ペンレコーダーへの道

完成 2023.08.26 公開（2023.09.01 更新） visibility591

完成

2023.08.26 公開（2023.09.01 更新） visibility591

波形などを紙に記録する良い機器がないのでペンレコーダーをサーボモータを使って自作する
リアルタイムで脈波や脳波（デモ波形）を記録できる。
多チャネル化が可能なように構造を再検討中。

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動画

開発素材: デバイス

Arduino

M5Stamp

サーボモータ

システム構成

コンセプト　波形データを紙に連続記録できるレコーダーを自作する。性能は20Hzくらいまでの特性を目指す。　　脳波や心電図のR波が見えればOK
　チャネル数の拡張性を考慮した構造
concept
　Build your own recorder that can continuously record waveform data on paper. Performance is aimed at characteristics up to about 20Hz.It is OK if you can see the R wave of the EEG or electrocardiogram
　Structure considering the scalability of the number of channels

ハードウェア構成
　ボールペン芯
　サーボーモータ　https://www.switch-science.com/products/8041
　DCギアモータ（DC 6V 10RPM）　　M5Stamp　　https://www.switch-science.com/products/7360
OLEDディスプレイユニット https://www.switch-science.com/products/7233
M5Stack （データ送信用）
Hardware configuration
　ballpoint pen core
　Servo motor https://www.switch-science.com/products/8041
　DC gear motor (DC 6V 10RPM)　
　M5 Stamp　　https://www.switch-science.com/products/7360
　OLED display unit https://www.switch-science.com/products/7233
　M5Stack (for data transmission)

工夫点
　ペン圧の調整を重力のみで行う
　サーボーからペン駆動の構造（アクリル設計）
　ペーパー送り機構（模型用タイヤを使用）
　データ受信はイベント会場での使用を考えて有線でのUARTを使用（あるいはセンサ直接）
　筐体はアクリル板(3mm)をレーザーカッター加工で切り出し、2mmのネジ止めで固定
Ingenuity
　Pen pressure is adjusted only by gravity
　Servo to pen drive structure (acrylic design)
　Paper feed mechanism (using model tires)
　For data reception, use wired UART (or sensor directly) considering use at the event venue
　The housing was cut out from an acrylic plate (3 mm) with a laser cutter and fixed with 2 mm screws.

ストーリー: きっかけ
　いろいろなセンサ作ってきたが、記録を残す手段が少ない
　デジタルではなくアナログな紙で記録を残したい
　 I have made various sensors, but there are few ways to keep records
　I want to leave records on analog paper instead of digital.
　ペンプロッタは動作が遅いためリアルタイム動作できない
　昔の紙記録の脳波計のようなものを作りたい！
Pen plotters are slow and cannot operate in real time.
I want to make something like the old paper recording electroencephalograph!
ゆえに　「ペンレコーダーの自作に挑戦」Challenge to make pen recorder.

直線駆動できるモータ付フェーダーで検討(Consider a fader with a motor that can be driven linearly)
動作が遅く波形に追いつかない。失敗！
The operation is slow and cannot keep up with the waveform. Failure!

遅いと思ったてたサーボーモータ方式やってみると動くぞ！
I thought the servo motor method was slow Try it and it will work!
　ペン圧は自重による (Pen pressure depends on its own weight)
　ペンUP機能はなし (No pen up function)

ペン機構(Pen mechanism)
　サーボモータでボールペン芯を回転
　ホーンをアクリル板で延長　ペン圧は自重のみでOK!
　 Rotating the ballpoint pen core with a servo motor Extend the horn with an acrylic plate
　Pen pressure is OK only with its own weight!

紙送り機構(Paper feed mechanism)
　DCギアモーターで模型用タイヤを回す（DC 6V 10RPM）
　タイヤと上のアクリル板で紙を挟む
　Rotate a model tire with a DC gear motor (DC 6V 10RPM)
　Sandwich the paper between the tire and the upper acrylic plate
　アクリル板は静電気で紙が吸い付いて送りが悪いので、紙を巻いて静電気防止
　Paper sticks to the acrylic plate due to static electricity, making it difficult to feed.

データ転送(data transfer)
　SDカードに別デバイスで記録した波形データ（EDF形式）を保存してM5StackでSDカードのファイルを読み出して送る。
・Wifi（UDP)　線がなくて便利だが展示会場ではWifiが使えない
・有線（UART)　展示会場でも使えるので採用
Save the waveform data (EDF format) recorded by another device on the SD card and read the file on the SD card with M5Stack and send it.
· Wifi (UDP) It is convenient because there is no line, but Wifi cannot be used at the exhibition hall.
· Wired (UART) adopted because it can be used at the exhibition hall.

筐体の組み立て(Assembling the housing)
　筐体はアクリル板(3mm)をレーザーカッター加工で切り出し、2mmのネジ止めで固定
　The housing was cut out from an acrylic plate (3 mm) with a laser cutter and fixed with 2 mm screws.
　　モーター固定は、アクリル板を重ねてギア部にうまくはめ込むように固定
　The motor was fixed by stacking acrylic plates and fitting them well into the gear.

リアルタイムデモ記録　脈波センサをアナログで取り込んで記録させる
・脈波間隔の計測が始まると自動で記録開始する
・指を離してノイズデータになると停止
Real-time demo recording Capture and record the pulse wave sensor in analog data.
・Recording starts automatically when pulse wave interval measurement starts.
・Stops when noise data is generated by releasing the finger.

有線脳波データ記録デモ (Wired EEG data recording demo)
[https://youtu.be/-J_jIZMuiuI]

脈波リアルタイム記録デモ (Pulse wave real-time recording demo)
[https://youtu.be/oCFXNWAAXNs]

ペン直線駆動に挑戦(Challenging linear pen drive)
サーボ機構ではペン描画は円弧になってしまうので、リニアな波形描画には向かない。直線的なペン駆動にするためペンの上下にガイドを用意して動かす。
Since pen drawing becomes a circular arc with the servo mechanism, it is not suitable for linear waveform drawing. In order to drive the pen linearly, guides are prepared above and below the pen to move it.
速い駆動はできないのでゆっくりした現象の記録に使用
Since it cannot be driven quickly, it is used for recording slow phenomena.

風推定モニタの記録器(Wind estimation monitor recorder)
　高精度気圧センサを使用した風推定モニタの長時間記録に使用
　Used for long-term recording of wind estimation monitor using high-precision barometric pressure sensor

　気圧センサ(sensor)　　　DPS310
　風推定(Wind estimation) 　室内で計測(indoors)
　記録間隔(interval)　　　　5min
　紙送り(Paper speed)　　　15mm/6h(Step)
　磁石は筆圧の確保用　　　　The magnet is for ensuring the pressure of the writing

風推定モニタの記録例(Wind estimation monitor record sample)

風推定モニタについては、別ページ参照
See separate page for wind estimation monitor

今後(future)
・チャネル数の拡大（4チャネル記録）
・Expansion of the number of channels (4-channel recording)