Prototyping Smart Home for Immobilized People: EEG/MQTT-Based Brain-To-Thing Communication

Abstract

EN: Context. Immobilized people face additional barriers in almost all areas of life, including simple operations like turning the light on/off and controlling the air conditioner. The object of the study was to develop the brain-to-thin communication of affordable price to control the smart home appliances by immobilized people from neck to toes. Objective. The goal of the work is to manage smart home appliances via brain-to-thing communication with EEG non-invasive electrodes, edge IoT devices, and MQTT protocol if the brain and eye control of the disabled work normally. Method. A non-invasive Sichiray TGAM brainwave EEG sensor kit captures signals and then transmit them via Bluetooth to the HC-05 module connected to the Arduino Mega microcontroller. Information about edge IoT devices is presented to the disabled on the LCD 1602 display wired to the same Arduino Mega. The disabled person chooses the option shown on display via the double blink that is detected if the quality of signal equals zero and low/mid gamma waves are less than ten in three consecutive Bluetooth packets. Control commands are sent from Arduino Mega (MQTT publisher) to the edge IoT devices (MQTT subscribers) that analyze them and start a specific operation like opening a door and turning the alarm on/off. Results. Five females and five males of different ages from 8 to 59 years old examined the control of smart home appliances with the Sichiray TGAM brainwave sensor kit. Everyone successfully handled the Sichiray headset and showed satisfaction with the brain-to-thing system. Conclusions. In this work, a smart home concept for immobilized people was developed using the brain-to-thing approach and the MQTT communication between the MQTT publisher, Sichiray TGAM brainwave EEG sensor kit connected via Bluetooth to the Arduino Mega microcontroller, and edge IoT devices total priced at USD 150. The most likely prospect of the presented work is to produce the sample that is ready to market. UK: Актуальність. Паралізовані люди мають додаткові перешкоди в багатьох сферах життя, включаючи такі прості дії як вмикання/вимикання освітлення та керування повітряним кондиціонером. Мета роботи – розробка взаємодії мозок-річ в низькій ціновій категорії для контролю підсистем розумного будинку людьми, які паралізовані нижче шиї. Метод. Неінвазивний прилад Sichiray TGAM вимірює активність мозку людей за допомогою датчика електроенцефалограми і потім передає інформацію через Bluetooth на модуль HC-05, який підключений до мікроконтролера Arduino Mega. Інформація щодо пристроїв розумного будинку показується паралізованій людині на екрані модуля LCD 1602, який підключений до того ж Arduino Mega. Паралізована людина вибирає опцію за допомогою подвійного моргання, що відображується в нульовому значенні якості сигналу та величинах нижніх і середніх гамма хвиль менше ніж десять в трьох послідовних Bluetooth пакетах. Команди керування надсилаються від Arduino Mega (MQTT-видавець) до пристроїв (MQTT-підписники) розумного будинку, які аналізують їх і виконують певну операцію, наприклад відкриття дверей та вмикання/вимикання сигналізації. Результат. П’ять чоловіків і п’ять жінок віком від 8 до 59 років тестували комплекс керування підсистемами розумного будинку на базі приладу Sichiray TGAM. Результати показали успішне освоєння і зацікавленість у використанні системи мозок-річ. Висновки. У даній роботі представлена концепція розумного будинку для паралізованих людей на базі принципу мозок-річ і MQTT взаємодії між MQTT-видавцем (прилад Sichiray TGAM з датчиком електроенцефалограми, який через Bluetooth підключений до мікроконтролера Arduino Mega) і пристроями розумного будинку загальною ціною близько USD 150. Перспективою подальшого розвитку є виробництво пристроїв готових до масового використання.