HackerBox 0026: BioSense - Gunook

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2025-01-13 06:56

BioSense - HackerBox Hacker erforschen diesen Monat Operationsverstärkerschaltungen zur Messung physiologischer Signale des menschlichen Herzens, Gehirns und der Skelettmuskulatur. Dieses Instructable enthält Informationen für die Arbeit mit HackerBox # 0026, die Sie hier abholen können, solange der Vorrat reicht. Wenn Sie jeden Monat eine solche HackerBox direkt in Ihre Mailbox erhalten möchten, abonnieren Sie bitte HackerBoxes.com und schließen Sie sich der Revolution an!

Themen und Lernziele für HackerBox 0026:

• Theorie und Anwendungen von Operationsverstärkerschaltungen verstehen
• Verwenden Sie Instrumentenverstärker, um winzige Signale zu messen
• Bauen Sie das exklusive HackerBoxes BioSense Board zusammen
• Instrumentieren Sie ein menschliches Subjekt für EKG und EEG
• Zeichnen Sie Signale auf, die mit der menschlichen Skelettmuskulatur in Verbindung stehen
• Entwerfen Sie elektrisch sichere Human-Interface-Schaltungen
• Visualisieren Sie analoge Signale über USB oder über OLED-Display

HackerBoxes ist der monatliche Abo-Box-Service für DIY-Elektronik und Computertechnik. Wir sind Bastler, Macher und Experimentatoren. Wir sind die Träumer der Träume. HACK DEN PLANETEN!

Schritt 1: HackerBox 0026: Lieferumfang

• HackerBoxes #0026 Sammelbare Referenzkarte
• Exklusive HackerBoxen BioSense PCB
• OpAmp und Komponentenkit für BioSense PCB
• Arduino Nano V3: 5V, 16MHz, MicroUSB
• OLED-Modul 0,96 Zoll, 128x64, SSD1306
• Pulssensormodul
• Snap-Style Elektroden für physiologische Sensoren
• Haftgel, Elektrodenpads im Snap-Stil
• OpenEEG-Elektrodengurt-Kit
• Schrumpfschlauch - 50 Stück Vielfalt
• MicroUSB-Kabel
• Exklusiver WiredMind Aufkleber

Einige andere Dinge, die hilfreich sein werden:

• Lötkolben, Lötzinn und grundlegende Lötwerkzeuge
• Computer zum Ausführen von Softwaretools
• 9V Batterie
• Verseilter Anschlussdraht

Am wichtigsten sind Abenteuerlust, DIY-Geist und Hacker-Neugier. Hardcore-DIY-Elektronik ist kein triviales Unterfangen, und wir verwässern es nicht für Sie. Das Ziel ist Fortschritt, nicht Perfektion. Wenn Sie hartnäckig bleiben und das Abenteuer genießen, können Sie viel Befriedigung daraus ziehen, neue Technologien zu lernen und hoffentlich einige Projekte zum Laufen zu bringen. Wir empfehlen, jeden Schritt langsam zu machen, die Details zu beachten und keine Angst davor zu haben, um Hilfe zu bitten.

Beachten Sie, dass die HackerBox-FAQ eine Fülle von Informationen für aktuelle und potenzielle Mitglieder enthält.

Schritt 2: Operationsverstärker

Ein Operationsverstärker (oder Operationsverstärker) ist ein Spannungsverstärker mit hoher Verstärkung mit einem Differenzeingang. Ein Operationsverstärker erzeugt ein Ausgangspotential, das typischerweise hunderttausendmal größer ist als die Potentialdifferenz zwischen seinen beiden Eingangsanschlüssen. Operationsverstärker haben ihren Ursprung in analogen Computern, wo sie verwendet wurden, um mathematische Operationen in vielen linearen, nichtlinearen und frequenzabhängigen Schaltungen durchzuführen. Operationsverstärker gehören heute zu den am häufigsten verwendeten elektronischen Geräten und werden in einer Vielzahl von Verbraucher-, Industrie- und wissenschaftlichen Geräten verwendet.

