัวต้านทาน 10KOhm [BRN BLK ORG]
• R3, R4:: ตัวต้านทาน 47KOhm [YEL VIO ORG]
• R5:: ตัวต้านทาน 33KOhm [ORG ORG ORG]
• R7:: ตัวต้านทาน 2.2MOhm [RED RED GRN]
• R8, R23:: ตัวต้านทาน 1KOhm [BRN BLK RED]
• R10, R11:: ตัวต้านทาน 1MOhm [BRN BLK GRN]
• R13, R14, R15:: ตัวต้านทาน 150KOhm [BRN GRN YEL]
• R21, R22:: ตัวต้านทาน 82KOhm [GRY RED ORG]
• R9:: โพเทนชิโอมิเตอร์ทริมเมอร์ 10KOhm "103"
• R24:: โพเทนชิโอมิเตอร์ทริมเมอร์ 100KOhm "104"
• C1, C6, C11:: 1uF 50V ฝาครอบเสาหิน 5 มม. ทางลาด "105"
• C2, C3, C4, C5, C7, C8:: 10uF 50V ฝาครอบเสาหิน 5 มม. ระยะห่าง "106"
• C9:: 560pF 50V ฝาครอบเสาหิน 5 มม. ทางลาด “561”
• C10:: 0.01uF 50V ฝาครอบเสาหิน 5 มม. ทางลาด "103"
• คลิปแบตเตอรี่ 9V พร้อมสายไฟ
• 1x40pin ตัวเมีย BREAK-AWAY HEADER 2.54mm Pitch
• ซ็อกเก็ต DIP8 เจ็ดตัว
• ซ็อกเก็ต PCB-Mount แบบเสียง 3.5 มม. สองตัว

ขั้นตอนที่ 9: ประกอบ BioSense PCB

ตัวต้านทาน: ตัวต้านทานมีค่าต่างกันแปดค่า พวกเขาไม่สามารถใช้แทนกันได้และต้องวางอย่างระมัดระวังตรงที่ที่พวกเขาอยู่ เริ่มต้นด้วยการระบุค่าของตัวต้านทานแต่ละประเภทโดยใช้รหัสสีที่แสดงในรายการส่วนประกอบ (และ/หรือโอห์มมิเตอร์) เขียนค่าบนเทปกระดาษที่ติดตัวต้านทาน ทำให้ยากขึ้นมากที่จะลงเอยด้วยตัวต้านทานผิดที่ ตัวต้านทานไม่มีโพลาไรซ์และสามารถใส่ได้ทั้งสองทิศทาง เมื่อบัดกรีเข้าที่แล้ว เล็มลีดให้ชิดด้านหลังของบอร์ด

ตัวเก็บประจุ: ตัวเก็บประจุมีสี่ค่าที่แตกต่างกัน พวกเขาไม่สามารถใช้แทนกันได้และต้องวางอย่างระมัดระวังตรงที่ที่พวกเขาอยู่ เริ่มต้นด้วยการระบุค่าของตัวเก็บประจุแต่ละประเภทโดยใช้เครื่องหมายตัวเลขที่แสดงในรายการส่วนประกอบ ตัวเก็บประจุเซรามิกไม่มีโพลาไรซ์และสามารถใส่ได้ทั้งสองทิศทาง เมื่อบัดกรีเข้าที่แล้ว ให้เล็มลีดให้ชิดด้านหลังของบอร์ด

แหล่งจ่ายไฟ: ส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์สองตัวที่ประกอบเป็นแหล่งจ่ายไฟคือ U1 และ U2 ประสานสิ่งเหล่านี้ต่อไป เมื่อทำการบัดกรี U1 โปรดทราบว่าหน้าแปลนแบนเป็นอุปกรณ์พินกราวด์และตัวระบายความร้อน ต้องบัดกรีให้แน่นกับ PCB ชุดประกอบด้วยซ็อกเก็ต DIP8 อย่างไรก็ตาม สำหรับตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า U2 เราขอแนะนำอย่างยิ่งให้บัดกรี IC เข้ากับบอร์ดโดยตรงโดยไม่ต้องใช้ซ็อกเก็ต

