Биоусилитель LD.Amp

Основное назначение разработанного модуля биоэлектроусилителя LD.Amp — улучшенная замена модуля AD620 в типовых применениях человеко-машинных интерфейсов по электроэнцефалографическому, электрокардиографическому, электромиографическому, электроокулографическому сигналу и кожно-гальванической реакции.

Аналоги биоусилительных модулей

Модуль AD620

Модуль позволяет усилить биосигнал от нуля Гц, полосы частот с запасом хватает на весь диапазон биосигналов.
Плюсы: Возможность настройки усиления и сдвига уровня в широких пределах прецизионными потенциометрами.
Минусы: Встроенный модуль отрицательного напряжения вызывает помехи в цепи питания, не отрезает дрейф сигнала и напряжения смещения, поэтому требует длительной настройки электродов.

Модуль INA333

Модуль построен на более совершенной микросхеме инструментального усилителя INA333, однако спроектирован крайне не удачно. Поэтому без доработок использование крайне ограничено.
Плюсы: Микросхема INA333 превосходит по ключевым параметрам AD620 — высокое входное сопротивление позволяет передавать больше сигнала с биообъекта. Встроенная защита от радиочастотных помех. Компенсация напряжения смещения. Позволяет усиливать от 0 Гц.
Минусы: Модуль не позволяет настроить смещение нуля. Настройка коэффициента усиления выполняется не прецизионным резистором, что не позволяет качественной настройки. Не отрезает дрейф сигнала и напряжения смещения.

Модуль TGAM1

Модуль специализируется на регистрации и анализе ЭЭГ. Построен на интегрированном чипе TGAT от Neurosky.
Плюсы: Позволяет регистрировать ЭЭГ с сухих пассивных электродов. В один чип объединен биоусилитель, АЦП и микроконтроллер для обработки сигнала. Выдает цифровой сигнал с ЭЭГ, а также результаты спектрального анализа сигнала.
Минусы: Алгоритмы обработки зашиты в микроконтроллер и не раскрываются. Передаваемые параметры могут меняться, оказалось что модуль может не выдавать сырой ЭЭГ даже при выставлении соответствующего режима, что не позволит применять его для собственной обработки. Суженый частотный диапазон отрезает низкие частоты аж до 3 Гц, что вырезает информацию о дельта и части тета диапазона ЭЭГ!

Модуль биоусилителя LD.Amp

Недостатки представленных модулей подтолкнули к разработке нового.
При разработке модуля биоусилителя LD.Amp были учтены положительные стороны разных решений и выбран компромисс между информационным содержанием сигнала и удобством эксплуатации.

Технические характеристики

Важнейшей характеристикой биоусилителя является его полоса пропускания и коэффициент усиления. Это хорошо визуализируется на амплитудно-частотной характеристике модуля, полученной в ходе тестирования.

АЧХ модуля LD.Amp

Частотный диапазон: от 0.7 до 45 Гц
Коэффициент усиления: до 300 раз.

Структурная схема модуля

Модуль основан на инструментальном усилителе INA333 имеющим значительные технические преимущества по отношению к AD620. В схеме модуля реализованы различные современные технологии борьбы с помехами.

На входе стоит модуль защиты от утечек тока на человека и дифференциальный радиочастотный фильтр. Добавлены системы активного подавления синфазных помех и корректировки дрейфа. Реализованы активные фильтры высоких и низких частот для эффективного кондиционирования сигнала. Встроены фильтры питания для всех усилителей.

Подключение модуля LD.Amp

Соединение выводов модуля:

Использование в аналоговом режиме

Модуль LD.Amp может быть напрямую подключен к Ардуино совместимой плате с АЦП.

Использование в цифровом режиме

Модуль LD.Amp может работать в качестве цифрового биоусилителя с программируемым коэффициентом усиления путем подключения модуля АЦП ADS1115. Модуль спроектирован так, чтобы их выводы были совместимы.

Для удобного использования модуля в цифровом режиме разработана библиотека для среды Ардуино.
Пример использования цифрового режима работы LD.Amp

Программа для Arduino IDE:

/*  Пример получения сигнала с цифрового биоусилителя LD.Amp
    и передача его по последовательному порту.
    Схема соединений: 
     LD.Amp  --  Arduino
        V+          5V
        GND         GND
        SDA         SDA
        SCL         SCL
        ADDR         -
    (C) Isakov Roman V., 2025
    BSD license, all text here must be included in any redistribution
*/

#include <Wire.h>
#include <LD_Amp_Driver.h>

#define Td 10 // мс - частота дискретизации 100 Гц
uint32_t last_ms = 0;
LDAmp bioamp;

void setup(void)
{
    Serial.begin(57600);
    // Установка усиления
       bioamp.setGain(GAIN_1);   //Коэффициент 1x
    
    // Установка режима работы
    bioamp.setMode(MODE_CONTIN);   // Непрерывный режим

    // Установка частоты дискретизации
    bioamp.setRate(RATE_128);          // 128 Гц

    bioamp.setOSMode(OSMODE_SINGLE);   // Старт АЦП
    bioamp.begin();
    last_ms = millis();
}

void loop(void)
{   
    int16_t signal;
    if ((millis() - last_ms)>=Td) {
        signal = bioamp.analogRead();
        last_ms = millis();
        Serial.println(signal);
    }
}

Видеообзор

Следите за последними новостями этого и других проектов LabData.ru в группе ВК и телеграмм!

© Исаков Роман В., 2025