Вступ

Мікропроцесорна техніка зараз все активніше входить в наше життя, поступово замінюючи і витісняючи традиційну цифрову техніку на «жорсткій логіці». Універсальність, гнучкість, простота проектування апаратури, практично необмежені можливості по ускладнення алгоритмів обробки інформації - все це обіцяє мікропроцесорній техніці велике майбутнє. На частку традиційної цифрової техніки залишаються тільки вузли і пристрої, що вимагають максимальної швидкодії, а також пристрої з найпростішими алгоритмами обробки інформації. Звичайна цифрова техніка сьогодні застосовується для збільшення можливостей мікропроцесорних систем, для їх сполучення з зовнішніми пристроями, для збільшення їх можливостей, тобто грає, по суті, допоміжну роль. Таким чином, традиційну цифрову техніку в самому недалекому майбутньому, мабуть, чекає доля аналогової техніки, область застосування якої в свій час сильно звузилася з появою цифрової [1].

Мікропроцесор - процесор (пристрій, що відповідає за виконання арифметичних, логічних операцій і операцій управління, записаних в машинному коді), реалізований у вигляді однієї мікросхеми або комплекту з декількох спеціалізованих мікросхем (на відміну від реалізації процесора у вигляді електричної схеми на елементній базі загального призначення або у вигляді програмної моделі). Перші мікропроцесори зявилися в 1970-х роках і застосовувалися в електронних калькуляторах, в них використовувалася двійково-десяткова арифметика 4-бітових слів. Незабаром їх стали вбудовувати і в інші пристрої, наприклад термінали, принтери та різну автоматику. Доступні 8-бітові мікропроцесори з 16-бітної адресацією дозволили в середині 1970-х роках створити перші побутові мікрокомпютери[8].

Довгий час центральні процесори створювалися з окремих мікросхем малої та середньої інтеграції, що містять від декількох одиниць до декількох сотень транзисторів. Розмістивши цілий процесор на одному чипі надвеликої інтеграції, вдалося значно знизити його вартість. Незважаючи на скромний початок, безперервне збільшення складності мікропроцесорів призвело до майже повного старіння інших форм компютерів. В даний час один або кілька мікропроцесорів використовуються як обчислювальний елемент в усьому, від найдрібніших вбудовуваних систем і мобільних пристроїв до величезних мейнфреймів і суперкомпютерів [8].

Мікроконтролер - мікросхема, призначена для керування електронними пристроями. Типовий мікроконтроллер поєднує в собі функції процесора і периферійних пристроїв, містить ОЗУ або ПЗУ. По суті, це одно кристальний компютер, здатний виконувати прості завдання.

При проектуванні мікроконтролерів доводиться дотримувати баланс між розмірами і вартістю з одного боку і гнучкістю і продуктивністю з іншого. Для різних додатків оптимальне співвідношення цих і інших параметрів може розрізнятися дуже сильно. Тому існує величезна кількість типів мікроконтролерів, що відрізняються архітектурою процесорного модуля, розміром і типом вбудованої памяті, набором периферійних пристроїв, типом корпусу і т. д. На відміну від звичайних компютерних мікропроцесорів, в мікроконтролерах часто використовується Гарвардська архітектура памяті, тобто роздільне зберігання даних і команд в ОЗУ і ПЗУ відповідно[8].

Сучасний етап розвитку мікропроцесорних систем управління характеризується комбінованим застосуванням мікроконтролерів и ВІС програмованої логіки (ПЛІС). Це дозволяє значно покращити характеристики систем на основі відомих і освоєних розробниками мікроконтролерних архітектур за рахунок доповнення їх спеціалізованими блоками, реалізованих з урахуванням особливостей обєктів управління [2].

З появою мікропроцесорної техніки актуальним є її застосування для розвязання задач в області допомоги неповносправним людям. Так в галузі компютерних систем все частіше розробляються і удосконалюються прилади і пристрої, які використовуються в різних медичних цілях, в допомозі людям з різними патологіями. До них можна віднести слухові апарати, діагностичну техніку, різноманітні локатори тощо

Метою даної бакалаврської кваліфікаційної роботи є розробка мікропроцесорного локатора для людей з порушенням роботи органу зору, який має високу надійність, завадостійкість, малі габарити і низьку ціну.

Інфрачервоне випромінювання - електромагнітне випромінювання, що займає спектральну область між червоним кінцем видимого світла (з довжиною хвилі [1] л = 0,74 мкм) і мікрохвильовим випромінюванням (л ~ 1-2 мм).

Оптичні властивості речовин в інфрачервоному випромінюванні значно відрізняються від їх властивостей у видимому випромінюванні. Наприклад, шар води в кілька сантиметрів непрозорий для інфрачервоного випромінювання з л = 1 мкм. Інфрачервоне випромінювання становить більшу частину випромінювання ламп розжарювання, газорозрядних ламп, близько 50% випромінювання Сонця; інфрачервоне випромінювання випускають деякі лазери. Для його реєстрації користуються тепловими та фотоелектричними приймачами, а також спеціальними фотоматеріалами.