ประสานบนสวิตช์สไลด์สองตัวและสายคลิปแบตเตอรี่ 9V โปรดทราบว่าหากคลิปแบตเตอรี่ของคุณมาพร้อมกับปลั๊กต่อที่สาย คุณสามารถตัดขั้วต่อออกได้

ในเวลานี้ คุณสามารถเสียบแบตเตอรี่ 9V พลิกสวิตช์เปิดเครื่อง และใช้โวลต์มิเตอร์เพื่อตรวจสอบว่าแหล่งจ่ายไฟของคุณสร้างราง -9V และราง +5V จาก +9V ที่ให้มา ขณะนี้เรามีอุปกรณ์จ่ายแรงดันไฟฟ้าสามตัวและกราวด์ทั้งหมดจากแบตเตอรี่ 9V หนึ่งก้อน ถอดแบตเตอรี่ออกเพื่อประกอบต่อ

ไดโอด: ไดโอด D1 และ D2 สองตัวเป็นส่วนประกอบขนาดเล็กที่มีแกนตะกั่วและมีสีส้มคล้ายแก้ว พวกมันถูกโพลาไรซ์และควรวางแนวเพื่อให้เส้นสีดำบนแพ็คเกจไดโอดเรียงตัวกับเส้นหนาบนซิลค์สกรีน PCB

HEADER SOCKETS: แยกส่วนหัว 40 พินออกเป็นสามส่วน โดยแต่ละตำแหน่งมี 3, 15 และ 15 ตำแหน่ง หากต้องการตัดส่วนหัวให้ยาว ให้ใช้คีมตัดลวดขนาดเล็กเพื่อตัดผ่านตำแหน่ง ONE PAST ที่คุณต้องการให้แถบซ็อกเก็ตสิ้นสุด หมุด/รูที่คุณตัดผ่านจะถูกสังเวย ส่วนหัวแบบสามพินใช้สำหรับพัลส์เซนเซอร์ที่ด้านบนของบอร์ดโดยมีหมุดระบุว่า "GND 5V SIG" ส่วนหัวสิบห้าพินสองอันสำหรับ Arduino Nano โปรดจำไว้ว่าตัวเชื่อมต่อ ICSP แบบหกพิน (การเขียนโปรแกรมอนุกรมในวงจร) ของ Nano ไม่ได้ใช้ที่นี่และไม่ต้องการส่วนหัว เราไม่แนะนำให้เชื่อมต่อจอแสดงผล OLED กับส่วนหัว ประสานส่วนหัวเข้าที่และปล่อยให้ว่างเปล่าในตอนนี้

DIP SOCKETS: ชิปแอมพลิฟายเออร์หกตัว U3-U8 ทั้งหมดอยู่ในแพ็คเกจ DIP8 ประสานซ็อกเก็ตชิป DIP8 ในแต่ละตำแหน่งทั้งหกนั้น โดยให้แน่ใจว่าได้จัดแนวรอยบากในซ็อกเก็ตให้สอดคล้องกับรอยบากบนซิลค์สกรีน PCB ประสานซ็อกเก็ตโดยไม่ต้องใส่ชิปเข้าไป ปล่อยให้ว่างเปล่าในตอนนี้

ส่วนประกอบที่เหลือ: ในที่สุดประสานปุ่มกดสี่ปุ่ม ทริมพอตสองตัว (โปรดทราบว่าค่าเหล่านี้เป็นสองค่าที่แตกต่างกัน) ออด (โปรดทราบว่ามันเป็นโพลาไรซ์) แจ็คสไตล์เสียง 3.5 มม. สองตัว และสุดท้ายคือจอแสดงผล OLED

