The EAVI EMG/EEG Board: Hybrid physiological sensing
La carte EAVI EMG/EEG : Détection physiologique hybride
Résumé
We present an update on the EAVI physiological interface, a wireless, microcontroller based hardware design for the acquisition of bioelectrical signals. The system has been updated to process electroencephalogram brain signals in addition to muscle electromyogram. The hardware/firmware system interfaces with host software carrying out feature extraction and signal processing. Recent advances in electronics have made physiological computing applications practical and feasible. However, there is a gap between high end biomedical equipment and consumer DIY solutions. The hardware design we present here bridges this gap, and combines a specialized biosignal acquisition chip mated with a general-purpose microcontroller. It is based on the Texas Instruments ADS129x family a single chip integrated solution for high quality biosignal amplification and digitization. It serves as analogue front end via programmable gain amplifiers to a 24bit delta-sigma analog-digital converter. The microcontroller is the STMicroelectronics STM32F427, a Cortex-M4 family microcontroller with floating point unit . In addition to EMG acquisition, the board includes a Kionix KX122 three-axis accelerometer. The TI and Kionix sensing chipts communicate with the ST microcontroller over an I2C digital serial bus. The board communicates with the host computer or rest of the music system wirelessly over Bluetooth LE 4.2 using an ST SPBTLE-1S transceiver. The board can also communicate over USB where it registers with the host as a class compliant audio and MIDI device. Audio and physiological signals are treated in the same signal processing chain using the OWL framework. The demo will show multichannel EMG, and single channel EEG. We call this hybridization "ExG". We will present documentation of the EAVI board used in the lab and on stage, in user studies with neuro-diverse musicians and trained instrumentalists, as well as in performance with the experimental all-female band, Chicks on Speed.
Nous présentons une mise à jour de l'interface physiologique EAVI, une conception matérielle sans fil basée sur un microcontrôleur pour l'acquisition de signaux bioélectriques. Le système a été mis à jour pour traiter les signaux cérébraux de l'électroencéphalogramme en plus de l'électromyogramme musculaire. Le système matériel/firmware s'interface avec le logiciel hôte qui effectue l'extraction des caractéristiques et le traitement des signaux. Les progrès récents de l'électronique ont rendu les applications informatiques physiologiques pratiques et réalisables. Cependant, il existe un fossé entre les équipements biomédicaux haut de gamme et les solutions de bricolage grand public. La conception matérielle que nous présentons ici comble ce fossé et associe une puce d'acquisition de biosignaux spécialisée à un microcontrôleur à usage général. Il est basé sur la famille ADS129x de Texas Instruments, une solution intégrée à puce unique pour l'amplification et la numérisation de biosignaux de haute qualité. Il sert de frontal analogique via des amplificateurs de gain programmables à un convertisseur analogique-numérique delta-sigma de 24 bits. Le microcontrôleur est le STM32F427 de STMicroelectronics, un microcontrôleur de la famille Cortex-M4 avec unité à virgule flottante. En plus de l'acquisition EMG, la carte comprend un accéléromètre à trois axes Kionix KX122. Les puces de détection TI et Kionix communiquent avec le microcontrôleur ST via un bus série numérique I2C. La carte communique avec l'ordinateur hôte ou le reste du système musical sans fil via Bluetooth LE 4.2 à l'aide d'un émetteur-récepteur ST SPBTLE-1S. La carte peut également communiquer via USB, où elle s'enregistre auprès de l'hôte en tant que dispositif audio et MIDI conforme à la classe. Les signaux audio et physiologiques sont traités dans la même chaîne de traitement du signal à l'aide du cadre OWL. La démonstration présentera un EMG multicanal et un EEG monocanal. Nous appelons cette hybridation « ExG ». Nous présenterons la documentation de la carte EAVI utilisée en laboratoire et sur scène, dans des études d'utilisateurs avec des musiciens neurodiverses et des instrumentistes formés, ainsi que dans une performance avec le groupe expérimental composé uniquement de femmes, Chicks on Speed.
Mots clés
- Performing arts
- Electromyogram EMG electroencephalogram EEG physiological computing embodied interaction embedded CCS Concepts Applied computing → Sound and music computing
- EMG
- Electromyogram
- Applied computing → Sound and music computing
- embedded CCS Concepts
- embodied interaction
- physiological computing
- EEG
- electroencephalogram
Domaines
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