Detector de piscadelas: 6 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Este instrutível explica como fazer um “detector de piscadela” a partir de um sensor AD8232 ECG (eletrocardiograma) modificado, um amplificador operacional quádruplo LM324-N, um Arduino Uno R3 e uma faixa de cabeça feita em casa.

O detector tem duas saídas… uma para quando pisca o olho esquerdo… e outra para quando pisca o direito.

Piscadas normais, que envolvem ambos os olhos, são ignoradas.

As aplicações para este circuito incluem:

• interfaces de jogo
• tecnologia assistiva

Poucas ferramentas são necessárias … apenas um ferro de solda e uma faca afiada.

As modificações do sensor, que podem ser revertidas, exigem que você:

• corte duas faixas
• adicione duas pontes / shorts de solda
• adicionar um link de fio curto

O custo estimado dos componentes é de $ 15,00

Imagens

• A foto da capa mostra uma visão aproximada do detector de piscadelas
• A foto 2 mostra a posição aproximada da fita para a cabeça.
• O vídeo mostra o detector de wink em operação. Três piscadas sucessivas são feitas com cada olho.

Etapa 1: Lista de peças

As seguintes partes foram obtidas em

• 1 apenas módulo de monitor cardíaco de ECG AD8232
• 1 apenas Arduino Uno R3

As seguintes peças foram obtidas localmente:

• 1 somente LM324 quad-op-amp
• 1 resistor de apenas 220K ohm 1/8 watt
• 2 apenas 120K ohm resistores 1/8 watt
• 1 resistor de apenas 15K ohm 1/8 watt
• 2 resistências de apenas 10K ohm 1/8 watt
• 1 resistor de apenas 1200 ohm 1/8 watt

Itens diversos já disponíveis:

• tábua de pão
• fio de cobre trançado
• solda

O custo estimado dos componentes é de $ 15

Etapa 2: Circuito

O diagrama do circuito “detector de piscadelas” é mostrado na foto 1

O circuito compreende um módulo sensor cardíaco AD8232 ECG modificado, um LM324 quad-op-amp, um Arduino Uno R3, alguns resistores e dois LEDs.

A forma de onda de saída do AD8232 gira em torno de 1,5 volts DC.

Quando o olho esquerdo pisca, a forma de onda de saída do AD8232 sobe para 3,3 volts. Quando a forma de onda excede 2,8 volts, a saída do comparador piscante à esquerda muda de zero para 5 volts, conforme mostrado na foto 2.

Quando o olho direito pisca, a forma de onda de saída do AD8232 cai para zero volts. Quando a forma de onda cai abaixo de 0,2 volts, a saída do comparador piscante à direita muda de zero para 5 volts, conforme mostrado na foto 3.

Piscadas normais não têm efeito na saída, pois são o equivalente a duas piscadas simultâneas e não é possível para a saída AD8232 ir em duas direções opostas ao mesmo tempo.

O AD8232 é fornecido com um conjunto de eletrodos e eletrodos de ECG revestidos de gel. Depois de alguns usos, as almofadas tendem a cair. Para contrariar isso, coloquei algumas almofadas de aço estanhado em uma faixa de cabeça feita de um velho cordão e velcro. Os detalhes sobre como construir essa faixa de cabeça são descritos em outra parte deste artigo.

Etapa 3: Modificações do circuito AD8232

Uma placa de circuito não modificada é mostrada na foto 1

Quando usado como monitor cardíaco, as derivações de ECG são conectadas da seguinte forma:

• O braço direito está conectado ao RA
• O braço esquerdo está conectado a LA
• A perna direita está conectada ao RL

Uma placa de circuito modificada é mostrada na foto 2

Após as modificações, os leads se tornam:

• A sobrancelha direita está conectada a RA
• A sobrancelha esquerda está conectada a LA
• A testa está conectada a RL

O circuito original

Um diagrama de blocos simplificado do monitor cardíaco original é mostrado na foto 3.

Este diagrama foi criado combinando os valores dos componentes no esquema do Sparkfun “Monitor cardíaco” [1] com o “Diagrama de blocos funcionais” AD8232 [2]

Quando usado como monitor cardíaco, ambas as entradas do amplificador de instrumentação AD8232 são conectadas ao trilho de alimentação de 3,3 volts por meio de resistores de 10M. O amplificador de instrumentação, no entanto, não pode operar a menos que os dois cabos de entrada estejam em torno do potencial mid-rail.

