Muscle-Music com Arduino: 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Olá a todos, este é o meu primeiro Instructables, este projeto foi inspirado depois de assistir o comercial do vídeo Old Spice Muscle Music, onde podemos assistir como Terry Crews toca diferentes instrumentos com sinais EMG.

Pretendemos iniciar esta jornada com este primeiro projeto, onde geramos um sinal de onda quadrada com uma frequência que varia dependendo da amplitude do sinal EMG obtido. Posteriormente, este sinal será conectado a um alto-falante para tocar aquela frequência.

Para construir este projeto, usaremos como núcleo, um Arduino UNO e um MyoWare Muscle Sensor. Se você não consegue um Sensor MyoWare, não se preocupe, explicaremos como construir o seu próprio. É um pouco complicado, mas vale a pena tentar, pois você aprenderá MUITO !!

Bem, vamos começar.

Etapa 1: Obtenha as peças necessárias

Existem duas maneiras de construir este projeto: usando o sensor MyoWare (etapas 2 e 3) e sem ele (etapas 4 e 5).

Usar o sensor MyoWare é mais fácil porque não requer conhecimento avançado sobre eletrônica, é quase apenas plug and play. Sem o MyoWare, é necessário ter algum conhecimento sobre OpAmps, como amplificação e filtragem, bem como retificação de um sinal. Dessa forma é mais difícil, mas permite que você entenda o que está por trás do circuito MyoWare.

Para o modo MyoWare, precisamos dos seguintes componentes e ferramentas:

• Sensor muscular MyoWare (Sparkfun)
• Arduino UNO (Amazon)
• Alto falante
• Tábua de pão
• Cabo 22 AWG
• 3 x eletrodos 3M (Amazon)
• Chave de fenda
• 2 x clipes de jacaré
• Cabo USB Arduino
• Decapantes de fio
• 1 x 1000uF (Amazon)

Sem o MyoWare, você precisará dos componentes anteriores (sem o MyoWare), bem como:

• Fonte de alimentação com +12 V, -12 V e 5 V (você pode fazer a sua própria com um computador PS, conforme mostrado neste Instructables)
• Se o cabo CA da fonte de alimentação for um cabo de 3 pinos, pode ser necessário um adaptador de três pinos / dois pinos ou um plugue de trapézio. (Às vezes, esse pino extra pode gerar ruído indesejado).
• Multímetro
• Amplificador de instrumentação AD620
• OpAmps 2 x LM324 (ou similar)
• Diodos 3 x 1N4007 (ou similar)

• Capacitores

  • Não polarizado (podem ser capacitores de cerâmica, poliéster, etc)

    • 2 x 100 nF
    • 1 x 120 nF
    • 1 x 820 nF
    • 1 x 1,2 uF
    • 1 x 1 uF
    • 1 x 4,7 uF
    • 1 x 1,8 uF

  • Polarizado (capacitor eletrolítico)

    2 x 1mF

• Resistores

  • 1 x 100 ohms
  • 1 x 3,9k ohms
  • 1 x 5,6k Ohms
  • 1 x 1,2k Ohms
  • 1 x 2,7 k ohms
  • 3 x 8,2k Ohms
  • 1 x 6,8k Ohms
  • 2 x 1k Ohms
  • 1 x 68k ohms
  • 1 x 20k Ohms
  • 4 x 10k Ohms
  • 6 x 2k Ohms
  • 1 x 10k Ohms Potenciômetro

Etapa 2: (com MyoWare) preparar eletrodos e conectá-los

Para esta parte, precisamos do Sensor MyoWare e 3 eletrodos.

Se você tem eletrodos grandes como nós, você precisa cortar as bordas para reduzir seu diâmetro, caso contrário, bloqueará o outro eletrodo que causará interferência de sinal.

Conecte o MyoWare conforme marcado na 4ª página do Manual do Sensor.

Etapa 3: (com MyoWare) conecte o sensor à placa Arduino

A placa MyoWare tem 9 pinos: RAW, SHID, GND, +, -, SIG, R, E e M. Para este projeto, exigimos apenas o "+" para conectar 5V, "-" para aterramento e "SIG" para o sinal de saída, conectado com 3 cabos grandes (~ 2 pés).

