Lag Muscle MIDI Music !: 7 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Når nervesystemet ditt trenger å bevege seg, sender det små elektriske signaler gjennom nevroner for å kontrollere musklene dine. Elektromyografiteknikken (EMG) lar oss forsterke og måle disse elektriske signalene. I tillegg til å være et nyttig klinisk verktøy for å diagnostisere forskjellige nevrologiske lidelser, har EMG -opptak blitt brukt mer nylig for å kontrollere proteser.

I håp om å bli mer kjent med EMG -forsterkning og opptaksteknikker, tenkte jeg at det ville være morsomt å bygge en EMG -forsterker som jeg deretter kunne bruke som et kontrollsignal for en annen enhet. I stedet for å kontrollere en protetisk arm, bestemte jeg meg for å inkorporere mine interesser i musikk og brukte EMG -signalene til å kontrollere en MIDI -enhet. MIDI står for Musical Instrument Digital Interface, og er standardprotokollen for å sende og motta musikalske signaler elektronisk.

Bakgrunnskunnskap

Denne instruksen inkluderer breadboarding på en krets, lodding av noen ledninger, programmering av en Arduino og grensesnitt med en MIDI -enhet. Hvis du ikke har noe av denne nødvendige bakgrunnen, anbefaler jeg å sjekke ut noen av klassene / instruksjonene nedenfor:

Kretser

Arduino

MIDI

Sikkerhetsmerknad

Dette prosjektet innebærer å koble seg til en elektrisk krets. Ta alle nødvendige sikkerhetstiltak. Denne artikkelen fra Delsys har et avsnitt om elektrisk sikkerhet, samt en nyttig beskrivelse av EMG -teknikker generelt. Vi slår av kretsen fra to 9V batterier; på ingen måte skal kretsen din (spesielt når du også er koblet til den) være koblet til vekselstrøm fra veggen.

Trinn 1: Prosjektoversikt og deleliste

Prosjektet vårt består av tre hovedkomponenter:

1.) EMG -forsterkeren, 2.) Arduinoen, og 3.) MIDI -enheten.

1. Vi bygger EMG -forsterkeren på et brødbrett. Hvis du er interessert i en mer grundig titt på vitenskapen bak EMG-forsterkeren og mer detaljerte trinn om hvordan du bygger din egen, sjekk ut min EMG-lydforsterker Instructable.
2. Vi driver Arduino fra de samme 9V -batteriene som driver EMG -forsterkeren. Det meste av arbeidet med Arduino vil være på programvaresiden.
3. Jeg brukte en iPhone som kjører Garageband som min MIDI -enhet. Arduino sender standard MIDI -signaler over en standard MIDI -kabel, så enhver MIDI -enhet bør fungere i stedet for iPhone.

Deler

• (2x) LT1167 (instrumenteringsforsterker)
• (2x) LT1112 (eller hvilken som helst dobbel op-amp-brikke)
• (1x) LM386N (lydforsterker)
• (5x) Surface EMG -elektroder (to per muskel og en som referanse) (Amazon)
• Arduino Uno (Amazon)

• iPhone (eller hvilken som helst MIDI -enhet)

  MIDI til iPhone -adapterkabel (hvis du bruker en iPhone) (Amazon)

• Ulike motstander, kondensatorer og hoppetråder
• Brødbrett (Amazon)
• (2x) 9V batteri

Verktøy

• Loddejern (Amazon)
• Wire strippere
• Krympeslange
• Elektrisk tape

Trinn 2: Monter EMG -forsterkeren

For en mer grundig opplæring om hvordan du bygger EMG -forsterkeren, sjekk ut min EMG -lydforsterker Instructable.

Vi bygger en EMG -forsterker som kan forsterke to EMG -kanaler. Vi bruker en LT1167 instrumenteringsforsterker per kanal. LT1167 -databladet inneholder nyttig en skjematisk oversikt over en "Nerve Impulse Amplifier", som vi vil følge i dette trinnet.

Sett sammen kretsen

På brødbrettet, sett sammen to kopier av nerveimpulsforsterkeren vist ovenfor. Bildene av min samlede krets skulle hjelpe deg mot slutten. Jeg la til passive 1. ordre lavpass-filtre til utgangen til hver av mine forsterkere for å redusere støy. Hvis du vil legge dem til i kretsen din, brukte jeg en 1 kΩ motstand med en 0,047 μF kondensator for en cutoff -frekvens på omtrent 2000 Hz.

Makt

Vi slår strømmen av to 9V batterier. LT1167 trenger en +V og -V (fordi EMG -kildesignalet har både positive og negative verdier), så vi kobler minuspinnen på +V -batteriet til pluss -pinnen på -V -batteriet. Minustappen på -V -batteriet blir -V -verdien. Når du bruker to 9V batterier, ender du med at +V og -V er henholdsvis +9 og -9 volt.

Elektroder Det neste trinnet dekker elektrodeplasseringen mer detaljert. Referanseelektroden kobles til pinne 1 på en av instrumenteringsforsterkerne, og muskelelektrodeparene kobles til pinne 2 og 3 på instrumenteringsforsterkerne. +/- orienteringen til elektrodene spiller ingen rolle.

