Прибор для ориентации слепых. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Медицина

 Комментарии к статье

Устройство, о котором пойдет речь, поможет человеку с ослабленным зрением не только вовремя обнаружить препятствие и оценить "наа слух" расстояние до него, но и определить уровень освещенности там, где он находится.

Среди приборов, облегчающих ориентацию слепых, наилучшие результаты дают портативные активные локаторы препятствий. Они излучают в направлении возможного препятствия зондирующие ультразвуковые или электромагнитные сигналы. Принятые отраженные от препятствий сигналы локатор преобразует в форму, доступную для восприятия слепым, - звук или вибрацию.

Приборы, использующие в качестве зондирующих сигналов излучение ИК диапазона волн, предложены довольно давно [1]. Об одном из вариантов подобного устройства, пригодного для самостоятельного изготовления, было рассказано в [2]. К недостаткам этой конструкции можно отнести небольшую дальность действия (всего 1,5 м) и плохую помехоустойчивость. Точно так же, как на препятствие, прибор реагирует на находящуюся значительно дальше обычную осветительную лампу накаливания. В предлагаемой ниже конструкции эти недостатки устранены за счет применения в приемной части селективного усилителя. Добавлен узел, оценивающий общую освещенность, причем звуковые сигналы, свидетельствующие о наличии препятствия и характеризующие освещенность, легко различимы на слух.

Схема прибора приведена на рис. 1. Выбор в качестве элементной базы транзисторов обусловлен небольшим ассортиментом микросхем, работающих при напряжении питания 2...3 В. Кроме того, в конструкции из дискретных элементов легче добиться минимального тока потребления. В данном случае он не превышает 5 мА.

(нажмите для увеличения)

Каждые 0,5 с излучающий диод VD3 посылает пачку импульсов ИК излучения длительностью 20 мс. Отказ от непрерывного излучения зондирующего сигнала - еще одна мера уменьшения среднего потребляемого тока. Генератор, задающий длительность пачек и пауз между ними, собран на транзисторах VT3 и VT4. Импульсы с его выхода поступают на базу транзистора VT5, включающего и выключающего мультивибратор на транзисторах VT6 и VT7, и он генерирует импульсы длительностью 58 мкс. Подстроечным резистором R15 устанавливают частоту повторения импульсов равной центральной частоте полосы пропускания селективного усилителя в приемной части прибора (2800 Гц). Чтобы достичь необходимой стабильности частоты, конденсаторы С6 и С7 должны иметь малый ТКЕ. Применять керамические конденсаторы групп H30-Н90 здесь недопустимо.

Импульсы частотой 2800 Гц поступают на усилитель мощности - транзистор VT8, в коллекторную цепь которого включен излучающий диод VD3. Ток диода в импульсе достигает 300 мА. Для быстрого поглощения выделяющегося тепла излучающему диоду необходим теплоотвод из материала с высокой теплопроводностью. В данном случае применен медный площадью 3 см2.

Отраженные от препятствия ИК импульсы, принятые фотодиодом VD1 и усиленные селективным усилителем на транзисторах VT9-VT12, слышны в наушнике BF1 от слухового аппарата. Громкость сигналов тем больше, чем ближе находится отражающий объект. При указанной выше длительности пачки человеческий слух субъективно воспринимает ее окрашенной в определенный звуковой тон, а не просто как неприятный щелчок.

Коэффициент усиления приемника - 2300, полоса пропускания (по уровню 0,5) - 300 Гц. Наибольший вклад в избирательность вносит колебательный контур L1C11 с резонансной частотой 2800 Гц. Чтобы не ухудшать его добротность, транзистор VT10 включен по схеме с общим коллектором. Колебательный контур небольшой добротности, настроенный на ту же частоту, образуют катушка наушника BF1 и конденсатор С19.

Высокое входное сопротивление малошумящего полевого транзистора VT9 служит оптимальной нагрузкой для фотодиода VD1. Когда фотодиод затемнен, напряжение шумов, приведенное ко входу усилителя, не превышает 0,9 мкВ. Приблизительно таков же порог слышимости отраженного сигнала.

Чувствительность приемника регулируют переменным резистором R25.

Мультивибратор на транзисторах VT1 и VT2 генерирует импульсы, частота которых тем выше, чем больше освещенность включенного в базовую цепь транзистора VT2 фото резистора R1, чувствительного к видимому свету. Импульсы поступают на базу транзистора VT12 . В результате отраженные от препятствий сигналы слышны на фоне звука низкой частоты - от 100 Гц при освещенности в 1 л к (практически полная темнота) до 1000 Гц при освещенности в 1000 лк (лампа накаливания мощностью 75 Вт на расстоянии в несколько десятков сантиметров). Громкость фона регулируют переменным резистором R32. При необходимости узел оценки освещенности может быть отключен выключателем SA1.

