Собранная самодельная нейрогарнитура, фото 1
Собранная самодельная нейрогарнитура, фото 2
Описание изготовления нейрогарнитуры NeuroSky MindWave, совместимой с Android и Windows
На этой странице приведена инструкция для радиомастеров по изготовлению нейрогарнитуры NeuroSky MindWave, совместимой с устройствами Android и Windows (без обеспечения совместимости с устройствами iOS и MacOS). Общие вопросы ЭЭГ-медитации и различные приложения рассматриваются в этой статье.
В данной статье приводится инструкция по созданию нейрогарнитуры NeuroSky из того, что можно купить на Aliexpress и в местных магазинах, с общей себестоимостью материалов примерно от $45, не считая стоимости используемых инструментов. Такая нейрогарнитура будет совместима с Android и Windows, но не будет совместима с iOS. После сборки она будет выглядеть примерно так, как показано на фото ниже.
|
Собранная самодельная нейрогарнитура, фото 1 |
Собранная самодельная нейрогарнитура, фото 2 |
По этой ссылке вы можете сразу перейти к описанию изготовления нейрогарнитуры, пропустив следующие абзацы про неё в контексте тренировки медитации шаматха / самадхи.
Нейрогарнитура MindWave Mobile компании NeuroSky, появившаяся в 2011 году и затем улучшенная в новой версии MindWave Mobile 2 в 2018 году, стала третьим после гуру и книжного руководства способом изучения медитации шаматха / самадхи – базовой и основополагающей психотехники буддизма и раджа-йоги. Причём этот новый способ позволяет непосредственно (апарокша на санскрите) ежесекундно распознавать и «нащупывать» состояние медитации шаматха со всеми его нюансами вроде «утопания ума».
С такой нейрогарнитурой больше не нужно блуждать впотьмах среди тысяч книг по медитации, часто написанных теми, кто сам не медитировал и даже не умел медитировать, но при этом пропагандировал в качестве толкований состояния медитации свои искажённые представления о ней, беспочвенные фантазии и личные домыслы.
Конечно, с точки зрения тех, кто уже умеет медитировать, состояние медитации не представляется чем-то невероятно сложным, загадочным или уж тем более мистическим. Медитация – это всего лишь навык, который требует грамотных и регулярных усилий, подобно фитнесу. Медитация шаматха – это, по своей сути, упражнение с увеличивающимся косвенным энергетическим эффектом. Для прогресса в практике медитации достаточно придерживаться тех простых требований, которые описаны в буддизме. Но статистика показывает, что имеется очень и очень много иллюзий и искажений в отношении того, что такое медитация и как медитировать. И в контексте этого нейрогарнитура NeuroSky с готовым параметром «медитация» может оказаться незаменимой, избавив от иллюзий и позволив начать медитировать на самом деле.
Сейчас нейрогарнитура MindWave Mobile всё реже появляется в продаже, так как компания NeuroSky переключается на другие виды изделий, больше связанные с простыми ЭЭГ-чипами, а не с нейрогарнитурой для медитаторов с дополнительным параметром «медитация», вычисляемом на основе соотношения значений отдельных ритмов мозга, характерных для состояний медитации опытных тибетских буддийских монахов, которые участвовали в исследованиях компании NeuroSky.
В 2011-2020 годах новая нейрогарнитура стоила $100, и её иногда можно было купить даже дешевле по скидкам (до $80), или же ещё дешевле б/у. На данный момент самая дешёвая версия нейрогарнитуры MindWave Mobile 2 стоит около $170 в США, и с пересылкой через океан почтовым посредником она обойдётся минимум в $200.
К счастью, в продаже по цене от $20 оптом и от $25 в розницу доступен ЭЭГ-модуль TGAM 1 – «мозг» нейрогарнитуры, на основе которого вполне возможно самостоятельно сделать себе нейрогарнитуру, если вы или кто-то из ваших друзей умеет обращаться с паяльником и имеет опыт пайки микроэлектроники.
Сразу хочу отметить, что намного проще и даже, возможно, дешевле (особенно если купить комплект из пары) будет переделать нейрогарнитуру Mindflex Duel T8498 ("1" или "2"), но купить такую нейрогарнитуру можно только в США, а это связано как с дополнительными комиссиями и расходами почтовых посредников от $15 (на Ebay.com и Amazon.com очень часто доступна доставка только по США), так и с некоторыми возможными ограничениями в зависимости от страны проживания (не во всех странах и местностях есть удобные и сравнительно недорогие почтовые посредники).
Использование набора с Aliexpress вроде этого за $57 также связано с некоторыми недостатками. Во-первых, в наборе предлагаются две клипсы по одному контакту на каждой, а не одна клипса с двумя контактами, что неудобно. Во-вторых, в наборе нет возможности крепления конструкции на голове («шапочки»). В-третьих, он раза в два дороже стоимости отдельных входящих в него компонентов. В-четвёртых, судя по опыту его использования другими людьми, он часто теряет данные, в какие-то моменты утрачивая связь по блютусу. Это может быть связано как с частичным экранированием антенны блютуса элементами конструкции нейрогарнитуры при той или иной компоновке, так и недостаточной мощностью преобразователя DC-DC на 3.3 В. Потребляемый блютусом ток заметно меняется много раз каждую секунду.
Далее приводится список основных компонентов, деталей и материалов для самостоятельного изготовления нейрогарнитуры, которые можно купить на Aliexpress, не переплачивая за доставку с Ebay.
Модуль TGAM (TGAM 1) от компании NeuroSky. По минимальной цене можно поискать по этой ссылке, на момент написания статьи наилучшее предложение здесь за $25.48.
