Пристрій, про який піде мова, допоможе людині з ослабленим зором не тільки вчасно виявити перешкоду і оцінити "наа слух" відстань до нього, але і визначити рівень освітленості там, де він знаходиться.
Серед приладів, що полегшують орієнтацію сліпих, найкращі результати дають портативні активні локатори перешкод. Вони випромінюють у напрямку можливого перешкоди зондувальні ультразвукові або електромагнітні сигнали. Прийняті відбиті від перешкод сигнали локатор перетворює у форму, доступну для сприйняття сліпим, - звук або вібрацію.
Прилади, що використовують в якості зондувальних сигналів випромінювання ІЧ діапазону хвиль, запропоновано досить давно [1]. Про один з варіантів подібного пристрою, придатного для самостійного виготовлення, було розказано в [2]. До недоліків цієї конструкції можна віднести невелику дальність дії (всього 1,5 м) і погану завадостійкість. Точно так само, як на перешкоду, прилад реагує на що знаходиться значно далі звичайну освітлювальну лампу розжарювання. У пропонованій нижче конструкції ці недоліки усунені за рахунок застосування у приймальні частини селективного підсилювача. Доданий вузол, оцінюючий загальну освітленість, причому звукові сигнали, що свідчать про наявність перешкоди і характеризують освітленість, легко помітні на слух.
Схема приладу приведена на рис. 1. Вибір в якості елементної бази транзисторів обумовлений невеликим асортиментом мікросхем, які працюють при напрузі живлення 2...3 Ст. Крім того, в конструкції з дискретних елементів легше домогтися мінімального струму споживання. В даному випадку він не перевищує 5 мА.
(натисніть для збільшення)
Кожні 0,5 з випромінюючий діод VD3 посилає пачку імпульсів ІК випромінювання тривалістю 20 мс. Відмова від безперервного випромінювання зондуючого сигналу - ще одна міра зменшення середнього споживаного струму. Генератор, що задає тривалість пачок і пауз між ними, зібраний на транзисторах VT3 і VT4. Імпульси з його виходу надходять на базу транзистора VT5, що включає і вимикального мультивібратор на транзисторах VT6 і VT7, і він генерує імпульси тривалістю 58 мкс. Підлаштування резистором R15 встановлюють частоту повторення імпульсів рівною центральній частоті смуги пропускання селективного підсилювача у адміністратора частини приладу (2800 Гц). Щоб досягти необхідної стабільності частоти, конденсатори С6 і С7 повинні мати малий ТКЕ. Застосовувати керамічні конденсатори груп H30-Н90 тут неприпустимо.
Імпульси частотою 2800 Гц надходять на підсилювач потужності - транзистор VT8, колекторних ланцюг якого включений випромінюючий діод VD3. Струм діода в імпульсі досягає 300 мА. Для швидкого поглинання тепла, що виділяється випромінює диоду необхідний тепловідвід з матеріалу з високою теплопровідністю. В даному випадку застосований мідний площею 3 см2.
Відбиті від перешкоди ІК імпульси, прийняті фотодіодом VD1 і посилені селективним підсилювачем на транзисторах VT9-VT12, чутні в навушнику BF1 від слухового апарату. Гучність сигналів тим більше, чим ближче знаходиться відображає об'єкт. При зазначеної вище тривалості пачки людський слух суб'єктивно сприймає її пофарбованої в певний звуковий тон, а не просто як неприємний клацання.
Коефіцієнт підсилення приймача - 2300, смуга пропускання за рівнем 0,5) - 300 Гц. Найбільший внесок у вибірковість вносить коливальний контур з L1C11 резонансною частотою 2800 Гц. Щоб не погіршувати його добротність, транзистор VT10 включений за схемою з загальним колектором. Коливальний контур невеликий добротності, налаштований на ту ж частоту, утворюють котушка навушника BF1 і конденсатор С19.
Високий вхідний опір тихого польового транзистора VT9 служить оптимальним навантаженням для фотодіода VD1. Коли фотодіод затемнений, напруга шумів, приведений до входу підсилювача, не перевищує 0,9 мкВ. Приблизно такий поріг чутності відбитого сигналу.
Чутливість приймача регулюють змінним резистором R25.
Мультивібратор на транзисторах VT1 і VT2 генерує імпульси, частота яких тим вище, чим більше освітленість включеної в базовий ланцюг транзистора VT2 фото резистора R1, чутливого до видимого світла. Імпульси надходять на базу транзистора VT12 . В результаті відбиті від перешкод сигнали чути на тлі звуку низької частоти - від 100 Гц при освітленості в 1 л до (практично повна темрява) до 1000 Гц при освітленості в 1000 лк (лампа розжарювання потужністю 75 Вт на відстані в кілька десятків сантиметрів). Гучність фону регулюють змінним резистором R32. При необхідності вузол оцінки освітленості може бути вимкнений вимикачем SA1.
Прилад зібраний в корпусі розмірами 120x90x30 мм. Його маса разом з джерелом харчування - двома гальванічними елементами типорозміру АА - 250 р. Випромінюючий діод VD3, фотодіод VD1 і фоторезистор R1 забезпечені лінзами з органічного скла. Ширина зони, в якій можливе виявлення перешкоди, приблизно 20°. Деталі, позначені на рис. 1 зірочками, підбирають при необхідності під час регулювання приладу.
Суцільною лінією на графіку рис. 2 показана експериментально знята залежність напруги сигналу U на висновках навушника BF1 від відстані R до відбиваючого ІК випромінювання людини при максимальній чутливості приймача та номінальному напрузі живлення (3).
Суб'єктивно, за усередненою оцінкою кількох людей з нормальним слухом, рівень звукового сигналу у зазначеному на рис. 2 інтервалі дальності змінювався від дуже голосного (близького до больового порогу) до тихого. Штрихова лінія - результат усереднення експериментальних даних. При розрядженій до 2,2 В батареї GB1 напруга сигналу зменшилась не більше ніж у два рази.
Література
Автори: А.с Гаврилов, А. Тереск, р. Таллін, Естонія