HackerBox 0026: BioSense: 19 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

BioSense - Αυτό το μήνα, οι HackerBox Hackers διερευνούν λειτουργικά κυκλώματα ενισχυτών για τη μέτρηση φυσιολογικών σημάτων της ανθρώπινης καρδιάς, εγκεφάλου και σκελετικών μυών. Αυτό το εγχειρίδιο περιέχει πληροφορίες για την εργασία με το HackerBox #0026, τις οποίες μπορείτε να παραλάβετε εδώ μέχρι εξαντλήσεως των αποθεμάτων. Επίσης, εάν θα θέλατε να λαμβάνετε ένα HackerBox όπως αυτό απευθείας στο γραμματοκιβώτιό σας κάθε μήνα, εγγραφείτε στο HackerBoxes.com και λάβετε μέρος στην επανάσταση!

Θέματα και μαθησιακοί στόχοι για το HackerBox 0026:

• Κατανοήστε τη θεωρία και τις εφαρμογές των κυκλωμάτων op-amp
• Χρησιμοποιήστε ενισχυτές οργάνων για τη μέτρηση μικροσκοπικών σημάτων
• Συγκεντρώστε τον αποκλειστικό πίνακα HackerBoxes BioSense
• Όργανο ανθρώπινο υποκείμενο για ΗΚΓ και ΗΕΓ
• Καταγράψτε σήματα που σχετίζονται με ανθρώπινους σκελετικούς μύες
• Σχεδιάστε ηλεκτρικά ασφαλή κυκλώματα διασύνδεσης ανθρώπου
• Οπτικοποιήστε αναλογικά σήματα μέσω USB ή μέσω οθόνης OLED

Το HackerBoxes είναι η μηνιαία υπηρεσία συνδρομής για ηλεκτρονικά είδη DIY και τεχνολογία υπολογιστών. Είμαστε χομπίστες, κατασκευαστές και πειραματιστές. Είμαστε οι ονειροπόλοι των ονείρων. ΧΑΚ ΣΤΟΝ ΠΛΑΝΗΤΗ!

Βήμα 1: HackerBox 0026: Περιεχόμενα κουτιού

• HackerBoxes #0026 Συλλεκτική κάρτα αναφοράς
• Αποκλειστικό HackerBoxes BioSense PCB
• OpAmp και Component Kit για το BioSense PCB
• Arduino Nano V3: 5V, 16MHz, MicroUSB
• Μονάδα OLED 0,96 ιντσών, 128x64, SSD1306
• Μονάδα αισθητήρα παλμού
• Snap-Style Leads για φυσιολογικούς αισθητήρες
• Κολλητικό τζελ, μαξιλάρια ηλεκτροδίων Snap-Style
• Σετ ιμάντων ηλεκτροδίων OpenEEG
• Shrink Tubing - 50 Piece Variety
• Καλώδιο MicroUSB
• Αποκλειστικό αυτοκόλλητο WiredMind

Κάποια άλλα πράγματα που θα σας βοηθήσουν:

• Συγκολλητικό σίδερο, συγκόλληση και βασικά εργαλεία συγκόλλησης
• Υπολογιστής για τη λειτουργία εργαλείων λογισμικού
• Μπαταρία 9V
• Κλειδωμένο καλώδιο σύνδεσης

Το πιο σημαντικό, θα χρειαστείτε μια αίσθηση περιπέτειας, DIY πνεύμα και χάκερ περιέργεια. Τα σκληρά DIY ηλεκτρονικά δεν είναι μια ασήμαντη επιδίωξη και δεν σας την αδειάζουμε. Ο στόχος είναι η πρόοδος και όχι η τελειότητα. Όταν επιμένετε και απολαμβάνετε την περιπέτεια, μπορεί να προκύψει μεγάλη ικανοποίηση από την εκμάθηση νέας τεχνολογίας και ελπίζουμε ότι κάποια έργα θα λειτουργήσουν. Προτείνουμε να κάνετε κάθε βήμα αργά, προσέχοντας τις λεπτομέρειες και μην φοβάστε να ζητήσετε βοήθεια.

Σημειώστε ότι υπάρχει πληθώρα πληροφοριών για τα τρέχοντα και μελλοντικά μέλη στις Συνήθεις Ερωτήσεις του HackerBox.

Βήμα 2: Λειτουργικοί ενισχυτές

Ένας ενισχυτής λειτουργίας (ή ενισχυτής) είναι ενισχυτής τάσης υψηλής απόδοσης με διαφορική είσοδο. Ένα op-amp παράγει ένα δυναμικό εξόδου που είναι συνήθως εκατοντάδες χιλιάδες φορές μεγαλύτερο από τη διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο τερματικών εισόδου. Οι λειτουργικοί ενισχυτές προήλθαν από αναλογικούς υπολογιστές, όπου χρησιμοποιήθηκαν για την εκτέλεση μαθηματικών πράξεων σε πολλά γραμμικά, μη γραμμικά και εξαρτώμενα από τη συχνότητα κυκλώματα. Τα οπ-ενισχυτικά είναι από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες ηλεκτρονικές συσκευές σήμερα, που χρησιμοποιούνται σε μια μεγάλη ποικιλία καταναλωτικών, βιομηχανικών και επιστημονικών συσκευών.

Ένας ιδανικός op-amp συνήθως θεωρείται ότι έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

• Άπειρο κέρδος ανοικτού βρόχου G = vout / vin
• Άπειρη σύνθετη αντίσταση εισόδου Rin (άρα, μηδενικό ρεύμα εισόδου)
• Μηδενική τάση μετατόπισης εισόδου
• Άπειρο εύρος τάσης εξόδου
• Άπειρο εύρος ζώνης με μηδενική μετατόπιση φάσης και άπειρο ρυθμό ολίσθησης
• Μηδενική αντίσταση εξόδου Rout
• Μηδενικός θόρυβος
• Άπειρος λόγος απόρριψης κοινού τρόπου λειτουργίας (CMRR)
• Άπειρος λόγος απόρριψης τροφοδοσίας.