Модуль Bluetooth SPP-C версии 2.0 или 2.1 как на чипе BK3231, так и на чипе BK3432, например, BT04-A. Его стоимость составляет около $2. На момент написания статьи подходящий модуль есть здесь, но следует отметить, что китайские продавцы на одной и той же странице товара иногда меняют сам товар и даже его фото на совершенно другие модули с неизвестной степенью совместимости. Ориентируйтесь на фото модуля в этой статье. Модуль Bluetooth SPP-C необходим без дополнительной платы с её колодкой контактов и делителями напряжения. Также подходят некоторые более дорогие SPP-модули блютуса, такие как HM-12C (HM-12T не подходит), но с ними связаны некоторые неудобства при их использовании. На отдельном этапе для перепрограммирования настроек модуля блютуса на несколько минут понадобится USB-TTL конвертер PL2303HX, который можно приобрести за $0.7.
Преобразователь DC-DC на напряжение 3.3 В. Оптимальный вариант – этот преобразователь, который вместе со стоимостью доставки обойдётся в $3. Преимущества этого преобразователя – достаточный запас мощности, а также большой диапазон входных напряжений от 0.9 В до 6 В, что позволяет использовать в конструкции, например, литиевый аккумулятор на 3.7 В. Попытка использования этого преобразователя DC-DC с диапазоном входных напряжений от 0.8 В до 3.3 В показала его недостаточную мощность и, соответственно, слишком большие пульсации электрических помех, что отрицательно сказывалось на качестве сигнала ЭЭГ. Напряжение на выходе этого преобразователя прыгало на 0.1 В несколько раз каждую секунду. Помехи от пульсаций удалось значительно уменьшить добавлением в выходную цепь конденсатора на 1000 мкФ, а также диода Шоттки SR108 и ещё одного конденсатора на 1000 мкФ для отдельной цепи питания модуля TGAM, но данная схема работала в основном на только свежезаряженном и новом качественном аккумуляторе 1.2 В. Кроме того, с данным модулем невозможно использовать литиевые аккумуляторы на 3.7 В, а распространённых зарядных USB-плат для никель-металлогидридных аккумуляторов на 1.2 В нет.
Литиевый аккумулятор 14500 типоразмера АА на 3.7 В. Например, здесь такой аккумулятор с заявленной ёмкостью 1300 мАч стоит чуть больше $2.
В качестве дополнительной опции, чтобы для зарядки аккумулятора не открывать каждый раз коробку нейрогарнитуры, можно приобрести модуль зарядки литиевых аккумуляторов от USB с разъёмом Micro-USB или Type-C по желанию, стоимость чуть меньше $1 за одну плату, а некоторые продавцы высылают сразу 5 плат за $1.5. Внимание! Некоторые партии новых модулей с разъёмом Type-C и чипом XL4056A (при этом на фото на странице заказа обычно изображён чип TC4056A) продаются работающими только с литий–полимерными аккумуляторами, в то время как при использовании обычных никель-металлогидридных или даже литий-ионных аккумуляторов вроде 14500 встроенная плата защиты не подаёт на нагрузку достаточный ток даже для полноценного свечения одного светодиода с ограничительным резистором на 330 Ом, и отключает нагрузку даже при токе в 50 мА. Отключить такую цепь защиты можно переподключением второго вывода чипа DW01 через имеющийся на плате резистор 1кОм с вывода P- (OUT-) на B- (некоторые даже советуют подключить аккумулятор непосредственно к выводам OUT- и OUT+ вместо B- и B+), но это чревато переразрядкой аккумулятора с выходом его из строя, а также проблемами с пожарной безопасностью.
Держатель для четырёх батареек АА закрытого типа с выключателем, из которого будет сделан корпус для размещения электронной начинки нейрогарнитуры, стоимостью около $1.79 здесь.
Универсальная печатная плата размером от 5х7 см, односторонняя (это важно). Плату любого размера всё равно придётся обрабатывать ножовкой, напильником и надфилем до нужной формы. Вариант платы имеется здесь за $1.76 за комплект из 5 плат 5х7 см, но нужна только одна. Такую плату можно найти в радиомагазинах своего города, в розницу она должна стоить около $0.3.
Экранированный провод 26AWG UL1533 длиной 2 метра, например, здесь за $1.14 с учётом цены доставки. В действительности достаточно примерно 120 см этого провода, но купить можно только 1 или 2 метра (или больше).
Тестовый зажим SOP16 для программатора микросхем, из которого будет сделана клипса с 2 электродами для мочки уха, стоимостью $1.45. Альтернативой этой самодельной клипсе может быть эта готовая клипса с двумя электродами стоимостью примерно $12 с учётом стоимости доставки. Она значительно дороже самодельной и, скорее всего, потребует наращивания длины экранированных проводов (длина имеющихся – 19.5 см). Кроме того, в этой клипсе электроды немного провалены вглубь пластикового корпуса, что будет несколько ухудшать качество электрического контакта.
Нейлоновая тесьма шириной 3 см, швейная эластичная (растягивающаяся) лента и контактная лента (липучка) для изготовления мягкой части конструкции нейрогарнитуры для её устойчивого размещения на голове, а также прочные нитки № 10, так как сшивать придётся несколько слоёв плотной нейлоновой тесьмы. Всё это можно найти в магазинах для шитья или на рынках.
Далее приводится описание изготовления отдельных элементов конструкции.
Перепрограммирование настроек модуля блютуса SPP-C
1. Для изготовления нейрогарнитуры подходит только блютус-модуль SPP-C (всевозможные распространённые блютус-модули вроде HC-05 и HM-10 и большинство других вообще не подходят в данном случае; необходим модуль блютуса с портом COM, например, BT04-A). Необходимо подпаять 4 очень тонких (желательно многожильных) провода, например, МГТФ 0.03 мм2 к блютус-модулю SPP-C к контактам 1, 2, 12 и 13 для того, чтобы подключить его к преобразователю USB-TTL PL2303 для перепрограммирования блютус-модуля (см. фото ниже). Впоследствии желательно будет подпаять ещё 2 провода к контактам 22 и 24 для подключения светодиода с резистором. Делать это надо очень аккуратно и быстро, так как контактные площадки на торце модуля держатся сравнительно слабо, и именно поэтому необходимо использовать очень тонкие и желательно многожильные провода, чтобы толстый одножильный провод случайно не отломал контактную площадку от модуля. Затем необходимо подпаять эти тонкие провода к более толстым кабелям Dupont, которые используются для Arduino, с разъёмом «мама» на их концах. Если припаять провода кабеля Dupont непосредственно к модулю блютуса, то они отломают его контактные площадки или сразу, или в процессе монтажа в корпус нейрогарнитуры.
