Wink-Detektor - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Dieses anweisbare erklärt, wie man aus einem modifizierten AD8232 EKG-Sensor (Elektrokardiogramm), einem LM324-N-Quad-Operationsverstärker, einem Arduino Uno R3 und einem hausgemachten Stirnband einen "Blinzeldetektor" macht.

Der Detektor hat zwei Ausgänge … einen für das Zwinkern mit dem linken Auge … und einen für das Zwinkern mit dem rechten.

Normales Blinzeln, an dem beide Augen beteiligt sind, wird ignoriert.

Anwendungen für diese Schaltung umfassen:

• Spielschnittstellen
• unterstützende Technologie

Es werden nur wenige Werkzeuge benötigt … nur ein Lötkolben und ein scharfes Messer.

Die rückgängig zu machenden Sensormodifikationen erfordern:

• zwei spuren schneiden
• füge zwei Lötbrücken/Kurzschlüsse hinzu
• fügen Sie eine kurze Drahtverbindung hinzu

Die geschätzten Kosten für die Komponenten betragen 15,00 USD

Bilder

• Das Titelbild zeigt eine Detailansicht des Wink-Detektors
• Foto 2 zeigt die ungefähre Position für das Stirnband.
• Das Video zeigt den Wink-Detektor im Einsatz. Mit jedem Auge werden drei aufeinanderfolgende Zwinker gemacht.

Schritt 1: Teileliste

Die folgenden Teile wurden von https://www.aliexpress.com/ bezogen.

• 1 nur AD8232 EKG-Herzmonitormodul
• 1 nur Arduino Uno R3

Folgende Teile wurden vor Ort bezogen:

• 1 nur LM324 Quad-Op-Amp
• 1 nur 220K Ohm Widerstand 1/8 Watt
• 2 nur 120K Ohm Widerstände 1/8 Watt
• 1 nur 15K Ohm Widerstand 1/8 Watt
• 2 nur 10K Ohm Widerstände 1/8 Watt
• 1 nur 1200 Ohm Widerstand 1/8 Watt

Sonstiges bereits vorhanden:

• Steckbrett
• Kupferlitze
• Lot

Die geschätzten Kosten für die Komponenten betragen $15

Schritt 2: Schaltung

Der Schaltplan des „Winkdetektors“ist in Foto 1 dargestellt

Die Schaltung besteht aus einem modifizierten AD8232 EKG-Herzsensormodul, einem LM324 Quad-Op-Amp, einem Arduino Uno R3, einigen Widerständen und zwei LEDs.

Die Ausgangswellenform des AD8232 schwebt bei etwa 1,5 Volt DC.

Wenn das linke Auge zwinkert, steigt die Ausgangswellenform des AD8232 auf 3,3 Volt an. Wenn die Wellenform 2,8 Volt überschreitet, ändert sich der Ausgang des linken Komparators von null auf 5 Volt, wie in Foto 2 gezeigt.

Wenn das rechte Auge zwinkert, fällt die Ausgangswellenform des AD8232 in Richtung null Volt. Wenn die Wellenform unter 0,2 Volt fällt, ändert sich der Komparatorausgang des rechten Winkels von null auf 5 Volt, wie in Foto 3 gezeigt.

Normales Blinken hat keinen Einfluss auf die Ausgabe, da es zwei gleichzeitigen Blinks entspricht und es nicht möglich ist, dass der AD8232-Ausgang gleichzeitig in zwei entgegengesetzte Richtungen geht.

Der AD8232 wird mit einem Satz gelbeschichteter EKG-Pads und -Ableitungen geliefert. Nach ein paar Anwendungen neigen die Pads dazu, abzufallen. Um dem entgegenzuwirken, befestigte ich ein paar verzinnte Stahlpolster an einem Stirnband aus einem alten Lanyard und Klettverschluss. Details zur Konstruktion dieses Stirnbandes werden an anderer Stelle in diesem Artikel beschrieben.

Schritt 3: AD8232 Schaltungsänderungen

Eine unmodifizierte Platine ist in Foto 1 gezeigt

Bei Verwendung als Herzmonitor werden die EKG-Ableitungen wie folgt angeschlossen:

• Rechter Arm ist mit RA. verbunden
• Linker Arm ist mit LA verbunden
• Rechtes Bein ist mit RL. verbunden

Eine modifizierte Platine ist in Foto 2 gezeigt

Nach den Änderungen werden die Leitungen:

• Rechte Augenbraue ist mit RA. verbunden
• Linke Augenbraue ist mit LA verbunden
• Stirn ist mit RL. verbunden

Die ursprüngliche Schaltung

Ein vereinfachtes Blockdiagramm des ursprünglichen Herzmonitors ist in Foto 3 gezeigt.

Dieses Diagramm wurde erstellt, indem die Komponentenwerte im Sparkfun „Heart Monitor“-Schema [1] mit dem AD8232 „Functional Block Diagram“[2] abgeglichen wurden.

Bei der Verwendung als Herzmonitor sind beide Eingänge des AD8232-Instrumentenverstärkers über 10M-Widerstände mit der 3,3-Volt-Versorgungsschiene verbunden. Der Instrumentenverstärker kann jedoch nur funktionieren, wenn die beiden Eingangsleitungen ungefähr auf dem Mittelschienenpotential liegen.