Αυτά τα ιδανικά μπορούν να συνοψιστούν με τους δύο «χρυσούς κανόνες»:

1. Σε έναν κλειστό βρόχο, η έξοδος προσπαθεί να κάνει ό, τι είναι απαραίτητο για να κάνει τη διαφορά τάσης μεταξύ των εισόδων μηδέν.
2. Οι είσοδοι δεν αντλούν ρεύμα.

[Wikipedia]

Πρόσθετοι πόροι Op-Amp:

Αναλυτικό σεμινάριο βίντεο από το EEVblog

Ακαδημία Χαν

Μαθήματα Ηλεκτρονικής

Βήμα 3: Ενισχυτές οργάνων

Ένας ενισχυτής οργάνων είναι ένας τύπος διαφορικού ενισχυτή που συνδυάζεται με ενισχυτές buffer εισόδου. Αυτή η διαμόρφωση εξαλείφει την ανάγκη αντιστοίχισης σύνθετης αντίστασης εισόδου και έτσι καθιστά τον ενισχυτή ιδιαίτερα κατάλληλο για χρήση σε εξοπλισμό μέτρησης και δοκιμής. Οι ενισχυτές οργάνων χρησιμοποιούνται όταν απαιτείται μεγάλη ακρίβεια και σταθερότητα του κυκλώματος. Οι ενισχυτές οργάνων έχουν πολύ υψηλές αναλογίες απόρριψης κοινής λειτουργίας, καθιστώντας τους κατάλληλους για τη μέτρηση μικρών σημάτων παρουσία θορύβου.

Παρόλο που ο ενισχυτής οργάνων εμφανίζεται συνήθως σχηματικά ως πανομοιότυπος με έναν τυπικό op-amp, ο ηλεκτρονικός ενισχυτής οργάνων αποτελείται σχεδόν πάντα εσωτερικά από ΤΡΕΙΣ ενισχυτές. Αυτά είναι διατεταγμένα έτσι ώστε να υπάρχει ένα op-amp για αποθήκευση σε κάθε είσοδο (+,-), και ένα για να παράγει την επιθυμητή έξοδο με επαρκή αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης.

[Wikipedia]

Βιβλίο PDF: Οδηγός σχεδιαστή για ενισχυτές οργάνων

Βήμα 4: HackerBoxes BioSense Board

Ο πίνακας HackerBoxes BioSense διαθέτει μια συλλογή ενισχυτών λειτουργίας και οργάνων για τον εντοπισμό και τη μέτρηση των τεσσάρων φυσιολογικών σημάτων που περιγράφονται παρακάτω. Τα μικροσκοπικά ηλεκτρικά σήματα υποβάλλονται σε επεξεργασία, ενισχύονται και τροφοδοτούνται σε έναν μικροελεγκτή, όπου μπορούν να μεταφερθούν σε έναν υπολογιστή μέσω USB, να υποβληθούν σε επεξεργασία και να εμφανιστούν. Για λειτουργίες μικροελεγκτών, το HackerBoxes BioSense Board χρησιμοποιεί μια μονάδα Arduino Nano. Σημειώστε ότι τα επόμενα δύο βήματα εστιάζουν στην προετοιμασία της μονάδας Arduino Nano για χρήση με τον πίνακα BioSense.

Οι μονάδες αισθητήρα παλμού διαθέτουν πηγή φωτός και αισθητήρα φωτός. Όταν η μονάδα έρχεται σε επαφή με τον ιστό του σώματος, για παράδειγμα με το δάχτυλο ή το λοβό του αυτιού, οι αλλαγές στο ανακλώμενο φως μετρούνται καθώς η αντλία αίματος διαπερνά τον ιστό.

ΗΚΓ (Ηλεκτροκαρδιογραφία), που ονομάζεται επίσης ΗΚΓ, καταγράφει την ηλεκτρική δραστηριότητα της καρδιάς για μια χρονική περίοδο χρησιμοποιώντας ηλεκτρόδια τοποθετημένα στο δέρμα. Αυτά τα ηλεκτρόδια ανιχνεύουν τις μικροσκοπικές ηλεκτρικές αλλαγές στο δέρμα που προκύπτουν από το ηλεκτροφυσιολογικό μοτίβο της εκπόλωσης και επαναπόλωσης του καρδιακού μυός κατά τη διάρκεια κάθε παλμού της καρδιάς. Το ΗΚΓ είναι μια πολύ συνηθισμένη καρδιολογική εξέταση. [Wikipedia]

Το ΗΕΓ (Ηλεκτροεγκεφαλογραφία) είναι μια μέθοδος ηλεκτροφυσιολογικής παρακολούθησης για την καταγραφή της ηλεκτρικής δραστηριότητας του εγκεφάλου. Τα ηλεκτρόδια τοποθετούνται κατά μήκος του τριχωτού της κεφαλής ενώ το ΗΕΓ μετρά τις διακυμάνσεις της τάσης που προκύπτουν από το ιοντικό ρεύμα στους νευρώνες του εγκεφάλου. [Wikipedia]

Το ΗΜΓ (Ηλεκτρομυογραφία) μετρά την ηλεκτρική δραστηριότητα που σχετίζεται με τους σκελετικούς μύες. Ένας ηλεκτρομυογράφος ανιχνεύει το ηλεκτρικό δυναμικό που παράγεται από τα μυϊκά κύτταρα όταν ενεργοποιούνται ηλεκτρικά ή νευρολογικά. [Wikipedia]

Βήμα 5: Πλατφόρμα Arduino Nano Microcontroller

Η ενσωματωμένη μονάδα Arduino Nano συνοδεύεται από καρφίτσες κεφαλίδας, αλλά δεν είναι κολλημένες στη μονάδα. Αφήστε τις καρφίτσες για τώρα. Εκτελέστε αυτές τις αρχικές δοκιμές της μονάδας Arduino Nano ξεχωριστά από το BioSense Board και το PRIOR για τη συγκόλληση των ακίδων κεφαλίδας του Arduino Nano. Το μόνο που χρειάζεται για τα επόμενα δύο βήματα είναι ένα καλώδιο microUSB και η μονάδα Nano ακριβώς όπως βγαίνει από την τσάντα.