 Модуль блютуса SPP-C |
2. Необходимо подключить модуль блютуса к разъёмам преобразователя USB-TTL PL2303. Провода от контактов 1, 2, 12 и 13 модуля блютуса SPP-C необходимо подключить к контактам RXD, TXD, 3V3 и GND преобразователя USB-TTL PL2303 соответственно. Очень важно не перепутать провода, в том числе не перепутать контакт 3V3 с +5V. Обратите внимание, что контакт RxD одного модуля подключается к контакту TxD другого модуля, и наоборот. Это особенность подключения портов COM друг к другу.
 Модуль блютуса SPP-C, подключённый к преобразователю USB-TTL PL2303 |
Для перепрограммирования модуля блютуса посредством подачи AT-команд можно воспользоваться одной из различных бесплатных утилит из интернета, но, если вы не хотите рисковать подцепить при этом компьютерный вирус, то можно установить бесплатную среду Arduino, в которой есть сервисная утилита «Монитор порта».
 Интерфейс среды Arduino |
Если вы приобрели совершенно новый блютус-модуль SPP-C, то скорость порта COM у него по умолчанию составляет 9600 бод, и необходимо подавать символы NL и CR в конце каждой AT-команды. Эти значения нужно выбрать в утилите «Монитор порта» так, как показано на скриншоте. Проверить работоспособность модуля можно подачей команды AT+PIN, после чего он выдаст в ответ текущий PIN-код, который у нового модуля равен 1234.
 Интерфейс утилиты "Монитор порта" среды Arduino с базовыми настройками |
Действительно необходимая AT-команда, которую необходимо подать на модуль, только одна – это AT+BAUD7 (её необходимо набрать именно так – AT+BAUD7 – и нажать Enter) для изменения скорости порта COM на новое значение 57600 бод. Именно с такой скоростью передаёт данные модуль TGAM. После подачи этой команды необходимо изменить в утилите «Монитор порта» скорость порта для работы с модулем на 57600.
 Интерфейс утилиты "Монитор порта" среды Arduino с установленными настройками модуля Bluetooth |
Также дополнительными командами можно изменить название модуля и PIN-код. Для смены названия со стандартного SPP-CA на, например, MindWaveA необходимо подать команду AT+NAMEMindWaveA, а для изменения PIN-кода со стандартного значения у нового модуля 1234 на 0000, которое используется во всех блютусных нейрогарнитурах NeuroSky, необходимо подать команду AT+PIN0000. После каждой поданной команды модуль должен возвращать в ответ новое установленное значение. После успешной подачи этих команд преобразователь USB-TTL PL2303 больше не нужен.
Следует отметить, что можно избежать перепрограммирования скорости модуля блютуса с 9600 бод на 57600 бод, если перепаять крошечный SMD-резистор сопротивлением 10 кОм на модуле TGAM, соответствующий контактным площадкам B1 конфигурационной панели (под конденсатором C11) в верхнее положение, тем самым переустановив модуль TGAM на скорость передачи данных 9600 бод. Но сделать это может только очень опытный мастер по ремонту микроэлектроники, так как при этом имеется высокая вероятность испортить модуль TGAM. Кроме того, при использовании скорости 9600 бод у модулей TGAM и блютуса будут работать все приложения для Android, но из приложений для Windows будет работать только приложение "ЭЭГ-медитация" – приложения NeuroExperimenter (НейроЭкспериментатор) и Brainwave Visualizer не будут работать, так как обращаются непосредственно к порту COM на скорости 57600 бод. Проще и лучше перепрограммировать модуль блютуса на скорость 57600 бод.
Изготовление самодельной клипсы с двумя электродами
Для изготовления самодельной клипсы необходимо вначале вытащить плоскогубцами все 16 металлических спиц-контактов из зажима SOP16 для программатора.
Следует вынуть очень тугую пружину из зажима (например, сжав её ювелирными плоскогубцами) и заменить её на такую, которая используется в простых шариковых авторучках (можно взять от старой поломанной авторучки или купить новую ручку за $0.2 в местном канцелярском магазине) с кнопкой, при этом от пружины необходимо откусить примерно четверть или треть её длины, чтобы она не выгибалась в сторону, и разогнуть первый виток с каждой стороны, увеличив примерно на 1 мм его диаметр, чтобы пружина надевалась на выступы в клипсе.
 Клипса с вынутой пружиной (крайняя справа), отдельной целой пружиной от авторучки с кнопкой и разрезанной похожей пружиной, большая часть которой изогнута на концах для вставки в клипсу. Также на фото видны вытащенные спицы-контакты и 2 оцинкованные шайбы |
После этого необходимо ювелирными плоскогубцами (вроде этих AH-06) выломать несколько средних пластиковых разграничителей спиц-контактов по центру с каждой стороны для размещения на этом месте экранированного провода к шайбе-электроду так, как показано на фото.
Затем необходимо просверлить отверстия в пластике до середины клипсы (не сквозные) так, как показано на фото, и продеть в них два отрезка экранированного кабеля длиной около 29 см каждый. Проталкивая кабель снаружи клипсы и направляя и одновременно вытаскивая его пинцетом внутри, необходимо вывести несколько сантиметров кабеля внутри клипсы, после чего зачистить его от внешней изоляции и экрана на длину около 5 мм, а затем зачистить центральный провод на длину в 2-3 мм и залудить его.
 Клипса с просверленными отверстиями |
 Подготовленная для продевания кабелей клипса |
 Клипса с продетыми кабелями |
После этого нужно надеть термоусадочный кембрик длиной около 5 мм на провод, чтобы он прикрыл место зачистки экрана, и, поднося незалуженную часть жала паяльника вплотную к нему, заставить его сжаться вокруг провода.
