Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Lüüsid hingele - silmaplaat

Üks minu keskkooli klassikaaslastest on quadriplegic ning ma sain temaga kohtumisel ja teistega sarnaste tingimustega kuulamisel teada, et paljud puuetega inimesed ei saa endale lubada tehnoloogiaid, mis võimaldavad neil suhelda - eriti sellistes kohtades nagu Honduras, kus ma elan. Süsteemid on liiga kallid.

See ajendas mind ehitama odav, kuid usaldusväärne inim-arvuti liides, mis tuvastab silma liigutusi elektrookulograafia (EOG) abil, biomeditsiinilise tehnikaga, mis põhineb silma ümbritsevatelt elektroodidelt saadud signaalide vastuvõtmisel. EOG-liidesed võimaldavad neil, kes ei suuda käega manipuleerida, liigutada kursorit arvutiekraanil. Ma teadsin, et odav EOG süsteem võib olla kasulik paljudele inimestele.

Disain

Silmalaud tekitab oma sarvkesta ees ja võrkkesta taga pinget 0,4 mV – 1,0mV (millivolti). Kui kinnitate elektroodid silma vastaskülgedele, võtavad nad osa sellest pingest, sõltuvalt sellest, kus silmamuna on. Vaadates sirgjooneliselt ja sarvkesta ja võrkkesta vahel elektroodide vahel ühtlaselt, puudub pinge. Kuid silmamuna ühele küljele, saate mõõta mikrovolt-taseme signaali sarvkestale lähemal olevate elektroodide ja vastaskülje vahel. EOG saab jälgida nii horisontaal- kui ka vertikaalset liikumist, kuid horisontaalne on lihtsam ja kasulikum. Minu süsteem, nagu paljud teisedki, on ainult horisontaalsed, kasutades kolme elektroodi: üks iga silma kõrval ja maanduselektrood nina või otsa silla keskel.

Protsessori kiip või isegi ostsilloskoop ei suuda selliseid väikseid pingeid tuvastada, nii et EOG-süsteem peab neid võimendama, samal ajal filtreerides välja ka müra lähedal asuvatest elektriseadmetest ja juhtmestikust. Sa näed seda ülesehitust, mida ma ehitasin, et teha seda, koos samm-sammuliste juhistega oma EOG-süsteemi ehitamiseks ja selle mikrokontrolleri kiibi programmeerimiseks veebikeskkonna 29. köite lehel.

Signaali esialgseks võimendamiseks kasutan INA118 mõõteriistade võimendi kiibi, mis on konfigureeritud 100Ω takistiga tihvtide 1 ja 8 vahel, mis annab sellele 501 võimenduse. INA118 kiibi kõrge CMRR (ühisrežiimi tagasilükkamise suhe) 110dB välistab tavalised signaalid, mis mine mõlemasse sisendisse, mis eemaldab signaali tee alguses müra.

Elektroodipiiride müra kipub tulema kõrgematel sagedustel, nii et kaevanduses kasutatakse järjestikku 2 passiivset madalpääsfiltrit, et vähendada seda müra, mis ületab nende 16 Hz sageduse. Kui kasutasin vooluahelat, on valemi valemiks 1 / 2πRC, kus R on resistentsus ja C on mahtuvus, nii et 100 kΩ takistiga ja 0,1 µF korkiga väljub see 15,9 Hz, mis on hea; silmade liikumine ei ole nii kiire, et filtreerimine vähendab midagi olulist.

Lõpuks nullib kondensaator signaali, eemaldades silma vahelise puhkepotentsiaali lisandunud DC-nihke, ja pinge järgija vooluahel võimaldab ühendada kõrgema allika impedantsi seadet kui EOG-i väljundimpedants, mis on kasulik ostsilloskoopi või multimeetri ühendamiseks tõrkeotsing. Süsteemi võimendamiseks kasutan kahte 7805 pinge regulaatorit, mis on traadiga ühendatud traadiga, et tarnida vooluahelat + 5V, –5V ja maapinnaga (0V), kõrvaldades vajaduse kahekordse toiteallika järele.

Ammutatud signaali töötlemiseks, kui silmad liiguvad horisontaalselt, sisestan selle AT-mega328P mikrokontrolleri analoog-digitaalse muunduri tihvti, mis on programmeeritud edastama andmed arvutisse jadapordi kaudu. Arvutis olev Pythoni skript saadab seejärel andmed kirjutatud C ++ -rakendisse, mis võimaldab kasutajal sõnumeid täpsustada. Vasakule vaadates kerib kirjad alla ja paremale vaadates valitakse need. Selleks, et elektroodide kandmine oleks mugavam, paigaldasin need mõnele klaasile, mis oli modifitseeritud peapaela ja superliimiga. Ma olen ehitanud mitmeid EOG klaaside prototüüpe heade tulemustega.

Ma parandan endiselt seda EOG süsteemi, sealhulgas otsin võimalusi, kuidas seda mugavamalt kanda. Mul on hea meel, et töötasin välja süsteemi alla $ 200, mis võimaldab puuetega inimestel, nagu minu klassikaaslasel, suhelda, kui sama maksumuse äriversioonid maksavad vähemalt 10 000 dollarit. Sooviksin luua ka odavaid EOG-liidese süsteeme muudeks rakendusteks, näiteks ratastooli või televiisori juhtimiseks.Lõpetasin just keskkooli ja seda, mida ma kõige enam vajain nende ideede saavutamiseks, on stipendium, sponsor või muu rahastamisallikas, et saaksin Ameerika Ühendriikides elektrotehnikat õppida.

Osa

Jätnud Kommentaari