Ein idealer Operationsverstärker hat normalerweise die folgenden Eigenschaften:

• Unendliche Verstärkung im offenen Regelkreis G = vout / vin
• Unendliche Eingangsimpedanz Rin (also null Eingangsstrom)
• Null-Eingangs-Offsetspannung
• Unendlicher Ausgangsspannungsbereich
• Unendliche Bandbreite mit Null-Phasenverschiebung und unendlicher Anstiegsrate
• Null Ausgangsimpedanz Route
• Null Geräusch
• Unendliches Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR)
• Unendliches Netzteil-Unterdrückungsverhältnis.

Diese Ideale lassen sich durch die beiden „goldenen Regeln“zusammenfassen:

1. In einer geschlossenen Schleife versucht der Ausgang, alles Notwendige zu tun, um die Spannungsdifferenz zwischen den Eingängen auf Null zu bringen.
2. Die Eingänge ziehen keinen Strom.

[Wikipedia]

Zusätzliche Op-Amp-Ressourcen:

Detailliertes Video-Tutorial von EEVblog

Khan Akademie

Elektronik-Tutorials

Schritt 3: Instrumentenverstärker

Ein Instrumentenverstärker ist eine Art Differenzverstärker in Kombination mit Eingangspufferverstärkern. Diese Konfiguration macht eine Anpassung der Eingangsimpedanz überflüssig und macht den Verstärker somit besonders geeignet für den Einsatz in Mess- und Prüfgeräten. Instrumentenverstärker werden dort eingesetzt, wo eine hohe Genauigkeit und Stabilität der Schaltung erforderlich ist. Instrumentenverstärker haben sehr hohe Gleichtaktunterdrückungsverhältnisse, wodurch sie sich zum Messen kleiner Signale bei Vorhandensein von Rauschen eignen.

Obwohl der Instrumentenverstärker normalerweise schematisch als identisch mit einem Standard-Operationsverstärker dargestellt wird, besteht der elektronische Instrumentenverstärker fast immer intern aus DREI Operationsverstärkern. Diese sind so angeordnet, dass es einen Operationsverstärker gibt, um jeden Eingang (+, –) zu puffern, und einen, um den gewünschten Ausgang mit angemessener Impedanzanpassung zu erzeugen.

[Wikipedia]

PDF-Buch: Designer-Leitfaden für Instrumentierungsverstärker

Schritt 4: HackerBoxes BioSense Board

Das HackerBoxes BioSense Board verfügt über eine Sammlung von Operations- und Instrumentenverstärkern, um die vier unten beschriebenen physiologischen Signale zu erkennen und zu messen. Die winzigen elektrischen Signale werden verarbeitet, verstärkt und einem Mikrocontroller zugeführt, wo sie über USB an einen Computer weitergeleitet, verarbeitet und angezeigt werden können. Für den Mikrocontroller-Betrieb verwendet das HackerBoxes BioSense Board ein Arduino Nano-Modul. Beachten Sie, dass sich die nächsten Schritte darauf konzentrieren, das Arduino Nano-Modul für die Verwendung mit dem BioSense-Board vorzubereiten.

Pulssensor-Module verfügen über eine Lichtquelle und einen Lichtsensor. Bei Kontakt des Moduls mit Körpergewebe, beispielsweise einer Fingerkuppe oder einem Ohrläppchen, werden Veränderungen des reflektierten Lichts gemessen, während Blut durch das Gewebe pumpt.

Das EKG (Elektrokardiographie), auch EKG genannt, zeichnet die elektrische Aktivität des Herzens über einen bestimmten Zeitraum mit auf der Haut platzierten Elektroden auf. Diese Elektroden erfassen die winzigen elektrischen Veränderungen auf der Haut, die sich aus dem elektrophysiologischen Muster der Depolarisation und Repolarisation des Herzmuskels bei jedem Herzschlag ergeben. Das EKG ist ein sehr häufig durchgeführter kardiologischer Test. [Wikipedia]

EEG (Elektroenzephalographie) ist eine elektrophysiologische Überwachungsmethode zur Aufzeichnung der elektrischen Aktivität des Gehirns. Elektroden werden entlang der Kopfhaut platziert, während das EEG Spannungsschwankungen misst, die aus dem Ionenstrom in den Neuronen des Gehirns resultieren. [Wikipedia]

EMG (Elektromyographie) misst die elektrische Aktivität der Skelettmuskulatur. Ein Elektromyograph erkennt das elektrische Potenzial, das von Muskelzellen erzeugt wird, wenn sie elektrisch oder neurologisch aktiviert werden. [Wikipedia]

Schritt 5: Arduino Nano-Mikrocontroller-Plattform

Das mitgelieferte Arduino Nano-Modul wird mit Header-Pins geliefert, die jedoch nicht mit dem Modul verlötet sind. Lassen Sie die Stifte vorerst weg. Führen Sie diese ersten Tests des Arduino Nano-Moduls getrennt vom BioSense-Board und VOR dem Löten der Header-Pins des Arduino Nano durch. Für die nächsten Schritte benötigt man nur noch ein microUSB-Kabel und das Nano-Modul so wie es aus der Tasche kommt.