Інфрачервоне випромінювання також називають «тепловим» випромінюванням, так як інфрачервоне випромінювання від нагрітих предметів сприймається шкірою людини як відчуття тепла. При цьому довжини хвиль, що випромінюються тілом, залежать від температури нагрівання: чим вище температура, тим коротше довжина хвилі і вище інтенсивність випромінювання. Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла при відносно невисоких (до декількох тисяч кельвінів) температурах лежить в основному саме в цьому діапазоні. Інфрачервоне випромінювання випускають збуджені атоми або іони[8].

Існує певна частина пристроїв, які інформують людей з порушеннями зору про перешкоди. Вони, як правило складаються з генератора інфрачервоних імпульсів, їх приймача і малогабаритного динаміка, який інформує неповносправного про перешкоди та дозволяє зорієнтуватися у відстані до неї. Також зустрічаються розробки такого пристрою з використанням ультразвуку. На рисунку 1 зображено один з видів інфрачервоного локатора, що допомагає орієнтуватися неповносправним людям [5].

Рис.1. Схема інфрачервоного локатора

На даній схемі передаюча частина генерує пакети імпульсів з частотою 2,8кГц (DD1.1, DD1.2)тривалістю 20 мс з періодом повторення 0,5 с (DD1.3, DD1.4). Після двохтранзисторного підсилювача вони випромінюються потужним ІЧ-світлодіодом GaAs LED.

У приймачі сигнал з фотодіода S1 посилюється в ІМС К548УНЗА, навантаженої на резонансний (fp = 2,8 кГц) контур з конденсатора і первинної обмотки звукового підвищувального малогабаритного трансформатора від кишенькового приймача. Далі сигнал через підсилювач на КТ3102Е подається на малогабаритний динамік. Якщо відстань до перешкоди більше 2,5 метрів, то на виході пристрою сигнал відсутній. На порозі 2,5 метрів в динаміку зявляється ледве чутний тон частотою 2,8 кГц, гучність якого різко збільшується при наближенні до обєкту ближче ніж на 1 м [5].

Дана схема важка в повторенні і налаштуванні через велику кількість вузлів і елементів.

На рисунку 2 приведено схему ще одного ІЧ локатора для сліпих [6].

Рис.2. Схема інфрачервоного локатора

сигнал локатор інфрачервоний фільтрація

На світлодіоді VD1 і мікросхемі DA1 зібраний приймач ІЧ випромінювання і підсилювач, на транзисторі VT2 - керований генератор звукової частоти, а на транзисторах VT3, VT4 і світлодіодах HL1 - HL3 - ІЧ передавач.

Передавач. На транзисторі VT3 зібраний генератор коротких імпульсів з частотою близько 1000 Гц. Після зарядки конденсатора С7 до напруги 5 ... 6 В відбувається його швидка розрядка через транзистор VT3 і емітерний перехід транзистора VT4. При цьому транзистор VT4 відкривається і через нього і світлодіоди протікає імпульс струму, в результаті якого зявляється імпульс ІЧ випромінювання.

Відбитий від предмету ІЧ імпульс попадає на приймальний світлодіод VD1 і перетвориться ним в електричний сигнал, який потім надходить на підсилювач, зібраний на операційному підсилювачі (ОУ) DA1. Посилений сигнал подається на випрямляч, виконаний на діодах VD2, VD3 по схемі подвоєння (складання) напруги. Випрямлений сигнал згладжується конденсатором С5 і поступає на керований генератор ЗЧ. Якщо відстань до предмета складає більше 1,5 м, то потужності відображеного ІЧ випромінювання, а значить, і напруги на вході керованого генератора - емітер транзистора VT2 недостатньо для його роботи.

Для більш чіткого спрацьовування генератора і його стійкої роботи живлення на генератор подається через параметричний стабілізатор напруги на транзисторі VT1 і стабілітроні VD4. В цілому ж локатор живиться від батарей GB1 і GB2, кожна з яких складається з чотирьох послідовно зєднаних акумуляторів Д-0, 06. До локатора можна підключати зовнішній телефон - через розєм XS1, внутрішній телефон при цьому відключається[6].

Схема складається з аналогових елементів, що свідчить про складне узгодження струмів і рівнів напруг. Дуже значним недоліком даного локатора є те що він реагує на інфрачервоні випромінювання освітлювальних ламп розжарювання на відстані в кілька метрів.

Ще одним з видів локаторів є пристрій, який побудований на відбитті звуку (див. рис. 3) [7].

Схема звукового локатора досить проста і являє собою стандартне включення елементів. Аудіо підсилювачі LM386 включені за схемою максимального посилення сигналу. Посилений сигнал від мікрофонів надходить на два канали компаратора LM393. Підстроювальний резистор R5 дозволяє регулювати поріг спрацьовування компаратора - чутливість. Таким чином на виході схеми ми отримуємо два логічних сигналу - від правого і від лівого мікрофонів. Так само є можливість обробляти аналоговий сигнал безпосередньо від підсилювачів допомогою АЦП. Варіанти вихідних сигналів перемикаються за допомогою двох перемичок на колодці J1[7].

Рис.3. Схема звукового локатора

Проаналізувавши відомі пристрої інформування людей з порушеннями зору про перешкоди я дійшов до висновку, що всі вони характеризуються низькою завадостійкістю, малою надійністю і важкістю в налаштуванні. Тому, ставиться завдання розробити локатор для неповносправних по зору людей, який би був позбавлений згаданих недоліків завдяки заміні частини аналогових елементів цифровими і виконанню цифрового опрацювання одержаних пристроєм сигналів.