Comments 57
Э… Лень восстанавливать схему по картинке, но судя по резисторам – у вас коэффициент усиления 10 или около того? Вы точно ловите что-то с мозга, а не наводки? (Особенно учитывая подключение к компу без развязки)
Напоминаю: ампдитуда сигналов ЭЭГ – около 100 мкВ. Чтобы нормально оцифровать – нужно довести её где-то до вольта, т.е. усилить в 10000 раз. И при этом не словить помехи (100 мкВ помеха? Да как нефиг делать!)
На самом деле есть:
- В один каскад такое большое усиление afaik не получается (решается просто: берём несколько ОУ, можно в одном корпусе)
- Нужно двухполярное питание (тоже несложно – из 0 и +5V сделать 2.5V и взять его в качестве нуля)
- Помехи (Вот это сложно: у вас при усилении в 10 раз они видны. При усилении в 10000 раз – полезный сигнал вы не увидите).
Ну и ещё ткну пальцем: у вас в схеме единственный электрод. Т.е. вы в принципе меряете не ЭЭГ, а напряжение между человеком и компьютером (точнее, провод + человек – это просто антенна для помех).
Надо хотя бы два электрода и усиливать напряжение между ними (избавляясь от синфазной помехи).
Всё решаемо (для ЭКГ – точно можно на коленке, со схемой немногим сложнее вашей. Для ЭЭГ не знаю, насколько сложно)
В 80-х среди аспирантов Краснодарского Института Физкультуры ходила байка:
Сняли «энцефалограмму» с мокрой половой тряпки и подсунули на обработку профессору, светиле всесоюзного уровня в данной области. Тот долго смотрел на графики, покачивал головой и что-то бормотал про себя, а потом поставил «диагноз» — «в принципе все нормально, но вот этот очажок возбуждения мне не очень нравится, в будущем возможно развитие шизофрении».
1. Срочно, просто срочно раздобыть книгу "Хоровиц, Хилл — Искусство схемотехники" и прочесть её. Лучше всю. Раздел, посвящённый операционным усилителям — прочесть дважды. Главе про фильтры уделить особое внимание — они вам понадобятся.
2. Раздобыть книжку Brain–Computer Interfaces Handbook. пролистать её. Вообще в инете есть некоторое количество информации по теме, вот статья, к примеру "Design of Single Channel Portable EEG Signal Acquisition System for Brain Computer Interface Application"
3. Посмотреть на устройство Emotiv.
Ну а затем уже брать в руки паяльник.
Кроме того, коэффициент усиления схемы на одном ОУ не может быть выше, чем собственный коэффициент усиления ОУ. А он обычно составляет 50000-300000. Конкретно у вашего ОУ — 100e3. Так что в миллион раз на одном ОУ усилить нельзя.
Вообще не рекомендуется даже близко подходить к собственному коэффициенту усиления ОУ, так как при этом существенно возрастают нелинейные искажения, уменьшается входное сопротивление схемы, полоса пропускания, диапазон выходного напряжения и другие характеристики.
Для реализации больших коэффициентов усиления следует использовать многокаскадные схемы, где каждый каскад имеет усиление порядка 30-60.
- кардиограмма
- миограмма
- энцефалограмма
Ваша реализация явно выдает начинающего (в противном случае мы бы здесь увидели не одиночный ОУ, а что-то вроде классической схемы измерительного усилителя на трех ОУ), однако Вы сразу взялись за самый сложный сигнал. Это конечно Ваше дело, но я бы посоветовал начать с кардиограммы, там хотя бы сразу понятно что мы видим — полезный сигнал или только лишь шумы и помехи.
И САМОЕ ГЛАВНОЕ:
Если уж так хочется проводить эксперименты, требующие подключения электродов к человеку, то ни в коем случае не питайте оборудование от электросети. Запитывайте Вашу Ардуину от USB порта ноутбука, питающегося только от батареи. Если нужна сеть — то только беспроводное подключение. Цените, пожалуйста, свою жизнь!
Заземления недостаточно. Нужна гальваническая развязка с прочностью изоляции не менее 3 кВ. Иначе может убить.
habr.com/ru/post/428023
habr.com/ru/post/427195
Прежде чем вообще что-то подключать к телу, даже наушники, прочитайте их. И не будет трупов дома.
Если рассматривать современную технику, то сейчас все современные системные блоки защищены от скачков напряжения и пробитие контактов.
Не думаю, что кто то работает на технике с 20 или 30 летним стажем — это самоубийство.
Но конечно бережёного бог бережёт.
Я меняю устройства каждые 5 — 10 лет.
Сейчас опаснее от литьевых аккумулятор получить травмы так как они любят взрываться, чем от тока по USB.
