Monitor de foco EEG portátil: 32 etapas

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

A vida na faculdade exige foco nas aulas, tarefas e projetos. Muitos alunos acham difícil se concentrar nesses momentos, por isso monitorar e compreender sua capacidade de se concentrar é tão importante. Criamos um dispositivo biossensor que mede suas ondas cerebrais para avaliar seu nível de foco e exibe os dados para você ver. A sigla "EEG" significa eletroencefalógrafo, o que significa que é uma máquina usada para registrar a atividade elétrica no cérebro.

Este biossensor requer uma entrada de sinal de EEG e seu dedo para pressionar na tela para produzir um gráfico de frequência e dados extraíveis (opcional) que podem ser copiados para o Excel.

Isenção de responsabilidade: este biossensor NÃO é um dispositivo médico.

Suprimentos

• Arduino Uno ($ 23)
• Breadboard ($ 5,50)
• Escudo de toque TFT de 2,8 "para Arduino com tela de toque resistiva ($ 34,95)
• Fios ($ 0,95)
• EEG Bitalino ($ 40,79)
• Eletrodos ($ 9,13)
• Acessório de 3 derivações ($ 21,48)
• Cotonetes com álcool ($ 4,65) (opcional)
• Bateria de 9 V ($ 2,18)
• Suporte de bateria 9V ($ 1,69)
• Cabo USB 2.0 tipo A / B $ 3,95)

• Ferramentas

  • Descascador de fios ($ 6,26)
  • Faixa de cabelo / fones de ouvido para prender os fios acima de sua cabeça (opcional)

Custo total: $ 142 (dependendo das flutuações de preço)

Etapa 1: Pré-requisitos

• Algum conhecimento básico sobre como as ondas cerebrais são lidas seria útil para entender o gráfico, mas não necessário.

  Este é um bom recurso para obter algumas informações básicas.

• Você também precisaria acessar o site do GitHub para obter nosso código.
• Você precisaria fazer o download do aplicativo Arduino.

Etapa 2: Precauções de segurança

• Certifique-se de que o circuito não esteja ligado (bateria desligada, USB não conectado) ao modificar o circuito.
• Certifique-se de que não haja fluidos próximos que possam vazar para o circuito.
• AVISO: este NÃO é um dispositivo médico e não tem a mesma precisão. Use um EEG adequado se precisar fazer um estudo sobre ondas cerebrais.
• Mantenha as mãos secas ao trabalhar com o circuito ou biossensor.

Etapa 3: dicas e sugestões

Solução de problemas

• Certifique-se de que seus fios estejam conectados aos pinos corretos. Caso contrário, uma leitura ininteligível aparecerá.
• Ao conectar a tela, certifique-se de que não encaixou tudo um pino abaixo (se você notar que algum dos pinos da tela não está conectado, é por isso)
• Certifique-se de ter conectado o BITalino corretamente (com base no logotipo e no sinal de EEG, conforme visto nas instruções)
• Certifique-se de que a tela esteja conectada corretamente a um ponto em que o metal dos pinos não seja mais visível.
• Se houver falha na compilação do código e eles não conseguirem encontrar uma determinada biblioteca, certifique-se de que instalou todas as bibliotecas mencionadas.

Intuições

Lembre-se de levar em consideração o espaço necessário para descascar o fio antes de cortá-lo no comprimento certo

• Antes de aplicar os eletrodos na testa, certifique-se de lavá-los e secá-los primeiro ou usar um algodão embebido em álcool para reduzir a impedância.
• Usar um Arduino Mega forneceria pinos analógicos e digitais extras, o que significaria que você não precisaria "compartilhar" pinos entre os fios e a tela como estamos fazendo neste modelo.

Etapa 4: a ciência por trás do dispositivo

Seu cérebro produz diferentes frequências de sinais elétricos, dependendo do seu nível de consciência / foco. Ele produz ondas gama (32-100 Hz) quando está extremamente focado em uma tarefa, processando informações ou aprendendo. Ele produz ondas Beta (13-32 Hz) quando você está alerta, pensando ou excitado. As ondas alfa (8-13 Hz) são produzidas se você estiver física e mentalmente relaxado. As ondas Teta (4-8 Hz) ocorrem durante a meditação profunda ou sono REM (movimento rápido dos olhos). As ondas delta (<4 Hz) ocorrem durante o sono profundo e sem sonhos.

