Handheld EEG Focus Monitor: 32 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Η ζωή του κολεγίου απαιτεί εστίαση για μαθήματα, εργασίες και έργα. Πολλοί μαθητές δυσκολεύονται να επικεντρωθούν σε αυτές τις περιόδους, γι 'αυτό η παρακολούθηση και η κατανόηση της ικανότητάς σας να εστιάζετε είναι τόσο σημαντική. Δημιουργήσαμε μια συσκευή βιοαισθητήρα που μετράει τα κύματα εγκεφάλου σας για να μετρήσει το επίπεδο εστίασης και εμφανίζει τα δεδομένα για να τα δείτε. Το ακρωνύμιο "EEG" σημαίνει ηλεκτροεγκεφαλογράφος, που σημαίνει ότι είναι ένα μηχάνημα που χρησιμοποιείται για την καταγραφή ηλεκτρικής δραστηριότητας στον εγκέφαλο.

Αυτός ο βιοαισθητήρας απαιτεί είσοδο σήματος EEG και το δάχτυλό σας να πατήσει στην οθόνη για να δημιουργήσετε ένα γράφημα συχνότητας και εξαγόμενα δεδομένα (προαιρετικά) που μπορούν να αντιγραφούν στο Excel.

Αποποίηση ευθυνών: Αυτός ο βιοαισθητήρας ΔΕΝ είναι ιατρική συσκευή.

Προμήθειες

• Arduino Uno ($ 23)
• Breadboard ($ 5,50)
• Ασπίδα αφής TFT 2,8 "για Arduino με ανθεκτική οθόνη αφής (34,95 $)
• Σύρματα (0,95 $)
• EEG Bitalino ($ 40,79)
• Ηλεκτρόδια (9,13 $)
• Αξεσουάρ 3 αγωγών (21,48 $)
• Σκουπίδια αλκοόλ (4,65 $) (προαιρετικά)
• Μπαταρία 9V (2,18 $)
• Θήκη μπαταρίας 9V (1,69 $)
• Καλώδιο USB 2.0 A/B 3,95 $)

• Εργαλεία

  • Wire Stripper ($ 6,26)
  • Κορδόνι / ακουστικά για να στερεώσετε τα καλώδια πάνω από το κεφάλι σας (προαιρετικά)

Συνολικό κόστος: $ 142 (ανάλογα με τις διακυμάνσεις της τιμής)

Βήμα 1: Προαπαιτούμενα

• Κάποιες βασικές γνώσεις για το πώς διαβάζονται τα εγκεφαλικά κύματα θα ήταν χρήσιμες για την κατανόηση του γραφήματος, αλλά όχι απαραίτητες.

  Αυτός είναι ένας καλός πόρος για κάποιες βασικές πληροφορίες παρασκηνίου.

• Θα χρειαστείτε επίσης πρόσβαση στον ιστότοπο του GitHub για να λάβετε τον κωδικό μας.
• Θα χρειαστεί να κατεβάσετε την εφαρμογή Arduino.

Βήμα 2: Προφυλάξεις ασφαλείας

• Βεβαιωθείτε ότι το κύκλωμα δεν τροφοδοτείται (η μπαταρία είναι απενεργοποιημένη, το USB δεν είναι συνδεδεμένο) όταν τροποποιείτε το κύκλωμα.
• Βεβαιωθείτε ότι δεν υπάρχουν υγρά κοντά που μπορεί να χυθούν στο κύκλωμα.
• ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ: Αυτό ΔΕΝ είναι ιατρική συσκευή και δεν έχει την ίδια ακρίβεια. Χρησιμοποιήστε ένα σωστό ΗΕΓ εάν πρέπει να κάνετε μια μελέτη για εγκεφαλικά κύματα.
• Κρατήστε τα χέρια σας στεγνά όταν εργάζεστε με το κύκλωμα ή τον βιοαισθητήρα.