Далее необходимы три увеличенные (под заклёпку) шайбы из нержавейки или оцинкованной стали с внешним диаметром от 9 (лучше) до 12 (хуже) миллиметров, которые будут выполнять роль сенсоров – один на лбу и два на мочке уха. У увеличенных (под заклёпку) шайб меньше диаметр отверстия в центре по сравнению с обычными и, соответственно, больше площадь электрического контакта с кожей при одинаковом внешнем диаметре. Оцинкованные шайбы можно купить на любом рынке по цене около $0.02 за 3 штуки. Шайбы из нержавейки на рынках встречаются намного реже и стоят около $0.1 за 3 штуки, а в магазинах они, если и есть, не продаются поштучно (обычно упаковкой от 50 штук).
 Слева две оцинкованные шайбы, справа – из нержавейки; диаметр 12 мм |
Многочисленные эксперименты с обоими видами шайб (менял все три, перепаивая их в собранной нейрогарнитуре) показали, что при сохранении целостности цинкового покрытия на оцинкованной шайбе качество сигнала ЭЭГ и достоверность значений параметра «медитация» одинаково хорошие. Конечно, в долгосрочной перспективе при длительном использовании нейрогарнитуры шайбы из нержавейки однозначно лучше, так как у оцинкованных со временем начнёт отваливаться цинковое покрытие, но найти шайбы из нержавейки сложнее.
Здесь можно приобрести 25 (меньше не продают) шайб М4*12*1 (внешний диаметр 12 мм, диаметр отверстия 4 мм, толщина 1 мм) из нержавейки за $1.56 с учётом цены доставки. Шайбы М3 или М3.5 будут чуть лучше – с ними чуть меньше будут электрические помехи, но они чуть дороже, так как их минимальное количество продажи в том китайском магазине составляет 50 штук. Эксперименты с шайбами с внешним диаметром 12 мм и из нержавейки, и с оцинкованными показали, что даже с ними достигается вполне хорошее качество сигнала ЭЭГ. Дешевле всего будет найти подходящие шайбы под заклёпку поштучно на местном рынке или в местном небольшом строительном магазине.
Шайбы необходимо залудить для подпаивания к ним центральных жил экранированных проводов, а также двух небольших одножильных проводов (от монтажного провода НВ1 0.35 мм2 диаметром 0,67 мм или от обрезанных выводов резисторов или диодов, см. фото ниже) для частичной фиксации шайб в крайних пластиковых дорожках клипсы. Оцинкованные шайбы можно залудить, пусть и с трудом, обычной канифолью, если разогреть их и затем какое-то время тереть жалом паяльника при небольшом избытке канифоли на шайбе. Оцинкованные шайбы легко залуживаются при использовании флюса F3. Шайбы из нержавейки не залуживаются ни обычной канифолью, ни флюсом F3, ни кристаллами лимонной кислоты. Залудить их можно только при использовании флюса для пайки алюминия, который, в свою очередь, не подходит для залуживания оцинкованных шайб.
К шайбам необходимо подпаять провода от центральных жил двух экранированных кабелей, экран со стороны шайб никуда не подключается. На фото виден установленный термоусадочный кембрик на кабелях.
 Шайбы из нержавейки диаметром 12 мм с припаянными кабелями, фото 1 |
 Шайбы из нержавейки диаметром 12 мм с припаянными кабелями, фото 2 |
Сами шайбы с припаянным к ним экранированным проводом и монтажными проводами можно зафиксировать клеем или, в крайнем случае, привязать ниткой (см. фото ниже), если предполагается дорабатывание конструкции или эксперименты с разными шайбами.
 Клипса с шайбами из нержавейки с припаянными кабелями, временно зафиксированными нитками |
Подробное изучение внутреннего устройства оригинальной фабричной нейрогарнитуры NeuroSky MindWave Mobile (чёрного цвета, с верхней дужкой) показало, что экран провода от одного из двух электродов ушной клипсы, идущий к среднему из пяти контактов модуля TGAM, никуда не подключён ни с одной из сторон. У экранированного кабеля от лобного электрода экран подключён только ко второму контакту модуля TGAM рядом с первым контактом EEG, к которому подключён центральный провод этого кабеля; со стороны электрода экран никуда не подключён. У экранированного кабеля от второго электрода на клипсе экран подключён только к четвёртому контакту модуля TGAM рядом с пятым контактом REF, к которому подключён центральный провод этого кабеля; со стороны электрода экран никуда не подключён.
Поначалу была идея обойтись без клея или ниток, использовав в качестве держателей каждой шайбы на клипсе слегка укороченные и изогнутые определённым способом припаянные к ней две спицы-контакты (здесь четыре фото этого промежуточного варианта 1 2 3 4, на последнем видна другая компоновка модулей с попыткой использования держателя для трёх, а не четырёх батареек АА закрытого типа с выключателем). Держались шайбы хорошо, но эксперименты с определением достоверности сигнала ЭЭГ показали, что пара выступающих на шайбах металлических держателей заодно выполняют роль антенн, улавливающих всевозможные электрические наводки, что исключало достоверное считывание сигнала ЭЭГ, и от этой идеи пришлось отказаться.
Изготовление корпуса нейрогарнитуры
Из держателя для четырёх батареек АА закрытого типа с выключателем необходимо сделать корпус для размещения электронной начинки нейрогарнитуры. Эксперименты с похожим вариантом держателя для трёх батареек АА показали, что при вынужденном размещении модуля TGAM над модулем блютуса SPP-C уже практически не хватает места для нормального подключения экранированных проводов, а экранирование радиосигнала от антенны блютуса элементами конструкции нейрогарнитуры становится настолько сильным, что начинает часто теряться связь даже с расстояния всего в 3 метра. Кроме того, радиопередатчик блютуса (его антенна видна под модулем TGAM) перегорел через полчаса работы в подобной компоновке из-за чрезмерно близкой экранировки его антенны соседними металлическими элементами конструкции модуля TGAM и экранированных проводов.