Como mencionado acima, o pino "+" precisa ser conectado ao pino 5V do Arduino, "-" ao GND e para o SIG precisamos de um filtro adicional para evitar mudanças repentinas na amplitude do sinal.

Para o alto-falante, só precisamos conectar o fio positivo ao pino 13 e o negativo ao GND.

E estamos prontos para o código !!!

Etapa 4: (sem MyoWare) construir o circuito de condicionamento do sinal

Este circuito é integrado por 8 estágios:

1. Amplificador de Instrumentação
2. Filtro passa-baixo
3. Filtro passa-alta
4. Amplificador Inversor
5. Retificador de precisão de onda completa
6. Filtro Passivo Passivo
7. Amplificador Diferencial
8. Paralelo Clipper enviesado

1. Amplificador de instrumentação

Este estágio é usado para pré-amplificar o sinal com um ganho de 500, e eliminar o sinal de 60 Hz que pode estar no sistema. Isso nos dará um sinal com amplitude máxima de 200 mV.

2. Filtro passa-baixa

Este filtro é usado para eliminar qualquer sinal acima de 300 Hz.

3. Filtro passa-alta

Este filtro é usado para evitar qualquer sinal inferior a 20 Hz gerado com o movimento dos eletrodos durante o uso.

4. Amplificador inversor

Com um ganho de 68, este amplificador irá gerar um sinal com uma amplitude variando de -8 a 8 V.

5. Retificador de precisão de onda completa

Este retificador converte qualquer sinal negativo em um sinal positivo, deixando-nos apenas com um sinal positivo. Isso é útil porque o Arduino só aceita um sinal de 0 a 5 V nas entradas analógicas.

6. Filtro passivo de passagem baixa

Usamos 2 capacitores eletrolíticos de 1000uF para evitar mudanças repentinas na amplitude.

7. Amplificador diferencial

Após o estágio 6, percebemos que nosso sinal tem um desvio de 1,5 V, isso significa que nosso sinal não pode descer a 0 V, apenas a 1,5 V, e um máximo de 8 Volts. O amplificador diferencial usará um sinal de 1,5 V (obtido com um divisor de tensão e 5 V, ajustado com um Potenciômetro de 10k) e o sinal que queremos modificar e repousará 1,5 V para o sinal do músculo, nos deixando com um belo sinal com um mínimo de 0 V e um máximo de 6,5 V.

8. Clipper Paralelo Polarizado

Finalmente, como mencionamos antes, o Arduino só aceita sinais com amplitude máxima de 5 V. Para reduzir a amplitude máxima de nosso sinal, precisamos eliminar a tensão acima de 5 Volts. Este Clipper nos ajudará a conseguir isso.

Etapa 5: (sem MyoWare) conecte os eletrodos ao circuito e ao Arduino

Os eletrodos colocados no bíceps são os eletrodos 1, 2, e o eletrodo mais próximo do cotovelo é conhecido como eletrodo de referência.

Os eletrodos 1 e 2 são conectados às entradas + e - do AD620, não importa a ordem.

O eletrodo de referência é conectado ao GND.

O sinal filtrado vai diretamente para o pino A0 do Arduino.

** NÃO SE ESQUEÇA DE LIGAR O GND DO ARDUINO AO GND DO CIRCUITO **

Etapa 6: O Código !

Finalmente, os códigos.

1. O primeiro é uma varredura de frequência de 400 Hz a 912 Hz, dependendo da amplitude do sinal obtido do bíceps.

2. A segunda é a terceira oitava da escala Dó maior, dependendo da amplitude com que escolherá um tom.

Você pode encontrar as frequências na Wikipedia, apenas ignore os decimais

Etapa 7: resultados finais

Estes são os resultados obtidos, você PODE modificar o código para tocar as notas que QUER !!!

A próxima etapa deste projeto é integrar alguns motores de passo e outros tipos de atuadores para tocar um instrumento musical. E também treino para obter sinais fortes.

Agora faça seus músculos tocarem um pouco de MÚSICA. DIVIRTA-SE!!:)