Gör Muscle MIDI Music !: 7 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

När ditt nervsystem behöver göra en rörelse skickar det små elektriska signaler genom neuroner för att styra dina muskler. Elektromyografitekniken (EMG) gör att vi kan förstärka och mäta dessa elektriska signaler. Förutom att vara ett användbart kliniskt verktyg för att diagnostisera olika neurologiska störningar har EMG -inspelningar nyligen använts för att kontrollera protesanordningar.

I hopp om att bli mer bekant med EMG -förstärknings- och inspelningstekniker tyckte jag att det skulle vara roligt att bygga en EMG -förstärkare som jag sedan kunde använda som styrsignal för en annan enhet. I stället för att styra en protesarm bestämde jag mig för att integrera mina intressen för musik och använde EMG -signalerna för att styra en MIDI -enhet. MIDI står för Musical Instrument Digital Interface och är standardprotokollet för att skicka och ta emot musiksignaler elektroniskt.

Bakgrunds kunskap

Denna instruktion inkluderar brödbräda i en krets, lödning av några ledningar, programmering av en Arduino och gränssnitt med en MIDI -enhet. Om du inte har en del av denna nödvändiga bakgrund, rekommenderar jag att kolla in några av klasserna / instruktionerna nedan:

Kretsar

Arduino

MIDI

Säkerhetsanvisning

Detta projekt innebär att ansluta sig till en elektrisk krets. Vidta alla nödvändiga säkerhetsåtgärder. Detta dokument från Delsys har ett avsnitt om elsäkerhet samt en användbar beskrivning av EMG -tekniker i allmänhet. Vi kommer att stänga av vår krets från två 9V batterier; aldrig ska din krets (särskilt när du är ansluten till den också) vara ansluten till nätström från väggen.

Steg 1: Projektöversikt och reservdelslista

Vårt projekt består av tre huvudkomponenter:

1.) EMG -förstärkaren, 2.) Arduino och 3.) MIDI -enheten.

1. Vi bygger EMG -förstärkaren på en brödbräda. Om du är intresserad av en mer ingående titt på vetenskapen bakom EMG-förstärkaren och mer detaljerade steg om hur du bygger din egen, kolla in min EMG-ljudförstärkare Instructable.
2. Vi kommer att driva Arduino från samma 9V batterier som driver EMG -förstärkaren. Det mesta av arbetet med Arduino kommer att vara på programvarusidan.
3. Jag använde en iPhone som kör Garageband som min MIDI -enhet. Arduino skickar standard MIDI -signaler över en standard MIDI -kabel, så alla MIDI -enheter bör fungera i stället för iPhone.

Delar

• (2x) LT1167 (instrumentationsförstärkare)
• (2x) LT1112 (eller något dubbel op-amp-chip)
• (1x) LM386N (ljudförstärkare)
• (5x) Yt -EMG -elektroder (två per muskel och en för referens) (Amazon)
• Arduino Uno (Amazon)

• iPhone (eller någon MIDI -enhet)

  Adapterkabel från MIDI till iPhone (om du använder en iPhone) (Amazon)

• Olika motstånd, kondensatorer och bygelkablar
• Brödbräda (Amazon)
• (2x) 9V batteri

Verktyg

• Lödkolv (Amazon)
• Wire strippers
• Krympslang
• Eltejp

Steg 2: Montera EMG -förstärkaren

För en mer grundlig handledning om hur man bygger EMG -förstärkaren, kolla in min EMG -ljudförstärkare Instructable.

Vi bygger en EMG -förstärkare som kan förstärka två EMG -kanaler. Vi använder en LT1167 instrumentförstärkare per kanal. LT1167 -databladet innehåller till hjälp ett schema för en "Nerve Impulse Amplifier", som vi kommer att följa i detta steg.

Montera kretsen

På brödbrädan, montera två kopior av nervimpulsförstärkaren som visas ovan. Bilderna på min sammansatta krets ska hjälpa dig att nå målet. Jag lade till passiva 1: a ordningens lågpassfilter till utgången på var och en av mina förstärkare för att minska bruset. Om du vill lägga till dem i din krets använde jag ett 1 kΩ motstånd med en 0,047 μF kondensator för en gränsfrekvens på cirka 2 000 Hz.

Kraft

Vi kommer att slå av kretsen från två 9V -batterier. LT1167 behöver a +V och -V (eftersom EMG -källsignalen har både positiva och negativa värden), så vi ansluter minuspinnen på +V -batteriet till plusstiftet på -V -batteriet. Minustappen på -V -batteriet blir -V -värdet. När du använder två 9V -batterier kommer du att sluta med att +V och -V är lika med +9 respektive -9 volt.

Elektroder Nästa steg täcker elektrodplaceringen mer detaljerat. Referenselektroden ansluts till stift 1 på en av instrumentförstärkarna, och muskelelektrodparen ansluts till stift 2 och 3 på instrumentförstärkarna. Elektrodernas +/- orientering spelar ingen roll.

