Miniatuur draagbare sluitversterker (en sonarstelsel vir draagbare, ens.): 7 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Bou 'n miniatuur, goedkoop toesluitversterker wat in 'n brilraam ingebed kan word en 'n sonar-visiestelsel vir blindes skep, of 'n eenvoudige ultraklankmasjien wat u hart voortdurend monitor en Human-Machine Learning gebruik om te waarsku oor probleme voordat hulle gebeur.

'N Aansluitversterker is 'n versterker wat op 'n spesifieke sein (verwysingsinvoer) kan toesluit terwyl alles anders geïgnoreer word. In 'n wêreld van konstante bombardement met geraas en afleiding, is die vermoë om iets te ignoreer (dws onkunde) 'n waardevolle bate.

Die beste versterker wat ooit in die geskiedenis van die mensdom gebou is, is die PAR124A wat in 1961 gemaak is, en hoewel baie probeer het om die prestasie daarvan te oortref of te vergelyk, het niemand daarin geslaag nie [https://wearcam.org/BigDataBigLies.pdf].

Sluitversterkers is noodsaaklik vir sonar, radar, lidar en vele ander soorte waarnemings, en goedere kos gewoonlik ongeveer $ 10 000 tot $ 50 000, afhangende van spesifikasies, ens.

S. Mann, Stanford Universiteit, Departement Elektriese Ingenieurswese, 2017.

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

Stap 1: Verkry die komponente

Die WearTech -draagbare rekenaarstudenteklub aan die Universiteit van Toronto het ruim 'n onderdele -kit aan elke student wat vir ECE516 ingeskryf is, geskenk.

U kan by WearTech aansluit en 'n onderdele -stel kry, of as alternatief die onderdele by Digikey koop.

Handves:

• Seinopwekker (wat u nog steeds van Lab 1 sal hê, en aanvanklik het u nie die volledige komplekse seingenerator nodig nie, dws vir die eerste deel van hierdie laboratorium sal enige geskikte seingenerator met werklike waarde dit doen);
• LM567 of NE567 toon dekodeerder (8-pins chip);
• R_T = topweerstand van verwysingsingangspanningsverdeler: ongeveer. 5340 ohm;
• R_B = onderste weerstand van referentie -ingangsspanningsverdeler: ongeveer. 4660 ohm;
• R_L = lasweerstand vir uitset (pen 3): ongeveer. 9212 ohm;
• Die drie kapasitors (koppelingskondensators vir verwysings- en seininvoer, sowel as 'n laepassfilterkapasitor op die uitset);
• Opsionele skakelaars;
• Uitsetversterker soos TL974 (u kan ook 'n voldoende sensitiewe klankversterker of koptelefoonversterker met 'n voldoende ingangsimpedansie gebruik om die uitlaatfilterkapasitor nie te oorlaai nie);
• Ander diverse komponente;
• Broodbord of ander bord vir die samestelling van die komponente.

Om iets nuttigs met die lock-in-versterker te doen, wil u ook:

• Ultrasoniese transducers (hoeveelheid twee);
• Oudio -headset of luidsprekerstelsel;
• Rekenaarstelsel of verwerker of mikrobeheerder (uit Lab 1) vir die masjienleer -gedeelte.

R_T, R._B, en R._L is relatief krities, dit wil sê waardes wat ons deur eksperimente noukeurig gekies het.

Stap 2: Verbind die komponente

Verbind die komponente volgens die diagram.

Die diagram is 'n goeie mengsel tussen 'n skematiese diagram en 'n bedradingsdiagram, dit wil sê dit toon die stroombaanuitleg sowel as hoe die stroombaan verbind is.

Die manier waarop die 567 -toondekodeerder gebruik word, word deur sommige as 'n kreatiewe afwyking van die normale konvensionele gebruik beskou. Normaalweg is Pin 8 die uitvoerpen, maar ons gebruik dit glad nie. Gewoonlik bespeur die toestel 'n toon en skakel 'n lig of ander item aan wanneer die toon opgespoor word.

Hier gebruik ons dit op 'n manier wat heeltemal anders is as die manier waarop dit bedoel was om gebruik te word.

In plaas daarvan neem ons die uitset by Pin 1, wat die uitset is van 'n 'Fase -detektor'. Ons benut die feit dat 'n 'Fase -detektor' eenvoudig 'n vermenigvuldiger is.

Pin 6 word ook normaalweg gebruik as 'n tydskondensatorverbinding.

In plaas daarvan gebruik ons kreatief Pin 6 as verwysingsinvoer vir die gebruik van die 567-chip as 'n toesluitversterker. Dit gee ons toegang tot die vermenigvuldiger op een van sy insette.

Om die maksimum sensitiwiteit vir verwysingsinsette te kry, het ons gevind dat as ons hierdie pen tot 46,6% van die toevoerrail vooroordeel, en dit effektief kan koppel, ons die beste resultate kry. U kan ook probeer om die verwysingssein direk daarop te voer, soos aangedui deur die skakelaar (u kan net 'n jumperdraad op u broodbord gebruik in plaas van die skakelaar).

Die enigste invoer/uitsetpen wat ons konvensioneel gebruik (dit wil sê die manier waarop dit bedoel was om te gebruik) is Pin 3 wat veronderstel is om as die invoer gebruik te word, wat ons inderdaad as die invoer gebruik!