Das Mid-Rail-Potential wird erhalten, indem ein winziger (10uA) Strom von der RLD (Right Leg Drive)-Leitung in Ihr Bein injiziert wird. Wir haben effektiv einen Spannungsteiler erstellt, der Ihren Körper als einen der Widerstände verwendet.

Der eigentliche Zweck des RLD-Kabels wird im AD8232-Datenblatt erklärt … Ich betrachte es nur aus einem anderen Blickwinkel.

Die modifizierte Schaltung

Ein Blockschaltbild der Schaltungsmodifikationen ist in Foto 3 gezeigt.

Anstatt nach Herzschlägen zu suchen, sucht der Augenzwinkern nach Unterschieden im elektrischen Potenzial. Daher muss er jederzeit voll funktionsfähig sein … beide Eingänge des Instrumentenverstärkers müssen mit einem Mid-Rail-Potential wie Vref (1,5 Volt) verbunden sein.

Dies wird erreicht, indem die Spur geschnitten wird, die beide 10M-Widerstände mit der 3,3-Volt-Versorgung verbindet, und das geschnittene Ende mit Vref mittels einer kleinen Drahtbrücke verbindet. Beide Eingänge des Instrumentenverstärkers liegen jetzt auf Mid-Rail-Potential, was bedeutet, dass der Ausgang des AD8232 bei etwa 1,5 Volt DC schwebt.

Wir brauchen auch nicht die RLD-Leitung … verwenden wir diese Leitung, um die CMRR (Common Mode Rejection Ratio) des Systems zu verbessern, indem wir Ihren Körper auf das Midrail-Potenzial anheben. Dies wird erreicht, indem die Spur bis zum AD8232 RLD-Pin geschnitten und das abgeschnittene Ende mit Vref verbunden wird.

Das AD8232-Datenblatt empfiehlt, die RLD- und RLDF-Pins (Rechtsschenkel-Antriebsrückmeldung) bei Verwendung eines Zweileiter-Schaltkreises kurzzuschließen. Dies wird durch Kurzschließen des Kondensators erreicht, der diese beiden Pins verbindet.

Verweise

[1]

cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Biomet…

[2]

www.analog.com/media/de/technisches-dokument…

Schritt 4: Das Stirnband

Das Stirnband wurde aus einem alten Lanyard, einem Stück Klettverschluss und einigen Kletthaken hergestellt. Konstruktionsdetails sind in den Fotos 1..4. gezeigt

Die Pads sind aus dünnem Weißblech … ich habe den Boden einer alten Farbdose verwendet … und werden mit schmalen Laschen, die aus dem gleichen Weißblech geschnitten wurden, am Schlüsselband befestigt. Dadurch können die Pads um das Kopfband gleiten.

Mattieren Sie die Kanten der Metallpads mit einer Feile und schleifen Sie die Kontaktflächen leicht an. Löten Sie die Herzmonitorkabel an die freiliegenden Metalllaschen.

Es ist wichtig, dass die Pads guten Hautkontakt haben … medizinisches Kontaktgel wird empfohlen, aber ich habe festgestellt, dass auch Handfeuchtigkeitscremes funktionieren.

Die Pad-Größe ist nicht kritisch … Ich habe die Breite seitdem reduziert, während ich mit engeren Pad-Abständen experimentiert habe … die Halbierung der Größe hat keinen Unterschied gemacht.

Schritt 5: Software

Anweisungen

Laden Sie die angehängte Datei „wink_detector_4.ino“auf Ihren Arduino hoch und führen Sie sie aus.

Anmerkungen

Der Code ist bemerkenswert einfach … er fragt einfach jeden der beiden Blink-Detektor-Ausgänge ab und blinkt die entsprechende LED, wenn ein Komparator seinen Zustand ändert.

Aber es gibt einen Haken … starkes Winken kann dazu führen, dass die gegenüberliegende LED blinkt.

Die obere Kurve in Foto 1 zeigt, dass der Ausgang des AD8232 nach einem starken Augenzwinkern mit dem linken Auge auf null Volt abfällt. Der Komparator für das rechte Auge (untere Kurve) sieht dies als rechtes Zwinkern und erzeugt eine falsche Ausgabe.

Foto 2 zeigt beide Komparatorausgänge für ein starkes linkes Blinzeln. Der rechte Komparator erzeugt immer noch eine falsche Ausgabe 800 ms nach dem Start des linken Augenzwinkerns.

Eine Softwarelösung wird verwendet, um dies zu umgehen … der erste Melder, der ein Zwinkern sieht, deaktiviert den anderen Melder für 1 Sekunde. Dieser Zeitraum ist im Codekopf einstellbar,

Schritt 6: Zusammenfassung

Dieses anweisbare erklärt, wie man einen Sparkfun AD8232 "Herzmonitor" in einen "Wink-Detektor" umwandelt.

Konstruktionsdetails für ein verstellbares Kopfband werden ebenfalls bereitgestellt.

Der Arduino-Code eliminiert falsche Trigger aufgrund von Überschwingungen des AD8232-Ausgangs bei starken Winks.

Anwendungen für diese Schaltung umfassen:

• Spielschnittstellen
• unterstützende Technologie

Die geschätzten Kosten für die Komponenten betragen 15,00 USD

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