DIY-EEG-OpenMind · Народное ЭЭГ

Самодельный 8-канальный ЭЭГ своими руками · Open-source DIY 8-channel EEG · ADS1299 + ESP32-S3 · нейрофидбек и BCI · English README

Восьмиканальный ЭЭГ для нейрофидбека и экспериментов с BCI, который можно собрать дома. В основе открытая плата Low-Cost-EEG (ADS1299 + ESP32-S3, Bluetooth). Этот репозиторий добавляет пошаговые 3D-инструкции, файлы платы, прошивку самотеста и рабочей записи, просмотр сигнала в браузере, корпус из оргстекла и панель электродов TouchProof.

In English: an open-source, build-it-yourself 8-channel EEG (electroencephalography) device for neurofeedback and brain-computer interface (BCI) experiments, a low-cost OpenBCI-style board built on TI ADS1299 and ESP32-S3 with Bluetooth LE. The repo has 43 interactive 3D assembly steps that run in the browser, PCB Gerbers, an acrylic enclosure, self-test and recording firmware (PlatformIO) and a Web Bluetooth signal viewer. Full English overview: README.en.md.

Это самодельный прибор для экспериментов, а не медицинское изделие. Прочитайте SAFETY.md до того, как надевать электроды.

Что получится

Плата ЭЭГ	Корпус из оргстекла	Панель электродов
4 слоя, 100 × 50 мм. ADS1299 снимает 8 каналов, ESP32-S3 передаёт их по Bluetooth	Вырезается из листа 300 × 200 мм, снаружи 137 × 73 × 44 мм	10 гнёзд TouchProof 1,5 мм: 8 каналов, REF и BIAS

Характеристики: 8 каналов, АЦП 24 бит, 250 отсчётов/с, Bluetooth LE, аккумулятор LiPo с зарядкой по USB-C через TP4056.

Перечень для сборки платы

Имена производителей указаны только там, где замена заметно поднимает шум, рассогласовывает каналы или не встаёт в разведённую схему. У остальных позиций достаточно номинала, корпуса и типа диэлектрика.

Шум и точность

Позиция	Шт.	Требование	Что ставить
U4	1	8 каналов, 24 бит, TQFP-64 с шагом 0,5 мм. Регистр ID настоящего чипа — 0x3E. Варианты на 4 и 6 каналов в эту плату не подходят	TI ADS1299IPAGR
U3	1	Малошумящий LDO 3,3 В на DVDD АЦП, SOT-23-5. Силовой стабилизатор ESP32 сюда ставить нельзя: у него заметно больше шум. TLV75733 подходит по цоколёвке, но шумит сильнее	TI TPS7A2033PDBVR
U1	1	Накачка и стабилизаторы ±2,5 В, WSON-12. R2–R4 рассчитаны на эту микросхему	TI LM27762DSSR
D1–D5	5	ESD на 4 линии, ёмкость около 0,7 пФ, утечка в наноамперах, SC-70-6. Диод с большой утечкой даёт смещение и шум на входе	TI TPD4E1B06DCKR
R10–R27	18	2,2 кОм, 0603, тонкая плёнка, 0,1 %, как у автора. Одинаковый номинал на всех входах. Шум резисторов около 0,05 мкВ rms. Почему не 100 кОм и когда нужен резистор в проводе: INPUT-RESISTORS.md	Vishay MCT06030D2201, Panasonic ERA-3AEB222V
R2, R3, R4	3	Ровно 120 кОм, 105 кОм и 100 кОм, 0603, тонкая плёнка, 0,1 %. Этими резисторами заданы +2,5 В и −2,5 В	Yageo RT0603 0,1 % этих трёх номиналов
C15–C31	17	1 нФ, 0603, только C0G/NP0, допуск 1–5 %. X7R и Y5V здесь шумят и «плывут»	Kemet C0603C102F5GACTU, Murata GRM1885C1H102JA01
C14	1	1,5 нФ, 0603, C0G/NP0, цепь BIAS	Murata GRM1885C2A152JA01

