Amplificator portabil cu miniatură portabil (și sistem sonar pentru articole portabile, etc.): 7 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Construiți un amplificator de blocare în miniatură, care poate fi încorporat în rame de ochelari și pentru a crea un sistem de vizionare sonar pentru nevăzători sau un aparat cu ultrasunete simplu care vă monitorizează continuu inima și utilizează Învățarea umană-mașină pentru a avertiza asupra problemelor înainte ca acestea întâmpla.

Un amplificator de blocare este un amplificator care poate bloca un anumit semnal (intrare de referință) în timp ce ignoră orice altceva. Într-o lume de bombardament constant cu zgomot și distragere, capacitatea de a ignora ceva (adică ignoranța) este un atu valoros.

Cel mai bun amplificator construit vreodată în întreaga istorie a rasei umane este PAR124A realizat în 1961 și, deși mulți au încercat să-i depășească sau să egaleze performanța, niciunul nu a reușit [https://wearcam.org/BigDataBigLies.pdf].

Amplificatoarele de blocare sunt fundamentale pentru sonar, radar, lidar și multe alte tipuri de detectare, iar cele bune costă de obicei în jur de 10 000 până la 50 000 USD, în funcție de specificații etc.

S. Mann, Universitatea Stanford, Departamentul de Inginerie Electrică, 2017.

Citați Mann, Lu, Werner, IEEE GEM2018 pp. 63-70

Pasul 1: Obțineți componentele

Clubul studențesc de calcul portabil WearTech de la Universitatea din Toronto a donat cu generozitate un kit de piese pentru fiecare student înscris la ECE516.

Vă puteți alătura WearTech și puteți obține un kit de piese sau, alternativ, puteți cumpăra piesele de la Digikey.

Proiect de lege de materiale:

• Generator de semnal (pe care îl veți avea încă de la Laboratorul 1 și inițial nu veți avea nevoie de generatorul de semnal complet complex, adică pentru prima parte a acestui laborator, va avea orice generator de semnal adecvat cu valoare reală);
• Decodor LM567 sau NE567 (cip cu 8 pini);
• R_T = rezistența superioară a divizorului de tensiune de intrare de referință: aprox. 5340 ohmi;
• R_B = rezistorul inferior al divizorului de tensiune de intrare de referință: aprox. 4660 ohmi;
• R_L = rezistență de sarcină pentru ieșire (Pin 3): aprox. 9212 ohmi;
• Cei trei condensatori (condensatori de cuplare pentru referință și semnal de intrare, precum și condensator cu filtru lowpass la ieșire);
• Comutatoare opționale;
• Amplificator de ieșire, cum ar fi TL974 (puteți utiliza, de asemenea, un amplificator audio suficient de sensibil sau un amplificator pentru căști cu o impedanță de intrare suficient de mare pentru a nu suprasolicita condensatorul filtrului de ieșire);
• Alte componente diverse;
• Placă de pâine sau altă placă de circuit pentru asamblarea componentelor.

În plus, pentru a face ceva util cu amplificatorul de blocare, veți dori să obțineți:

• Traductoare cu ultrasunete (cantitatea a doua);
• Căști audio sau sistem de difuzoare;
• Sistem de calculator sau procesor sau microcontroler (din Lab 1) pentru partea de învățare automată.

R_T, R_Bși R_L sunt relativ critice, adică valori pe care le-am selectat cu atenție prin experimentare.

Pasul 2: conectați componentele

Conectați componentele conform schemei prezentate.

Diagrama este un amestec frumos între o diagramă schematică și o diagramă de cablare, adică arată aspectul circuitului, precum și modul în care este conectat circuitul.

Modul în care este utilizat decodorul de ton 567 a fost considerat de unii ca o abatere creativă de la utilizarea convențională normală. În mod normal Pinul 8 este pinul de ieșire, dar nu îl folosim deloc. În mod normal, dispozitivul detectează un ton și pornește o lumină sau un alt element atunci când tonul este detectat.

Aici îl folosim într-un mod complet diferit de modul în care a fost destinat să fie folosit.

În schimb, luăm ieșirea la Pinul 1, care este ieșirea unui "Detector de fază". Exploatăm faptul că un „Detector de fază” este pur și simplu un multiplicator.

De asemenea, Pinul 6 este utilizat în mod normal ca o conexiune de condensator de sincronizare.

În schimb, creativ, folosim Pinul 6 ca intrare de referință pentru utilizarea cipului 567 ca amplificator de blocare. Acest lucru ne permite să accesăm multiplicatorul la una dintre intrările sale.

Pentru a obține o sensibilitate maximă la intrările de referință, am constatat că, dacă înclinăm acest pin la 46,6% din șina de alimentare și cuplăm capacitiv în el, obținem cele mai bune rezultate. Puteți încerca, de asemenea, să alimentați semnalul de referință direct către acesta, așa cum este indicat de comutator (puteți utiliza doar un cablu jumper pe panoul dvs. în loc de comutator).

Singurul pin de intrare / ieșire pe care îl folosim în mod convențional (adică modul în care a fost menit să fie utilizat) este Pinul 3 care se presupune a fi folosit ca intrare, pe care îl folosim într-adevăr ca intrare!

Pasul 3: Puneți amplificatorul de blocare la o utilizare bună: Vision Aid for the Blind

Dorim să folosim amplificatorul de blocare pentru a crea un dispozitiv de vizualizare (vedere) pentru nevăzători.