Ювелирными плоскогубцами необходимо выломать все лишние перегородки и элементы конструкции так, как показано на фото, оставив только одно гнездо для аккумулятора рядом с выключателем. Пластиковую планку, закрывающую выключатель, необходимо снять, выломав 2 круглые удерживающие её оплавленные пластиковые заглушки. После этого необходимо быстро и аккуратно отпаять от выключателя контакт, соединяющий его с креплением аккумулятора, для чего необходимо во время пайки давить на контакт ювелирными плоскогубцами или крепким пинцетом. Если нагревать место пайки слишком долго, это может повредить выключатель.
После этого необходимо подпаять 2 тонких многожильных провода (например, МГТФ) к выключателю, а также по одному к держателям аккумулятора так, как показано на фото. Для плюсового держателя аккумулятора вместо исходной металлической контактной пластинки необходимо использовать ту, которая была предназначена для другого крайнего аккумулятора.
После подпайки проводов к выключателю необходимо вернуть на место верхнюю пластиковую заглушку. В качестве варианта можно вдавить сверху в заглушку и в пластиковые стойки паяльником П-образную скобу из монтажного провода, а также "приварить" её паяльником сверху над стойками кусочками пластика, оставшегося после удаления перегородок. Внимание! Плавящийся пластик токсичен, делать это можно только под вытяжкой. Кроме того, плавящийся пластик портит залуженную поверхность паяльника, поэтому необходимо использовать незалуженные нагретые участки паяльника, или старый паяльник.
Универсальную одностороннюю печатную плату необходимо обрезать ножовкой и придать ей такую форму напильником и надфилем (см. фото ниже), чтобы она достаточно жёстко фиксировалась внутри образовавшегося пространства корпуса на том месте, которое было предназначено для трёх батареек. В случае точной подгонки размеров можно обойтись без винтов с шайбами и гайками для крепления печатной платы внутри корпуса, которые в противном случае торчали бы на верхней стороне корпуса при надетой нейрогарнитуре. Сама печатная плата необходима, чтобы жёстко фиксировать плату зарядки аккумулятора и воспринимать на себя нагрузки при вставке и вынимании кабеля USB, а также для крепления остальных модулей.
 Универсальная односторонняя печатная плата 6х8 см, фото 1 |
 Универсальная односторонняя печатная плата 6х8 см, фото 2 |
 Обрезанная универсальная односторонняя печатная плата 6х8 см с припаянными модулями |
Переделка платы зарядки аккумулятора
На плате зарядки аккумулятора имеется резистор R3 сопротивлением 1.2 кОм, определяющий ток зарядки аккумулятора, который по умолчанию составляет 1 А. Это довольно много для литиевого аккумулятора ёмкостью 900-1300 мАч, и при таком токе заряда он скорее всего начнёт значительно терять свою ёмкость уже через несколько десятков циклов заряд-разряд. Рекомендуется заменить этот резистор, поставив другой с сопротивлением, например, 4.3 кОм. В таком случае ток заряда будет примерно 280 мА, что будет компромиссом между скоростью зарядки (время почти полной зарядки составит около 4 часов, и ещё около 6 часов уйдёт на последние несколько процентов ёмкости из-за снижения тока зарядки при повышении заряда) и медленной потерей ёмкости аккумулятора.
Резистор R3 на плате зарядки – безвыводный SMD типоразмера 0402 или 0201 в зависимости от версии платы, в то время как не в каждом городе можно купить резисторы данного размера (кстати, их продают только десятками). Но на имеющиеся площадки платы (после выпаивания оригинального резистора) с помощью тонкого пинцета можно припаять резистор даже типоразмера 0805. Успешность припаивания резистора можно проверить омметром, замерив сопротивление между контактами 1 и 2 расположенной рядом микросхемы (обычно это TP4056 или её варианты), которое должно равняться сопротивлению данного резистора, а не быть бесконечным. В крайнем случае можно очень быстро и аккуратно припаять два тонких коротких провода МГТФ к этим двум контактам микросхемы, а уже к ним – любой резистор необходимого номинала, например, 4.3 кОм, после чего его нужно закрепить, например, силиконом. Само собой, что перед этим необходимо отпаять SMD-резистор R3 на плате.
 Красным углом обозначен перепаянный резистор R3 сопротивлением 4.3 кОм |
Кроме того, я выпаял красный SMD-светодиод и подпаял обычный проводной вместо него, чтобы закрыть заводское отверстие в корпусе, которое было предназначено для вывода двух проводов от батареек наружу. Свечение этого светодиода показывает, что идёт процесс зарядки аккумулятора при подключении кабеля USB. Свечение синего светодиода, означающее окончание процесса зарядки, видно с определённого ракурса через просверленное для этого в корпусе отверстие диаметром 2 мм рядом с разъёмом USB Type-C.
Соединение модулей
Плату зарядки аккумулятора можно закрепить четырьмя отрезками медного провода диаметром 1 мм и длиной около 1 см, дополнительно подогнув их с обратной стороны платы в соседние неиспользуемые отверстия за пределами платы. Эти отрезки толстого провода необходимо использовать в четырёх местах по краям платы зарядки так, как показано на фото, для чего необходимо просверлить в универсальной (базовой) плате отверстия в нужных местах. Если у вас нет медного провода диаметром 1 мм, то проще всего его получить из центральной жилы телевизионного кабеля RG-6, 1 метр которого можно купить примерно за $0.4.
Провода от держателей аккумулятора необходимо подключить к контактам B- и B+ платы зарядки аккумулятора тонким проводом МГТФ. Важно не перепутать их, а также не путать полярность аккумулятора при его вставке, так как в противном случае модуль зарядки выходит из строя в течение секунды (защиты от данного действия пользователя в модуле нет).
Контакт OUT+ платы зарядки соединяется с контактом Vi (входом) преобразователя DC-DC. Контакт OUT- подключается к одному из трёх выводов выключателя (см. фото ниже), а средний вывод выключателя подсоединяется к контакту GND преобразователя DC-DC.