O potencial mid-rail é obtido injetando-se uma pequena corrente (10uA) do cabo RLD (acionamento da perna direita) em sua perna. Nós efetivamente criamos um divisor de tensão usando seu corpo como um dos resistores.

O propósito real do lead RLD é explicado na folha de dados AD8232 … Estou apenas olhando para isso de um ponto de vista diferente.

O circuito modificado

Um bloco esquemático das modificações do circuito é mostrado na foto 3.

Em vez de procurar os batimentos cardíacos, o detector de piscadelas procura diferenças no potencial elétrico. Como tal, ele precisa estar totalmente operacional em todos os momentos … ambas as entradas do amplificador de instrumentação devem ser ligadas a um potencial mid-rail, como Vref (1,5 volts)

Isso é obtido cortando a trilha que conecta os dois resistores de 10M à alimentação de 3,3 volts e unindo a extremidade cortada ao Vref por meio de um pequeno elo de fio. Ambas as entradas do amplificador de instrumentação estão agora no potencial mid-rail, o que significa que a saída do AD8232 gira em torno de 1,5 volts DC.

Também não precisamos do cabo RLD … vamos usar esse cabo para melhorar o CMRR (taxa de rejeição de modo comum) do sistema, elevando seu corpo ao potencial midrail. Isso é conseguido cortando o trilho no pino AD8232 RLD e unindo a extremidade cortada ao Vref.

A folha de dados AD8232 recomenda que os pinos RLD e RLDF (feedback de acionamento da perna direita) sejam encurtados ao usar um circuito de dois condutores. Isso é obtido colocando-se em curto o capacitor que une esses dois pinos.

Referências

[1]

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

[2]

www.analog.com/media/en/technical-document…

Etapa 4: a fita para a cabeça

A bandana foi feita de um cordão antigo, um pedaço de velcro e alguns ganchos de velcro. Os detalhes da construção são mostrados nas fotos 1..4

As almofadas são feitas de chapa de estanho fina … usei o fundo de uma lata de tinta velha … e são presas ao cordão por abas estreitas cortadas da mesma chapa de estanho. Isso permite que as almofadas deslizem em torno da faixa de cabeça.

Cubra as bordas das almofadas de metal com uma lima e lixe levemente as superfícies de contato. Solde o monitor cardíaco que leva às abas de metal expostas.

É importante que as almofadas façam um bom contato com a pele … o gel de contato médico é recomendado, mas descobri que um hidratante para as mãos também funciona.

O tamanho da almofada não é crítico … Desde então, reduzi a largura enquanto fazia experiências com espaçamento de almofada mais próximo … reduzir o tamanho pela metade não fez diferença.

Etapa 5: Software

Instruções

Carregue o arquivo anexado “wink_detector_4.ino” para o seu Arduino e execute.

Notas

O código é extremamente simples … ele simplesmente pesquisa cada uma das duas saídas do detector de piscadas e pisca o LED apropriado sempre que um comparador muda de estado.

Mas há um problema … piscadelas fortes podem fazer com que o LED oposto pisque.

O traço superior na foto 1 mostra a saída do AD8232 caindo para zero volts após uma forte piscada do olho esquerdo. O comparador do olho direito (traço inferior) vê isso como um piscar de olhos para a direita e gera uma saída falsa.

A foto 2 mostra as duas saídas do comparador para uma piscada forte à esquerda. O comparador da direita ainda está gerando uma saída falsa 800 ms após o início do piscar da esquerda.

Uma solução de software é usada para contornar isso … o primeiro detector a ver um piscar de olhos desativa o outro detector por 1 segundo. Este período é ajustável no cabeçalho do código,

Etapa 6: Resumo

Este instrutível explica como converter um Sparkfun AD8232 “Monitor cardíaco” em um “Detector Wink”.

Detalhes de construção para uma faixa de cabeça ajustável também são fornecidos.

O código do Arduino elimina gatilhos falsos devido ao overshoot da saída AD8232 na presença de piscadas fortes.

As aplicações para este circuito incluem:

• interfaces de jogo
• tecnologia assistiva

O custo estimado dos componentes é de $ 15,00

Clique aqui para ver meus outros instructables.