Το Arduino Nano είναι μια επιτοίχια, φιλική προς το ψωμί, μικρογραφική πλακέτα Arduino με ενσωματωμένο USB. Είναι εκπληκτικά πλήρως εξοπλισμένο και εύκολο να χακάρει.

Χαρακτηριστικά:

• Μικροελεγκτής: Atmel ATmega328P
• Τάση: 5V
• Digitalηφιακές ακίδες εισόδου/εξόδου: 14 (6 PWM)
• Αναλογικές ακίδες εισόδου: 8
• Ρεύμα DC ανά καρφίτσα εισόδου/εξόδου: 40 mA
• Μνήμη Flash: 32 KB (2KB για εκκίνηση)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Ταχύτητα ρολογιού: 16 MHz
• Διαστάσεις: 17mm x 43mm

Η συγκεκριμένη παραλλαγή του Arduino Nano είναι το μαύρο σχέδιο Robotdyn. Η διεπαφή είναι από μια ενσωματωμένη θύρα MicroUSB που είναι συμβατή με τα ίδια καλώδια MicroUSB που χρησιμοποιούνται με πολλά κινητά τηλέφωνα και tablet.

Το Arduino Nanos διαθέτει ενσωματωμένο τσιπ USB/Serial bridge. Στη συγκεκριμένη παραλλαγή, το τσιπ γέφυρας είναι το CH340G. Σημειώστε ότι υπάρχουν διάφοροι άλλοι τύποι τσιπ USB/Serial Bridge που χρησιμοποιούνται στους διάφορους τύπους πλακετών Arduino. Αυτά τα τσιπ σας επιτρέπουν στη θύρα USB του υπολογιστή να επικοινωνείτε με τη σειριακή διεπαφή στο τσιπ επεξεργαστή του Arduino.

Το λειτουργικό σύστημα ενός υπολογιστή απαιτεί ένα πρόγραμμα οδήγησης συσκευής για επικοινωνία με το τσιπ USB/Serial. Το πρόγραμμα οδήγησης επιτρέπει στο IDE να επικοινωνεί με την πλακέτα Arduino. Το συγκεκριμένο πρόγραμμα οδήγησης συσκευής που απαιτείται εξαρτάται τόσο από την έκδοση του λειτουργικού συστήματος όσο και από τον τύπο του τσιπ USB/Serial. Για τα τσιπ USB/Serial CH340, υπάρχουν διαθέσιμα προγράμματα οδήγησης για πολλά λειτουργικά συστήματα (UNIX, Mac OS X ή Windows). Ο κατασκευαστής του CH340 παρέχει αυτούς τους οδηγούς εδώ.

Όταν συνδέετε για πρώτη φορά το Arduino Nano σε μια θύρα USB του υπολογιστή σας, η πράσινη λυχνία τροφοδοσίας θα ανάψει και λίγο μετά το μπλε LED θα αρχίσει να αναβοσβήνει αργά. Αυτό συμβαίνει επειδή το Nano είναι προ-φορτωμένο με το πρόγραμμα BLINK, το οποίο λειτουργεί με το ολοκαίνουργιο Arduino Nano.

Βήμα 6: Ολοκληρωμένο περιβάλλον ανάπτυξης Arduino (IDE)

Εάν δεν έχετε ακόμη εγκαταστήσει το Arduino IDE, μπορείτε να το κατεβάσετε από το Arduino.cc

Εάν θέλετε πρόσθετες εισαγωγικές πληροφορίες για εργασία στο οικοσύστημα Arduino, προτείνουμε να δείτε τις οδηγίες για το HackerBoxes Starter Workshop.

Συνδέστε το Nano στο καλώδιο MicroUSB και το άλλο άκρο του καλωδίου σε μια θύρα USB του υπολογιστή, ξεκινήστε το λογισμικό Arduino IDE, επιλέξτε την κατάλληλη θύρα USB στο IDE κάτω από εργαλεία> θύρα (πιθανότατα όνομα με "wchusb" σε αυτό). Επιλέξτε επίσης "Arduino Nano" στο IDE κάτω από εργαλεία> πίνακα.

Τέλος, φορτώστε ένα κομμάτι παραδείγματος κώδικα:

Αρχείο-> Παραδείγματα-> Βασικά στοιχεία-> Αναλαμπή

Αυτός είναι στην πραγματικότητα ο κώδικας που είχε προφορτωθεί στο Nano και θα έπρεπε να λειτουργεί τώρα για να αναβοσβήνει αργά το μπλε LED. Συνεπώς, αν φορτώσουμε αυτόν τον παράδειγμα κώδικα, τίποτα δεν θα αλλάξει. Αντ 'αυτού, ας τροποποιήσουμε λίγο τον κώδικα.

Κοιτάζοντας προσεκτικά, μπορείτε να δείτε ότι το πρόγραμμα ανάβει τη λυχνία LED, περιμένει 1000 χιλιοστά του δευτερολέπτου (ένα δευτερόλεπτο), απενεργοποιεί τη λυχνία LED, περιμένει ένα δευτερόλεπτο και μετά τα κάνει όλα ξανά - για πάντα.

