Wykrywacz kłamstw Grzegorz Puzio, Łukasz Ulanicki 15 czerwca 2008 1 Wstęp Tematem naszego projektu był wykrywacz kłamstw. Naszym celem było zrealizowanie sprzętowe urządzenia oraz wizualizacja w postaci wykresów czasowych odczytów z czujników. 2 Etapy realizacji projektu 31 marca 2008 zakończenie przeglądu materiałów związanych z danym tematem 14 kwietnia 2008 schemat układu elektronicznego 28 kwietnia 2008 prototyp urządzenia 15 maja 2008 wykonanie płytki drukowanej 16 maja 2008 rozpoczęcie budowy interfejsu w Qt 22 maja 2008 montaż elementów na płytce 29 maja 2008 ostateczna wersja urządzenia oraz komunikacja z komputerem 14 czerwca 2008 koniec prac nad interfejsem w Qt 1
3 Schemat układu elektronicznego, schemat blokowy, płytka drukowana, rysunki Rysunek 1: Schemat blokowy urządzenia 2
Rysunek 2: Schemat gotowego urządzenia 3
Rysunek 3: Widok płytki drukowanej od strony elementów 4
Rysunek 4: Widok płytki drukowanej od strony ścieżek 5
4 Komunikacja z komputerem Do komunikacji mikrokontrolera Atmega32 z komputerem wykorzystaliśmy port szeregowy Rs232. Komunikacja odbywa się w obydwie strony, a komendy wysyłane są przy pomocy ramek. Z komputera do mikrokontrolera wysyłana jest informacja w postaci liczby integer 1, 2 lub 3 oznaczająca z którego czujnika chcemy uzyskać pomiar. Mikrokontroler w odpowiedzi wysyła tą samą liczbę a następnie wartość pomiaru z przetwornika. Pomiary te są przekazywane do aplikacji graficznej. Parametry transmisji: Transmisji 4800 b/s Brak bitów parzystości 2 bit stopu Komunikacja w obydwie strony 5 Opis czujników Do pomiaru tętna użyliśmy prostego układu składającego się z diody nadawczej (podczerwieni) oraz fotodiody. Podczas pomiaru obydwie diody przyłożone są do palca osoby badanej w ten sposób, że są skierowane pod małym kątem w swoją stronę. Dioda nadawcza wysyła promieniowanie podczerwone, które jest pochłaniane w większym lub mniejszym stopniu przez naczynia krwionośne, które ulegają rozszerzaniu podczas przepływu krwi. Dzięki temu na fotodiodzie powstaje zmienne napięcie modulowane przepływem krwi. Pomiar reakcji skórno-galwanicznej czyli inaczej potliwości skóry odbywa się poprzez pomiar rezystancji skóry. Część pomiarowa układu jest zbudowana na podstawie mostka Wheatstone a, gdzie jedną z rezystancji mostka jest rezystancja skóry. Mostek jest zasilany z baterii, w której napięcie zostało ograniczone do 0.5 V, gdyż w tym zakresie napięć rezystancja skóry zmienia się liniowo. Wyjście mostka podawane jest na dwa wtórniki, z których następnie sygnał idzie na wzmacniacz różnicowy i na przetwornik analogowy mikrokontrolera. Napięcie wzmacniacza nie przekracza 2.5 V. Układ pomiarowy do badania miarowości oddechu opiera się na tej samej zasadzie co układ pomiaru rezystancji, z tą różnicą że rolę zmiennej rezystancji spełnia tensometr. 6 Interfejs Na rysunku 1 znajduje się widok głównego okna naszego interfejsu. W oknie tym można wyróżnić 3 obszary: Wykresy trzech podstawowych parametrów tętna, reakcji skórno galwanicznej i oddechu. Wykresy charakterystki głosu przebieg czasowy z lewej oraz transformata Fouriera sygnału z prawej strony. 6
