Направете Muscle MIDI музика!: 7 стъпки (със снимки)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2025-01-23 14:36

Всеки път, когато нервната ви система има нужда да направи движение, тя изпраща малки електрически сигнали през невроните, за да контролира мускулите ви. Техниката на електромиография (ЕМГ) ни позволява да усилваме и измерваме тези електрически сигнали. Освен че са полезен клиничен инструмент за диагностициране на различни неврологични разстройства, ЕМГ записите се използват напоследък за контрол на протезни устройства.

С надеждата да се запозная по -добре с техники за усилване и запис на ЕМГ, мислех, че би било забавно да се изгради усилвател за ЕМГ, който след това да мога да използвам като контролен сигнал за различно устройство. Вместо да контролирам протеза на ръката, реших да интегрирам интересите си в музиката и използвах EMG сигналите за управление на MIDI устройство. MIDI означава цифров интерфейс за музикални инструменти и е стандартен протокол за изпращане и приемане на музикални сигнали по електронен път.

Основни знания

Тази инструкция включва макетна схема, запояване на няколко проводника, програмиране на Arduino и свързване с MIDI устройство. Ако нямате някои от тези необходими познания, препоръчвам да проверите някои от класовете / инструкциите по -долу:

Вериги

Arduino

MIDI

Бележка за безопасност

Този проект наистина включва свързване към електрическа верига. Вземете всички необходими мерки за безопасност. Тази статия от Delsys има раздел за електрическата безопасност, както и полезно описание на техниките за ЕМГ като цяло. Ще захранваме веригата си от две 9V батерии; в никакъв момент вашата верига (особено когато сте свързани и към нея) не трябва да бъде свързана към променливотоково захранване от стената.

Стъпка 1: Преглед на проекта и списък с части

Нашият проект се състои от три основни компонента:

1.) EMG усилвателят, 2.) Arduino и 3.) MIDI устройството.

1. Ще изградим усилвателя на EMG върху макет. Ако се интересувате от по-задълбочен поглед върху науката зад EMG усилвателя и по-подробни стъпки за това как да създадете свой собствен, вижте моя EMG аудио усилвател Instructable.
2. Ще захранваме Arduino от същите 9V батерии, които захранват усилвателя EMG. По -голямата част от работата с Arduino ще бъде от страна на софтуера.
3. Използвах iPhone с Garageband като мое MIDI устройство. Arduino ще изпраща стандартни MIDI сигнали по стандартен MIDI кабел, така че всяко MIDI устройство трябва да работи на мястото на iPhone.

Части

• (2x) LT1167 (инструментален усилвател)
• (2x) LT1112 (или всеки чип с двоен операционен усилвател)
• (1x) LM386N (аудио усилвател)
• (5x) Повърхностни електроди за ЕМГ (два на мускул и един за справка) (Amazon)
• Arduino Uno (Amazon)

• iPhone (или всяко MIDI устройство)

  Кабел за адаптер MIDI към iPhone (ако използвате iPhone) (Amazon)

• Различни резистори, кондензатори и джъмперни проводници
• Брендборд (Amazon)
• (2x) 9V батерия

Инструменти

• Поялник (Amazon)
• Машини за сваляне на тел
• Термосвиваеми тръби
• Електрическо тиксо

Стъпка 2: Сглобете EMG усилвателя

За по -задълбочен урок за това как да изградите EMG усилвател, вижте моя EMG аудио усилвател Instructable.

Ще изградим EMG усилвател, способен да усилва два EMG канала. Ще използваме един инструментален усилвател LT1167 на канал. Информационният лист LT1167 полезно съдържа схема за "усилвател на нервни импулси", която ще следваме в тази стъпка.

Сглобете веригата

На макета сглобете две копия на усилвателя на нервните импулси, показан по -горе. Снимките на моята сглобена верига трябва да ви помогнат да стигнете до крайната цел. Добавих пасивни нискочестотни филтри от първи ред към изхода на всеки мой усилвател, за да помогна за намаляване на шума. Ако искате да ги добавите към вашата схема, използвах 1 kΩ резистор с 0,047 μF кондензатор за честота на прекъсване приблизително 2 000 Hz.

Мощност

Ще захранваме веригата от две 9V батерии. LT1167 се нуждае от +V и -V (тъй като сигналът на източника на EMG има както положителни, така и отрицателни стойности), така че ще свържем минусовия щифт на +V батерията към плюс щифта на -V батерията. Минус щифтът на -V батерията става -V стойност. Когато използвате две 9V батерии, в крайна сметка +V и -V ще бъдат равни на +9 и -9 волта съответно.

Електроди Следващата стъпка обхваща по -подробно поставянето на електрода. Референтният електрод се включва в щифт 1 на един от усилвателите на измервателните уреди, а двойките мускулни електроди се включват в щифтове 2 и 3 на усилвателите на измервателните уреди. +/- ориентацията на електродите няма значение.