Τροποποιήστε τον κώδικα αλλάζοντας και τις δύο δηλώσεις "καθυστέρηση (1000)" σε "καθυστέρηση (100)". Αυτή η τροποποίηση θα κάνει το LED να αναβοσβήνει δέκα φορές πιο γρήγορα, σωστά;

Ας φορτώσουμε τον τροποποιημένο κώδικα στο Nano κάνοντας κλικ στο κουμπί UPLOAD (το εικονίδιο με το βέλος) ακριβώς πάνω από τον τροποποιημένο κώδικα. Παρακολουθήστε παρακάτω τον κωδικό για τις πληροφορίες κατάστασης: "μεταγλώττιση" και στη συνέχεια "μεταφόρτωση". Τελικά, το IDE θα πρέπει να υποδεικνύει "Ολοκλήρωση φόρτωσης" και το LED σας θα αναβοσβήνει γρηγορότερα.

Αν ναι, συγχαρητήρια! Μόλις παραβιάσατε το πρώτο σας κομμάτι ενσωματωμένου κώδικα.

Μόλις φορτωθεί και εκτελεστεί η έκδοση γρήγορης αναλαμπής, γιατί να μην δείτε εάν μπορείτε να αλλάξετε ξανά τον κωδικό για να κάνετε το LED να αναβοσβήνει γρήγορα δύο φορές και στη συνέχεια να περιμένετε μερικά δευτερόλεπτα πριν επαναλάβετε; Δοκίμασε το! Τι λέτε για κάποια άλλα μοτίβα; Μόλις επιτύχετε να απεικονίσετε ένα επιθυμητό αποτέλεσμα, να το κωδικοποιήσετε και να το παρατηρήσετε να λειτουργεί όπως έχει προγραμματιστεί, έχετε κάνει ένα τεράστιο βήμα προς το να γίνετε ικανός χάκερ υλικού.

Βήμα 7: Καρφίτσες κεφαλίδας Arduino Nano

Τώρα που ο υπολογιστής ανάπτυξης έχει ρυθμιστεί ώστε να φορτώνει κώδικα στο Arduino Nano και το Nano έχει δοκιμαστεί, αποσυνδέστε το καλώδιο USB από το Nano και ετοιμαστείτε για συγκόλληση.

Εάν είστε νέοι στη συγκόλληση, υπάρχουν πολλοί υπέροχοι οδηγοί και βίντεο στο διαδίκτυο σχετικά με τη συγκόλληση. Εδώ είναι ένα παράδειγμα. Εάν πιστεύετε ότι χρειάζεστε πρόσθετη βοήθεια, προσπαθήστε να βρείτε μια τοπική ομάδα δημιουργών ή χώρο χάκερ στην περιοχή σας. Επίσης, οι ερασιτεχνικοί ραδιοφωνικοί σύλλογοι είναι πάντα εξαιρετικές πηγές ηλεκτρονικής εμπειρίας.

Συγκολλήστε τις δύο κεφαλίδες μιας σειράς (δεκαπέντε ακίδες κάθε μία) στη μονάδα Arduino Nano. Ο σύνδεσμος ICSP έξι ακίδων (σειριακός προγραμματισμός σε κύκλωμα) δεν θα χρησιμοποιηθεί σε αυτό το έργο, οπότε απλώς αφήστε τους ακροδέκτες απενεργοποιημένους.

Μόλις ολοκληρωθεί η συγκόλληση, ελέγξτε προσεκτικά για γέφυρες συγκόλλησης και/ή ενώσεις ψυχρής συγκόλλησης. Τέλος, συνδέστε ξανά το Arduino Nano στο καλώδιο USB και βεβαιωθείτε ότι όλα εξακολουθούν να λειτουργούν σωστά.

Βήμα 8: Εξαρτήματα για το BioSense PCB Kit

Με την ενότητα μικροελεγκτή έτοιμη να ξεκινήσει, ήρθε η ώρα να συναρμολογήσετε τον πίνακα BioSense.

Λίστα εξαρτημάτων:

• U1:: 7805 Ρυθμιστής 5V 0.5A TO-252 (φύλλο δεδομένων)
• U2:: MAX1044 Μετατροπέας Τάσης DIP8 (φύλλο δεδομένων)
• U3:: AD623N Ενισχυτής οργάνων DIP8 (φύλλο δεδομένων)
• U4:: TLC2272344P OpAmp DIP8 DIP8 (φύλλο δεδομένων)
• U5:: INA106 διαφορικός ενισχυτής DIP8 (φύλλο δεδομένων)
• U6, U7, U8:: TL072 OpAmp DIP8 (φύλλο δεδομένων)
• D1, D2:: 1N4148 Αξονικός μόλυβδος διόδου
• S1, S2:: SPDT Slide Switch 2.54mm Pitch
• S3, S4, S5, S6:: Tactile Momentary Button 6mm X 6mm X 5mm
• BZ1:: Passive Piezo Buzzer 6.5mm Pitch
• R1, R2, R6, R12, R16, R17, R18, R19, R20:: 10KOhm Resistor [BRN BLK ORG]
• R3, R4:: 47KOhm Resistor [YEL VIO ORG]
• R5:: 33KOhm Resistor [ORG ORG ORG]
• R7:: 2.2MOhm Resistor [RED RED GRN]
• R8, R23:: 1KOhm Resistor [BRN BLK RED]
• R10, R11:: 1MOhm Resistor [BRN BLK GRN]
• R13, R14, R15:: 150KOhm Resistor [BRN GRN YEL]
• R21, R22:: 82KOhm Resistor [GRY RED ORG]
• R9:: 10KOhm Trimmer Potentiometer "103"
• R24:: 100KOhm Trimmer Potentiometer "104"
• C1, C6, C11:: 1uF 50V Monolithic Cap 5mm Pitch “105”
• C2, C3, C4, C5, C7, C8:: 10uF 50V Monolithic Cap 5mm Pitch “106”
• C9:: 560pF 50V Monolithic Cap 5mm Pitch “561”
• C10:: 0.01uF 50V Monolithic Cap 5mm Pitch “103”
• Κλιπ μπαταρίας 9V με καλώδια
• 1x40pin ΓΥΝΑΙΚΑ BREAK-AWAY HEADER 2,54mm Πίσσα
• Επτά πρίζες DIP8
• Δύο υποδοχές 3.5mm Audio-Style, PCB-Mount