DIY ЭЭГ — это интересно!!! Но IMHO не стоило пренебрегать одним элементом, имеющимся в исходной статье (http://uazu.net/eeg/ae.html), а именно, 200-килоомным резистором с говорящим названием R_prot, а то случаи всякие бывают, и экспериментатор внезапно может приобрести некоторые экстрасенсорные возможности, а может и по-другому сложиться :-)
Хабр, который мы заслужили.
Хабр устроен так, что никто не может гарантировать появления слабых статей.
И да, такие статьи появлялись и раньше. Я еще помню жутко заминусованный пост «Когда садится батарейка» (сам он удален, вот вроде бы его копия).
Был даже развернутый ответ на него — habr.com/ru/post/178555
Есть «прекрасная» с плюсами статья. Сам на неё часто ссылаюсь как на мем: Ардуино лифт
Перед тем как подключать что-то электронное самодельное к телу человека ОБЯЗАТЕЛЬНО прочитайте данную статью.
habr.com/ru/post/427195
Вы представили выше инструкцию по сборке устройства
в которой нет никаких упоминаний об технике безопасности. Вам уже выше в комментариях об этом сказали.
И я не работаю на древних компьютерах, у которых не продумана защита от пробития.
Шестой пин просто через резистор на землю подключен.
Про остальное промолчу.
324 — паршивый операционный усилитель. Самый паршивый из выпускаемых сейчас, если не считать 741. С ним вы вообще не увидите ЭЭГ, только помехи. Особенно в таком включении.
Фильтра нужны
п.с.
Хорошо бы схемы рисовать как принято…
Т.е. как принято электронный схемы рисовать.
И, скорее всего, вы в любом случае получите миограмму. При некоторой сноровке — кардиограмму вперемешку с артефактами.
Как правило — хлор-серебряные. Их можно купить в специализированных магазинах.
Если вешать на лоб и особо не заморачиваться точностью установки, то можно использовать одноразовые кардиоэлекторды
Для улучшения гальванического контакта используется обычный физиологический раствор или специальный гель
- Обратная связь ОУ, если я правильно разобрал Б-го-мерзкий Фритцинг — не замкнута. Так что об усилении можно и не говорить — выход схемы будет "летать" от примерно 0 до, примерно, 4 В. Быстро-быстро, так, что никакой analogRead тут не поможет. Или стоять в одном из этих состояний
- Самое смешное, конечно, не то, что не указано, куда подключены электроды. А то, что сигнал на дурину снимается с висящего в воздухе неинвертирующего входа ОУ.
- Не говоря уже о необходимости фильтрации высокочастотных компонентов (шума) перед входом изначально неторопливого AVR'овского АЦП. См. "anti aliasing".
Нет трудностей заменить резисторы, чтобы получить усиление в 1 000 или 1 000 000 раз (например взять на 560Ом и 420 МОм)
Тут надо ознакомиться с входными токами и полосой усиления ОУ. «Старушка 324-я» не потянет ни то, ни другое. Даже, если ограничиться частотным диапазоном порядка нескольких сотен Гц. А резистор на 420 МОм не только не входит в стандартный ряд номиналов, но, с таким числом нулей, — это так и так будет заказное изделие за «сотни нефти».
Как говорят врачи:
Ds: КГ.
Rp: Изучение аналоговой и цифровой схемотехники, программирования встраиваемых систем. В случае отказа от лечения — показано принудительное перепрофилирование автора в дата-сатаниста или садовника.
P.S. +1 за небезопасность. https://habr.com/ru/post/427195/
Каков процент таких случаев в мировой практике? Были ли подобные случаи за последние 5 лет и сколько?
Так и тут, находят мёртвого человека, а от чего умер не ясно. Пишут остановка сердца, а причина остановки — поражение электрическим током.
Страшно то, что вы не предаёте данной проблеме большого значения и пытаетесь её уменьшить в комментариях.
У меня ещё не разу ни одно электронное устройство за 20 лет не вышло из строя от USB подключения. Никаких скачков напряжения или поражения током при касании устройства подключённогок USB не было.
Я поэтому и справшиваю. Какова вероятность такого исхода. Может ли такое быть, что те кто проектируеют комплектующие к системному блоку могут не знать о такой опасности и не поставить защиту.
Например сейчас все блоки питания для системных блоков как 10 лет снабжены плавкими предохранителями. При возникновении такой ситуации как удар тока больших значений через USB канал вызовит скачок напряжения в блоке питания, что в свою очередь вызовит срабатывания защиты.
По правилам проводка должна быть заземлена, а компьютеры должны питаться через сетевые фильтры или бесперебойники. У меня лично так, как уже 10 лет.
У меня ещё не разу ни одно электронное устройство за 20 лет не вышло из строя от USB подключения. Никаких скачков напряжения или поражения током при касании устройства подключённогок USB не было.
Типичная ошибка выжившего.
Например сейчас все блоки питания для системных блоков как 10 лет снабжены плавкими предохранителями. При возникновении такой ситуации как удар тока больших значений через USB канал вызовит скачок напряжения в блоке питания, что в свою очередь вызовит срабатывания защиты.
