Tee lihasten MIDI -musiikkia!: 7 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Aina kun hermosto tarvitsee liikkeen, se lähettää pieniä sähköisiä signaaleja neuronien kautta hallitsemaan lihaksia. Elektromyografian (EMG) avulla voimme vahvistaa ja mitata näitä sähköisiä signaaleja. Sen lisäksi, että se on hyödyllinen kliininen työkalu erilaisten neurologisten häiriöiden diagnosoimiseen, EMG -tallenteita on käytetty viime aikoina proteesilaitteiden hallintaan.

Toivoessani tutustua paremmin EMG -vahvistus- ja tallennustekniikoihin ajattelin, että olisi hauskaa rakentaa EMG -vahvistin, jota voisin sitten käyttää eri laitteen ohjaussignaalina. Sen sijaan, että hallitsisin proteesivartta, päätin sisällyttää kiinnostukseni musiikkiin ja käytin EMG -signaaleja MIDI -laitteen ohjaamiseen. MIDI tarkoittaa Musical Instrument Digital Interface, ja se on vakioprotokolla musiikkisignaalien lähettämiseen ja vastaanottamiseen sähköisesti.

Taustatieto

Tämä ohjekirja sisältää piirilevyn levittämisen, muutaman johdon juottamisen, Arduinon ohjelmoinnin ja liittämisen MIDI -laitteeseen. Jos sinulla ei ole tätä välttämätöntä taustaa, suosittelen tutustumaan alla oleviin luokkiin / ohjeisiin:

Piirit

Arduino

MIDI

Turvallisuushuomautus

Tämä projekti sisältää itsensä liittämisen sähköpiiriin. Noudata kaikkia tarvittavia turvatoimenpiteitä. Tässä Delsysin paperissa on osio sähköturvallisuudesta ja hyödyllinen kuvaus EMG -tekniikoista yleensä. Sammutamme piirimme kahdesta 9 V: n paristosta; piirisi ei missään vaiheessa saa olla kytketty verkkovirtaan (varsinkin kun olet myös siihen kytketty).

Vaihe 1: Projektin yleiskatsaus ja osaluettelo

Projektimme koostuu kolmesta pääkomponentista:

1.) EMG -vahvistin, 2.) Arduino ja 3.) MIDI -laite.

1. Rakennamme EMG -vahvistimen leipälevylle. Jos olet kiinnostunut tutustumaan syvemmälle EMG-vahvistimen takana olevaan tieteeseen ja yksityiskohtaisempiin vaiheisiin oman rakentamisen suhteen, tutustu EMG-äänivahvistimeen Instructable.
2. Käytämme Arduinoa samoista 9 V: n paristoista, jotka käyttävät EMG -vahvistinta. Suurin osa työstä Arduinon kanssa tulee olemaan ohjelmistopuolella.
3. Käytin Garagebandia käyttävää iPhonea MIDI -laitteena. Arduino lähettää tavallisia MIDI -signaaleja tavallisen MIDI -kaapelin kautta, joten minkä tahansa MIDI -laitteen pitäisi toimia iPhonen sijasta.

Osat

• (2x) LT1167 (instrumentointivahvistin)
• (2x) LT1112 (tai mikä tahansa kaksois-op-vahvistinsiru)
• (1x) LM386N (äänivahvistin)
• (5x) Pinta -EMG -elektrodit (kaksi per lihas ja yksi vertailukohteeksi) (Amazon)
• Arduino Uno (Amazon)

• iPhone (tai mikä tahansa MIDI -laite)

  MIDI -iPhone -sovitinkaapeli (jos käytät iPhonea) (Amazon)

• Erilaisia vastuksia, kondensaattoreita ja hyppyjohtimia
• Breadboard (Amazon)
• (2x) 9V paristo

Työkalut

• Juotosrauta (Amazon)
• Langanpoistimet
• Lämpökutistuva letku
• Sähköteippi

Vaihe 2: Kokoa EMG -vahvistin

Jos haluat saada perusteellisemman opetusohjelman EMG -vahvistimen rakentamisesta, tutustu EMG -äänivahvistimeen Instructable.