Das Arduino Nano ist ein oberflächenmontierbares, Steckbrett-freundliches, miniaturisiertes Arduino-Board mit integriertem USB. Es ist erstaunlich voll funktionsfähig und leicht zu hacken.

Merkmale:

• Mikrocontroller: Atmel ATmega328P
• Spannung: 5V
• Digitale I/O-Pins: 14 (6 PWM)
• Analoge Eingangspins: 8
• Gleichstrom pro E/A-Pin: 40 mA
• Flash-Speicher: 32 KB (2 KB für Bootloader)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Taktfrequenz: 16 MHz
• Abmessungen: 17 mm x 43 mm

Diese besondere Variante des Arduino Nano ist das schwarze Robotdyn-Design. Die Schnittstelle besteht aus einem integrierten MicroUSB-Anschluss, der mit den gleichen MicroUSB-Kabeln kompatibel ist, die bei vielen Mobiltelefonen und Tablets verwendet werden.

Arduino Nanos verfügen über einen integrierten USB/Seriell-Bridge-Chip. Bei dieser speziellen Variante ist der Brückenchip der CH340G. Beachten Sie, dass es verschiedene andere Arten von USB / seriellen Brückenchips gibt, die auf den verschiedenen Arten von Arduino-Boards verwendet werden. Diese Chips ermöglichen es dem USB-Port des Computers, mit der seriellen Schnittstelle auf dem Prozessorchip des Arduino zu kommunizieren.

Das Betriebssystem eines Computers erfordert einen Gerätetreiber, um mit dem USB/Seriell-Chip zu kommunizieren. Der Treiber ermöglicht es der IDE, mit dem Arduino-Board zu kommunizieren. Der benötigte spezifische Gerätetreiber hängt sowohl von der Betriebssystemversion als auch vom Typ des USB/Seriell-Chips ab. Für die CH340 USB/Seriell-Chips stehen Treiber für viele Betriebssysteme (UNIX, Mac OS X oder Windows) zur Verfügung. Der Hersteller des CH340 liefert diese Treiber hier.

Wenn Sie den Arduino Nano zum ersten Mal an einen USB-Port Ihres Computers anschließen, sollte die grüne Betriebsanzeige aufleuchten und kurz darauf sollte die blaue LED langsam zu blinken beginnen. Dies geschieht, weil der Nano mit dem BLINK-Programm vorinstalliert ist, das auf dem brandneuen Arduino Nano läuft.

Schritt 6: Arduino integrierte Entwicklungsumgebung (IDE)

Wenn Sie die Arduino IDE noch nicht installiert haben, können Sie sie von Arduino.cc herunterladen

Wenn Sie zusätzliche einführende Informationen zum Arbeiten im Arduino-Ökosystem wünschen, empfehlen wir Ihnen, die Anleitung zum HackerBoxes Starter Workshop zu lesen.

Stecken Sie den Nano in das MicroUSB-Kabel und das andere Ende des Kabels in einen USB-Port des Computers, starten Sie die Arduino IDE-Software, wählen Sie den entsprechenden USB-Port in der IDE unter tools>port (wahrscheinlich ein Name mit "wchusb" darin)). Wählen Sie auch in der IDE unter Tools>Board "Arduino Nano" aus.

Laden Sie zum Schluss einen Beispielcode hoch:

Datei->Beispiele->Grundlagen->Blinken

Dies ist eigentlich der Code, der auf dem Nano vorgeladen wurde und jetzt laufen sollte, um die blaue LED langsam zu blinken. Dementsprechend ändert sich nichts, wenn wir diesen Beispielcode laden. Lassen Sie uns stattdessen den Code ein wenig ändern.