Остальная обвязка

Позиция	Шт.	Требование
U5	1	Модуль ESP32-S3-WROOM-1-N16R8: та же посадка, 16 МБ flash, 8 МБ PSRAM. Прошивка собрана под него
U2	1	LDO 3,3 В на питание ESP32, ток не меньше 1 А, SOT-23-5 с цоколёвкой TLV75733
D6	1	TVS 5 В, SOD-323, защита USB
D7	1	TVS 5 В, SOD-523, защита входа аккумулятора
R1	1	130 кОм, 0603, 1 %
R9	1	1 МОм, 0603, 1 %, цепь BIAS
R5, R6	2	5,1 кОм, 0603, 1 %, конфигурационные резисторы USB-C
R7, R8, R28–R35	10	10 кОм, 0603, 1 %
C1	1	0,47 мкФ, X7R, 16 В, 0603
C10, C11, C35, C36, C38–C40, C43, C44, C46	10	1 мкФ, X7R, 16 В, 0603
C13, C32, C37, C41, C42, C45, C47	7	100 нФ, X7R, 0603
C2, C3, C48, C49	4	4,7 мкФ, X7R, 16 В, 0805
C4, C5	2	2,2 мкФ, X7R, 16 В, 0805. Летающие конденсаторы накачки U1
C6, C7, C9, C12, C33	5	10 мкФ, X5R, 25 В, 0805
C34	1	100 мкФ, X5R, 10 В, 1206
J2	1	Гнездо USB-C 2.0, посадка Molex 217179-0001
J1	1	Разъём аккумулятора JST PH, 2 контакта, угловой. Квадратная площадка — минус
J3A–J3J, JP1, J5	12	Гребёнка 2,54 мм: десять вилок 1×2 и одна 1×3
SW1	1	Ползунок SPDT, посадка C&K 1101M2S3CQE2. Им выбирают USB или аккумулятор
SW2, SW3	2	Тактовые кнопки, посадка Bourns 7914J-1-032. SW2 — RESET, SW3 — BOOT
TP1

На саму плату не ставятся аккумулятор и зарядка. Нужны LiPo 3,7 В с собственной защитой и разъёмом JST PH, и отдельный модуль зарядки TP4056 с защитой: аккумулятор на B+/B−, плата на OUT+/OUT−.

R10–R27 стоят 2,2 кОм ради минимального шума, поэтому ток при неисправности ограничивает не резистор, а питание от аккумулятора. По желанию в разрыв каждого провода (К1–К8, REF, BIAS) ставят ещё 100 кОм: ток при пробое падает до 50 мкА, шум растёт до 0,36 мкВ rms. Расчёт и таблица в INPUT-RESISTORS.md. C4 и C5 остаются 2,2 мкФ. U3 не заменяется стабилизатором ESP32. ADS1299 меняется, только если самотест показывает ID не 0x3E.

Запись идёт прошивкой firmware/eeg на 250 Гц. Прошивка автора шлёт пакеты другого размера, страница просмотра их не показывает. SW3 выключает и снова включает ток проверки контакта. Пока ток включён, это ещё не ЭЭГ. Для первой записи нужны мокрые Ag/AgCl: сухой пассивный контакт даёт помеху 50 Гц уровня альфы. Электроды только от аккумулятора.

С чего начать

Откройте стартовую страницу онлайн. Чтобы работать без интернета, скачайте репозиторий (Code → Download ZIP), распакуйте и откройте docs/index.html в Chrome, Edge или Firefox. Это интерактивная стартовая страница: маршрут из 6 этапов с миниатюрами всех 43 шагов и прогрессом, подсказки по интерфейсу и ссылки на все файлы. Все 3D-инструкции работают без интернета, three.js встроен в файлы.