Вы занимаетесь разработкой электроники, и тут же ниже пишите просто чудовищную ахинею. Плавкий предохранитель рассчитан на определённый ток (не менее 0,5 А), а ток смертельного поражения человека составляет всего 0,1 А. Предохранитель сгорит позже смерти человека, и скорее всего останется цел. Более того, что цепи поражения током могут вообще миновать предохранитель. Он никак не спасёт при превышении напряжения или грозовом разряде.
По правилам проводка должна быть заземлена, а компьютеры должны питаться через сетевые фильтры или бесперебойники. У меня лично так, как уже 10 лет.
Расскажите это жителям домов советской постройки, которых большинство. У меня в доме нет даже намёка на заземление.
Меня пугает, что вы делаете преступный спор, который может подвергать опасности жизни людей, вместо того чтобы подумать как этого избежать. Это чудовищно страшно…
Поэтому вопрос не ко мне, а к тем кто занимается проводкой
Хоть пиши статьи, спасающие жизни от таких как вы…
И когда вам предлагают просто хотя бы ознакомиться с рекомендациями других, вы отнекиваетесь тем что мол, у вас не было проблем с USB, когда вы только за изолированные электрически разъёмы брались. Но вы не касались оголённых проводов USB сидя рядом с массивным металлическим предметом в грозу в частном доме.
Откуда такое воинственное невежество?
Спасибо, за комментарий и ссылки, я по ним перешёл и прочитал. Но от этого я себя виноватым не считаю.
Тогда по вашему мнению, нужно запретить устройства флешки (они могут в металлических корпусах) так как являются фактором поражения током.
Я думаю люди причитающие данную статью прочитают ваши комментарии и сделают правильно.
Проверят проводку, будут проводить измерения через с устройства на своей батареи, а не от розетки (если проводка у них плохая).
Например есть прекрасный ролик про опасность или неопасность удара током от мобильного телефона при зарядке его в ванной.
www.youtube.com/watch?v=vhz2NW3qp8Q
И там также говорится о совокупности факторов. Т.Е. Должно совпасть столько факторов, что такая вероятность стремительно уменьшается.
Хабр читают умные люди, умные люди оставили комментарии. Другие читатели прочитают и сделают вывод проектировать им устройство или нет
Почему невежество. Это вы в своей голове посчитали так. Наверное, комментируя уже составили себе образ оппонента. Это давно изученная модель поведения людей в социологии и психологии.
Давайте не будем лезть в те области в которых мы не компетентны, вы уходите от важной темы. Диванная психология совершенно ни к чему. Вам дают доводы, вполне обоснованные, а вы «да ну бросьте, всё ерунда, вероятность маленькая». Вы рассчитали её? Сделали оценку безопасности в цифрах, провели оценку? Или просто такая кухонная экспертиза, как любая домохозяйка понимает в устройстве автомобиля?
А про невежество, это про бред про предохранитель, про термин «пробитие» вместо пробоя, про кривую схемотехнику и не понимание её работы. Для меня это маркёры человека, как квасного специалиста.
Тогда по вашему мнению, нужно запретить устройства флешки (они могут в металлических корпусах) так как являются фактором поражения током.
Формально я бы не рекомендовал их использовать. Но, надо понимать, что флешка это не прибор, который гальванически не развязанный крепится на тело. Вы её вставляете кратковременно и быстро отпускаете. Да, вероятность есть, но тут она очень мала.
Например есть прекрасный ролик про опасность или неопасность удара током от мобильного телефона при зарядке его в ванной.
www.youtube.com/watch?v=vhz2NW3qp8Q
И там также говорится о совокупности факторов. Т.Е. Должно совпасть столько факторов, что такая вероятность стремительно уменьшается.
Понимаете, я энергетик, и когда мне говорят «вероятность мала», то я вспоминаю обугленные трупы людей, которые по стечению обстоятельств погибли.
openeeg.sourceforge.net/doc
Там есть готовые схемы и софт. Все схемы сделаны на многокаскадных малошумящих усилителях с фильтрами разных частот. Все это требует высоких навыков радиотехники.
Если есть интерес позаморачиваться с ЭЭГ и нейроинтерфейсами — то есть готовые платки TGAM
aliexpress.ru/item/32999922405.html
Которые выдают в UART как обработанные данные типа «концентрация», «расслабление», «моргание», так и вполне ЭЭГ — альфа, бета, и пр. ритмы мозга.
Правда следует учесть, что считывать вы будете только с одной точки головы, тогда как медицинский ЭЭГ имеет более 20 каналов. Далее еще нужно заморочиться с правильными электродами, а также их правильным подключениям. Ну и когда вы наконец пройдете все технические сложности, получите графики всех ритмов, останется получить знания врача-невролога для их интерпретации )))
Удачи вам!
Электроэнцефалограф на Arduino