ส่วนประกอบที่ถูกเสียบ: เมื่อการบัดกรีทั้งหมดเสร็จสิ้น อาจใส่ชิปแอมพลิฟายเออร์หกตัว (คำนึงถึงการวางแนวของรอยบาก) นอกจากนี้ อาจเสียบ Arduino Nano กับขั้วต่อ USB ที่ขอบของบอร์ด BioSense

ขั้นตอนที่ 10: ความปลอดภัยทางไฟฟ้าและสวิตช์พาวเวอร์ซัพพลาย

ในแผนผังของ HackerBoxes BioSense Board โปรดทราบว่ามีส่วน HUMAN INTERFACE (หรือ ANALOG) และส่วน DIGITAL ด้วย ความมึนงงเดียวที่ตัดกันระหว่างสองส่วนนี้คือสายอินพุตแบบอะนาล็อกสามเส้นไปยัง Arduino Nano และแหล่งจ่ายแบตเตอรี่ +9V ซึ่งสามารถเปิดได้โดยใช้สวิตช์ USB/BAT S2

ด้วยความระมัดระวังอย่างยิ่ง เป็นเรื่องปกติที่จะหลีกเลี่ยงการมีวงจรใดๆ ที่เชื่อมต่อกับร่างกายมนุษย์ที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานจากผนัง (สายไฟ สายไฟ ขึ้นอยู่กับว่าคุณอาศัยอยู่ที่ไหน) ดังนั้น ส่วน HUMAN INTERFACE ของบอร์ดจึงใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ 9V เท่านั้น อย่างไรก็ตาม ไม่น่าเป็นไปได้ที่คอมพิวเตอร์จะเสียบไฟ 120V เข้ากับสาย USB ที่เชื่อมต่อโดยกะทันหัน ซึ่งเป็นกรมธรรม์ประกันภัยเพิ่มเติมเล็กน้อย ข้อดีเพิ่มเติมสำหรับการออกแบบนี้คือ เราสามารถจ่ายไฟให้กับบอร์ดทั้งหมดจากแบตเตอรี่ 9V หากเราไม่ต้องการเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์

สวิตช์เปิด/ปิด (S1) ทำหน้าที่ถอดแบตเตอรี่ 9V ออกจากวงจรโดยสิ้นเชิง ใช้ S1 เพื่อปิดส่วนแอนะล็อกของบอร์ดโดยสมบูรณ์เมื่อไม่ได้ใช้งาน

USB/BAT SWITCH (S2) ทำหน้าที่เชื่อมต่อแบตเตอรี่ 9V เข้ากับแหล่งจ่ายดิจิตอลของ Nano และ OLED ปล่อยให้ S2 อยู่ในตำแหน่ง USB เมื่อบอร์ดเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ผ่านสาย USB และคอมพิวเตอร์จะจัดหาแหล่งจ่ายดิจิทัล เมื่อนาโนและ OLED ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ 9V เพียงแค่สลับ S2 ไปที่ตำแหน่ง BAT

หมายเหตุเกี่ยวกับสวิตช์จ่ายไฟ: ถ้า S1 เปิดอยู่ S2 อยู่ใน USB และไม่มีพลังงาน USB ให้ Nano จะพยายามจ่ายไฟเองผ่านพินอินพุตแบบอะนาล็อก แม้ว่าจะไม่ใช่ปัญหาด้านความปลอดภัยของมนุษย์ แต่นี่เป็นเงื่อนไขที่ไม่พึงปรารถนาสำหรับเซมิคอนดักเตอร์ที่ละเอียดอ่อนและไม่ควรยืดเยื้อ

ขั้นตอนที่ 11: ไลบรารีแสดงผล OLED

ในการทดสอบเบื้องต้นของจอแสดงผล OLED ให้ติดตั้งไดรเวอร์จอแสดงผล OLED ของ SSD1306 ที่พบใน Arduino IDE

ทดสอบจอแสดงผล OLED โดยโหลดตัวอย่าง ssd1306/snowflakes และตั้งโปรแกรมลงในบอร์ด BioSense

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าใช้งานได้ก่อนที่จะดำเนินการต่อ

ขั้นตอนที่ 12: เฟิร์มแวร์สาธิต BioSense

เรามาเล่นเกมกัน ศาสตราจารย์ฟัลเคน?