Wenn Sie genau hinsehen, können Sie sehen, dass das Programm die LED einschaltet, 1000 Millisekunden (eine Sekunde) wartet, die LED ausschaltet, eine weitere Sekunde wartet und dann alles wieder tut - für immer.

Ändern Sie den Code, indem Sie beide "delay(1000)"-Anweisungen in "delay(100)" ändern. Diese Änderung führt dazu, dass die LED zehnmal schneller blinkt, oder?

Laden wir den geänderten Code in den Nano, indem Sie auf die Schaltfläche HOCHLADEN (das Pfeilsymbol) direkt über Ihrem geänderten Code klicken. Beobachten Sie unten den Code für die Statusinfo: "Kompilieren" und dann "Hochladen". Schließlich sollte die IDE "Uploading Complete" anzeigen und Ihre LED sollte schneller blinken.

Wenn ja, herzlichen Glückwunsch! Sie haben gerade Ihren ersten eingebetteten Code gehackt.

Wenn Ihre Fast-Blink-Version geladen ist und ausgeführt wird, können Sie den Code erneut ändern, damit die LED zweimal schnell blinkt, und dann einige Sekunden warten, bevor Sie den Vorgang wiederholen. Versuche es! Wie wäre es mit anderen Mustern? Sobald es Ihnen gelungen ist, ein gewünschtes Ergebnis zu visualisieren, zu codieren und zu beobachten, dass es wie geplant funktioniert, haben Sie einen enormen Schritt in Richtung eines kompetenten Hardware-Hackers getan.

Schritt 7: Arduino Nano-Header-Pins

Nachdem Ihr Entwicklungscomputer so konfiguriert wurde, dass er Code auf den Arduino Nano lädt und der Nano getestet wurde, trennen Sie das USB-Kabel vom Nano und machen Sie sich bereit zum Löten.

Wenn Sie neu im Löten sind, gibt es online viele großartige Anleitungen und Videos zum Löten. Hier ist ein Beispiel. Wenn Sie das Gefühl haben, dass Sie zusätzliche Hilfe benötigen, versuchen Sie, eine lokale Maker-Gruppe oder einen Hacker-Space in Ihrer Nähe zu finden. Außerdem sind Amateurfunkclubs immer ausgezeichnete Quellen für Elektronikerfahrungen.

Löten Sie die beiden einreihigen Header (jeweils fünfzehn Pins) an das Arduino Nano-Modul. Der sechspolige ICSP-Anschluss (In-Circuit Serial Programming) wird in diesem Projekt nicht verwendet, also lassen Sie diese Pins einfach weg.

Nach dem Löten sorgfältig auf Lötbrücken und/oder kalte Lötstellen prüfen. Schließen Sie schließlich den Arduino Nano wieder an das USB-Kabel an und überprüfen Sie, ob alles noch ordnungsgemäß funktioniert.

Schritt 8: Komponenten für BioSense PCB Kit

Wenn das Mikrocontroller-Modul einsatzbereit ist, ist es an der Zeit, das BioSense-Board zusammenzubauen.

Komponentenliste:

• U1:: 7805 Regler 5V 0.5A TO-252 (Datenblatt)
• U2:: MAX1044 Spannungswandler DIP8 (Datenblatt)
• U3:: AD623N Instrumentenverstärker DIP8 (Datenblatt)
• U4:: TLC2272344P OpAmp DIP8 DIP8 (Datenblatt)
• U5:: INA106 Differenzverstärker DIP8 (Datenblatt)
• U6, U7, U8:: TL072 OpAmp DIP8 (Datenblatt)
• D1, D2:: 1N4148 Schaltdiode axiale Leitung
• S1, S2:: SPDT-Schiebeschalter 2,54 mm Rastermaß
• S3, S4, S5, S6:: Taktile Taste 6 mm x 6 mm x 5 mm
• BZ1:: Passiver Piezo-Summer 6,5 mm Pitch
• R1, R2, R6, R12, R16, R17, R18, R19, R20:: 10KOhm Widerstand [BRN BLK ORG]
• R3, R4:: 47KOhm Widerstand [YEL VIO ORG]
• R5:: 33KOhm Widerstand [ORG ORG ORG]
• R7:: 2,2 MOhm Widerstand [ROT ROT GRN]
• R8, R23:: 1KOhm Widerstand [BRN BLK RED]
• R10, R11:: 1MOhm Widerstand [BRN BLK GRN]
• R13, R14, R15:: 150KOhm Widerstand [BRN GRN YEL]
• R21, R22:: 82KOhm Widerstand [GRY RED ORG]
• R9:: 10KOhm Trimmerpotentiometer „103“
• R24:: 100KOhm Trimmerpotentiometer „104“
• C1, C6, C11:: 1uF 50V Monolithische Kappe 5mm Rastermaß „105“
• C2, C3, C4, C5, C7, C8:: 10uF 50V Monolithische Kappe 5mm Rastermaß „106“
• C9:: 560pF 50V monolithische Kappe 5mm Rastermaß „561“
• C10:: 0,01uF 50V Monolithische Kappe 5mm Rastermaß „103“
• 9V Batterieklemmen mit Kabeladern
• 1x40pin BREITE BREAK-AWAY HEADER 2,54mm Raster
• Sieben DIP8-Buchsen
• Zwei 3,5-mm-Audio-Style-Buchsen für Leiterplattenmontage

