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情報処理学会チュートリアル参考資料 AKI-H8による呼吸センサ 1999年7月 長嶋洋一
作曲家・笙奏者の東野珠実さんの依頼で、彼女の「息」に注目したプロジェクトに関連したオリジナルセンサを作ってみました。
医療計測機器の呼吸センサを利用した、小型ポータブルなMIDIブレスセンサで、全ての完成まで1日半で簡単にできたのですが、センサが高価なので、そうなかなか作れないかもしれません(^_^;)。
まずは基礎編として、
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ご覧ください。
さて、またまたAKI-H8によるオリジナルシステムの開発です。 以下が、いつもの開発スペースです。要するに自宅の自室です。
デスクの正面には、以下のようなお守りが並んでいます。黄色いお守りは、「厄除御守」と書いてあります。当然、「バグ退散」という事です。
また、上に乗っているのはこういうもので、ぐじゃぐじゃに握り潰されてもムクムクと膨らんできて元に戻るという、「したたかノムさん」と、今年の長野高専のお土産のシヴァ神です。やはり、長野といえばインドでしょう [ 意味不明 ]。(^_^;)
これら3種の神器ならぬ3種のお守りが揃ってからというもの、不思議と新しく開発するシステムやソフトのバグが極端に減っています。霊験あらたかなものです。(^_^) そして、これが今回のセンサです。
すでに本来のケーブルをあっさりと切断してしまっていますが、本来は、心電図計とか脳波計に接続して、呼吸のリラックス状態をモニタするものです。 抵抗値の変化するビニールチューブがあるだけのものですが、この2本セットで5万円もします。(^_^;)
付いてきた簡単なマニュアルには、上のように載っています。胸と腹のところにセットして、胸式呼吸と腹式呼吸の違いもセンシングできそうです。 ゴムひもで長さを調節できるので、たいていの体格の人に使えるようです。 センサのアップは、このようになります。
伸びすぎて壊れないように、リミットの長さの伸びないビニール線が付いています。ピンク色のゴムは、身体に巻いて固定するためのものです。 このセンサの抵抗値は、張力ナシの状態で1KΩ、限界まで引っ張った状態で2KΩという変化をしました。ただし、どうセットしても、フリー状態から限界までをダイナミックレンジとするような「呼吸」というのは不可能です。 そこで、わずかの抵抗変化を検出するために、東野珠実さんのための笙ブレスセンサを作った時に使った秋月電子の「圧力センサキット」の回路を、そのままイタダキでまずは試しに作ってみることにしました。 まぁ、そんな程度のノリでもいけるのが、アナログのいいところです。(^_^)
とりあえずは秋月電子の回路を流用するので回路図はナシ、とくれば、もういきなり製作開始です。
上は、いつものようにケースとかコネクタをストックから出してきたところです。 今回は、センサを含むブリッジ回路部分を長く本体まで伸ばしたくない、ということで、ごく小型のケースにブリッジ(OPアンプのバッファまで)を組んで、そこからいつものAKI-H8ケースにボルテージフォロワ出力の低インピーダンス電圧出力として伸ばすことにしました。 胸と腹のセンサをまとめた小型ケースは、たとえば腰のベルトにしまえるようなイメージです。
ということで、まずはドリルで穴あけです。 今回は二つともケースがABS樹脂なので、卓袱台を出すまでもなく、ゴミ箱の上空での空中穴あけ、というアバウトなものでした。(^_^;) 穴あけが済んだら、
こういうふうに、サブBoxには中継ケーブルとセンサのコードを、本体にはLEDと電源スイッチと中継ケーブルとMIDI出力コネクタのケーブルを差し込んで、なんとなく全体のイメージをつかみます。 なんせ回路図も何もナシで行き当たりばったりでやっていますので、こういう作業で確認しておかないと、後で「穴が足りなかった」(^_^;)などと悲惨なことになります。 そして、ユニバーサル基板をケースに合わせてカットします。
