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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Снижение высоты полета самолетов поможет экологии 19.02.2020 Группа ученых из британского Имперского колледжа Лондона и немецкого Института физики атмосферы предлагает отрегулировать высоту полета отдельных авиарейсов, чтобы снизить влияние инверсионного следа на глобальное потепление. За каждым летящим самолетом образуется инверсионный след, состоящий из плотного слоя мелких кристаллов льда, которые не рассеиваются на протяжении десятков часов и мешают теплу отражаться от Земли. Особенно вредны инверсионные следы ночью, когда они возвращают отражающееся от поверхности тепло обратно. Воспользовавшись собранными властями Японии с 2002 по 2013 годы данными о движении самолетов, ученые нашли конкретные высоты, на которых пролетающие лайнеры оставляют самые стойкие инверсионные следы. Чтобы избавиться от них, необходимо поменять высоту полета самолетов - даже с учетом повышения расхода топлива и уровня выбросов углекислого газа и прочих парниковых газов эффект для природы будет положительным. Авторы исследования подчеркнули, что корректировке высоты подвергнется относительно небольшая часть рейсов, которые преимущественно проходят во второй половине дня. Если реализовать предложенные меры, сила воздействия инверсионных следов на глобальное потепление снизится на 91%, авиация уменьшит свое вред на 56%.

Другие интересные новости:

▪ Микроробот со щеткой

▪ Строится крупнейшая в мире цифровая камера

▪ Силовые тренировки снижают риск смерти

▪ В погодных катаклизмах виноваты огромные атмосферные волны

▪ Названо лучшее время для обеда

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Металлоискатели. Подборка статей

▪ статья Эдлай Эвинг Стивенсон II. Знаменитые афоризмы

▪ статья Почему крапива жжется? Подробный ответ

▪ статья Чилибуха. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Солнечные коллекторы. Солнечные системы горячего водоснабжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Покорная бутылка. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026