นอกจากนี้ยังมีเกม Arkanoid ที่ยอดเยี่ยมในตัวอย่าง SSD1306 เพื่อให้สามารถทำงานร่วมกับบอร์ด BioSense ได้ โค้ดที่เริ่มต้นและอ่านปุ่มต่างๆ จะต้องได้รับการแก้ไข เราได้ใช้เสรีภาพในการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวในไฟล์ "biosense.ino" ที่แนบมานี้

ทำซ้ำโฟลเดอร์ arkanoid จากตัวอย่าง SSD1306 ไปยังโฟลเดอร์ใหม่ที่คุณตั้งชื่อว่า biosense ลบไฟล์ arkanoid.ino ออกจากโฟลเดอร์นั้นแล้ววางในไฟล์ "biosense.ino" ตอนนี้รวบรวมและอัปโหลด biosense ไปยังนาโน การกดปุ่มขวาสุด (ปุ่ม 4) จะเป็นการเปิดเกม ไม้พายถูกควบคุมโดยปุ่ม 1 ทางด้านซ้ายและปุ่ม 4 ทางด้านขวา ยิงได้สวยนะ BrickOut

กดปุ่มรีเซ็ตบน Arduino Nano เพื่อกลับไปที่เมนูหลัก

ขั้นตอนที่ 13: โมดูลเซ็นเซอร์พัลส์

โมดูลเซ็นเซอร์พัลส์อาจเชื่อมต่อกับบอร์ด BioSense โดยใช้ส่วนหัวสามพินที่ด้านบนของบอร์ด

โมดูลเซ็นเซอร์พัลส์ใช้แหล่งกำเนิดแสง LED และเซ็นเซอร์ภาพถ่ายแสงแวดล้อม APDS-9008 (เอกสารข้อมูล) เพื่อตรวจจับแสง LED ที่สะท้อนผ่านปลายนิ้วหรือใบหูส่วนล่าง สัญญาณจากเซ็นเซอร์วัดแสงแวดล้อมจะถูกขยายและกรองโดยใช้ออปแอมป์ MCP6001 ไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถอ่านสัญญาณได้

การกดปุ่ม 3 จากเมนูหลักของภาพร่าง biosense.ino จะถ่ายทอดตัวอย่างสัญญาณเอาต์พุตของเซ็นเซอร์พัลส์ผ่านอินเทอร์เฟซ USB ใต้เมนู TOOLS ของ Arduino IDE ให้เลือก "Serial Plotter" และตรวจสอบให้แน่ใจว่าตั้งค่าอัตรารับส่งข้อมูลไว้ที่ 115200 วางปลายนิ้วของคุณเบา ๆ เหนือแสงบนเซ็นเซอร์ชีพจร

รายละเอียดเพิ่มเติมและโครงการที่เกี่ยวข้องกับโมดูลเซ็นเซอร์ชีพจรสามารถพบได้ที่นี่

ขั้นตอนที่ 14: Electromyograph (EMG)

เสียบสายอิเล็กโทรดเข้ากับแจ็ค 3.5 มม. ด้านล่างที่มีป้ายกำกับ EMG และจัดตำแหน่งอิเล็กโทรดตามที่แสดงในแผนภาพ

การกดปุ่ม 1 จากเมนูหลักของภาพร่าง biosense.ino จะถ่ายทอดตัวอย่างสัญญาณเอาท์พุต EMG ผ่านอินเทอร์เฟซ USB ใต้เมนู TOOLS ของ Arduino IDE ให้เลือก "Serial Plotter" และตรวจสอบให้แน่ใจว่าตั้งค่าอัตรารับส่งข้อมูลไว้ที่ 115200