Nosso sensor permitirá que você saiba quanto de cada onda está presente para permitir que você meça o seu nível de foco. Ele detecta apenas comprimentos de onda de 0 Hz a 59 Hz, que é a faixa onde ocorre a maioria das ondas cerebrais.

Se você preferir um vídeo tutorial, aqui está um bom vídeo que você pode assistir.

Em nosso vídeo de introdução, falamos sobre Fast Fourier Transform. Este vídeo explica o que é.

Etapa 5: descasque e corte os fios

Para obter melhores resultados, você precisaria de 3 peças com no mínimo 5 de comprimento.

Se você ainda não removeu um fio, aqui está um tutorial simples.

Dica: Ao cortar o fio, certifique-se de deixar espaço para descascá-lo.

Etapa 6: Faça um loop em uma extremidade de cada fio

O objetivo aqui é criar um laço em uma das extremidades da parte exposta do fio. Este laço deve ser aproximadamente do mesmo tamanho que os pinos sob a proteção de toque TFT ou um pouco maior.

Etapa 7: localize os pinos correspondentes sob a tela

Compare o Arduino Uno e a parte inferior da tela para identificar os pinos correspondentes para 3,3 V, GND e A5.

Dica: se você olhar de perto, poderá ver os círculos vermelhos na imagem circulando os alfinetes de interesse.

Etapa 8: prenda os fios aos pinos de proteção de toque TFT

Anexe os loops que você fez aos pinos TFT Touch Shield que correspondem à saída de 3,3 V, GND e pino analógico A5 no Arduino.

Dica: Se você não tiver certeza de quais devem ser anexados, você pode usar os descritos na imagem acima.

Etapa 9: Aperte as alças dos fios

Aperte a parte metálica do laço do fio para apertar. Isso irá garantir uma conexão melhor.

Etapa 10: conecte o TFT Touch Shield

Use os dedos para prender os fios em seus lugares e vire o Touch Shield TFT. Conecte-o ao Arduino.

Etapa 11: conecte os fios na placa de ensaio

Conecte o

• Fio de 3,3 V para a coluna + na placa de ensaio.
• Fio GND para a coluna - na placa de ensaio.
• Fio A5 para qualquer linha na placa de ensaio.

Dica: os fios que você vê passando pela tela são para fins ilustrativos. Optamos por passar os fios sob a tela, pois os fios que tínhamos eram muito curtos.

Etapa 12: conecte seu acessório de 3 derivações

Conecte o acessório de 3 derivações ao sensor BITalino EEG. Conecte-o no lado que está identificado como "EEG".

Etapa 13: conecte o sensor de EEG a um fio

Conecte seu sensor de fio EEG na lateral com o logotipo BITalino.

Etapa 14: Conecte o EEG à placa de ensaio

Conecte a outra extremidade dos fios à placa de ensaio, conforme mostrado na imagem.

• Conecte o fio vermelho à coluna + da placa de ensaio
• Conecte o fio preto à - coluna da placa de ensaio
• Conecte o fio roxo à linha com o fio do pino A5.

Etapa 15: Cole os eletrodos na testa

Retire os eletrodos e cole-os na testa, conforme mostrado na imagem.

Etapa 16: Conecte-se

Torne-se um com o circuito conectando as extremidades do acessório de 3 derivações aos eletrodos em sua testa. A broca de metal no eletrodo deve se encaixar perfeitamente nos orifícios do acessório de 3 derivações.

Não importa qual eletrodo vai para qual eletrodo, desde que o branco esteja no meio.

Etapa 17: prenda os fios (opcional)

Se você não quiser que os fios bloqueiem sua visão, alise-os acima de sua cabeça e prenda-os com algo. Optei por usar fones de ouvido para fazer isso.

Etapa 18: Insira a bateria de 9 V na bateria

Insira a bateria de 9 V na bateria.