Obs! Om din krets inte fungerar har du förmodligen gjort något fel! En bra teknik för att hitta ett misstag i en krets är att rita ut schemat för kretsen du faktiskt har monterat på din brödbräda och jämföra det med det ursprungliga schemat. I den processen kan du hitta ett fel (som jag gjorde många gånger).

Steg 3: Förbered elektroderna

Som jag nämnde ovan behöver vi totalt fem elektroder för detta projekt. EMG -inspelningar utförs med en differentialförstärkare, vilket innebär att vi förstärker skillnaden mellan två referenspunkter på muskeln. Det betyder att vi behöver två elektroder per muskel. Dessutom behöver vi en enda referens för att muskelaktiviteten ska mätas med avseende på. Här är en länk till några yt -EMG -elektroder som säljs på Amazon. Den exakta typen av elektrod är inte så viktig för våra syften.

Som jag har visat på bilden ovan, placera två elektroder på insidan av varje underarm, parallellt med muskelns längd och separerade med cirka 2 cm. Placera referenselektroden på den beniga delen av en av dina armbågar, bort från elektroderna på musklerna.

Vridna trådpar

Du vill också vrida trådarna på dina elektrodpar som visas ovan. Förutom att städa upp röran runt din krets, hjälper tvinnade trådpar att minska det elektriska bullret som upptas av elektroderna. Genom att alternera trådarnas position fram och tillbaka kommer eventuell extern elektromagnetisk störning (t.ex. 60 Hz från elnätet) att påverka trådarna lika mycket. Differentialförstärkaren kommer sedan att ta bort denna vanliga brussignal.

Steg 4: Ljudförstärkare (tillval)

Om du är intresserad av att lyssna på den råa EMG -signalen (utan MIDI) kan du lägga till en ljudförstärkare till din EMG -krets. Använd ett LM386N -ljudförstärkarchip och nödvändiga motstånd och kondensatorer för att montera kretsen som visas ovan. Videon ovan visar hur en rå (ja, det finns några filter i kretsen, men den är mestadels rå) EMG -signal låter som.

Även om detta steg inte är nödvändigt för att utlösa MIDI -signaler, föreslår jag att du försöker det. Att lyssna på EMG -signalen kan vara en mycket användbar teknik för felsökning och felsökning av ditt system. Till exempel, om det finns en stark 60 Hz störning från nätet, kommer du att kunna höra den mycket lättare än du skulle kunna upptäcka den när du samplar signalen med din Arduino.

Ljudet i min video klipper lite, men det är ett ganska anständigt exempel på hur en ren EMG -signal ska låta.

Steg 5: Förbered MIDI -komponenterna

För att kunna skicka MIDI -signal från Arduino till MIDI -enheten måste vi löda upp en av de kvinnliga MIDI -uttagen. Du bör kolla in min första Instructable för en mer grundlig handledning om hur du konfigurerar MIDI på Arduino.

Här är stegen:

1. Löd ett 220 Ω motstånd till stift 4 på MIDI -kontakten.
2. Löd en 10 cm tråd från motståndet till Tx -kontakten på Arduino.
3. Löd en 10 cm lång tråd till stift 2 och anslut den till jord på Arduino.
4. Löd en 10 cm lång tråd till stift 5 och anslut den till 5V på Arduino.

När du har monterat EMG -förstärkaren och förberett MIDI till iPhone -kabeln, använd två bygelkablar för att skicka utgångarna från instrumentförstärkarna till stiften A4 och A5 på Arduino.

Steg 6: Skriv Arduino -koden

Den grundläggande rörledningen för Arduino -koden är följande:

1. Mät baslinjen för båda EMG -kanalerna
2. Slinga kontinuerligt och mäta spänningen för varje EMG -kanal
3. Om EMG -kanalen som styr notintensiteten överskrider tröskeln, aktivera en MIDI -anteckning
4. Använd signalen från den andra EMG -kanalen för att modulera tonhöjden

Jag uppmuntrar dig att försöka skriva din egen Arduino -kod för att bearbeta EMG -signalerna. Jag vet säkert att det finns ett bättre kontrollschema där ute än vad jag kullade ihop! Om du vill börja med min kod kan du ladda ner den här. Du kan kolla in mitt GitHub -arkiv för att se de olika iterationerna av min kod medan jag arbetade med projektet.

Steg 7: Sätt ihop allt

Om allt har gått enligt plan bör du kunna styra din MIDI -enhet med hjälp av signalen från dina egna muskler. Ganska spännande! När du väl har arbetat med projektet kan du leka med olika kontrollscheman och utforska olika MIDI -ljud.

Låt mig veta om du försöker göra en av dina egna EMG-styrda MIDI-enheter! Jag vill gärna höra hur det går och hjälper gärna till med eventuella frågor som dyker upp på vägen. Lycka till!

Andra priset i Sensors Contest 2017