คุณสามารถทดสอบ EMG กับกลุ่มกล้ามเนื้ออื่นๆ ได้ แม้แต่กล้ามเนื้อคิ้วที่หน้าผากของคุณ

วงจร EMG ของ BioSense Board ได้รับแรงบันดาลใจจาก Instructable จาก Advancer Technologies ซึ่งคุณควรตรวจสอบโครงการ แนวคิด และวิดีโอเพิ่มเติม

ขั้นตอนที่ 15: คลื่นไฟฟ้าหัวใจ (ECG)

เสียบสายอิเล็กโทรดเข้ากับแจ็ค 3.5 มม. ด้านบนที่มีป้ายกำกับว่า ECG/EEG และจัดตำแหน่งอิเล็กโทรดตามที่แสดงในแผนภาพ มีสองตัวเลือกพื้นฐานสำหรับการจัดวางอิเล็กโทรด ECG อันแรกอยู่ด้านในของข้อมือโดยอ้างอิง (สายสีแดง) ที่หลังมือข้างหนึ่ง ตัวเลือกแรกนี้ง่ายกว่าและสะดวกกว่า แต่มักจะมีเสียงดังกว่าเล็กน้อย ตัวเลือกที่สองคือพาดหน้าอกโดยอ้างอิงที่หน้าท้องด้านขวาหรือขาบน

การกดปุ่ม 2 จากเมนูหลักของภาพร่าง biosense.ino จะถ่ายทอดตัวอย่างสัญญาณเอาต์พุต ECG ผ่านอินเทอร์เฟซ USB ใต้เมนู TOOLS ของ Arduino IDE ให้เลือก "Serial Plotter" และตรวจสอบให้แน่ใจว่าตั้งค่าอัตรารับส่งข้อมูลไว้ที่ 115200

วงจร ECG/EEG ของ BioSense Board ได้รับแรงบันดาลใจจาก Heart and Brain SpikerShield จาก Backyard Brains ตรวจสอบไซต์ของพวกเขาสำหรับโครงการเพิ่มเติม แนวคิด และวิดีโอ ECG ที่ยอดเยี่ยมนี้

ขั้นตอนที่ 16: คลื่นไฟฟ้าสมอง (EEG)

เสียบสายอิเล็กโทรดเข้ากับแจ็ค 3.5 มม. ด้านบนที่มีป้ายกำกับ ECG/EEG และจัดตำแหน่งอิเล็กโทรดตามที่แสดงในแผนภาพ มีตัวเลือกมากมายสำหรับการจัดวางอิเล็กโทรด EEG โดยมีตัวเลือกพื้นฐานสองแบบที่แสดงไว้ที่นี่

จุดแรกอยู่ที่หน้าผากโดยอ้างอิง (ตะกั่วสีแดง) ที่ใบหูส่วนล่างหรือปุ่มกกหู ตัวเลือกแรกนี้สามารถใช้ลีดแบบสแน็ปอินและอิเล็กโทรดเจลแบบเดียวกับที่ใช้สำหรับ ECG

ตัวเลือกที่สองที่ด้านหลังศีรษะ หากคุณหัวล้าน อิเล็กโทรดเจลก็จะทำงานที่นี่เช่นกัน มิฉะนั้น การสร้างอิเล็กโทรดที่สามารถ "ทะลุผ่าน" เส้นผมได้เป็นความคิดที่ดี ตัวเชื่อมแบบล็อคเครื่องซักผ้าเป็นตัวเลือกที่ดี ใช้คีมเข็มกับแถบเล็กๆ (ในกรณีนี้ 6 อัน) ด้านในแหวนงอ จากนั้นให้ทั้งหมดยื่นออกมาในทิศทางเดียวกัน การวางใต้แถบคาดศีรษะแบบยืดหยุ่นจะค่อยๆ ดันส่วนที่ยื่นออกมาเหล่านี้ผ่านผมและสัมผัสกับหนังศีรษะด้านล่าง สามารถใช้เจลนำไฟฟ้าเพื่อปรับปรุงการเชื่อมต่อได้ตามความจำเป็น เพียงผสมเกลือแกงกับของเหลวข้นๆ เช่น ปิโตรเลียมเจลลี่ หรือน้ำผสมแป้งหรือแป้ง น้ำเค็มเพียงอย่างเดียวก็ใช้ได้ แต่จะต้องบรรจุไว้ในฟองน้ำขนาดเล็กหรือสำลีก้อน