Маршрут

flowchart LR
  Z["0. Заказ<br/>плата, трафарет,<br/>детали"] --> A["1. Подготовка<br/>≈ 1 ч"]
  A --> B["2. Сборка платы<br/>16 шагов · 4–6 ч"]
  B --> C["3. Проверка и<br/>первое включение<br/>≈ 30 мин"]
  C --> D["4. Самотест<br/>ADS1299 · 1 ч"]
  D --> E["5. Корпус, панель,<br/>питание<br/>13 шагов · 3–4 ч"]
  E --> F["6. Прошивка и<br/>альфа-ритм · 1 ч"]

Этап	Что делаем	Где	Время
0	Заказать плату и трафарет, купить детали	hardware/, enclosure/	1–3 недели
1	Прочитать инструкции, разложить детали, распечатать чек-лист	docs/03-checklist.html	1 ч
2	Собрать плату: паста, столик, нижняя сторона, выводные детали	docs/01-assembly-3d.html	4–6 ч
3	Проверка без питания, первое включение, напряжения на TP1–TP6	docs/02-tests-3d.html, шаги 1–5	30 мин
4	Прошить самотест ADS1299	firmware/selftest/, шаги 6–11 части 2	1 ч
5	Корпус из оргстекла, панель электродов, аккумулятор с TP4056	docs/04-panel-enclosure-3d.html	3–4 ч
6	Прошивка ЭЭГ, Bluetooth, альфа-ритм: O1 и O2, REF на мочке, BIAS на лбу	firmware/eeg/, просмотр	1 ч
7	По желанию: второй этаж с ADS1299, 16 каналов	, ,

Как это выглядит по ходу сборки

Паста через трафарет	Оплавление на столике с термопрофилем	Самотест ADS1299 в мониторе порта
Провода от гнёзд к J3 без перекрещивания	Зарядка через TP4056	Живой сигнал: альфа-ритм

Как пользоваться 3D-инструкциями

1. Номера шагов. Нажмите на любой, чтобы перейти. Можно открыть сразу нужный шаг, добавив к адресу #5.
2. Поиск детали. Введите R27, C15 или U4, и модель покажет, где она стоит.
3. Кнопки вида: повторить анимацию, все подписи, перевернуть плату, вид сверху. В инструкции по корпусу ещё крышка и прозрачность.
4. 3D-сцена. Левая кнопка мыши вращает, колесо приближает, правая кнопка сдвигает. На телефоне одним и двумя пальцами.
5. Нажмите на деталь, чтобы увидеть номинал, корпус и подсказку по установке.
6. Текст шага: что делать, предупреждения и таблица деталей.
7. «Шаг выполнен» запоминается в браузере, прогресс виден на стартовой странице. Шаги листаются клавишами ← →.

Выбор электродов разобран в docs/electrodes/: почему начинать с мокрых, чем хороши MCScap и как устроены активные электроды.

Что в репозитории

docs/                     инструкции
  index.html                стартовая страница: маршрут, прогресс, все шаги
  01-assembly-3d.html       сборка платы, 3D
  02-tests-3d.html          проверка после сборки, 3D
  03-checklist.html         чек-лист для печати, 3 листа A4
  04-panel-enclosure-3d.html  корпус, панель электродов, питание, 3D
  05-16-channels.html       второй этаж: вторая плата, 16 каналов
  06-16-channels-3d.html    второй этаж, 12 шагов в 3D
  viewer.html               просмотр 8 или 16 каналов в Chrome: Mac, Linux, Windows
  electrodes/               обзоры электродов
  img/                      рендеры прибора и миниатюры шагов
hardware/
  pcb/                      Gerber и трафарет для Резонита, Gerber для JLCPCB
  bom.csv                   перечень элементов с исправленными номиналами
  shopping-list.csv         тот же перечень в таблице
  upstream/                 схема и инструкция автора платы (PDF)
enclosure/                  раскрой корпуса DXF, чертежи 1:1, шаблон сверловки, покупки
firmware/selftest/          готовый проект PlatformIO: самотест ADS1299, 16 МБ flash
firmware/eeg/               рабочая прошивка: 250 Гц, Bluetooth, bias на К1 и К2
firmware/eeg16/             прошивка на две платы, 16 каналов (board_a, board_b)