Przyciski do konfiguracji i uruchamiania urządzenia oraz przycisk wyjścia z aplikacji. Po kliknieciu na przycisk Ustawienia otwiera się nowe okno (Rysunek 2), w którym można ustawić następujące parametry pracy urządzenia: Wybór portu szeregowego, przez który chcemy się połączyć wybierane z rozwijanej listy od COM1 do COM26 Prędkość transmisji lista rozwijana, wartości od 300 do 115200 b/s Bity danych od 5 do 8 Bity stopu 1, 1.5 lub 2 Parzystość do wyboru: brak parzystości, 1 bit parzystości, parzystość, nieparzystość Katalog roboczy możemy zmienić katalog do którego bedą zapisywane pliki konfiguracyjne z zapamiętanymi ustawieniami i próbki do analizy głosu Urządzenie wejściowe w przypadku posiadania więcej niż jednej karty dźwiękowej istnieje możliwość wyboru urządzenia Atrybuty zapisu dźwięku częstotliwość próbkowania, mono/stereo Maksymalna długość nagrania od 1 do 120 sekund Poziom głośności wybór poziomu głośności dla pliku do zapisu, wybierana przy użyciu suwaka 7
Rysunek 5: Okno główne aplikacji graficznej. 8
Rysunek 6: Okno konfiguracyjne urządzenia. 7 Osiągnięte cele Na chwilę obecną udało nam się zrealizować większość założeń projektu, a mianowicie aplikacja graficzna prawidłowo nawiązuje połączenie z mikrokontrolerem, odbiera pomiary oraz rysuje przebiegi czasowe. Również ustawienie konfiguracji połączenia odbywa się poprawnie, także przyciski Start/Stop uruchamiają i zatrzymują rysowanie wykresów. Wszystkie ustawienia po uruchomieniu aplikacji wczytywane są z pliku konfiguracyjnego, który można zmienić i zapisać w menu Ustawienia. Jedyną rzeczą, której jeszcze nie zdąrzyliśmy zrobić to wykres przebiegu czasowego dźwięku i jego charakterystyki częstotliwościowej. Dość dużo czasu zajeło nam znalezienie sposobu na nagrywanie dźwięku do pliku w formacie *.wav, który poźniej trzeba przeanalizować. W tym celu wykorzystaliśmy pakiet Matlab ze względu na to, że ma wbudowane gotowe funkcje do wczytywania formatów *.wav, jak również funkcje potrzebne do przeprowadzenia dyskretnej transformaty Fouriera. 9
W związku z tym pojawił się problem wywołania podprogramu z Matlaba, którego jeszcze nie udało się nam rozwiązać. W menu aplikacji znajduje się przycisk Zapis, po jego naciśnieciu do plików zapisywane są przez około 5 sekund pomiary z czujników oraz plik z nagraniem dźwięku. Sygnały te są następnie analizowane w Matlabie. 8 Podsumowanie Interfejs wykonaliśmy przy użyciu środowiska Qt4 przy użyciu narzędzia Designer. Do stworzenia wykresów wykorzystaliśmy gotowy zbiór Widgetów Qwt, a konkretnie CurvePlots, natomiast pozostałe wykorzystywane Widgety pochodzą ze standardowej biblioteki. Wszystko wykonywaliśmy na systemie Windows Xp. Głównym parametrem służącym do analizy prawdomówności będzie kształt wykresów (GSR) oraz częstości występowania charakterystycznych skoków (tętno, miarowość oddechu). Dodatkowo układ może służyć jako urządzenie do pomiaru tętna - istnieje możliwość podłączenia wyświetlacza LCD, na którym można prezentować aktualną wartość tętna. Podczas realizacji projektu napotkaliśmy szereg kłopotów, do najpoważniejszych można zaliczyć zamontowanie tensometru w taki sposób, żeby bez dużych zakłóceń mierzyć oddech. Sam wybór tensometru okazał się mało trafny, ze względu na małe zmiany rezystancji i trudność montażu. Z tego względu, może się okazać, że parametr ten nie będzie brany pod uwagę podczas analizy. 9 Materiały internetowe http://www.htw-aalen.de/extern/dti/ti proj/puls 4/pulse4.htm www.iworx.com/labexercises/lockedexercises/lockedgsranl.pdf http://www.psycho.unibas.ch/anslab/help/respirationplethysmography.html 10