Ustvarite mišično MIDI glasbo!: 7 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Kadar koli mora vaš živčni sistem narediti gibanje, pošilja drobne električne signale po nevronih za nadzor vaših mišic. Tehnika elektromiografije (EMG) nam omogoča ojačanje in merjenje teh električnih signalov. Poleg tega, da so posnetki EMG v zadnjem času uporabni klinični pripomoček za diagnosticiranje različnih nevroloških motenj, se uporabljajo za nadzor protetičnih naprav.

V upanju, da se bom bolje seznanil s tehnikami ojačevanja in snemanja EMG, se mi je zdelo zabavno izdelati ojačevalnik EMG, ki bi ga potem lahko uporabil kot krmilni signal za drugo napravo. Namesto da bi nadzoroval protetično roko, sem se odločil, da bom svoje interese vključil v glasbo in uporabil signale EMG za nadzor naprave MIDI. MIDI pomeni digitalni vmesnik za glasbene instrumente in je standardni protokol za elektronsko pošiljanje in sprejemanje glasbenih signalov.

Osnovno znanje

Ta Instructable vključuje vezje, spajkanje nekaj žic, programiranje Arduina in povezovanje z napravo MIDI. Če nimate nekaj tega potrebnega ozadja, priporočam, da si ogledate nekaj razredov / navodil spodaj:

Vezja

Arduino

MIDI

Varnostno opozorilo

Ta projekt vključuje povezavo z električnim vezjem. Upoštevajte vse potrebne varnostne ukrepe. Ta članek iz Delsysa vsebuje razdelek o električni varnosti in uporaben opis tehnik EMG na splošno. Napajanje bomo napajali iz dveh 9V baterij; v nobenem trenutku ne bi smelo biti vaše vezje (še posebej, če ste z njim povezani) priključeno na električno omrežje iz stene.

1. korak: Pregled projekta in seznam delov

Naš projekt je sestavljen iz treh glavnih komponent:

1.) ojačevalnik EMG, 2.) Arduino in 3.) naprava MIDI.

1. Ojačevalnik EMG bomo zgradili na podlagi. Če vas zanima poglobljen pogled na znanost, ki stoji za ojačevalnikom EMG, in podrobnejši koraki, kako zgraditi svojega, si oglejte moj avdio ojačevalnik EMG Instructable.
2. Arduino bomo napajali iz istih 9V baterij, ki napajajo ojačevalnik EMG. Večina dela z Arduinom bo na strani programske opreme.
3. Za svojo MIDI napravo sem uporabil iPhone z operacijskim sistemom Garageband. Arduino bo pošiljal standardne signale MIDI prek standardnega kabla MIDI, zato bi morala vsaka naprava MIDI delovati namesto iPhonea.

Deli

• (2x) LT1167 (instrumentacijski ojačevalnik)
• (2x) LT1112 (ali kateri koli čip z dvojnim op-amp)
• (1x) LM386N (zvočni ojačevalnik)
• (5x) Površinske elektrode EMG (dve na mišico in ena za referenco) (Amazon)
• Arduino Uno (Amazon)

• iPhone (ali katera koli naprava MIDI)

  Vmesniški kabel MIDI v iPhone (če uporabljate iPhone) (Amazon)

• Različni upori, kondenzatorji in mostične žice
• Ogledna plošča (Amazon)
• (2x) 9V baterija

Orodja

• Spajkalnik (Amazon)
• Odstranjevalci žice
• Termoskrčljive cevi
• Električni trak

2. korak: Sestavite ojačevalnik EMG

Za podrobnejšo vadnico o tem, kako sestaviti ojačevalnik EMG, si oglejte moj avdio ojačevalnik EMG Instructable.

Zgradili bomo ojačevalnik EMG, ki lahko ojača dva kanala EMG. Na kanal bomo uporabili en instrumentacijski ojačevalnik LT1167. Podatkovni list LT1167 koristno vsebuje shemo za "ojačevalnik živčnega impulza", ki mu bomo sledili v tem koraku.

Sestavite vezje

Na mizo sestavite dve kopiji zgoraj prikazanega ojačevalca živčnega impulza. Slike mojega sestavljenega vezja bi vas morale voditi do končnega cilja. Izhodu vsakega ojačevalnika sem dodal pasivne nizkoprepustne filtre prvega reda, ki so pomagali zmanjšati hrup. Če jih želite dodati v svoje vezje, sem uporabil 1 kΩ upor z 0,047 μF kondenzatorjem za mejno frekvenco približno 2000 Hz.

Moč

Izklopili bomo vezje dveh 9V baterij. LT1167 potrebuje +V in -V (ker ima signal vira EMG pozitivne in negativne vrednosti), zato bomo minus minus na +V bateriji povezali s plus pol na -V bateriji. Minusni zatič na -V bateriji postane vrednost -V. Ko uporabljate dve 9V bateriji, bosta +V in -V enaka +9 oziroma -9 voltov.

Elektrode Naslednji korak podrobneje obravnava namestitev elektrod. Referenčna elektroda se priključi na nožico 1 enega od ojačevalnikov instrumentov, pari mišičnih elektrod pa se priključijo na nožici 2 in 3 na ojačevalcih instrumentov. +/- orientacija elektrod ni pomembna.