Если не отпаивать контакт держателя аккумулятора от выключателя, о чём писалось ранее, то при таком схемотехническом решении при зарядке аккумулятора красный светодиод на плате зарядки будет светиться красным цветом всегда, так как он реагирует не на зарядку аккумулятора (его текущее напряжение), а на общий ток, отдаваемый платой зарядки (да, это неудачное решение разработчиков платы зарядки при добавлении схемы защиты аккумулятора от переразряда, аппаратный «глюк»), и при имеющейся всегда подключённой нагрузке красный светодиод при зарядке аккумулятора будет светиться всегда.
При подключении проводов так, как предлагается в данной статье, аккумулятор необходимо заряжать при выключенном устройстве, а он сам подключён к плате зарядки всегда. Если вам это не нравится, то следует отметить, что во всех устройствах – в телефонах, фотоаппаратах, электронных термометрах и пр. аккумулятор также всегда подсоединён к электронике. При этом замеренный ток разряда аккумулятора через плату зарядки при выключенной нагрузке составил менее 4 мкА, что при ёмкости аккумулятора в 900 мАч разрядит его примерно за четверть века. Такой ток меньше тока саморазряда аккумулятора.
Эксперименты показали, что пульсации потребляемого тока модулем блютуса, меняющегося много раз каждую секунду, создают, пусть и очень небольшую, мешающую модуляцию по цепи питания для модуля TGAM. Для её минимизации пришлось запитать модуль блютуса напрямую от вывода Vo преобразователя DC-DC, а питание для модуля TGAM завести от этого же вывода через диод Шоттки SR108 (подойдёт любой другой диод Шоттки или германиевый, рассчитанный на ток 1 А или больше) и сглаживающий пульсации конденсатор на 1000 мкФ (который создаёт в первый момент бросок тока, требующий сравнительно мощного диода). Обе пары проводов питания выполнены экранированным проводом, провод «+» идёт по центральной жиле, а «-» – по экрану.
Модуль TGAM крепится к основной плате тремя отрезками монтажного провода на высоте около 3 мм от неё, припаянными к контактам 2 и 4 («земля»; для этого в основной плате просверлено дополнительное отверстие) из числа пяти контактных площадок для сенсоров, а также к контакту GND из числа шести контактов для подключения питания и модуля блютуса.
Модуль блютуса крепится к основной плате тремя припаянными монтажными проводами к его 17, 24 и 29 контактам (выбраны для удобства крепления), места расположения которых видно на её обратной стороне. Синий светодиод и резистор на 1 кОм (оба без выводов, SMD) припаяны непосредственно к 24 и 22 (с помощью провода длиной менее 1 см) контактам модуля блютуса, чтобы не увеличивать электрические наводки в целом. Этот светодиод видно с определённого ракурса через просверленное для этого в корпусе отверстие диаметром 2 мм. Резистор выбран сопротивлением 1 кОм вместо штатного 330 Ом, чтобы и свечение наружу, и нагрев светодиода в ограниченном пространстве нейрогарнитуры не были слишком заметными. Все провода, которые подпаиваются к контактным площадкам модуля блютуса, должны быть тонкими и гибкими, например, тонким проводом МГТФ, так как толстый упругий провод может легко отломать эти контактные площадки от платы блютуса.
На модуле TGAM следует запаять перемычку выбора частоты режекторного фильтра помех сети 50/60 Гц. В Евразии это 50 Гц, и положения этой перемычки показаны на этом фото другой нейрогарнитуры. Перемычку, запаянную в положении 50 Гц, видно на фото ниже (в нижней части фото примерно по центру).
Вывод T (TxD) модуля TGAM соединяется с выводом 2 модуля блютуса. Это соединение также выполнено экранированным проводом во избежание увеличения наводок по этой цепи. Кроме того, этот провод проложен не напрямую по кратчайшему расстоянию, а петлёй, чтобы он не проходил слишком близко к антенне блютуса и не заземлял её дополнительно, что ослабляло бы радиосигнал блютуса, который и так частично экранируется электроникой, элементами конструкции и металлическим корпусом аккумулятора. При данной компоновке при наихудшем ракурсе, когда блютус компьютера располагается впереди и чуть слева, сигнал блютуса может иногда пропадать уже на расстоянии в 3 метра. Если предполагаемое место медитации и расположение удалённого компьютера известны, можно развернуть корпус нейрогарнитуры в нужную сторону при изготовлении конструкции, и увеличить для этого длину экранированных проводов от сенсоров. При использовании смартфона, который будет на расстоянии вытянутой руки, данный недостаток не будет проявляться при любом ракурсе.
 Припаянные к основной плате модули |
Три экранированных провода от сенсоров заходят в корпус нейрогарнитуры через выемку в одной из половин пластикового корпуса (я сделал её незалуженной частью жала старого паяльника, см. фото ниже). Для их фиксации использованы три арки из медного провода толщиной 1 мм, взятого из кабеля RG-6, припаянные к основной плате. Также в основании арок припаяны перемычки с обеих сторон основной платы для их жёсткой фиксации на ней. Первая арка самая свободная для проводов, и она одновременно выполняет роль фиксации основной платы по высоте, упираясь в крышку корпуса. В двух других местах на основной плате припаяны ещё две такие же высокие арки, которые служат только для механической фиксации основной платы внутри пластикового корпуса. Использование этих арок с точной подгонкой по высоте позволило избежать использования болтов с гайками и шайбами для крепления основной платы к пластиковому корпусу.
 Пластиковый корпус с отверстиями и выемкой, и обратная сторона основной платы |
Эксперименты с разной длиной неэкранированной части проводов, которые припаиваются к контактам EEG и REF модуля TGAM, показали, что при данной схемотехнической реализации и компоновке она не должна превышать примерно 5 мм. При длине в 1 см значения параметра «медитация» начинали периодически искажаться примерно на треть, а при длине 1.5 см конструкция практически переставала адекватно реагировать на изменения состояния ума, причём при двух совершенно разных компоновках модулей. Дело в том, что в настоящее время я могу достаточно уверенно входить в состояние 100% медитации как минимум секунд на 10, что оказывает большую помощь при проверке разных схемотехнических решений и вариантов компоновки конструкции для поиска варианта с минимальным влиянием электрических помех.