Rakennamme EMG -vahvistimen, joka pystyy vahvistamaan kahta EMG -kanavaa. Käytämme yhtä LT1167 -instrumenttivahvistinta kanavaa kohti. LT1167 -tietolomake sisältää hyödyllisesti kaavion "hermoimpulssivahvistimelle", jota seuraamme tässä vaiheessa.

Kokoa piiri

Kokoa leipälaudalle kaksi kopiota yllä esitetystä hermoimpulssivahvistimesta. Kokoamieni piirien kuvien pitäisi auttaa opastamaan sinua kohti lopullista tavoitetta. Lisäsin passiivisia ensimmäisen asteen alipäästösuodattimia jokaisen vahvistimen ulostuloon melun vähentämiseksi. Jos haluat lisätä ne piiriin, käytin 1 kΩ: n vastusta 0,047 μF: n kondensaattorilla noin 2 000 Hz: n rajataajuudella.

Virta

Sammutamme piirin kahdesta 9 V paristosta. LT1167 tarvitsee +V: n ja -V: n (koska EMG -lähdesignaalilla on sekä positiivisia että negatiivisia arvoja), joten liitämme +V -akun miinusnavan plus -V -pariston plusnastaan. -V -akun miinusnasta muuttuu -V -arvoksi. Kun käytät kahta 9 V paristoa, +V ja -V ovat +9 ja -9 volttia.

Elektrodit Seuraava vaihe kattaa elektrodien sijoittamisen yksityiskohtaisemmin. Vertailuelektrodi kytketään yhden instrumenttivahvistimen nastaan 1 ja lihaselektrodiparit kytketään instrumenttivahvistimen nastoihin 2 ja 3. Elektrodien +/- suunnalla ei ole väliä.

Huomautus: Jos piiri ei toimi, olet todennäköisesti tehnyt jotain väärin! Hyvä tekniikka piirin virheen löytämiseksi on piirtää piirilevyn kaavio, jonka olet todella koonnut leipälevyllesi, ja verrata sitä alkuperäiseen kaavioon. Tässä prosessissa saatat löytää virheen (kuten tein monta kertaa).

Vaihe 3: Valmistele elektrodit

Kuten edellä mainitsin, tarvitsemme yhteensä viisi elektrodia tähän projektiin. EMG -tallennukset suoritetaan differentiaalivahvistimella, mikä tarkoittaa, että vahvistamme kahden lihaksen vertailupisteen välistä eroa. Tämä tarkoittaa, että tarvitsemme kaksi elektrodia per lihas. Lisäksi tarvitsemme yhden viittauksen lihasten aktiivisuuteen mitattuna suhteessa. Tässä on linkki joihinkin Amazonin pinta -EMG -elektrodeihin. Tarkka elektrodityyppi ei ole liian tärkeä tarkoitukseemme.

Kuten olen osoittanut yllä olevassa kuvassa, aseta kaksi elektrodia kummankin kyynärvarren sisäreunaan, yhdensuuntaisesti lihaksen pituuden kanssa ja noin 2 cm: n välein. Aseta vertailuelektrodi toisen kyynärpääsi luiseen osaan, poispäin lihasten elektrodeista.

Kierretyt lankaparit

Haluat myös kiertää elektrodipariesi johdot yllä kuvatulla tavalla. Piirin ympärillä olevan sotkun puhdistamisen lisäksi kierretyt johdinparit auttavat vähentämään elektrodien keräämää sähköistä kohinaa. Vaihtamalla johtimien asentoa edestakaisin kaikki ulkoiset sähkömagneettiset häiriöt (esim. 60 Hz verkkovirrasta) vaikuttavat johtoihin yhtä paljon. Differentiaalivahvistin poistaa tämän yleisen kohinasignaalin.