Βήμα 3: Συμβουλές και συμβουλές

Αντιμετώπιση προβλημάτων

• Βεβαιωθείτε ότι τα καλώδια σας είναι συνδεδεμένα στις σωστές ακίδες. Εάν όχι, θα εμφανιστεί μια ακατανόητη ανάγνωση.
• Όταν συνδέετε την οθόνη σας, βεβαιωθείτε ότι δεν έχετε τοποθετήσει τα πάντα μια ακίδα χαμηλότερα (αν παρατηρήσετε ότι κάποια από τις καρφίτσες της οθόνης δεν είναι συνδεδεμένη, αυτός είναι ο λόγος)
• Βεβαιωθείτε ότι έχετε συνδέσει σωστά το BITalino (με βάση το λογότυπο και το σήμα EEG όπως φαίνεται στις οδηγίες)
• Βεβαιωθείτε ότι η οθόνη συνδέεται σωστά σε σημείο που το μέταλλο των ακίδων να μην είναι πλέον ορατό.
• Εάν ο κώδικας δεν καταφέρει να μεταγλωττιστεί και δεν μπορεί να βρει μια συγκεκριμένη βιβλιοθήκη, βεβαιωθείτε ότι έχετε εγκαταστήσει όλες τις αναφερόμενες βιβλιοθήκες.

Insights

Θυμηθείτε να λάβετε υπόψη τον χώρο που χρειάζεστε για να απογυμνώσετε το σύρμα πριν το κόψετε σε μήκος

• Πριν εφαρμόσετε τα ηλεκτρόδια στο μέτωπό σας, φροντίστε να το πλύνετε και να το στεγνώσετε πρώτα ή να χρησιμοποιήσετε ένα σφουγγάρι με οινόπνευμα για να μειώσετε τη σύνθετη αντίσταση.
• Η χρήση ενός Arduino Mega θα παρέχει επιπλέον αναλογικές και ψηφιακές ακίδες, πράγμα που σημαίνει ότι δεν θα χρειαστεί να "μοιραστείτε" ακίδες μεταξύ των καλωδίων και της οθόνης όπως κάνουμε σε αυτό το μοντέλο.

Βήμα 4: Η επιστήμη πίσω από τη συσκευή

Ο εγκέφαλός σας παράγει διαφορετικές συχνότητες ηλεκτρικών σημάτων ανάλογα με το επίπεδο συνείδησης/εστίασης. Παράγει κύματα γάμμα (32-100 Hz) όταν είναι εξαιρετικά επικεντρωμένο σε μια εργασία, επεξεργασία πληροφοριών ή μάθηση. Παράγει κύματα βήτα (13-32 Hz) όταν είστε σε εγρήγορση, σκέφτεστε ή είστε ενθουσιασμένοι. Τα κύματα άλφα (8-13 Hz) παράγονται εάν είστε σωματικά και ψυχικά χαλαροί. Τα κύματα Θήτα (4-8 Hz) εμφανίζονται κατά τη διάρκεια του βαθύ διαλογισμού ή του ύπνου REM (γρήγορη κίνηση των ματιών). Τα κύματα δέλτα (<4 Hz) εμφανίζονται κατά τη διάρκεια βαθύ, χωρίς όνειρο ύπνο.

Ο αισθητήρας μας θα σας ενημερώσει για το πόσο από κάθε κύμα υπάρχει για να σας επιτρέψει να μετρήσετε το επίπεδο εστίασης. Ανιχνεύει μόνο μήκη κύματος από 0Hz-59Hz, το οποίο είναι το εύρος όπου συμβαίνουν τα περισσότερα εγκεφαλικά κύματα.

Εάν προτιμάτε ένα σεμινάριο βίντεο, εδώ είναι ένα καλό βίντεο που μπορείτε να παρακολουθήσετε.

Στο εισαγωγικό μας βίντεο, μιλήσαμε για το Fast Fourier Transform. Αυτό το βίντεο εξηγεί τι είναι αυτό.

Βήμα 5: Λωρίδες και κόψτε σύρματα

Για καλύτερα αποτελέσματα, θα χρειαστείτε 3 τεμάχια σε μήκος τουλάχιστον 5.