Данная компоновка, показанная на фото, обеспечивает выдачу достоверных данных параметра «медитация» даже всего в метре от многочисленных источников электрических наводок, реагируя на изменения состояния ума даже точнее, чем нейрогарнитура MindWave Mobile 2 с правильно выставленной частотой фильтра 50 Гц. На удалении в 3 метра от сильных источников электрических наводок обе гарнитуры выдавали очень похожие данные. С нейрогарнитурой MindWave Mobile 2 мне приходится отходить от компьютера и прочей электроники на 3 метра, в то время как данная самодельная нейрогарнитура неожиданно достоверно отображает состояние ума даже тогда, когда я нахожусь прямо возле компьютера.
Под антенной модуля блютуса необходимо удалить металлические площадки с обратной стороны основной платы так, как показано на фото выше. Также я на всякий случай удалил металлические площадки с обратной стороны основной платы под катушками индуктивности преобразователя DC-DC. Если не удалять металлические площадки под антенной, то это заметно снижает уровень радиосигнала блютуса, а один модуль при другой компоновке и неудалённых площадках перегрелся и перегорел в течение получаса тестирования нейрогарнитуры.
В корпусе необходимо проделать отверстие для разъёма USB Type-C. Это следует делать в самом конце, когда уже известна высота основной платы в корпусе с учётом пайки на её нижней стороне. Это отверстие можно сделать, просверлив корпус в нескольких местах и доработав его надфилем. Разъёму не обязательно выступать за границы основной платы, так как вставляемый разъём USB Type-C всё равно невозможно задвинуть до конца – конструкцией в этом месте как раз предусмотрены «лишние» пара миллиметров.
Изготовление шапочки для крепления электродов и корпуса
Шапочку следует начинать шить с отрезка нейлоновой тесьмы, который будет прилегать ко лбу и боковым сторонам головы. С одной стороны этого отрезка следует пришить швейную эластичную (растягивающуюся) ленту и одну часть контактной ленты (липучки), а с другой – ответную часть контактной ленты (липучки). Жёсткая пластиковая часть контактной ленты (липучки) должна быть обращена рабочей поверхностью наружу, чтобы она меньше цеплялась за волосы. Для шитья лучше использовать нитки № 10, а не более распространённые и более тонкие № 40, так как при сшивании нескольких слоёв плотной нейлоновой тесьмы ниткой № 10 можно не бояться её порвать. Нитка № 10 с большим трудом разрывается руками, при этом она может врезаться в кожу.
 Иголка с приспособлением для лёгкого продевания нитки; нитки № 10; нейлоновая тесьма (справа); швейная эластичная (растягивающаяся) лента (вверху) |
Для крепления лобного электрода подойдёт «подушечка» из отрезка нейлоновой тесьмы длиной 10 см, которую необходимо свернуть в 5 слоёв и пришить к ней жёсткую пластиковую часть липучки. Ответная мягкая часть липучки пришивается на нейлоновую тесьму с внутренней стороны шапочки в том месте, которое будет расположено примерно в центре левой половины лба (точка Fp1). Лобный электрод крепится к «подушечке» двумя монтажными проводами, припаянными к шайбе, которыми «подушечка» протыкается насквозь, после чего эти провода сгибаются навстречу друг другу и соединяются пайкой, и в этом месте к ним припаивается провод МГТФ длиной примерно 5 мм, который пропускается через мягкую часть липучки и нейлоновую тесьму для соединения с центральной жилой экранированного кабеля, идущего к контакту EEG модуля TGAM. Экран на конце этого кабеля со стороны лобного электрода следует спрятать под термоусадочным кембриком так же, как и в случае с кабелями клипсы. «Подушечка» будет подпружиниваться нейлоновой тесьмой и обеспечивать надёжный электрический контакт сенсора с кожей лба.
 Подушечка на тесьме и контактной ленте (липучке) с сенсором из нержавейки, справа ещё одна подушечка с сенсором из оцинкованной стали |
 Подушечка на тесьме и контактной ленте (липучке) с сенсором из нержавейки, справа обратная сторона другой подушечки с монтажными проводами для крепления сенсора, к которым подпаивается провод МГТФ для соединения с кабелем |
Примерно в тех местах основного отрезка нейлоновой тесьмы, которые находятся над ушами, пришивается ещё один отрезок нейлоновой тесьмы, который будет огибать голову сверху, и к которому будет крепиться корпус с электроникой.
Также с левой стороны основного отрезка нейлоновой тесьмы примерно от левого уха и до центра лба желательно пришить швейную эластичную (растягивающуюся) ленту, которая будет закрывать провода, предотвращая их от лишних изгибов и повреждений. Поначалу её следует пришить только с одной стороны, чтобы впоследствии зафиксировать нитками изогнутый экранированный кабель к лобному электроду, что будет предотвращать его повреждения и разрыв в месте соединения с лобным электродом проводом МГТФ полусантиметровой длины.
Подобную растягивающуюся ленту желательно пришить и с левой стороны верхнего отрезка нейлоновой тесьмы, которая будет закрывать все три экранированных провода, препятствуя их натяжению и механическим повреждениям.
Кабель к лобному электроду необходимо зафиксировать в изогнутом виде ниткой, пришив его к нейлоновой тесьме так, как показано на фото ниже, чтобы избежать его вытяжения и нагрузок на него, которые могут привести к быстрому отрыву гибкого провода МГТФ, соединяющего кабель и монтажные провода крепления электрода.
 Закреплённый кабель лобного электрода |
В той половине корпуса нейрогарнитуры, которая будет верхней при её сборке и нижней при надевании на голову, необходимо просверлить 4 отверстия для привязывания её нитью (использовал капроновую обувную) к нейлоновой тесьме на вершине головы. После завязывания капроновой обувной нити тремя узелками можно поднести к ним паяльник на долю секунды, чтобы оплавить их, после чего сразу же прижать это место чем-либо твёрдым и холодным, чтобы оплавленные нити образовали крепкое неразвязывающееся соединение (см. фото ниже). При отсутствии капроновой нити можно использовать обычную нитку № 10.