Забележка: Ако вашата верига не работи, вероятно сте направили нещо нередно! Добра техника за намиране на грешка във веригата е да се изготви схемата за веригата, която всъщност сте сглобили на вашата макет и да я сравните с оригиналната схема. В този процес може да откриете грешка (както правех много пъти).

Стъпка 3: Подгответе електродите

Както споменах по -горе, ще имаме нужда от общо пет електрода за този проект. ЕМГ записите се извършват с диференциален усилвател, което означава, че усилваме разликата между две опорни точки на мускула. Това означава, че ще имаме нужда от два електрода на мускул. Освен това се нуждаем от една единствена справка за мускулната активност, която да бъде измерена по отношение на. Ето връзка към някои повърхностни електроди за ЕМГ, продавани в Amazon. Точният тип електрод не е твърде важен за нашите цели.

Както показах на снимката по -горе, поставете два електрода върху вътрешния ръб на всяка предмишница, успоредни на дължината на мускула и разделени с около 2 cm. Поставете референтния електрод върху костната част на един от лактите си, далеч от електродите на мускулите.

Двойки усукана тел

Също така ще искате да усучете проводниците на вашите двойки електрод, както е показано по -горе. В допълнение към почистването на бъркотията във вашата верига, усуканите двойки проводници помагат за намаляване на електрическия шум, улавян от електродите. Чрез редуване на положението на проводниците напред -назад, всякакви външни електромагнитни смущения (например 60 Hz от мрежата) ще повлияят на проводниците в еднаква степен. След това диференциалният усилвател ще премахне този общ шумов сигнал.

Стъпка 4: Аудио усилвател (по избор)

Ако се интересувате от слушане на необработен EMG сигнал (без MIDI), можете да добавите аудио усилвател към вашата EMG верига. Използвайте чип за аудио усилвател LM386N и необходимите резистори и кондензатори, за да сглобите схемата, показана по -горе. Видеото по -горе демонстрира как звучи суров EMG сигнал (добре, има някои филтри във веригата, но той е предимно суров).

Въпреки че тази стъпка не е необходима за задействане на MIDI сигнали, предлагам ви да опитате. Слушането на EMG сигнала може да бъде много полезна техника за отстраняване на неизправности и отстраняване на грешки в системата. Например, ако има силни 60 Hz смущения от захранването, ще можете да го чуете много по -лесно, отколкото бихте могли да го откриете при вземане на проби от сигнала с вашия Arduino.

Аудиото във видеото ми се изрязва малко, но това е доста приличен пример за това как трябва да звучи чист EMG сигнал.

Стъпка 5: Подгответе MIDI компонентите

За да изпратим MIDI сигнал от Arduino към MIDI устройството, трябва да запояваме един от женските MIDI жакове. Трябва да проверите първия ми Instructable за по -задълбочен урок за настройка на MIDI на Arduino.

Ето стъпките:

1. Запоявайте 220 Ω резистор към щифт 4 на MIDI конектора.
2. Запоявайте 10 см проводник от резистора към Tx конектора на Arduino.
3. Запоявайте 10 -сантиметров проводник към щифт 2 и го свържете към земята на Arduino.
4. Запоявайте 10 -сантиметров проводник към щифт 5 и го свържете към 5V на Arduino.

След като сглобите усилвателя EMG и подготвите кабела MIDI към iPhone, използвайте два джъмперни проводника, за да изпратите изходите на инструменталните усилватели към пинове A4 и A5 на Arduino.

Стъпка 6: Напишете кода на Arduino

Основният тръбопровод за кода на Arduino е следният:

1. Измерете нивото на базовия шум за двата EMG канала
2. Цикъл непрекъснато, измерване на напрежението на всеки EMG канал
3. Ако EMG каналът, контролиращ интензитета на нотата, пресича прага, активирайте MIDI бележка
4. Използвайте сигнала от другия EMG канал, за да модулирате височината на нотата

Препоръчвам ви да опитате да напишете свой собствен Arduino код за обработка на EMG сигналите. Знам със сигурност, че има по -добра схема за контрол от това, което калдъръмях заедно! Ако все пак искате да започнете с моя код, не се колебайте да го изтеглите тук. Можете да проверите моето хранилище на GitHub, за да видите различните итерации на моя код, докато работех по проекта.

Стъпка 7: Сложете всичко заедно

Ако всичко върви по план, трябва да можете да контролирате вашето MIDI устройство, използвайки сигнала от вашите собствени мускули. Доста вълнуващо! След като проектът работи, можете да играете с различни схеми за управление и да изследвате различни MIDI звуци.

Кажете ми, ако се опитате да направите едно от вашите собствени MIDI устройства, контролирани от EMG! Бих искал да чуя как върви и с удоволствие ще помогна с всякакви въпроси, които възникнат по пътя. Късмет!

Втора награда в конкурса за сензори 2017