Εάν δεν έχετε ξαναγυρίσει καλώδιο, εδώ είναι ένα απλό σεμινάριο.

Συμβουλή: Όταν κόβετε το σύρμα, φροντίστε να αφήσετε χώρο για την απογύμνωση του σύρματος.

Βήμα 6: Βρόχο ένα άκρο κάθε σύρματος

Ο στόχος εδώ είναι να δημιουργήσετε έναν βρόχο στο ένα άκρο του εκτεθειμένου τμήματος του σύρματος. Αυτός ο βρόχος πρέπει να έχει περίπου το ίδιο μέγεθος με τους πείρους κάτω από την ασπίδα αφής TFT ή ελαφρώς μεγαλύτερος.

Βήμα 7: Εντοπίστε τις αντίστοιχες καρφίτσες κάτω από την οθόνη

Συγκρίνετε το Arduino Uno και το κάτω μέρος της οθόνης για να προσδιορίσετε τις αντίστοιχες ακίδες για 3.3V, GND και A5.

Υπόδειξη: Αν κοιτάξετε προσεκτικά, μπορείτε να δείτε τους κόκκινους κύκλους της εικόνας να κυκλώνουν τις καρφίτσες που σας ενδιαφέρουν.

Βήμα 8: Συνδέστε τα καλώδια στις ακίδες θωράκισης αφής TFT

Συνδέστε τους βρόχους που δημιουργήσατε στις ακίδες TFT Touch Shield που αντιστοιχούν στην αναλογική ακίδα 3.3V, GND και A5 στο Arduino.

Συμβουλή: Εάν δεν είστε σίγουροι σε ποια να το επισυνάψετε, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτά που απεικονίζονται στην παραπάνω εικόνα.

Βήμα 9: Σφίξτε τους βρόχους καλωδίων

Τσιμπήστε το μεταλλικό τμήμα του βρόχου σύρματος για να το σφίξετε. Αυτό θα εξασφαλίσει καλύτερη σύνδεση.

Βήμα 10: Συνδέστε την ασπίδα αφής TFT

Χρησιμοποιήστε τα δάχτυλά σας για να ασφαλίσετε τα καλώδια στις θέσεις τους και αναποδογυρίστε την ασπίδα αφής TFT. Συνδέστε το στο Arduino.

Βήμα 11: Συνδέστε τα καλώδια στο Breadboard

Συνδέστε το

• 3.3V καλώδιο στη στήλη + στο breadboard.
• Σύρμα GND στη στήλη - στο breadboard.
• Σύρμα Α5 σε οποιαδήποτε σειρά στο breadboard.

Συμβουλή: Τα καλώδια που βλέπετε να τρέχουν πάνω από την οθόνη είναι για λόγους απεικόνισης. Επιλέξαμε να τρέξουμε τα καλώδια κάτω από την οθόνη αφού τα καλώδια που είχαμε ήταν πολύ κοντά.

Βήμα 12: Συνδέστε το αξεσουάρ 3 καλωδίων

Συνδέστε το αξεσουάρ 3 καλωδίων στον αισθητήρα BITalino EEG. Συνδέστε το στην πλευρά που φέρει την ένδειξη "EEG".

Βήμα 13: Συνδέστε τον αισθητήρα EEG σε ένα καλώδιο

Συνδέστε τον καλωδιακό σας αισθητήρα EEG στο πλάι με το λογότυπο BITalino.

Βήμα 14: Συνδέστε το EEG στο Breadboard

Συνδέστε το άλλο άκρο των καλωδίων στο breadboard όπως φαίνεται στην εικόνα.

• Συνδέστε το κόκκινο σύρμα στη στήλη + της σανίδας ψωμιού
• Συνδέστε το μαύρο καλώδιο στη στήλη - του breadboard
• Συνδέστε το μοβ σύρμα στη σειρά με το σύρμα από τον πείρο Α5.