Schritt 9: Montieren Sie die BioSense-Platine

WIDERSTAND: Es gibt acht verschiedene Widerstandswerte. Sie sind nicht austauschbar und müssen genau dort platziert werden, wo sie hingehören. Beginnen Sie damit, die Werte jedes Widerstandstyps anhand der in der Komponentenliste angezeigten Farbcodes (und/oder eines Ohmmeters) zu identifizieren. Schreiben Sie den Wert auf das Papierband, das an den Widerständen befestigt ist. Dies macht es viel schwieriger, mit Widerständen an der falschen Stelle zu landen. Widerstände sind nicht polarisiert und können in beide Richtungen eingefügt werden. Nach dem Einlöten die Anschlüsse von der Rückseite der Platine eng abschneiden.

KONDENSATOREN: Es gibt vier verschiedene Werte von Kondensatoren. Sie sind nicht austauschbar und müssen genau dort platziert werden, wo sie hingehören. Beginnen Sie damit, die Werte jedes Kondensatortyps anhand der Nummernmarkierungen in der Komponentenliste zu identifizieren. Keramikkondensatoren sind nicht polarisiert und können in beide Richtungen eingesetzt werden. Nach dem Einlöten die Anschlüsse von der Rückseite der Platine eng abschneiden.

STROMVERSORGUNG: Die beiden Halbleiterkomponenten, aus denen die Stromversorgung besteht, sind U1 und U2. Löten Sie diese als nächstes. Beachten Sie beim Löten von U1, dass der flache Flansch der Geräteerdungsstift und der Kühlkörper ist. Es muss komplett mit der Platine verlötet werden. Das Kit enthält DIP8-Buchsen. Für den Spannungswandler U2 empfehlen wir jedoch dringend, den IC ohne Sockel vorsichtig direkt auf die Platine zu löten.

Löten Sie die beiden Schiebeschalter und die 9V-Batterieklemmen an. Beachten Sie, dass Sie den Stecker einfach abschneiden können, wenn Ihr Batterieclip mit einem Anschlussstecker an den Kabeln geliefert wurde.

Zu diesem Zeitpunkt können Sie eine 9-V-Batterie anschließen, den Netzschalter einschalten und mit einem Voltmeter überprüfen, ob Ihr Netzteil eine -9-V-Schiene und eine +5-V-Schiene aus den gelieferten +9 V erzeugt. Wir haben jetzt drei Spannungsversorgungen und eine Masse von einer 9V-Batterie. ENTFERNEN SIE DIE BATTERIE, UM MIT DER MONTAGE FORTFAHREN.

DIODEN: Die beiden Dioden D1 und D2 sind kleine, axial bedrahtete, glasorangefarbene Bauteile. Sie sind polarisiert und sollten so ausgerichtet sein, dass die schwarze Linie auf dem Diodengehäuse mit der dicken Linie auf dem PCB-Siebdruck übereinstimmt.