Βήμα 9: Συναρμολογήστε το PCB του BioSense

ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ: Υπάρχουν οκτώ διαφορετικές τιμές αντιστάσεων. Δεν είναι εναλλάξιμα και πρέπει να τοποθετηθούν προσεκτικά ακριβώς εκεί που ανήκουν. Ξεκινήστε προσδιορίζοντας τις τιμές κάθε τύπου αντίστασης χρησιμοποιώντας τους κωδικούς χρωμάτων που εμφανίζονται στη λίστα εξαρτημάτων (ή/και ένα ωμόμετρο). Γράψτε την τιμή στη χαρτοταινία που είναι προσαρτημένη στις αντιστάσεις. Αυτό καθιστά πολύ πιο δύσκολο να καταλήξετε με αντιστάσεις σε λάθος μέρος. Οι αντιστάσεις δεν είναι πολωμένες και μπορούν να εισαχθούν προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Μόλις συγκολληθούν στη θέση τους, κόψτε προσεκτικά τα καλώδια από το πίσω μέρος της σανίδας.

Πυκνωτές: Υπάρχουν τέσσερις διαφορετικές τιμές πυκνωτών. Δεν είναι εναλλάξιμα και πρέπει να τοποθετηθούν προσεκτικά ακριβώς εκεί που ανήκουν. Ξεκινήστε προσδιορίζοντας τις τιμές κάθε τύπου πυκνωτή χρησιμοποιώντας τις αριθμητικές ενδείξεις που εμφανίζονται στη λίστα εξαρτημάτων. Οι κεραμικοί πυκνωτές δεν είναι πολωμένοι και μπορούν να εισαχθούν προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Μόλις συγκολληθούν στη θέση τους, κόψτε προσεκτικά τα καλώδια από το πίσω μέρος της σανίδας.

ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ: Τα δύο εξαρτήματα ημιαγωγών που αποτελούν το τροφοδοτικό είναι U1 και U2. Κολλήστε αυτά στη συνέχεια. Κατά τη συγκόλληση U1, σημειώστε ότι η επίπεδη φλάντζα είναι ο πείρος γείωσης της συσκευής και η ψύκτρα. Πρέπει να συγκολληθεί πλήρως στο PCB. Το κιτ περιλαμβάνει πρίζες DIP8. Ωστόσο, για τον μετατροπέα τάσης U2, συνιστούμε να κολλήσετε προσεκτικά το IC απευθείας στην πλακέτα χωρίς πρίζα.

Συγκόλληση στους δύο διακόπτες διαφάνειας και τους αγωγούς κλιπ μπαταρίας 9V. Σημειώστε ότι εάν το κλιπ μπαταρίας συνοδεύεται από βύσμα σύνδεσης στα καλώδια, μπορείτε απλώς να αποσυνδέσετε τη σύνδεση.

Αυτή τη στιγμή, μπορείτε να συνδέσετε μια μπαταρία 9V, να ενεργοποιήσετε τον διακόπτη τροφοδοσίας και να χρησιμοποιήσετε ένα μετρητή βολτ για να επαληθεύσετε ότι το τροφοδοτικό σας δημιουργεί μια ράγα -9V και μια ράγα +5V από την παρεχόμενη +9V. Έχουμε τώρα τρία τροφοδοτικά τάσης και μια γείωση όλα από μία μπαταρία 9V. ΑΦΑΙΡΕΣΤΕ ΤΗ ΜΠΑΤΑΡΙΑ ΓΙΑ ΣΥΝΕΧΙΣΗ ΣΥΝΕΛΕΥΣΗΣ.

ΔΙΟΔΕΣ: Οι δύο δίοδοι D1 και D2 είναι μικρά, αξονικά μολυβένια, υαλώδη-πορτοκαλί συστατικά. Είναι πολωμένες και πρέπει να είναι προσανατολισμένες έτσι ώστε η μαύρη γραμμή στο πακέτο διόδων να ευθυγραμμίζεται με την παχιά γραμμή στη μεταξοτυπία PCB.

HEADER SOCKETS: Διαχωρίστε την κεφαλίδα των 40 ακίδων σε τρία τμήματα των 3, 15 και 15 θέσεων το καθένα. Για να κόψετε τις κεφαλίδες σε μήκος, χρησιμοποιήστε μικρούς κόπτες σύρματος για να περάσετε από τη θέση ΕΝΑ ΠΕΡΑΣΜΟ όπου θέλετε να τελειώσει η λωρίδα υποδοχής. Η καρφίτσα/η τρύπα που κόβετε θυσιάζεται. Η κεφαλίδα των τριών ακίδων είναι για τον αισθητήρα παλμών στην κορυφή του πίνακα με ακίδες με την ένδειξη "GND 5V SIG". Οι δύο κεφαλίδες δεκαπέντε ακίδων είναι για το Arduino Nano. Θυμηθείτε ότι ο σύνδεσμος ICSP έξι ακίδων (σειριακός προγραμματισμός σε κύκλωμα) του Nano δεν χρησιμοποιείται εδώ και δεν χρειάζεται κεφαλίδα. Δεν προτείνουμε επίσης τη σύνδεση της οθόνης OLED με κεφαλίδα. Συγκολλήστε τις κεφαλίδες στη θέση τους και αφήστε τις άδειες προς το παρόν.