Merk: Hvis kretsen din ikke fungerer, har du sannsynligvis gjort noe galt! En god teknikk for å finne en feil i en krets er å tegne skjematikken for kretsen du faktisk har satt sammen på brødbrettet og sammenligne den med den opprinnelige skjematikken. I den prosessen kan du finne en feil (som jeg gjorde mange ganger).

Trinn 3: Forbered elektrodene

Som jeg nevnte ovenfor, trenger vi totalt fem elektroder for dette prosjektet. EMG -opptak utføres med en differensialforsterker, noe som betyr at vi forsterker forskjellen mellom to referansepunkter på muskelen. Dette betyr at vi trenger to elektroder per muskel. I tillegg trenger vi en enkelt referanse for muskelaktiviteten som skal måles med hensyn til. Her er en lenke til noen overflate -EMG -elektroder som selges på Amazon. Den eksakte typen elektrode er ikke så viktig for våre formål.

Som jeg har vist på bildet ovenfor, plasser to elektroder på innsiden av hver underarm, parallelt med muskelens lengde og atskilt med ca 2 cm. Plasser referanseelektroden på den benete delen av en av albuene, vekk fra elektrodene på musklene.

Vridne trådpar

Du vil også vri ledningene på elektrodeparene dine som vist ovenfor. I tillegg til å rydde opp i rotet rundt kretsen din, hjelper snoede trådpar med å redusere elektrisk støy som fanges opp av elektrodene. Ved å veksle ledningenes posisjon frem og tilbake, vil enhver ekstern elektromagnetisk interferens (f.eks. 60 Hz fra strømnettet) påvirke ledningene like mye. Differensialforsterkeren vil deretter fjerne dette vanlige støysignalet.

Trinn 4: Lydforsterker (valgfritt)

Hvis du er interessert i å lytte til det rå EMG -signalet (uten noe MIDI), kan du legge til en lydforsterker i EMG -kretsen. Bruk en LM386N lydforsterkerbrikke og de nødvendige motstandene og kondensatorene for å montere kretsen vist ovenfor. Videoen ovenfor demonstrerer hva et rått (vel, det er noen filtre i kretsen, men det er stort sett rått) EMG -signal høres ut som.

Selv om dette trinnet ikke er nødvendig for å utløse MIDI -signalene, foreslår jeg at du prøver det. Lytte til EMG -signalet kan være en veldig nyttig teknikk for feilsøking og feilsøking av systemet. For eksempel, hvis det er en sterk 60 Hz forstyrrelse fra strømnettet, vil du kunne høre det mye lettere enn du ville kunne oppdage det når du sampler signalet med Arduino.

Lyden i videoen min klipper litt, men det er et ganske anstendig eksempel på hvordan et rent EMG -signal skal høres ut.

Trinn 5: Forbered MIDI -komponentene

For å sende MIDI -signal fra Arduino til MIDI -enheten, må vi lodde opp en av de kvinnelige MIDI -kontaktene. Du bør sjekke ut min første Instructable for en mer grundig opplæring om hvordan du konfigurerer MIDI på Arduino.

Her er trinnene:

1. Lodd en 220 Ω motstand til pinne 4 på MIDI -kontakten.
2. Lodd en 10 cm ledning fra motstanden til Tx -kontakten på Arduino.
3. Lodd en 10 cm lang ledning til pinne 2 og koble den til bakken på Arduino.
4. Lodd en 10 cm lang ledning til pin 5 og koble den til 5V på Arduino.

Når du har montert EMG -forsterkeren og forberedt MIDI til iPhone -kabelen, bruker du to jumperkabler for å sende utgangene til instrumenteringsforsterkerne til pinne A4 og A5 på Arduino.

Trinn 6: Skriv Arduino -koden

Den grunnleggende rørledningen for Arduino -koden er som følger:

1. Mål grunnlinjestøynivået for begge EMG -kanalene
2. Sløyfe kontinuerlig, måle spenningen til hver EMG -kanal
3. Hvis EMG -kanalen som styrer noteintensiteten krysser terskelen, må du aktivere en MIDI -note
4. Bruk signalet fra den andre EMG -kanalen til å modulere tonehøyden til notatet

Jeg oppfordrer deg til å prøve å skrive din egen Arduino -kode for å behandle EMG -signalene. Jeg vet sikkert at det finnes et bedre kontrollopplegg der ute enn det jeg broket sammen! Hvis du vil starte med koden min, kan du laste den ned her. Du kan sjekke ut GitHub -depotet mitt for å se de forskjellige iterasjonene av koden min mens jeg jobbet med prosjektet.

Trinn 7: Sett alt sammen

Hvis alt har gått etter planen, bør du kunne kontrollere MIDI -enheten din ved hjelp av signalet fra dine egne muskler. Ganske spennende! Når du har fått prosjektet til å fungere, kan du leke med forskjellige kontrollordninger og utforske forskjellige MIDI -lyder.

Gi meg beskjed hvis du prøver å lage en av dine egne EMG-kontrollerte MIDI-enheter! Jeg vil gjerne høre hvordan det går, og jeg hjelper deg gjerne med spørsmål som dukker opp underveis. Lykke til!

Andre pris i sensorkonkurransen 2017