HEADER BUCHSEN: Trennen Sie den 40-Pin-Header in drei Abschnitte mit jeweils 3, 15 und 15 Positionen. Um die Kopfleisten auf Länge zu schneiden, verwenden Sie einen kleinen Drahtschneider, um die Position EINES NACHHER zu durchschneiden, an der die Steckdosenleiste enden soll. Der Stift/das Loch, das Sie durchschneiden, wird geopfert. Der dreipolige Header ist für den Pulssensor oben auf der Platine mit Pins mit der Bezeichnung "GND 5V SIG". Die zwei 15-poligen Header sind für den Arduino Nano. Denken Sie daran, dass der sechspolige ICSP-Anschluss (In-Circuit Serial Programming) des Nano hier nicht verwendet wird und keinen Header benötigt. Wir empfehlen auch nicht, das OLED-Display mit einem Header zu verbinden. Löten Sie die Header ein und lassen Sie sie vorerst leer.

DIP-BUCHSEN: Die sechs Verstärkerchips U3-U8 sind alle in DIP8-Gehäusen. Löten Sie einen DIP8-Chipsockel in jede dieser sechs Positionen und achten Sie darauf, dass die Kerbe in der Buchse mit der Kerbe auf dem PCB-Siebdruck ausgerichtet ist. Löten Sie die Sockel, ohne dass der Chip darin eingesetzt ist. Lassen Sie sie vorerst leer.

VERBLEIBENDE KOMPONENTEN: Schließlich löten Sie die vier Druckknöpfe, die beiden Trimpotis (beachten Sie, dass es sich um zwei unterschiedliche Werte handelt), den Summer (beachten Sie, dass er polarisiert ist), die beiden 3,5-mm-Audio-Style-Buchsen und zuletzt das OLED-Display.

BEFESTIGTE KOMPONENTEN: Sobald alle Lötarbeiten abgeschlossen sind, können die sechs Verstärkerchips eingesetzt werden (beachten Sie die Ausrichtung der Kerbe). Außerdem kann der Arduino Nano mit dem USB-Anschluss am Rand des BioSense-Boards eingesteckt werden.

Schritt 10: Elektrische Sicherheits- und Stromversorgungsschalter

Beachten Sie im Schaltplan für das HackerBoxes BioSense Board, dass es einen Abschnitt HUMAN INTERFACE (oder ANALOG) und auch einen Abschnitt DIGITAL gibt. Die einzigen Trancen, die zwischen diesen beiden Abschnitten kreuzen, sind die drei analogen Eingangsleitungen zum Arduino Nano und die +9V-Batterieversorgung, die mit dem USB / BAT-Schalter S2 geöffnet werden können.

Aus größter Vorsicht ist es gängige Praxis zu vermeiden, dass ein Stromkreis an einen menschlichen Körper angeschlossen wird, der über eine Steckdose mit Strom versorgt wird (Netzstrom, Netzstrom, je nach Wohnort). Dementsprechend wird der HUMAN INTERFACE-Teil des Boards nur von einer 9V-Batterie gespeist. So unwahrscheinlich es auch sein mag, dass der Computer plötzlich 120 V an das angeschlossene USB-Kabel anlegt, dies ist eine kleine zusätzliche Versicherungspolice. Ein zusätzlicher Vorteil dieses Designs besteht darin, dass wir das gesamte Board über die 9-V-Batterie mit Strom versorgen können, wenn kein Computer angeschlossen ist.

Der EIN/AUS-SCHALTER (S1) dient zum vollständigen Trennen der 9V-Batterie vom Stromkreis. Verwenden Sie S1, um den analogen Teil der Platine bei Nichtgebrauch vollständig auszuschalten.

USB/BAT SWITCH (S2) dient zum Anschluss der 9V Batterie an die digitale Versorgung des Nano und OLED. Lassen Sie S2 in der USB-Position, wenn das Board über das USB-Kabel mit einem Computer verbunden ist und die digitale Versorgung vom Computer erfolgt. Wenn Nano und OLED mit der 9V-Batterie versorgt werden sollen, schalten Sie einfach S2 in die Position BAT.

HINWEIS ZU VERSORGUNGSSCHALTERN: Wenn S1 eingeschaltet ist, S2 in USB ist und keine USB-Stromversorgung vorhanden ist, versucht der Nano, sich selbst über die analogen Eingangspins mit Strom zu versorgen. Obwohl dies kein Sicherheitsproblem für den Menschen darstellt, ist dies ein unerwünschter Zustand für die empfindlichen Halbleiter und sollte nicht verlängert werden.

