Arduino 简易测谎仪：基于皮肤电导响应 (EDA) 的情绪可视化实验

项目定位与科学边界

本项目演示**皮肤电导活动 (EDA/GSR)** 原理：情绪激动 → 交感神经兴奋 → 汗腺分泌增加 → 皮肤电阻下降（电导上升）。Arduino Nano 采集手指电极电压分压信号，通过串口绘图器实时绘制波形。**注意：这不是专业测谎仪**，专业设备需融合心率、呼吸、血压多通道生理指标，且需严格校准与基线建立。本项目仅供科普教学、生理信号入门与趣味互动。

硬件清单

电路原理

     5V ──────────────────┬───── 手指电极（铝箔）
                          │
                        A0 ◄── 采样点
                          │
                       2 kΩ
                          │
                        GND ──── 另一手指电极

• 人体皮肤电阻约 10 kΩ~1 MΩ，与 2 kΩ 形成分压器，A0 读取 0~1023 对应 0~5 V。
• 电导 ↑ → 皮肤电阻 ↓ → 分压电压 ↑ → A0 读数 ↑。
• 三 LED 阈值：>60 红（高唤醒）、>45 橙、>20 绿（基线），对应代码 analogRead(A0) 直接判断。

指套电极制作（低成本 DIY）

1. 剪两条 2×4 cm 魔术贴（公/母各一），内侧粘贴铝箔条（覆盖指腹）。
2. 导线剥皮绞合铝箔边缘，热熔胶加固绝缘。
3. 佩戴时调整松紧，保证铝箔紧贴指腹但不阻碍血液循环。
4. 两电极分戴**同侧手相邻两指**（如食指、中指），减少共模干扰。

固件代码（极简版）

const uint8_t LED_GREEN = 2, LED_ORANGE = 3, LED_RED = 4;
const uint16_t TH_LOW = 20, TH_MID = 45, TH_HIGH = 60;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(LED_GREEN, OUTPUT);
  pinMode(LED_ORANGE, OUTPUT);
  pinMode(LED_RED, OUTPUT);
  // 自检动画
  for (uint8_t p : {LED_GREEN, LED_ORANGE, LED_RED}) {
    digitalWrite(p, HIGH); delay(500); digitalWrite(p, LOW);
  }
}

void loop() {
  int val = analogRead(A0);
  digitalWrite(LED_GREEN,  val > TH_LOW);
  digitalWrite(LED_ORANGE, val > TH_MID);
  digitalWrite(LED_RED,    val > TH_HIGH);
  Serial.println(val);          // 串口绘图器实时波形
  delay(20);                    // 50 Hz 采样
}

实验流程与观察指南

1. 建立基线：受试者静坐 1 分钟，记录典型数值范围（如 15~35）。
2. 中性提问：“姓名、住址、今天日期”，确认波形平稳。
3. 诱发提问：“你偷吃过最后一块蛋糕吗？”观察波形是否出现尖峰（幅值跃升 >30%）。
4. 干扰源控制：深呼吸、肢体运动、环境温度变化均会产生伪迹，**必须**同步记录视频备查。

数据导出与分析

• Arduino IDE **串口绘图器** 实时看波形。
• 复制串口监视器文本 → Excel/Python Pandas 绘图、计算峰值、斜率、恢复时间。
• 进阶：Python pyserial + matplotlib.animation 做滚动波形窗口，自动标注峰值。

常见问题与改进

伦理与法律提醒

• **严禁**用于司法、雇佣、安检等具法律后果场景。
• 受试者必须**知情同意**，实验前说明原理、局限与数据用途。
• 数据本地化存储，不上传云端，实验后主动删除。

一句话总结：用 2 kΩ 电阻 + 两片铝箔 + Arduino Nano，5 分钟搭建可视化皮肤电导演示装置，直观体验“情绪会改变电导”这一心理生理现象，适合 STEM 教学与创客入门。