DIP SOCKETS: Τα έξι τσιπ ενισχυτή U3-U8 είναι όλα σε πακέτα DIP8. Συγκολλήστε μια υποδοχή τσιπ DIP8 σε κάθε μία από αυτές τις έξι θέσεις, φροντίζοντας να προσανατολίσετε την εγκοπή στην πρίζα για να ευθυγραμμιστεί με την εγκοπή της μεταξοτυπίας PCB. Συγκολλήστε τις πρίζες χωρίς να τοποθετηθεί το τσιπ σε αυτές. Αφήστε τα άδεια προς το παρόν.

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ: Τέλος κολλήστε τα τέσσερα κουμπιά, τα δύο trimpots (σημειώστε ότι είναι δύο διαφορετικές τιμές), το βομβητή (σημειώστε ότι είναι πολωμένο), τις δύο υποδοχές ήχου 3.5 mm και τέλος την οθόνη OLED.

ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΣΥΣΚΕΥΩΝ: Μόλις ολοκληρωθεί η συγκόλληση, μπορούν να εισαχθούν τα έξι τσιπ ενισχυτή (με γνώμονα τον προσανατολισμό της εγκοπής). Επίσης, το Arduino Nano μπορεί να εισαχθεί με τη σύνδεση USB στην άκρη του πίνακα BioSense.

Βήμα 10: Διακόπτες ηλεκτρικής ασφάλειας και τροφοδοσίας

Στο σχηματικό διάγραμμα για τον πίνακα HackerBoxes BioSense, σημειώστε ότι υπάρχει μια ενότητα HUMAN INTERFACE (ή ANALOG) και επίσης μια ψηφιακή ενότητα. Οι μόνες διαδρομές που διασταυρώνονται μεταξύ αυτών των δύο τμημάτων είναι οι τρεις αναλογικές γραμμές εισόδου στο Arduino Nano και η τροφοδοσία μπαταρίας +9V που μπορούν να ανοίξουν χρησιμοποιώντας το διακόπτη USB/BAT S2.

Από άφθονη προσοχή, είναι συνηθισμένη πρακτική να αποφεύγεται η σύνδεση τυχόν κυκλωμάτων με ανθρώπινο σώμα που τροφοδοτούνται από τροφοδοσία τοίχου (ισχύς γραμμής, κεντρική παροχή, ανάλογα με το πού ζείτε). Κατά συνέπεια, το τμήμα HUMAN INTERFACE της πλακέτας τροφοδοτείται μόνο από μπαταρία 9V. Όσο απίθανο κι αν είναι, ο υπολογιστής να βάλει ξαφνικά 120V στο συνδεδεμένο καλώδιο USB, αυτό είναι ένα επιπλέον επιπλέον ασφαλιστήριο συμβόλαιο. Ένα πρόσθετο πλεονέκτημα σε αυτό το σχέδιο είναι ότι μπορούμε να τροφοδοτήσουμε ολόκληρη την πλακέτα από την μπαταρία 9V εάν δεν χρειαζόμαστε συνδεδεμένο υπολογιστή.

ON/OFF SWITCH (S1) χρησιμεύει για την πλήρη αποσύνδεση της μπαταρίας 9V από το κύκλωμα. Χρησιμοποιήστε το S1 για να απενεργοποιήσετε εντελώς το αναλογικό τμήμα της πλακέτας όταν δεν το χρησιμοποιείτε.

USB/BAT SWITCH (S2) χρησιμεύει για τη σύνδεση της μπαταρίας 9V στην ψηφιακή τροφοδοσία των Nano και OLED. Αφήστε το S2 στη θέση USB όταν η πλακέτα είναι συνδεδεμένη σε υπολογιστή μέσω καλωδίου USB και η ψηφιακή τροφοδοσία θα παρέχεται από τον υπολογιστή. Όταν το Nano και το OLED τροφοδοτούνται από μπαταρία 9V, απλώς μεταβείτε το S2 στη θέση BAT.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ ΓΙΑ ΤΟΥΣ ΔΙΑΚΟΠΤΕΣ ΠΡΟΜΗΘΕΙΑΣ: Εάν το S1 είναι ενεργοποιημένο, το S2 είναι σε USB και δεν παρέχεται τροφοδοσία USB, το Nano θα προσπαθήσει να τροφοδοτηθεί μέσω των αναλογικών ακίδων εισόδου. Αν και δεν είναι ζήτημα ανθρώπινης ασφάλειας, αυτή είναι μια ανεπιθύμητη συνθήκη για τους ευαίσθητους ημιαγωγούς και δεν πρέπει να παραταθεί.

Βήμα 11: Βιβλιοθήκη οθόνης OLED

Ως αρχική δοκιμή της οθόνης OLED, εγκαταστήστε το πρόγραμμα οδήγησης οθόνης SSD1306 OLED που βρίσκεται εδώ στο Arduino IDE.

Δοκιμάστε την οθόνη OLED φορτώνοντας το παράδειγμα ssd1306/νιφάδες χιονιού και προγραμματίζοντάς το στον πίνακα BioSense.

Βεβαιωθείτε ότι αυτό λειτουργεί πριν προχωρήσετε.