การกดปุ่ม 2 จากเมนูหลักของภาพร่าง biosense.ino จะถ่ายทอดตัวอย่างสัญญาณเอาต์พุต EEG ผ่านอินเทอร์เฟซ USB ใต้เมนู TOOLS ของ Arduino IDE ให้เลือก "Serial Plotter" และตรวจสอบให้แน่ใจว่าตั้งค่าอัตรารับส่งข้อมูลไว้ที่ 115200

โครงการและทรัพยากร EEG เพิ่มเติม:

คำแนะนำนี้ใช้การออกแบบที่คล้ายคลึงกันกับ BioSense EEG และยังสาธิตการประมวลผลเพิ่มเติมและแม้แต่วิธีการเล่น EEG Pong!

Backyard Brains ยังมีวิดีโอที่ดีสำหรับการวัด EEG

ไบรอันเบย์

OpenEEG

OpenViBe

สัญญาณ EEG สามารถวัดผลกระทบของคลื่นสมองแบบสโตรโบสโคป (เช่น การใช้ Mindroid)

ขั้นตอนที่ 17: โซนท้าทาย

คุณสามารถแสดงร่องรอยสัญญาณแอนะล็อกบน OLED นอกเหนือจาก Serial Plotter ได้หรือไม่?

เป็นจุดเริ่มต้น ลองดูโครงการนี้จาก Xtronical

การดูโครงการ Tiny Scope อาจเป็นประโยชน์

แล้วการเพิ่มตัวบ่งชี้ข้อความสำหรับอัตราสัญญาณหรือพารามิเตอร์ที่น่าสนใจอื่น ๆ ล่ะ?

ขั้นตอนที่ 18: กล่องสมัครสมาชิกรายเดือน BioBox

Applied Science Ventures ซึ่งเป็นบริษัทแม่ของ HackerBoxes มีส่วนร่วมในแนวคิดกล่องสมัครสมาชิกใหม่ที่น่าตื่นเต้น BioBox จะสร้างแรงบันดาลใจและให้ความรู้กับโครงการต่างๆ ในด้านวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิต การแฮ็กชีวภาพ สุขภาพ และประสิทธิภาพของมนุษย์ ไม่ใช้เซ็นเซอร์ออปติคัลเพื่อรับข่าวสารและส่วนลดสำหรับสมาชิกเช่าเหมาลำโดยทำตามหน้า Facebook BioBox

ขั้นตอนที่ 19: แฮ็กดาวเคราะห์

หากคุณชอบคำแนะนำนี้และต้องการมีกล่องอิเล็กทรอนิกส์และโปรเจ็กต์เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์แบบนี้ส่งตรงไปยังกล่องจดหมายของคุณทุกเดือน โปรดเข้าร่วมการปฏิวัติ HackerBox โดยสมัครที่นี่

ติดต่อและแบ่งปันความสำเร็จของคุณในความคิดเห็นด้านล่างหรือบนหน้า Facebook ของ HackerBoxes โปรดแจ้งให้เราทราบหากคุณมีคำถามหรือต้องการความช่วยเหลือ ขอบคุณที่เป็นส่วนหนึ่งของ HackerBoxes โปรดให้ข้อเสนอแนะและข้อเสนอแนะของคุณมา HackerBox เป็นกล่องของคุณ มาทำอะไรที่ยอดเยี่ยมกัน!