これで、製作のスペースが限定されたことになりますから、あとは空中配線になってもなんとか、その空間に回路を押し込む、という事になります。 ちょっとサブBoxが小さかったかなぁ、とここで一瞬、躊躇しました。(^_^;)
しかし、こうやって、AKI-H8とOPアンプを入れてみると、なんとなく「いけそう」にも思えます。 OPアンプは4回路入りのBA10324を二つということで、これ以上にICが増えなければなんとかいけるかな、と進めていきました。
ところが、ICは確かに1チャンネルで1個なのですが、なんと作りながら上の回路図をよく見ると、オフセット調整とゲイン調整で二つの半固定抵抗が必要になり、以下のように、全部で4個のヘリカルポテンションメータが並ぶことになりました。 この状態でなんとか押し込めるのですが、かなりピンチです。(^_^;)
上が、そのアップです。1円玉を比較に置いていますが、またまた、なかなかの高密度になりました。 良い子は、このような空中配線は真似しないで、大きくスカスカに作りましょう。 こういうのは年季が必要です。(^_^;)
秋月電子の気圧計キットの回路をそのまま流用し、抵抗も
手元にたまたま無いものは「330KΩも220KΩも、まぁ誤差と
しては同じようなもんやろ」(^_^;)というノリでとりあえず
作ったのですが、なんとテスターで出力電圧を計測してみると、
単電源OPアンプの限界で+3.8Vまでですが、見事に出力の
電圧が出てきていました。
ちなみに、センサ回路の方は、このようにゲイン調整のトリマを省略してしまい、
メインBoxもこのようにいつものスタイルでスッキリとなりました。 基板にAKI-H8の他に載っているのは、MIDI出力のためのオープンドレインゲートの、この74HC05だけです。 +5V電源のレギュレータはAKI-H8の上のものを使い、LEDは電源そのままでなく、AKI-H8からポート出力で点滅します。 50%は消えているので、より省エネです。(^_^)
さて、ハードがとりあえずできてしまったので、回路図もないので、忘れないうちにソフトを開発してしまわなければなりません。 このように2台のPowerBook2400が並びました。
左は2400/180のノーマルですが、右のは、320MHzのG3(バックサイドキャッシュ1MB)にCPUが替わっていて、さらにHDDも4GBです。これはiBookよりも美しいスペックです。
なにより、シリアルポートがあるのが重要です。(^_^;)
開発では、右側のPowerBookの画面内にWindows95を走らせて、このようにAKI-H8のフラッシュROMライタをシリアルポートから接続します。 これで、Mac内のWindows内のDOS窓で開発用のバッチを走らせると、ほぼワンタッチで簡単にテストプログラムを開発してダウンロードしテストランを繰り返せます。
2台のPowerBookはこのように、右ではAKI-H8の開発を、左ではMIDI出力のモニタをMAXパッチで走らせます。これで簡単にソフトを完成に追い込めます。(^_^)
AKI-H8のソースプログラムとしては、
この
ようになりました
センサを実際に胸と腹にセットして、適当に胸式呼吸と腹式呼吸をしてみた例として、MAXで見るとこのようになりました。
左半分、チャンネルプレッシャーの13チャンネルで表示しているのが、「胸」の呼吸センシングデータです。
これは、小型Boxを腰に付けるという想定で、センサまでのコードがちょっと長いものです。
使い方としては、ピンク色のセンサセット用のゴムひもを調節して、胸や腹がへこんだ状態でわずかにオフセットがある(例えばデータとして5とか10程度)ように、張力をかけておくことです。
そうすれば、呼吸によって胸や腹が膨らむと、データとしては増大して反応します。
センサがゆるゆるだとデータが出て来ません。
このセンサは、東野珠実さんのプロジェクトにおいて女性ボーカルの芸術的モーションキャプチャリングの一つとして使われる予定で、作品は1999年秋に発表の予定です。 皆さん、どうぞ御期待下さい。(^_^)
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