Βήμα 15: Κολλήστε ηλεκτρόδια στο μέτωπό σας

Αφαιρέστε τα ηλεκτρόδια και κολλήστε τα στο μέτωπό σας όπως φαίνεται στην εικόνα.

Βήμα 16: Συνδέστε τον εαυτό σας

Γίνετε ένα με το κύκλωμα συνδέοντας τα άκρα του αξεσουάρ 3 καλωδίων με τα ηλεκτρόδια στο μέτωπό σας. Το μεταλλικό κομμάτι στο ηλεκτρόδιο πρέπει να ταιριάζει όμορφα στις οπές του αξεσουάρ 3 αγωγών.

Δεν έχει σημασία ποιο καλώδιο πηγαίνει σε ποιο ηλεκτρόδιο αρκεί το λευκό να βρίσκεται στη μέση.

Βήμα 17: Ασφαλίστε τα καλώδια (προαιρετικά)

Εάν δεν θέλετε τα καλώδια να εμποδίζουν την προβολή σας, βάλτε τα πίσω πάνω από το κεφάλι σας και ασφαλίστε τα με κάτι. Επέλεξα να χρησιμοποιήσω ακουστικά για να το κάνω αυτό.

Βήμα 18: Τοποθετήστε την μπαταρία 9V στο πακέτο μπαταρίας

Τοποθετήστε την μπαταρία 9V στη μπαταρία.

Βήμα 19: Συνδέστε το πακέτο μπαταρίας 9V

Συνδέστε τη μπαταρία 9V στη θύρα που φαίνεται στην εικόνα. Κρατήστε τη μπαταρία απενεργοποιημένη όταν το κάνετε αυτό.

Βήμα 20: Λάβετε τον κώδικα από το Github

• Μεταβείτε σε αυτόν τον σύνδεσμο:
• Κάντε κλικ στο αρχείο Hand_Held_EEG.ino. Αντιγράψτε και επικολλήστε τον κώδικα στο παράθυρό σας Arduino.

Εναλλακτικά, μπορείτε να κάνετε κλικ στο πράσινο κουμπί "κλωνοποίηση ή λήψη", να το αποθηκεύσετε ως zip και, στη συνέχεια, να εξαγάγετε το αρχείο και να το ανοίξετε

Βήμα 21: Κατεβάστε τις κατάλληλες βιβλιοθήκες

Όταν προσπαθείτε να συντάξετε τον κώδικα, θα σας ζητηθεί να αναζητήσετε συγκεκριμένες βιβλιοθήκες.

• Μεταβείτε στα εργαλεία> Διαχείριση βιβλιοθηκών
• Πληκτρολογήστε τη βιβλιοθήκη που χρειάζεστε στη γραμμή αναζήτησης. Κατεβάστε αυτήν που ταιριάζει περισσότερο με την επιθυμητή βιβλιοθήκη.

• Αυτές είναι οι βιβλιοθήκες που θα χρειαστείτε:

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

Εναλλακτικά, μπορείτε να κατεβάσετε τις βιβλιοθήκες από αυτούς τους συνδέσμους. και αντιγράψτε τα στο φάκελο βιβλιοθηκών σας.

Arduino FFT:

SPI:

Σύρμα:

Adafruit ILI9341:

Adafruit STMPE610:

Adafruit GFX:

Βήμα 22: Συνδέστε το Arduino UNO στον υπολογιστή σας

Συνδέστε το Arduino UNO στον υπολογιστή σας χρησιμοποιώντας το καλώδιο USB.

Βήμα 23: Ανεβάστε τον κώδικα

Πατήστε το κουμπί μεταφόρτωσης στο παράθυρο Arduino όπως φαίνεται στον κόκκινο κύκλο στην παραπάνω εικόνα. Περιμένετε να ολοκληρωθεί η μεταφόρτωση.

Βήμα 24: Το τελικό προϊόν

Αποσυνδέστε το καλώδιο USB και τώρα έχετε το τελικό προϊόν! Το μόνο που έχετε να κάνετε είναι να ενεργοποιήσετε την μπαταρία και να πατήσετε την οθόνη για να ξεκινήσετε τη συλλογή δεδομένων!