Schritt 11: OLED-Display-Bibliothek

Installieren Sie als ersten Test des OLED-Displays den hier gefundenen SSD1306-OLED-Display-Treiber in der Arduino IDE.

Testen Sie das OLED-Display, indem Sie das Beispiel ssd1306/snowflakes laden und in das BioSense Board programmieren.

Stellen Sie sicher, dass dies funktioniert, bevor Sie fortfahren.

Schritt 12: BioSense Demo-Firmware

Sollen wir ein Spiel spielen, Professor Falken?

In den SSD1306-Beispielen gibt es auch ein cooles Arkanoid-Spiel. Damit es jedoch mit dem BioSense-Board funktioniert, muss der Code, der die Schaltflächen initialisiert und liest, geändert werden. Wir haben uns erlaubt, diese Änderungen in der hier angehängten Datei "biosense.ino" vorzunehmen.

Duplizieren Sie den Arkanoid-Ordner aus den SSD1306-Beispielen in einen neuen Ordner mit dem Namen biosense. Löschen Sie die Datei arkanoid.ino aus diesem Ordner und legen Sie die Datei "biosense.ino" ab. Kompilieren Sie nun Biosense und laden Sie es auf den Nano hoch. Durch Drücken der Taste ganz rechts (Taste 4) wird das Spiel gestartet. Das Paddel wird mit Taste 1 links und Taste 4 rechts gesteuert. Schöne Aufnahme, BrickOut.

Drücken Sie die Reset-Taste auf dem Arduino Nano, um zum Hauptmenü zurückzukehren.

Schritt 13: Pulssensormodul

Ein Pulssensor-Modul kann mit der BioSense-Platine verbunden werden, indem die dreipolige Stiftleiste oben auf der Platine verwendet wird.

Das Pulssensormodul verwendet eine LED-Lichtquelle und einen Umgebungslicht-Fotosensor APDS-9008 (Datenblatt), um LED-Licht zu erkennen, das durch eine Fingerspitze oder ein Ohrläppchen reflektiert wird. Ein Signal vom Umgebungslichtsensor wird mit einem MCP6001-Operationsverstärker verstärkt und gefiltert. Das Signal kann dann vom Mikrocontroller gelesen werden.

Durch Drücken der Taste 3 im Hauptmenü des biosense.ino-Sketch werden Samples des Pulssensor-Ausgangssignals über die USB-Schnittstelle übertragen. Wählen Sie im TOOLS-Menü der Arduino IDE den "Serial Plotter" aus und stellen Sie sicher, dass die Baudrate auf 115200 eingestellt ist. Legen Sie Ihre Fingerspitze vorsichtig über das Licht auf dem Pulssensor.

Weitere Details und Projekte zum Pulse Sensor Module finden Sie hier.

Schritt 14: Elektromyograph (EMG)

Stecken Sie das Elektrodenkabel in die untere 3,5-mm-Buchse mit der Bezeichnung EMG und positionieren Sie die Elektroden wie in der Abbildung gezeigt.

Durch Drücken der Taste 1 im Hauptmenü des biosense.ino-Sketch werden Samples des EMG-Ausgangssignals über die USB-Schnittstelle übertragen. Wählen Sie im Menü TOOLS der Arduino IDE den "Serial Plotter" aus und stellen Sie sicher, dass die Baudrate auf 115200 eingestellt ist.

Sie können das EMG an allen anderen Muskelgruppen testen – sogar an den Augenbrauenmuskeln in Ihrer Stirn.

Die EMG-Schaltung des BioSense-Boards wurde von diesem Instructable von Advancer Technologies inspiriert, das Sie auf jeden Fall für einige zusätzliche Projekte, Ideen und Videos überprüfen sollten.

Schritt 15: Elektrokardiograph (EKG)

Stecken Sie das Elektrodenkabel in die obere 3,5-mm-Buchse mit der Bezeichnung EKG/EEG und positionieren Sie die Elektroden wie in der Abbildung gezeigt. Es gibt zwei grundlegende Optionen für die Platzierung von EKG-Elektroden. Die erste befindet sich auf der Innenseite der Handgelenke mit der Referenz (rote Mine) auf dem Handrücken. Diese erste Option ist einfacher und bequemer, aber oft etwas lauter. Die zweite Option ist quer über die Brust mit der Referenz auf dem rechten Bauch oder Oberschenkel.