Что нужно

Инструменты: нагревательный столик до 250 °C, паста Sn63/Pb37, флюс, пинцет, лупа, паяльник с тонким жалом, фен, мультиметр, изопропиловый спирт. Лабораторный блок питания желателен.

Программы: VS Code с PlatformIO. Сигнал смотрите в Chrome на странице просмотра. Прошивка уже в firmware/eeg.

Отличия от исходного Low-Cost-EEG

• В файлах сверловки автора было смещение (60,4; 50,4) мм, в hardware/pcb/gerber-rezonit.zip оно исправлено.
• В BOM автора R10–R27 ошибочно названы «100 Ом», по маркировке это 2,2 кОм. В hardware/bom.csv стоят 2,2 кОм 0603, 18 штук, как задумано автором. R1 = 130 кОм, R9 = 1 МОм.
• Модуль ESP32-S3-WROOM-1-N16R8 вместо N8R8: та же посадка, 16 МБ flash и 8 МБ PSRAM. Малошумящий LDO АЦП остаётся TPS7A2033, силовой LDO ESP32 его не заменяет.
• Нижняя сторона платы двусторонняя (C15–C31, R32–R35, C49, D6). Её паяют феном или паяльником, а не вторым проходом на столике.
• Добавлены самотест, рабочая прошивка с короткими Bluetooth-пакетами для Mac, страница просмотра, корпус, панель электродов TouchProof и питание от LiPo через TP4056 с защитой.

Сама схема и разводка платы не менялись.

Важные факты о плате

• Кнопки: SW2 = RESET, SW3 = BOOT. SW1 выбирает питание: USB или аккумулятор.
• Контрольные точки: TP1 GND, TP2 AVDD (+2,5 В), TP3 AVSS (−2,5 В), TP4 DVDD (3,3 В), TP5 3V3, TP6 VIN.
• Встречаются перемаркированные ADS1299. Регистр ID настоящего восьмиканального чипа равен 0x3E, самотест это проверяет.
• Входы электродов: штырьки J3A–J3J, электроды только на вывод 1. К1→J3I … К8→J3B, REF→J3J, BIAS→J3A.
• У J1 (аккумулятор) квадратная площадка это минус. Полярность разъёмов китайских аккумуляторов проверяйте мультиметром.

Статус

Плата заказана и собирается по этим инструкциям. Прошивка самотеста собирается PlatformIO под ESP32-S3-WROOM-1-N16R8 (16 МБ flash). На плате она ещё не запускалась, поэтому эталонного лога монитора порта в репозитории нет: пример удачного вывода есть в части 2 инструкции. Если найдёте ошибку, откройте issue с текстом ошибки или фото.

Лицензия и авторы

Плата, схема и прошивка: Low-Cost-EEG, автор Xavier Asghar, GPL v3. Инструкции, корпус, панель, самотест и списки покупок этого репозитория распространяются по той же лицензии GPL v3, см. LICENSE и NOTICE.md.

---

Ключевые слова: ЭЭГ своими руками, самодельный ЭЭГ, электроэнцефалограф, нейроинтерфейс, интерфейс мозг-компьютер, нейрофидбек, биологическая обратная связь, ADS1299, ESP32-S3, открытое железо. Keywords: DIY EEG, open-source EEG, open hardware EEG, low-cost EEG, 8-channel EEG, ADS1299 EEG board, ESP32 EEG, brain-computer interface, BCI, neurofeedback, biosignal acquisition, OpenBCI alternative.