Βήμα 12: Επίδειξη υλικολογισμικού BioSense

Θα παίξουμε ένα παιχνίδι, καθηγητά Falken;

Υπάρχει επίσης ένα υπέροχο παιχνίδι Arkanoid στα παραδείγματα SSD1306. Ωστόσο, για να λειτουργήσει με τον πίνακα BioSense, πρέπει να τροποποιηθεί ο κώδικας που αρχικοποιεί και διαβάζει τα κουμπιά. Έχουμε την ελευθερία να κάνουμε αυτές τις αλλαγές στο αρχείο "biosense.ino" που επισυνάπτεται εδώ.

Διπλασιάστε τον φάκελο arkanoid από τα παραδείγματα SSD1306 σε ένα νέο φάκελο που έχετε ονομάσει biosense. Διαγράψτε το αρχείο arkanoid.ino από αυτόν τον φάκελο και αφήστε το στο αρχείο "biosense.ino". Τώρα μεταγλωττίστε και ανεβάστε το biosense στο nano. Πατώντας το δεξί κουμπί (κουμπί 4) θα ξεκινήσει το παιχνίδι. Το κουπί ελέγχεται από το κουμπί 1 στα αριστερά και το κουμπί 4 στα δεξιά. Ωραίο σουτ εκεί, BrickOut.

Πατήστε το κουμπί επαναφοράς στο Arduino Nano για να επιστρέψετε στο κύριο μενού.

Βήμα 13: Μονάδα αισθητήρα παλμού

Μια μονάδα αισθητήρα παλμού μπορεί να διασυνδεθεί με τον πίνακα BioSense χρησιμοποιώντας την κεφαλίδα τριών ακίδων στην κορυφή του πίνακα.

Η μονάδα αισθητήρα παλμού χρησιμοποιεί μια πηγή φωτός LED και έναν αισθητήρα φωτογραφιών φωτισμού περιβάλλοντος APDS-9008 (φύλλο δεδομένων) για την ανίχνευση του φωτός LED που αντανακλάται μέσω ενός δακτύλου ή του λοβού του αυτιού. Ένα σήμα από τον αισθητήρα φωτισμού περιβάλλοντος ενισχύεται και φιλτράρεται χρησιμοποιώντας έναν ενισχυτή MCP6001. Το σήμα μπορεί στη συνέχεια να διαβαστεί από τον μικροελεγκτή.

Πατώντας το κουμπί 3 από το κύριο μενού του σκίτσου biosense.ino θα μεταφερθούν δείγματα του σήματος εξόδου του αισθητήρα παλμού μέσω της διεπαφής USB. Στο μενού ΕΡΓΑΛΕΙΑ του Arduino IDE, επιλέξτε το "Serial Plotter" και βεβαιωθείτε ότι ο ρυθμός baud έχει οριστεί σε 115200. Τοποθετήστε απαλά το δάχτυλό σας πάνω από το φως στον αισθητήρα παλμών.

Πρόσθετες λεπτομέρειες και έργα που σχετίζονται με το Pulse Sensor Module μπορείτε να βρείτε εδώ.

Βήμα 14: Ηλεκτρομυογράφος (ΗΜΓ)

Συνδέστε το καλώδιο του ηλεκτροδίου στην κάτω υποδοχή 3,5 mm με σήμανση EMG και τοποθετήστε τα ηλεκτρόδια όπως φαίνεται στο διάγραμμα.

Πατώντας το κουμπί 1 από το κύριο μενού του σκίτσου του biosense.ino θα μεταφερθούν δείγματα του σήματος εξόδου EMG μέσω της διεπαφής USB. Στο μενού TOOLS του Arduino IDE, επιλέξτε το "Serial Plotter" και βεβαιωθείτε ότι ο ρυθμός baud έχει οριστεί σε 115200.

Μπορείτε να δοκιμάσετε το ΗΜΓ σε οποιαδήποτε άλλη μυϊκή ομάδα - ακόμα και τους μυς των φρυδιών στο μέτωπό σας.

Το κύκλωμα EMG του BioSense Board ήταν εμπνευσμένο από αυτό το Instructable από την Advancer Technologies, το οποίο πρέπει οπωσδήποτε να δείτε για κάποια επιπλέον έργα, ιδέες και βίντεο.

Βήμα 15: Ηλεκτροκαρδιογράφος (ΗΚΓ)

Συνδέστε το καλώδιο του ηλεκτροδίου στην επάνω υποδοχή 3,5 mm με την ένδειξη ECG/EEG και τοποθετήστε τα ηλεκτρόδια όπως φαίνεται στο διάγραμμα. Υπάρχουν δύο βασικές επιλογές για την τοποθέτηση ηλεκτροδίων ΗΚΓ. Το πρώτο είναι στο εσωτερικό των καρπών με την αναφορά (κόκκινο μόλυβδο) στο πίσω μέρος του ενός χεριού. Αυτή η πρώτη επιλογή είναι πιο εύκολη και πιο εύκολη, αλλά συχνά είναι λίγο πιο θορυβώδης. Η δεύτερη επιλογή είναι απέναντι από το στήθος με την αναφορά στη δεξιά κοιλιά ή στο άνω πόδι.

Πατώντας το κουμπί 2 από το κύριο μενού του σκίτσου biosense.ino θα μεταφερθούν δείγματα του σήματος εξόδου ΗΚΓ μέσω της διεπαφής USB. Στο μενού TOOLS του Arduino IDE, επιλέξτε το "Serial Plotter" και βεβαιωθείτε ότι ο ρυθμός baud έχει οριστεί σε 115200.

Το κύκλωμα ΗΚΓ/ΗΕΓ του BioSense Board ήταν εμπνευσμένο από το Heart and Brain SpikerShield από το Backyard Brains. Δείτε τον ιστότοπό τους για κάποια επιπλέον έργα, ιδέες και αυτό το υπέροχο βίντεο ΗΚΓ.