Vaihe 4: Äänenvahvistin (valinnainen)

Jos haluat kuunnella raakaa EMG -signaalia (ilman MIDI: tä), voit lisätä äänivahvistimen EMG -piiriin. Käytä LM386N -äänivahvistinsirua ja tarvittavia vastuksia ja kondensaattoreita edellä kuvatun piirin kokoamiseen. Yllä oleva video osoittaa, miltä raaka (no, piirissä on joitain suodattimia, mutta se on enimmäkseen raaka) EMG -signaali.

Vaikka tämä vaihe ei ole välttämätön MIDI -signaalien laukaisemiseksi, suosittelen kokeilemaan sitä. EMG -signaalin kuunteleminen voi olla erittäin hyödyllinen tekniikka järjestelmän vianmäärityksessä ja vianmäärityksessä. Jos esimerkiksi verkkovirta aiheuttaa voimakasta 60 Hz: n häiriötä, kuulet sen paljon helpommin kuin voisit havaita sen ottaessasi signaalia Arduinollasi.

Videoni ääni leikkaa hieman, mutta se on melko kunnollinen esimerkki siitä, miltä puhtaan EMG -signaalin pitäisi kuulostaa.

Vaihe 5: Valmistele MIDI -komponentit

Jotta voimme lähettää MIDI -signaalin Arduinosta MIDI -laitteeseen, meidän on juotettava yksi naaraspuolisista MIDI -liittimistä. Sinun pitäisi tutustua ensimmäiseen Instructable -ohjelmaan saadaksesi perusteellisemman opetusohjelman MIDI: n asettamisesta Arduinolle.

Tässä on vaiheet:

1. Juotos 220 Ω: n vastus MIDI -liittimen nastaan 4.
2. Juotos 10 cm: n johto vastuksesta Arduinon Tx -liittimeen.
3. Juotos 10 cm pitkä lanka nastaan 2 ja liitä se Arduinon maahan.
4. Juotos 10 cm pitkä johto nastaan 5 ja liitä se 5 V: iin Arduinossa.

Kun olet koonnut EMG -vahvistimen ja valmistellut MIDI -iPhone -kaapelin, lähetä instrumentointivahvistimien lähdöt kahdella hyppyjohdolla Arduinon nastoihin A4 ja A5.

Vaihe 6: Kirjoita Arduino -koodi

Arduino -koodin perusputki on seuraava:

1. Mittaa molempien EMG -kanavien melutaso
2. Tee silmukka jatkuvasti mittaamalla kunkin EMG -kanavan jännitettä
3. Jos nuotin voimakkuutta ohjaava EMG -kanava ylittää kynnyksen, käynnistä MIDI -nuotti
4. Muokkaa nuotin korkeutta käyttämällä toisen EMG -kanavan signaalia

Kehotan sinua kirjoittamaan oman Arduino -koodisi EMG -signaalien käsittelemiseksi. Tiedän varmasti, että siellä on parempi valvontajärjestelmä kuin se, mitä minä mukuloin yhdessä! Jos haluat aloittaa koodillani, voit ladata sen täältä. Voit tarkistaa GitHub -arkistostani nähdäksesi koodini eri iteraatiot, kun työskentelin projektin parissa.

Vaihe 7: Laita kaikki yhteen

Jos kaikki on mennyt suunnitelmien mukaan, sinun pitäisi pystyä ohjaamaan MIDI -laitettasi omien lihasten signaalin avulla. Aika jännittävää! Kun projekti on valmis, voit leikkiä erilaisilla ohjausjärjestelmillä ja tutkia erilaisia MIDI -ääniä.

Kerro minulle, jos yrität tehdä oman EMG-ohjatun MIDI-laitteesi! Haluaisin kuulla, miten asia etenee, ja autan mielelläni kaikissa matkan varrella syntyvissä kysymyksissä. Onnea!

Toinen palkinto anturikilpailussa 2017