Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Brány do duše - tabule

Jeden z mých spolužáků na střední škole je quadriplegic, a protože jsem se s ním setkal a slyšel o jiných s podobnými podmínkami, dozvěděl jsem se, že mnoho lidí se zdravotním postižením si nemůže dovolit technologie, které by jim umožnily komunikovat - zejména v místech jako Honduras, kde žiji. Systémy jsou příliš drahé.

To mě motivovalo k vybudování levného, ​​ale spolehlivého rozhraní člověk-počítač, které detekuje pohyby očí pomocí elektrooculografie (EOG), biomedicínské techniky založené na snímání signálů z elektrod umístěných kolem očí. Rozhraní EOG umožňují uživatelům, kteří nemohou manipulovat s myší nebo trackpadem rukama, pohybovat kurzorem na obrazovce počítače. Věděl jsem, že levný systém EOG by mohl být prospěšný pro mnoho lidí.

Design

Oční bulva vytváří napětí 0,4 mV – 1,0 mV (milivolty) mezi rohovkou vpředu a sítnicí vzadu. Pokud připojíte elektrody na protilehlé strany oka, zachytí některé z těchto napětí v závislosti na tom, kde je míček směřován. Při pohledu přímo dopředu, s rohovkou a sítnicí mezi elektrodami, nebude napětí. Ale s očkem na jedné straně, můžete měřit signál na úrovni mikrovoltů mezi elektrodami blíže k rohovce a proti sobě. EOG může sledovat horizontální i vertikální pohyby, ale horizontální je jednodušší a užitečnější. Můj systém, stejně jako mnoho dalších, sleduje pouze horizontální použití pomocí 3 elektrod: jedna přímo vedle každého oka a zemní elektroda je soustředěna na můstku nosu nebo čela.

Procesorový čip nebo dokonce osciloskop nemohou detekovat taková malá napětí, takže systém EOG je musí zesilovat a zároveň filtrovat veškerý šum z okolních elektrických zařízení a kabeláže. Můžete vidět obvod jsem postavil k dosažení tohoto cíle, spolu s krok-za-krokem pokyny pro budování mého systému EOG a programování jeho mikrokontroléru čipu, na stránce Volume 29 webové doplňky.

Aby se signál zpočátku zesílil, používám čip zesilovače INA118 nakonfigurovaný s odporem 100Ω mezi kolíky 1 a 8, který mu dává zisk 501. Vysoký CMRR čipu INA118 (poměr odmítnutí v režimu běžného režimu) 110dB eliminuje běžné signály, které jdou do obou vstupů, což odstraňuje šum na začátku signálové cesty.

Hluk z elektrodových obvodů má tendenci přicházet na vysokých frekvencích, takže moje používá postupně dva pasivní nízkofrekvenční filtry, aby tento šum snížil nad jejich mezní frekvenci kolem 16Hz. S obvodem jsem použil, vzorec pro cutoff je 1 / 2πRC, kde R je odpor a C je kapacitní odpor, takže s odporem 100kΩ a víčkem 0,1µF, to vychází z 15,9Hz, což je v pořádku; pohyby očí nejsou tak rychlé, že by filtrace znemožnila něco důležitého.

Konečně, kondenzátor vynuluje signál odstraněním stejnosměrného posunu přidaného klidovým potenciálem mezi očima a napěťovým sledovacím obvodem můžete připojit impedanční zařízení s vyšším zdrojem než impedance výstupu EOG, což je užitečné pro připojení osciloskopu nebo multimetru pro řešení problémů. Pro napájení systému používám dva regulátory napětí 7805, které jsou zapojeny trikovým způsobem k napájení obvodu s + 5V, –5V a uzemněním (0V), což eliminuje potřebu duálního napájení.

Pro zpracování zesíleného signálu, když se oči pohybují vodorovně, jsem jej přiváděl do pinů analogově-digitálního převodníku mikrokontroléru AT-mega328P, který je naprogramován pro odesílání dat do počítače přes sériový port. Python skript na počítači pak odešle data do appletu C ++, který jsem napsal, což uživateli umožňuje hláskovat zprávy. Při pohledu vlevo se posouvají písmena dolů a dívají se doprava. Aby bylo nošení elektrod pohodlnější, připevnil jsem je k některým brýlím modifikovaným čelenkou a lepidlem. Vybudoval jsem několik prototypů těchto brýlí EOG s dobrými výsledky.

Tento systém EOG stále vylepšuji, včetně hledání způsobů, jak ho pohodlněji nosit. Jsem rád, že jsem vyvinul systém za méně než 200 dolarů, který umožňuje lidem se zdravotním postižením, jako je můj spolužák, komunikovat, když komerční verze stejné ceny činí minimálně 10 000 USD. Chtěl bych také vytvořit levné systémy rozhraní EOG pro jiné aplikace, jako je ovládání vozíku nebo televize.Právě jsem vystudoval střední školu a co nejvíce potřebuji, abych mohl tyto myšlenky sledovat, je stipendium, sponzor nebo jiný zdroj financování, abych mohl studovat elektrotechniku ​​ve Spojených státech.

Podíl

Zanechat Komentář