Βήμα 16: Ηλεκτροεγκεφαλογράφος (ΗΕΓ)

Συνδέστε το καλώδιο του ηλεκτροδίου στην επάνω υποδοχή 3,5 mm με την ένδειξη ECG/EEG και τοποθετήστε τα ηλεκτρόδια όπως φαίνεται στο διάγραμμα. Υπάρχουν πολλές επιλογές για την τοποθέτηση ηλεκτροδίων EEG με δύο βασικές επιλογές που φαίνονται εδώ.

Το πρώτο είναι στο μέτωπο με την αναφορά (κόκκινο μόλυβδο) στο λοβό του αυτιού ή στη μαστοειδή διαδικασία. Αυτή η πρώτη επιλογή μπορεί απλά να χρησιμοποιήσει τα ίδια καλώδια και ηλεκτρόδια τζελ που χρησιμοποιούνται για το ΗΚΓ.

Η δεύτερη επιλογή στο πίσω μέρος του κεφαλιού. Εάν τυχαίνει να είστε φαλακρός, τα ηλεκτρόδια τζελ θα λειτουργήσουν επίσης εδώ. Διαφορετικά, ο σχηματισμός ηλεκτροδίων που μπορούν να «περάσουν» από τα μαλλιά είναι μια καλή ιδέα. Μια λαβή κολλήσεως με στυλ κλειδώματος είναι μια καλή επιλογή. Χρησιμοποιήστε πένσες βελόνας στις μικρές γλωττίδες (έξι σε αυτήν την περίπτωση) μέσα στο πλυντήριο για να λυγίσετε και στη συνέχεια να προεξέχουν προς την ίδια κατεύθυνση. Η τοποθέτηση κάτω από μια ελαστική κορδέλα θα αναγκάσει απαλά αυτές τις προεξοχές στα μαλλιά και να έρθουν σε επαφή με το τριχωτό της κεφαλής από κάτω. Εάν είναι απαραίτητο, αγώγιμη γέλη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη βελτίωση της σύνδεσης. Απλά ανακατέψτε το επιτραπέζιο αλάτι με ένα παχύρευστο υγρό, όπως βαζελίνη ή πολτό νερού και αμύλου ή αλευριού. Το αλμυρό νερό από μόνο του θα λειτουργήσει επίσης, αλλά θα πρέπει να περιέχεται σε ένα μικρό σφουγγάρι ή βαμβάκι.

Πατώντας το κουμπί 2 από το κύριο μενού του σκίτσου biosense.ino θα μεταφερθούν δείγματα του σήματος εξόδου EEG μέσω της διεπαφής USB. Στο μενού TOOLS του Arduino IDE, επιλέξτε το "Serial Plotter" και βεβαιωθείτε ότι ο ρυθμός baud έχει οριστεί σε 115200.

Πρόσθετα έργα και πόροι EEG:

Αυτό το Instructable χρησιμοποιεί παρόμοιο σχέδιο με το BioSense EEG και επιδεικνύει επίσης κάποια πρόσθετη επεξεργασία και ακόμη και πώς να παίξετε EEG Pong!

Το Backyard Brains διαθέτει επίσης ένα ωραίο βίντεο για μετρήσεις ΗΕΓ.

BriainBay

OpenEEG

OpenViBe

Τα σήματα του ΗΕΓ μπορούν να μετρήσουν τα στροβοσκοπικά αποτελέσματα του εγκεφαλικού κύματος (π.χ. χρησιμοποιώντας το Mindroid).

Βήμα 17: Ζώνη πρόκλησης

Μπορείτε να εμφανίσετε τα ίχνη αναλογικού σήματος στο OLED εκτός από το Serial Plotter;

Ως αφετηρία, δείτε αυτό το έργο από το XTronical.

Μπορεί επίσης να είναι χρήσιμο να ρίξετε μια ματιά στο έργο Tiny Scope.

Τι λέτε για την προσθήκη δεικτών κειμένου για ρυθμούς σήματος ή άλλες ενδιαφέρουσες παραμέτρους;

Βήμα 18: Μηνιαίο πλαίσιο συνδρομής BioBox

Η Applied Science Ventures, η μητρική εταιρεία των HackerBoxes, συμμετέχει σε μια συναρπαστική νέα ιδέα συνδρομητικής θυρίδας. Το BioBox θα εμπνεύσει και θα εκπαιδεύσει με έργα στις επιστήμες της ζωής, το βιολογικό hacking, την υγεία και την ανθρώπινη απόδοση. Κρατήστε έναν οπτικό αισθητήρα μακριά για ειδήσεις και εκπτώσεις στα μέλη του charter ακολουθώντας τη σελίδα του BioBox στο Facebook.

Βήμα 19: HACK THE PLANET

Αν σας άρεσε αυτό το Instrucable και θα θέλατε να έχετε ένα κουτί ηλεκτρονικών και τεχνολογικών προγραμμάτων όπως αυτό που παραδίδονται απευθείας στο γραμματοκιβώτιό σας κάθε μήνα, λάβετε μέρος στην επανάσταση του HackerBox με ΕΓΓΡΑΦΗ ΕΔΩ.

Προσεγγίστε και μοιραστείτε την επιτυχία σας στα παρακάτω σχόλια ή στη σελίδα του HackerBoxes στο Facebook. Σίγουρα ενημερώστε μας εάν έχετε απορίες ή χρειάζεστε βοήθεια για οτιδήποτε. Σας ευχαριστούμε που συμμετέχετε στο HackerBoxes. Παρακαλώ κρατήστε τις προτάσεις και τα σχόλιά σας. Τα HackerBoxes είναι τα κουτιά σας. Ας φτιάξουμε κάτι υπέροχο!