Etapa 19: conecte o pacote de bateria de 9V

Conecte a bateria de 9 V à porta mostrada na imagem. Mantenha a bateria desligada ao fazer isso.

Etapa 20: obtenha o código do Github

• Acesse este link:
• Clique no arquivo Hand_Held_EEG.ino. Copie e cole o código na janela do Arduino.

Como alternativa, você pode clicar no botão verde "clonar ou baixar", salvá-lo como um zip, extrair o arquivo e abri-lo

Etapa 21: Baixe as bibliotecas apropriadas

Ao tentar compilar o código, você será solicitado a procurar bibliotecas específicas.

• Vá para ferramentas> Gerenciar Bibliotecas
• Digite a biblioteca de que você precisa na barra de pesquisa. Baixe aquele que mais combina com a biblioteca desejada.

• Estas são as bibliotecas de que você precisa:

  • arduinoFFT.h
  • Adafruit_GFX.h
  • SPI.h
  • Wire.h
  • Adafruit_STMPE610.h
  • Adafruit_ILI9341.

Como alternativa, você pode baixar as bibliotecas desses links. e copie-os em sua pasta de bibliotecas.

Arduino FFT:

SPI:

Wire:

Adafruit ILI9341:

Adafruit STMPE610:

Adafruit GFX:

Etapa 22: conecte o Arduino UNO ao seu computador

Conecte o Arduino UNO ao seu computador usando o cabo USB.

Etapa 23: faça upload do código

Pressione o botão de upload na janela do Arduino, conforme mostrado no círculo vermelho na imagem acima. Aguarde até que o upload seja concluído.

Etapa 24: O produto final

Desconecte o cabo USB e você terá o produto final! Tudo que você precisa fazer é ligar a bateria e tocar na tela para começar a coletar dados!

Quanto mais picos você vê no lado esquerdo, menor é o seu nível de foco.

Etapa 25: Diagrama EAGLE

Acima está o diagrama EAGLE. O TFT Touch Shield, o sensor EEG e a bateria de 9 V estão identificados. O Arduino UNO já tem sua própria etiqueta impressa.

A bateria de 9 V tem sua extremidade positiva conectada ao pino de 5 V e a extremidade negativa conectada ao pino GND do Arduino Uno.

O sensor de EEG tem seu pino VCC conectado ao pino 3V, o pino GND ao pino GND e o pino REF ao pino A5 do Arduino Uno.

O TFT Touch Shield é conectado a todos os pinos do Arduino Uno.

Etapa 26: Lendo os dados

Na etapa 4, havia um diagrama mostrando quais frequências de ondas cerebrais correspondem a qual nível de consciência / foco. Nosso gráfico está em uma escala de 10 Hz por quadrado. Então, se você ver um pico no final do 2º quadrado (como na imagem). Isso significa que há uma maioria de ondas cerebrais em 20Hz. Isso indica ondas Beta, o que significa que a pessoa está acordada e focada.

Etapa 27: abrindo o monitor serial (opcional)

Abra o monitor serial na guia de ferramentas no canto superior esquerdo.

Ou você pode pressionar Ctrl + Shift + M

Etapa 28: faça uma leitura no monitor serial (opcional)

Com o arduino conectado ao computador, faça uma leitura usando a tela sensível ao toque.

Etapa 29: Copie seus resultados (opcional)

Clique em Serial Monitor, pressione CTRL + A e depois CTRL + C para copiar todos os dados.

Etapa 30: colar os resultados em um documento de texto. (Opcional)

Abra um documento de texto como o Bloco de notas e pressione CTRL + V para colar os resultados.

Etapa 31: Salve os resultados como um arquivo.txt. (Opcional)

Este código pode então ser exportado para um software como o Excel, a fim de analisar os dados.

Etapa 32: Idéias adicionais

• Você pode criar um dispositivo que o desperta quando você perde o foco, adicionando um motor vibratório e algum código que ativa o motor se detectar ondas cerebrais abaixo de uma determinada frequência (semelhante a como um Fitbit vibra).
• Adicionar recursos de cartão SD permitiria armazenar os dados e processá-los de outras maneiras por meio de aplicativos como o Microsoft Excel.