 Крышка корпуса с нейлоновой тесьмой, привязанной нейлоновой нитью; в надетом состоянии эта крышка будет снизу |
К этой же стороне корпуса я приклеил старые отрезки самоклеющегося утеплителя для дверей, чтобы она меньше давила на голову и плотнее лежала на ней. Вместо данного утеплителя можно приклеить поролон или что-то похожее, что не пахнет резиной даже через несколько лет хранения, в отличие от утеплителя.
Опыт использования этой нейрогарнитуры показал, что самым слабым её местом оказался слабый радиосигнал блютуса из-за его экранирования расположенным сравнительно недалеко аккумулятором в металлическом корпусе. При самом неудачном ракурсе – когда аккумулятор нейрогарнитуры оказывается между антеннами устройств Bluetooth – связь может теряться каждые несколько минут при расстоянии около 3 метров между устройствами. При более удачном ракурсе и при меньшем расстоянии связь устойчиво удерживается до получаса и более. Видимо, по этой причине в некоторых версиях гарнитур сторонних производителей электроника и три батарейки находятся в разных корпусах, размещённых на тесьме по разные стороны головы, а в оригинальных нейрогарнитурах NeuroSky батарейка максимально удалена от антенны блютуса благодаря размещению в отдельном длинном выступе корпуса, из которого она проецируется торцом (то есть минимально возможным телесным углом) по отношению к антенне блютуса. Вы можете сами поэкспериментировать с конструкцией корпуса, например, поместить аккумулятор в отдельный футляр над одним из ушей. Также возможен вариант использования небольшого тонкого прямоугольного литий-полимерного аккумулятора с проводами ёмкостью около 500 мАч, который будет меньше экранировать радиосигнал блютуса.
Ещё одна возможная идея улучшения и упрощения конструкции нейрогарнитуры связана с использованием стабилизатора на 3.3 В вместо создающего заметные помехи преобразователя DC-DC. Такой стабилизатор есть в модуле блютуса SPP-C с дополнительной платой с колодкой контактов. Питание от аккумулятора следует подать на вывод +5 В, а напряжение для запитывания модуля TGAM следует взять с контактных площадок 12 (3.3 В) и 13 (GND) модуля блютуса. Замеры показали, что напряжение на этих контактах меняется много раз в секунду в диапазоне 3.27-3.28 В, что потребует либо вышеописанной цепи дополнительной стабилизации напряжения с диодом Шоттки (например, SR108) и конденсатора на 1000 мкФ, либо резистора сопротивлением примерно 10 Ом вместо диода Шоттки. Падение напряжения на диоде Шоттки составит около 0.35 В, а на резисторе сопротивлением 10 Ом – около 0.08 В. При этом минимальное рабочее напряжение для модуля TGAM составляет примерно 2.7 В, а потребляемый ток – около 8 мА при напряжении 3.2 В. Подключение нагрузки в 10 мА к выводам 12 и 13 модуля блютуса показало, что напряжение на них просело всего на 0.015 В. Использование стабилизатора скорее всего позволит отказаться от использования преобразователя DC-DC и даже несколько улучшить помехоустойчивость нейрогарнитуры, но такой вариант требует практической проверки.
|
Собранная самодельная нейрогарнитура, фото 1 |
Собранная самодельная нейрогарнитура, фото 2 |
 Собранная самодельная нейрогарнитура, фото 3 |
 Собранная самодельная нейрогарнитура, фото 4 |
 Собранная самодельная нейрогарнитура, фото 5 |
Медитация с использованием обратной нейросвязи с помощью ЭЭГ NeuroSky MindWave Mobile – ускоренное самостоятельное изучение медитации. Общие вопросы ЭЭГ-медитации.
Подробные описания ритмов, используемых в приложении Brainwave Visualizer, и примеры уровней ритмов при высоких значениях внимания и медитации.
Вопросы и ответы по нейрогарнитуре NeuroSky MindWave Mobile в контексте практики медитации.
Обзор приложения NeuroExperimenter (НейроЭкспериментатор).
Обзор приложения «ЭЭГ-медитация» для Android для гарнитуры NeuroSky MindWave Mobile для практики медитации.
Обзор приложения «ЭЭГ-медитация» для iOS для гарнитуры NeuroSky MindWave Mobile 2 для практики медитации.
Обзор приложения «ЭЭГ-медитация» для Windows для гарнитуры NeuroSky MindWave (а также для Mobile) для практики медитации.
Бесплатное приложение "Маленький Будда" для нейрогарнитур NeuroSky для Android.
Обзор приложения Meditation Journal (Журнал медитации).
Ведь можно учиться медитировать и без ЭЭГ-гарнитуры? Конечно можно. Но с гарнитурой лучше.
"Как медитация меняет ваш мозг и вашу жизнь". Дэниел Гоулмен и Ричард Дэвидсон.
Описание версий нейрогарнитур калифорнийской компании NeuroSky и китайской Sichiray.
Инструкция для мастеров по ремонту микроэлектроники по переделке белой немобайловой нейрогарнитуры NeuroSky MindWave в совместимую с устройствами Android и Windows (без обеспечения совместимости с устройствами iOS и MacOS).
Описание переделки нейрогарнитуры Mindflex в NeuroSky MindWave, совместимую с Android и Windows.
Сравнение ЭЭГ-гарнитур с точки зрения медитации: NeuroSky, Muse, Melomind, EMOTIV EPOC+, EMOTIV Insight и Neeuro SenzeBand.
Любительский электроэнцефалограф проекта OpenEEG.
Meditation with biofeedback using the electroencephalograph gadget NeuroSky MindWave Mobile, or accelerated self-study of meditation.
The free 'EEG Meditation' app for Android.
Windows PC version of this "EEG Meditation" app for white and black headsets.
|
|