Όσο περισσότερες αιχμές βλέπετε στην αριστερή πλευρά, τόσο χαμηλότερο είναι το επίπεδο εστίασης.

Βήμα 25: Διάγραμμα EAGLE

Πάνω είναι το διάγραμμα EAGLE. Η TFT Touch Shield, ο αισθητήρας EEG και η μπαταρία 9V φέρουν ετικέτα. Το Arduino UNO έχει ήδη εκτυπώσει τη δική του ετικέτα.

Η μπαταρία 9V έχει το θετικό άκρο της συνδεδεμένο με τον ακροδέκτη 5V και το αρνητικό άκρο συνδέεται με τον ακροδέκτη GND του Arduino Uno.

Ο αισθητήρας EEG έχει τον πείρο VCC συνδεδεμένο με τον πείρο 3V, τον πείρο GND στον ακροδέκτη GND και τον πείρο REF στον ακροδέκτη Α5 του Arduino Uno.

Το TFT Touch Shield είναι συνδεδεμένο με όλες τις ακίδες του Arduino Uno.

Βήμα 26: Ανάγνωση των δεδομένων

Στο βήμα 4, υπήρχε ένα διάγραμμα που δείχνει ποιες συχνότητες εγκεφαλικών κυμάτων αντιστοιχούν σε ποιο επίπεδο συνείδησης/εστίασης. Το γράφημα μας είναι σε κλίμακα 10Hz ανά τετραγωνικό. Έτσι, αν δείτε μια κορυφή στο τέλος του 2ου τετραγώνου (όπως στην εικόνα). Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει μια πλειοψηφία εγκεφαλικών κυμάτων στα 20Hz. Αυτό υποδεικνύει κύματα βήτα, που σημαίνει ότι το άτομο είναι ξύπνιο και συγκεντρωμένο.

Βήμα 27: Άνοιγμα της σειριακής οθόνης (προαιρετικό)

Ανοίξτε τη σειριακή οθόνη κάτω από την καρτέλα εργαλεία επάνω αριστερά.

Or, μπορείτε να πατήσετε Ctrl+Shift+M

Βήμα 28: Κάντε μια ανάγνωση στην σειριακή οθόνη (προαιρετικό)

Με το arduino συνδεδεμένο στον υπολογιστή, κάντε μια ανάγνωση χρησιμοποιώντας την οθόνη αφής.

Βήμα 29: Αντιγράψτε τα αποτελέσματά σας (προαιρετικά)

Κάντε κλικ στο Serial Monitor, πατήστε CTRL+A και στη συνέχεια CTRL+C για να αντιγράψετε όλα τα δεδομένα.

Βήμα 30: Επικολλήστε τα αποτελέσματα σε ένα έγγραφο κειμένου. (Προαιρετικός)

Ανοίξτε ένα έγγραφο κειμένου όπως το Σημειωματάριο και πατήστε CTRL+V για να επικολλήσετε τα αποτελέσματα.

Βήμα 31: Αποθηκεύστε τα αποτελέσματα ως αρχείο.txt. (Προαιρετικός)

Αυτός ο κώδικας μπορεί στη συνέχεια να εξαχθεί σε ένα λογισμικό όπως το excel για την ανάλυση των δεδομένων.

Βήμα 32: Περαιτέρω ιδέες

• Μπορείτε να δημιουργήσετε μια συσκευή που σας ξυπνά όταν χάνετε την εστίαση προσθέτοντας έναν κινητήρα δόνησης και έναν κώδικα που ενεργοποιεί τον κινητήρα εάν εντοπίσει εγκεφαλικά κύματα κάτω από μια συγκεκριμένη συχνότητα (παρόμοια με το πώς δονείται ένα Fitbit).
• Η προσθήκη δυνατοτήτων κάρτας SD θα σας επιτρέψει να αποθηκεύσετε τα δεδομένα και να τα επεξεργαστείτε με άλλους τρόπους μέσω εφαρμογών όπως το Microsoft Excel.