Opomba: Če vaše vezje ne deluje, ste verjetno naredili nekaj narobe! Dobra tehnika za odkrivanje napake v vezju je, da narišete shemo za vezje, ki ste ga dejansko sestavili na svoji plošči, in jo primerjate s prvotno shemo. V tem procesu boste morda našli napako (kot sem to storil že večkrat).

Korak: Pripravite elektrode

Kot sem že omenil, bomo za ta projekt potrebovali skupaj pet elektrod. Posnetki EMG se izvajajo z diferencialnim ojačevalnikom, kar pomeni, da povečujemo razliko med dvema referenčnima točkama na mišici. To pomeni, da potrebujemo dve elektrodi na mišico. Poleg tega potrebujemo eno samo referenco za merjenje mišične aktivnosti glede na. Tukaj je povezava do nekaterih površinskih elektrod EMG, ki se prodajajo na Amazonu. Natančna vrsta elektrode za naše namene ni preveč pomembna.

Kot sem pokazal na zgornji sliki, postavite dve elektrodi na notranji rob vsake podlakti, vzporedno z dolžino mišice in ločeni za približno 2 cm. Referenčno elektrodo postavite na kostni del enega od komolcev, stran od elektrod na mišicah.

Pari zvite žice

Prav tako boste želeli zviti žice na parih elektrod, kot je prikazano zgoraj. Poleg tega, da očistijo nered okoli vašega vezja, zviti pari žic pomagajo zmanjšati električni šum, ki ga vzamejo elektrode. Z menjavanjem položaja žic naprej in nazaj bodo vse zunanje elektromagnetne motnje (npr. 60 Hz iz omrežja) enako vplivale na žice. Diferencialni ojačevalnik bo nato odstranil ta skupni šumni signal.

4. korak: Avdio ojačevalnik (neobvezno)

Če vas zanima poslušanje surovega signala EMG (brez kakršnega koli MIDI), lahko svojemu vezju EMG dodate zvočni ojačevalnik. Za sestavljanje zgoraj prikazanega vezja uporabite čip zvočnega ojačevalnika LM386N ter potrebne upore in kondenzatorje. Zgornji videoposnetek prikazuje, kako zveni surov signal (no, v vezju je nekaj filtrov, vendar je večinoma surov).

Čeprav ta korak ni potreben za sprožitev signalov MIDI, predlagam, da poskusite. Poslušanje signala EMG je lahko zelo koristna tehnika za odpravljanje težav in odpravljanje napak v sistemu. Na primer, če pride do močnih 60 Hz motenj iz omrežja, ga boste slišali veliko lažje, kot bi ga lahko zaznali pri vzorčenju signala s svojim Arduinom.

Zvok v mojem videu se nekoliko odreže, vendar je to precej spodoben primer, kako naj zveni čist signal EMG.

5. korak: Pripravite komponente MIDI

Če želimo poslati signal MIDI iz Arduina v napravo MIDI, moramo spajkati enega od ženskih vhodov MIDI. Za podrobnejšo vadnico o nastavitvi MIDI na Arduinu si oglejte moj prvi Instructable.

Tu so koraki:

1. Spajate upor 220 Ω na pin 4 priključka MIDI.
2. Spajate 10 -centimetrsko žico od upora do priključka Tx na Arduinu.
3. Spajate 10 cm dolgo žico na pin 2 in jo priključite na ozemljitev na Arduinu.
4. Spajate 10 cm dolgo žico na pin 5 in jo priključite na 5V na Arduinu.

Ko sestavite ojačevalnik EMG in pripravite kabel MIDI na iPhone, z dvema mostičnima žicama pošljite izhode instrumentnih ojačevalnikov na nožici A4 in A5 na Arduinu.

6. korak: Napišite kodo Arduino

Osnovni kanal za kodo Arduino je naslednji:

1. Izmerite osnovno raven hrupa za oba kanala EMG
2. Zankajte neprekinjeno, merite napetost vsakega kanala EMG
3. Če kanal EMG, ki nadzoruje intenzivnost note, prestopi prag, vklopite opombo MIDI
4. Uporabite signal iz drugega kanala EMG za moduliranje tona note

Spodbujam vas, da poskusite napisati svojo kodo Arduino za obdelavo signalov EMG. Zagotovo vem, da obstaja boljša shema nadzora od tistega, kar sem zložil skupaj! Če želite začeti z mojo kodo, jo prenesite tukaj. V svojem skladišču GitHub si lahko ogledate različne iteracije moje kode, medtem ko sem delal na projektu.

7. korak: Združite vse skupaj

Če je vse potekalo po načrtih, bi morali imeti možnost, da nadzirate svojo MIDI napravo s signalom lastnih mišic. Precej razburljivo! Ko projekt začne delovati, se lahko igrate z različnimi shemami upravljanja in raziščete različne zvoke MIDI.

Sporočite mi, če poskusite izdelati eno od svojih MIDI naprav, ki jih upravlja EMG! Rad bi slišal, kako gre, in z veseljem bi pomagal pri kakršnih koli vprašanjih, ki se pojavijo na poti. Vso srečo!

Druga nagrada na tekmovanju senzorjev 2017