Durch Drücken der Taste 2 im Hauptmenü des biosense.ino-Sketch werden Proben des EKG-Ausgangssignals über die USB-Schnittstelle übertragen. Wählen Sie im Menü TOOLS der Arduino IDE den "Serial Plotter" aus und stellen Sie sicher, dass die Baudrate auf 115200 eingestellt ist.

Die EKG/EEG-Schaltung des BioSense Boards wurde vom Heart and Brain SpikerShield von Backyard Brains inspiriert. Auf ihrer Website finden Sie einige zusätzliche Projekte, Ideen und dieses coole EKG-Video.

Schritt 16: Elektroenzephalograph (EEG)

Stecken Sie das Elektrodenkabel in die obere 3,5-mm-Buchse mit der Bezeichnung EKG/EEG und positionieren Sie die Elektroden wie in der Abbildung gezeigt. Es gibt viele Optionen für die Platzierung von EEG-Elektroden, wobei hier zwei grundlegende Optionen gezeigt werden.

Die erste befindet sich auf der Stirn mit der Referenz (rote Leitung) am Ohrläppchen oder Warzenfortsatz. Bei dieser ersten Option können einfach die gleichen Snap-Style-Elektroden und Gel-Elektroden verwendet werden, die für das EKG verwendet werden.

Die zweite Option am Hinterkopf. Wenn Sie eine Glatze haben, funktionieren die Gel-Elektroden auch hier. Ansonsten ist es eine gute Idee, Elektroden zu formen, die das Haar "durchstechen" können. Eine Lötöse im Sicherungsscheiben-Stil ist eine gute Option. Verwenden Sie eine Spitzzange an den kleinen Laschen (in diesem Fall sechs) in der Unterlegscheibe, um sie zu biegen und dann alle in die gleiche Richtung vorzustehen. Das Anbringen unter einem elastischen Stirnband drückt diese Vorsprünge sanft durch das Haar und in Kontakt mit der darunter liegenden Kopfhaut. Bei Bedarf kann leitfähiges Gel verwendet werden, um die Verbindung zu verbessern. Mischen Sie einfach Speisesalz mit einer dickflüssigen Flüssigkeit wie Vaseline oder einer Aufschlämmung aus Wasser und Stärke oder Mehl. Salzwasser allein funktioniert auch, muss aber in einem kleinen Schwamm oder Wattebausch enthalten sein.

Durch Drücken der Taste 2 im Hauptmenü des biosense.ino-Sketch werden Proben des EEG-Ausgangssignals über die USB-Schnittstelle übertragen. Wählen Sie im Menü TOOLS der Arduino IDE den "Serial Plotter" aus und stellen Sie sicher, dass die Baudrate auf 115200 eingestellt ist.

Weitere EEG-Projekte und Ressourcen:

Dieses Instructable verwendet ein ähnliches Design wie das BioSense EEG und zeigt auch einige zusätzliche Verarbeitung und sogar das Spielen von EEG Pong!

Backyard Brains hat auch ein schönes Video für EEG-Messungen.

BriainBay

OpenEEG

OpenViBe

EEG-Signale können stroboskopische Gehirnwelleneffekte messen (z. B. mit Mindroid).

Schritt 17: Herausforderungszone

Können Sie die analogen Signalverläufe auf dem OLED zusätzlich zum seriellen Plotter anzeigen?

Schauen Sie sich als Ausgangspunkt dieses Projekt von XTronical an.

Es kann auch nützlich sein, einen Blick auf das Tiny Scope-Projekt zu werfen.

Wie wäre es, Textanzeigen für Signalraten oder andere interessante Parameter hinzuzufügen?

Schritt 18: BioBox-Monatsabonnement-Box

Applied Science Ventures, die Muttergesellschaft von HackerBoxes, ist an einem aufregenden neuen Abo-Box-Konzept beteiligt. BioBox wird mit Projekten in den Bereichen Biowissenschaften, Bio-Hacking, Gesundheit und menschliche Leistung inspirieren und bilden. Halten Sie einen optischen Sensor für Neuigkeiten und Rabatte für Gründungsmitglieder offen, indem Sie der BioBox-Facebook-Seite folgen.

Schritt 19: HACK DEN PLANETEN

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