Прибор собран в корпусе размерами 120x90x30 мм. Его масса вместе с источником питания - двумя гальваническими элементами типоразмера АА - 250 г. Излучающий диод VD3, фотодиод VD1 и фоторезистор R1 снабжены линзами из органического стекла. Ширина зоны, в которой возможно обнаружение препятствия, приблизительно 20°. Детали, помеченные на рис. 1 звездочками, подбирают при необходимости во время регулировки прибора.

Сплошной линией на графике рис. 2 показана экспериментально снятая зависимость напряжения сигнала U на выводах наушника BF1 от расстояния R до отражающего ИК излучение человека при максимальной чувствительности приемника и номинальном напряжении питания (3 В).

Субъективно, по усредненной оценке нескольких человек с нормальным слухом, уровень звукового сигнала в указанном на рис. 2 интервале дальности изменялся от очень громкого (близкого к болевому порогу) до тихого. Штриховая линия - результат усреднения экспериментальных данных. При разряженной до 2,2 В батарее GB1 напряжение сигнала уменьшилось не более чем в два раза.

Литература

1. Mims F. М. LED range-finders сап even provide eyes for the blind. - Electronic Design, 1972, № 11 (May 25), pp. 48-50.
2. Нечаев И. ИК локатор для слепых. - Радио, 1989, № 11, с. 85, 86.

Авторы: А.Гаврилов, А.Тереск, г.Таллин, Эстония

Смотрите другие статьи раздела Медицина.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Новая гипотеза о природе черных дыр 27.09.2024 Черные дыры, одни из самых загадочных объектов во Вселенной, могут не существовать в привычном виде. Ученые из Университета Бен-Гуриона в Израиле предложили альтернативную гипотезу: черные дыры могут оказаться экзотическими квантовыми объектами, которые они назвали "замороженными звездами". Это предположение способно изменить наше представление о фундаментальных законах физики и решить некоторые парадоксы, связанные с традиционными моделями черных дыр. В классической теории, разработанной еще в 1916 году, черные дыры описываются как объекты с двумя ключевыми характеристиками: сингулярностью и горизонтом событий. Сингулярность - это точка с бесконечной плотностью, где сосредоточена вся масса объекта. Горизонт событий, в свою очередь, - это граница, за которую не может вырваться ничто, даже свет. Однако теория черных дыр сталкивается с проблемами при взаимодействии с квантовой механикой. В 1970-х годах известный физик Стивен Хокинг обнаружил, что вблизи горизонта событий черной дыры могут возникать квантовые эффекты. Этот процесс, который теперь известен как излучение Хокинга, приводит к тому, что черные дыры теряют массу, постепенно уменьшаясь, пока полностью не испарятся. Однако это вызывает серьезное противоречие: информация о материи, которая образовала черную дыру, теряется вместе с ней, что противоречит законам квантовой механики. Этот конфликт получил название парадокса потери информации и остается одной из важнейших нерешенных проблем в современной физике. Новая гипотеза израильских ученых предлагает другой подход к решению этого парадокса. Согласно их теории, "замороженные звезды" представляют собой сверхкомпактные объекты, которые внешне имитируют черные дыры, но не имеют сингулярности - той самой бесконечно плотной точки в центре. Вместо этого они состоят из сверхплотной материи, которая предотвращает коллапс до состояния бесконечной плотности. Это решает проблему физического принципа, согласно которому в природе не могут существовать бесконечные величины. Кроме того, "замороженные звезды" имеют размер, немного превышающий предполагаемый горизонт событий. Это означает, что никакого настоящего горизонта событий, через который нельзя вернуться, не существует. Таким образом, информация о материи, изначально сформировавшей объект, может сохраняться, что устраняет парадокс Хокинга. Хотя теория "замороженных звезд" предлагает логическое решение многих проблем, связанных с классической моделью черных дыр, для ее окончательной проверки необходимы дальнейшие исследования и экспериментальные данные. Тем не менее, эта гипотеза открывает новые перспективы в изучении квантовой природы Вселенной. Если гипотеза о "замороженных звездах" подтвердится, это станет революционным шагом в понимании черных дыр и квантовых процессов в космосе. Эта теория помогает не только разрешить парадокс потери информации, но и предлагает новую точку зрения на взаимодействие квантовой механики и гравитации.

Другие интересные новости:

▪ Заспинный помощник

▪ Кальмары умеют слышать

▪ Новые зеркала с функцией видеорегистрации от Neoline

▪ 90 нм и даже 65 нм от SAMSUNG ELECTRONICS

▪ Самый тихий авиационный электродвигатель

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Переговорные устройства. Подборка статей

▪ статья Признаки изменения погодных условий. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Самки каких животных могут задерживать рождение детеныша в ожидании лучших условий? Подробный ответ

▪ статья Растения морского побережья. Советы туристу

▪ статья Устройство электрического освещения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Загадка конфетти. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026