Stap 3: Gebruik die slotversterker goed: visiehulp vir blindes

Ons wil die lock-in versterker gebruik om 'n visuele hulpmiddel (sien hulpmiddel) vir blindes te skep.

Die idee hier is dat ons dit vir sonar gebruik, om 'n Doppler sonar sensing stelsel te skep.

Alhoewel u 'n sonarsensor as 'n Arduino -aanhangsel kan koop, kies ons om die stelsel self te bou uit die eerste beginsels in hierdie instruksies om die volgende redes:

1. Studente sal die basiese beginsels leer wanneer hulle dinge self bou;
2. Dit gee u direkte toegang tot die rou seine vir verdere navorsing en ontwikkeling;
3. Die stelsel is baie meer reageerbaar en onmiddellik, in vergelyking met voorafverpakte stelsels wat slegs saamgestelde inligting met 'n bietjie vertraging (latensie) rapporteer.

Monteer die twee ultraklankomvormers op 'n koptelefoon (koptelefoon), vorentoe. Ons hou daarvan om dit aan weerskante te plaas sodat die kop die sender teen direkte sein van die ontvanger beskerm.

Koppel hulle aan die sluitversterker volgens die diagram.

Koppel die uitset van die versterker aan die headset. Die "Extra Bass" tipe headset werk die beste, aangesien die frekwensierespons tot by die laagste frekwensies strek.

Nou kan u voorwerpe in die kamer hoor en 'n verstandelike visuele kaart opstel van die voorwerpe wat in beweging is.

Stap 4: Mens-masjienleer

Die "Vader van AI", Marvin Minsky (hy het die hele veld van masjienleer uitgevind), saam met Ray Kurzweil (direkteur van ingenieurswese by Google), en ek, 'n referaat geskryf in IEEE ISTAS 2013 (Minsky, Kurzweil, Mann, " Society of Intelligent Veillance ", 2013) oor 'n nuwe soort masjienleer, genaamd Humanistiese intelligensie.

Dit spruit uit masjienleer oor draagbare tegnologieë, dit wil sê "HuMachine Learning", waarin sensors 'n ware uitbreiding van die gees en liggaam word.

Probeer om die Doppler -sonaropbrengste te neem en dit aan die analoog -invoer van 'n rekenaarstelsel te verskaf, en leer masjienleer oor hierdie data.

Dit sal ons 'n stap nader aan Simon Haykin se visie van 'n radar- of sonarsisteem wat kan herken, neem.

Oorweeg dit om die LEM (Logon Expectation Maximization) neurale netwerk te gebruik.

Sien

Hier is 'n paar ekstra vraestelle oor masjienleer en chirplet -transformasie:

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…

Stap 5: Ander variasies: Hartmonitor

Die grootste oorsaak van dood is hartsiektes, en ons kan 'n draagbare stelsel skep wat dit help. Gebruik twee hidrofone of geofone om in u eie hart in te sien. Dieselfde tegnologie wat blindes help "sien" kan nou na binne gedraai word om binne -in u eie liggaam te kyk.

So 'n hartmonitor, gekombineer met tradisionele EKG sowel as uitwaartse video vir konteks, gee u 'n draagbare konteksbewuste hartmonitor vir persoonlike gesondheid en veiligheid.

Masjienleer kan help om probleme te voorspel voordat dit opduik.

Stap 6: Ander variasies: Fietsveiligheidstelsel

'N Ander toepassing is 'n agteruitkykstelsel vir 'n fiets, en plaas die transducers agteruit op 'n fietshelm.

Hier wil ons die rommel van die aarde ignoreer en oor die algemeen alles wat van u af wegbeweeg, maar slegs 'sien' dat dinge op u afkom.

Vir hierdie doel sal u 'n ingewikkelde sonarstelsel wil gebruik, soos aangedui in die bedradingsdiagram hierbo.

Voer die uitsette (werklik en denkbeeldig) in 'n 2-kanaal AtoD (analoog na digitaal) omskakelaar en bereken die Fourier-transformasie, en kyk dan slegs na die positiewe frekwensies. As daar sterk positiewe frekwensie -komponente is, is daar iets wat u wen. Dit kan 'n vergroting van u agterkamera-invoer aktiveer, om aandag te vestig op voorwerpe agter u wat u toeneem.

Bereken die chirplet tranform vir beter resultate. Nog beter: gebruik die Adaptive Chirplet Transform (ACT) en gebruik die LEM neurale netwerk.

Sien hoofstuk 2 van die handboek "Intelligent Image Processing", John Wiley and Sons, 2001.

Bykomende verwysings:

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…

Stap 7: Ander variasie: Binaurale sienhulp vir blindes

Gebruik die bogenoemde ingewikkelde versterkingsversterker om stereoskopiese klank te lewer, met die werklike en denkbeeldige uitsette na die twee stereokanale van klank.

Op hierdie manier kan u die komplekse aard van die wêreld om u hoor, aangesien die menslike gehoor baie ingestel is op geringe faseveranderinge, en dit baie vaardig is om te leer om die subtiele veranderinge tussen in-fase- en kwadratuurkanale van die Doppler-terugkeer te verstaan.