視覚障害者用のオリエンテーションデバイス。スキーム、説明

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視覚障害者のための方向指示装置。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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この装置については後で説明しますが、視覚障害者が障害物を適時に検出し、「耳で」障害物までの距離を推定するだけでなく、障害物が置かれている場所の照明レベルを判断するのにも役立ちます。

視覚障害者の方向確認を容易にするデバイスの中で、ポータブルアクティブ障害物探知機が最良の結果をもたらします。これらは、障害物の可能性がある方向に探査用の超音波または電磁信号を放射します。ロケーターは、障害物から反射された受信信号を、視覚障害者が認識できる形式、つまり音や振動に変換します。

IR 放射をプローブ信号として使用するデバイスは、かなり前に提案されました [1]。自己生産に適したこのようなデバイスのオプションの 2 つは、[1,5] で説明されています。この設計の欠点としては、到達距離が短い (わずか XNUMX m) こと、ノイズ耐性が低いことが挙げられます。障害物と同じように、デバイスははるか遠くにある従来の白熱灯にも反応します。以下に提案する設計では、受信部に選択アンプを使用することでこれらの欠点を解消しています。全体的な照明を評価するノードが追加され、障害物の存在を示し、照明を特徴付ける音声信号が耳で簡単に区別できるようになりました。

デバイスのスキームを図に示します。 1. 素子ベースとしてトランジスタを選択するのは、2 ～ 3 V の電源電圧で動作するマイクロ回路の種類が少ないためです。さらに、ディスクリート素子の設計では、最小電流消費を達成することが容易です。この場合、5mAを超えません。

（クリックして拡大）

0,5 秒ごとに、発光ダイオード VD3 が 20 ミリ秒の継続時間で IR 放射パルスのバーストを送信します。プロービング信号の連続放射の拒否は、平均電流消費を削減するためのもう 3 つの手段です。バーストの継続時間とバースト間の一時停止を設定するジェネレーターは、トランジスタ VT4 と VT5 に組み込まれています。その出力からのパルスはトランジスタ VT6 のベースに供給され、トランジスタ VT7 および VT58 のマルチバイブレータをオンおよびオフにし、15 μs の持続時間のパルスを生成します。トリミング抵抗 R2800 は、パルス繰り返し周波数をデバイスの受信部の選択アンプの通過帯域の中心周波数 (6 Hz) に等しく設定します。必要な周波数安定性を達成するには、コンデンサ C7 と C30 の TKE が小さい必要があります。ここでグループ H90 ～ HXNUMX のセラミックコンデンサを使用することはできません。

周波数2800 Hzのパルスが電力増幅器、つまりトランジスタVT8に供給され、そのコレクタ回路には放射ダイオードVD3が含まれています。パルスあたりのダイオード電流は 300 mA に達します。発生した熱を素早く吸収するために、発光ダイオードには熱伝導率の高い材料で作られたヒートシンクが必要です。この場合、面積3 cm2の銅が使用されます。

障害物から反射された IR パルスは、VD1 フォトダイオードで受信され、VT9 ～ VT12 トランジスタに基づく選択アンプによって増幅され、補聴器から BF1 イヤピースで聞こえます。信号が大きいほど、反射物体は近くにあります。上に示したバーストの持続時間により、人間の耳はそれを単なる不快なクリック音としてではなく、特定の音調に着色されたものとして主観的に知覚します。

受信機ゲイン - 2300、帯域幅 (0,5 レベル) - 300 Hz。選択性への最大の貢献は、1 Hz の共振周波数を持つ発振回路 L11C2800 によって行われます。品質係数を悪化させないために、VT10 トランジスタはコレクタ接地回路に従って接続されています。同じ周波数に同調された小さな品質係数の発振回路は、BF1 ヘッドフォンコイルとコンデンサ C19 によって形成されます。

低ノイズ電界効果トランジスタ VT9 の高い入力インピーダンスは、VD1 フォトダイオードの最適な負荷として機能します。フォトダイオードが減光されている場合、アンプの入力に印加されるノイズ電圧は 0,9 µV を超えません。反射信号の可聴閾値とほぼ同じです。

受信機の感度は、可変抵抗器 R25 によって調整されます。

トランジスタ VT1 および VT2 のマルチバイブレータは、可視光に敏感なトランジスタ VT2 のベース回路に含まれるフォトレジスタ R1 の照度が大きくなるほど、周波数が高くなるパルスを生成します。パルスはトランジスタＶＴ１２のベースに供給される。その結果、障害物から反射された信号は、照度 12 lk (ほぼ完全な暗闇) での 100 Hz から照度 1 lx (1000 W の白熱灯での 1000 W の白熱灯) での 75 Hz の低周波音を背景にして聞こえます。距離は数十センチ）。バックグラウンドの量は可変抵抗器 R32 によって調整されます。必要に応じて、SA1 スイッチによって照明評価ノードをオフにすることができます。

デバイスは、120x90x30 mmの寸法のケースに組み立てられています。電源を合わせた質量 - AAサイズの250つのガルバニ電池 - 3 g 発光ダイオードVD1、フォトダイオードVD1、フォトレジスタR20には有機ガラスレンズが装備されています。障害物を検知できる範囲の幅は約1°です。詳細は図に示されています。 XNUMX アスタリスク。デバイスの調整中に必要に応じて選択します。

図のグラフの実線は、図 2 は、受信機の最大感度および公称電源電圧 (1 V) における、BF3 イヤホンの出力における信号電圧 U の、人の反射赤外線までの距離 R に対する実験的依存性を示しています。

ブラインドの向きを決めるための装置

主観的に、正常な聴覚を持つ数人の人の平均評価によると、図に示されている音声信号のレベルは次のとおりです。 2 範囲の間隔が非常に騒々しい (痛みの閾値に近い) 状態から静かな状態に変更されました。破線は実験データを平均した結果です。 GB2,2 バッテリーが 1 V まで放電しても、信号電圧は XNUMX 分の XNUMX しか低下しませんでした。

文学

Mims F.M. LED 距離計は、視覚障害者の目を提供することもできます。 - 電子設計、1972 年、第 11 号 (25 月 48 日)、pp. 50-XNUMX。
Nechaev I. 視覚障害者向けの IR ロケーター。 - ラジオ、1989 年、第 11 号、p. 85、86。

著者: A.Gavrilov、A.Teresk、タリン、エストニア

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