Ideea este că o folosim pentru sonar, pentru a crea un sistem de detectare a sonarului Doppler.

Deși puteți cumpăra un senzor sonar ca atașament Arduino, alegem să construim noi înșine sistemul din primele principii din acest instructabil din următoarele motive:

1. Elevii vor învăța fundamentele atunci când construiesc singuri lucrurile;
2. Acest lucru vă oferă acces direct la semnalele brute pentru cercetări și dezvoltări ulterioare;
3. Sistemul este mult mai receptiv și instantaneu, în comparație cu sistemele preambalate care raportează doar informații agregate cu o întârziere destul de mică (latență).

Montați cei doi traductori cu ultrasunete pe o cască (căști), cu fața în față. Ne place să le punem pe ambele părți, astfel încât capul să protejeze emițătorul de semnalul direct de la receptor.

Conectați-le la amplificatorul de blocare conform schemei furnizate.

Conectați o ieșire a amplificatorului la setul cu cască. Căștile „Extra Bass” funcționează cel mai bine, deoarece răspunsul în frecvență se extinde până la cea mai mică frecvență.

Acum veți putea auzi obiecte în cameră și puteți construi o hartă vizuală mentală a obiectelor camerei în mișcare.

Pasul 4: Învățarea om-mașină

„Tatăl AI”, Marvin Minsky (a inventat întregul domeniu al învățării automate), împreună cu Ray Kurzweil (Director de inginerie la Google) și cu mine, am scris o lucrare în IEEE ISTAS 2013 (Minsky, Kurzweil, Mann, „ Society of Intelligent Veillance , 2013) despre un nou tip de învățare automată, numită Inteligență Umanistică.

Acest lucru apare din învățarea automată a tehnologiilor purtabile, adică „HuMachine Learning”, în care senzorii devin o adevărată extensie a minții și a corpului.

Încercați să luați retururile sonarului Doppler și să le furnizați la intrarea analogică a unui sistem de computer și să executați o învățare automată pe aceste date.

Acest lucru ne va duce cu un pas mai aproape de viziunea lui Simon Haykin asupra unui sistem radar sau sonar capabil de cunoaștere.

Luați în considerare utilizarea rețelei neuronale LEM (Logon Expectation Maximization).

A se vedea

Iată câteva lucrări suplimentare despre învățarea automată și transformarea chirpletului:

www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16830941

pdfs.semanticscholar.org/21d3/241e70186a9b…

arxiv.org/pdf/1611.08749.pdf

pdfs.semanticscholar.org/21d3/241e70186a9b…

www.researchgate.net/publication/22007368…

Pasul 5: Alte variații: Monitor cardiac

Cauza numărul 1 de deces este boala cardiacă și putem crea un sistem portabil care să ajute la soluționarea acestei probleme. Folosiți două hidrofoane sau geofoane pentru a „vedea” în propria inimă. Aceeași tehnologie care îi ajută pe orbi să „vadă” poate fi acum rotită spre interior pentru a privi în interiorul propriului corp.

Un astfel de monitor cardiac, combinat cu ECG tradițional, precum și un videoclip orientat spre exterior pentru context, vă oferă un monitor cardiac portabil, conștient de context, pentru sănătate și siguranță personală.

Învățarea automată poate ajuta la prezicerea problemelor înainte ca acestea să apară.

Pasul 6: Alte variante: Sistem de siguranță pentru biciclete

O altă aplicație este un sistem de vizualizare din spate pentru o bicicletă. Plasați traductoarele orientate spre spate pe o cască de bicicletă.

Aici dorim să ignorăm aglomerația solului și, în general, tot ce se îndepărtează de tine, dar doar „vedem” lucrurile care câștigă asupra ta.

În acest scop, veți dori să utilizați un sistem sonar cu valoare complexă, așa cum este indicat în schema de cablare de mai sus.

Alimentați ieșirile (reale și imaginare) într-un convertor AtoD (analogic la digital) cu 2 canale și calculați transformata Fourier, apoi luați în considerare doar frecvențele pozitive. Când există componente puternice de frecvență pozitivă, câștigă ceva asupra ta. Acest lucru poate activa o extindere a alimentării camerei din spate, pentru a atrage atenția asupra obiectelor din spatele tău care câștigă asupra ta.

Pentru rezultate mai bune, calculați tranformul chirplet. Chiar mai bine: utilizați Transformarea Chirpletului Adaptiv (ACT) și utilizați rețeaua neuronală LEM.

A se vedea capitolul 2 al manualului „Procesare inteligentă a imaginilor”, John Wiley și Sons, 2001.

Referințe suplimentare:

wearcam.org/all.pdf

wearcam.org/chirplet.pdf

wearcam.org/chirplet/adaptive_chirplet1991/

wearcam.org/chirplet/adaptive_chirplet1992/…

arxiv.org/pdf/1611.08749.pdf

www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1127523…

Pasul 7: Alte variații: Ajutor pentru văzătorul binaural pentru nevăzători

Utilizați amplificatorul de blocare cu valoare complexă de mai sus pentru a furniza sunet stereoscopic, cu ieșirile reale și imaginare către cele două canale audio stereo.

În acest fel, puteți auzi natura complexă a lumii care vă înconjoară, deoarece auzul uman este foarte adaptat la modificări ușoare de fază și este foarte priceput să învețe să înțeleagă schimbările subtile dintre canalele în fază și în cuadratură ale returului Doppler.