Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Porți către suflet - Tabloul de bord

Unul dintre colegii mei de liceu este quadriplegic și, de la întâlnirea cu el și audierea altora cu condiții similare, am aflat că mulți oameni cu dizabilități nu își pot permite tehnologii care să le permită să comunice - mai ales în locuri precum Honduras, unde locuiesc. Sistemele sunt prea scumpe.

Acest lucru mi-a motivat să construiesc o interfață om-calculator necostisitoare, dar sigură, care să detecteze mișcările oculare folosind electrooculografia (EOG), o tehnică biomedicală bazată pe extragerea semnalelor de la electrozi plasați în jurul ochilor. Interfețele EOG permit utilizatorilor care nu pot manipula un mouse sau un trackpad cu mâinile să se deplaseze cu un cursor pe ecranul unui computer. Știam că un sistem ieftin EOG ar putea fi benefic pentru mulți oameni.

Proiecta

Ovalul generează o tensiune de 0,4mV-1,0mV (milivolți) între cornee în față și retină în spate. Dacă atașați electrozi pe părțile opuse ale ochiului, ei vor ridica o parte din această tensiune, în funcție de locul în care globul ocular este îndreptat. Privind drept înainte, cu corneea și retina echidistant între electrozii, nu va exista tensiune. Dar cu globul ocular înclinat într-o parte, puteți măsura un semnal de nivel microvolt între electrozii mai apropiați de cornee și cel opus. EOG poate urmări mișcările orizontale și verticale, dar orizontal este mai ușor și mai util. Sistemul meu, la fel ca mulți alții, urmărește doar orizontal folosind 3 electrozi: unul lângă fiecare ochi și electrodul de la sol centrat pe podul nasului sau pe frunte.

Un cip de procesor sau chiar un osciloscop nu poate detecta astfel de tensiuni mici, astfel încât sistemul EOG trebuie să le amplifice, eliminând în același timp orice zgomot de la dispozitivele electrice și cablajele din apropiere. Puteți vedea circuitul pe care l-am construit pentru a realiza acest lucru, împreună cu instrucțiuni pas cu pas pentru construirea sistemului meu EOG și programarea chip-ului său de microcontroler, la pagina 29 extras de pe pagina web.

Pentru a amplifica semnalul inițial, folosesc un cip amplificator de instrumentație INA118 configurat cu un rezistor de 100Ω între pinii 1 și 8, ceea ce îi conferă un câștig de 501. Cipul INA118 CMRR (rată de respingere comună) de 110dB elimină semnale comune du-te în ambele intrări, care elimină un zgomot la începutul căii de semnal.

Zgomotul provenit de la circuitele de electrod tinde să vină la frecvențe înalte, astfel încât mine utilizează 2 filtre pasive low-pass în ordine, pentru a reduce acest zgomot peste frecvența de cutoff de aproximativ 16Hz. Cu circuitul pe care l-am folosit, formula pentru cutoff este 1 / 2πRC, unde R este rezistența și C este capacitate, deci cu o rezistență de 100kΩ și un capac de 0.1μF, aceasta iese la 15.9Hz, ceea ce este bine; mișcările ochilor nu sunt atât de rapide încât filtrarea taie ceva important.

În cele din urmă, un condensator zeroște semnalul prin eliminarea decalajului DC adăugat de potențialul de repaus între ochi și un circuit de urmărire a tensiunii vă permite să conectați un dispozitiv de impedanță mai mare decât impedanța ieșirii EOG, care este utilă pentru a conecta un osciloscop sau un multimetru pentru depanare. Pentru alimentarea sistemului, folosesc două regulatoare de tensiune 7805 conectate într-un mod trick pentru alimentarea circuitului cu + 5V, -5V și masă (0V), eliminând necesitatea unei alimentări duale.

Pentru a procesa semnalul amplificat atunci când ochii se mișcă orizontal, îl introduc în pinul convertorului analog-digital al unui microcontroler AT-mega328P care este programat să trimită datele pe un computer prin portul serial. Un script Python pe computer trimite apoi datele într-un applet C ++ pe care l-am scris, ceea ce permite utilizatorului să precizeze mesaje. Privind spre stânga scrolls în jos prin scrisori, și în partea dreaptă le selectează. Pentru a face ca electrozii să fie mai confortabili, le-am montat la niște ochelari modelate cu bandă de susținere și super-adeziv. Am construit mai multe prototipuri ale acestor pahare EOG cu rezultate bune.

Încă am îmbunătățit acest sistem EOG, inclusiv căutând modalități de a face mai confortabilă purtarea. Sunt încântat că am dezvoltat un sistem pentru mai puțin de 200 de dolari, care le permite persoanelor cu dizabilități, cum ar fi colegii mei de clasă, să comunice, când versiunile comerciale de același cost au costat cel puțin 10.000 de dolari. Aș dori, de asemenea, să creez sisteme ieftine de interfață EOG pentru alte aplicații, cum ar fi controlul unui scaun cu rotile sau al unui televizor.Tocmai am absolvit liceul și de ce am nevoie mai mult pentru a-mi urma aceste idei este o bursă, un sponsor sau altă sursă de finanțare, astfel încât să pot studia ingineria electrică în Statele Unite.

Acțiune

Lasa Un Comentariu