ЭЛЕКТРОННЫЙ ТЕРМОМЕТР ДЛЯ СЛЕПЫХ И СЛАБОВИДЯЩИХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к термометрии и может использоваться для измерения температуры тела человека, а также температуры жидких и сыпучих продуктов, и предназначено преимущественно для слепых и слабовидящих пользователей.
Известны конструкции электронных термометров, являющихся экологически чистыми и более безопасными в использовании, чем ртутные термометры, что особенно актуально для слепых и слабовидящих людей. (Пат.WO 83/02826, пат.WO 01/79797).
В патенте WO 83/02826 описан термометр, предназначенный для слепых и слабовидящих пользователей, содержащий измерительный зонд, соединенный с электронным блоком. Измерительный зонд преобразует сигнал термопреобразователя в электрический сигнал, величина которого пропорциональна измеряемой температуре. Электронный блок, состоит из последовательно соединенных усилителя, первого компаратора, управляемого генератора звуковой частоты и репродуктора, делителя напряжения, соединенного с вторым входом первого компаратора, второго компаратора, подключенного к управляющему входу управляемого генератора звуковой частоты и к источнику напряжения. Делитель напряжения позволяет увеличивать масштаб шкалы считывания показаний, а генератор звуковых сигналов выдает сигналы, соответствующие определенным значениям температуры.
В данном устройстве измерительный преобразователь и электронный блок размещены в отдельных корпусах, что создает неудобство в пользовании. Представление информации о температуре в виде звуковых сигналов, соответствующих определенным пороговым значениям температуры, также создает определенные сложности при пользовании данным прибором.
Известна также конструкция электронного термометра, предназначенного для измерения температуры, пат. WO 01/79797, выдающего информацию о величине температуры в виде голосового сообщения. Термометр содержит корпус, в котором размещены термопреобразователь, микропроцессор, элемент питания, блок, осуществляющий управление подачей питающего напряжения на термопреобразователь и соответствующих электрических импульсов - на громкоговоритель для озвучивания измеренной температуры. Выход термопреобразователя через аналого-цифровой преобразователь соединен с омметром. К микропроцессору подсоединены выход омметра, блок текущей памяти для сохранения, по крайней мере, последнего значения измеренной
температуры, блок постоянной памяти, в который предварительно записаны аналоговые данные, необходимые для речевого воспроизведения значений температуры, усилитель, выход которого соединен с громкоговорителем.
Данный термометр выдает информацию о температуре тела в виде речевого сообщения на иностранном языке. Однако для российских пользователей, особенно лиц с ослабленным зрением и инвалидов по зрению, плохо владеющих иностранными языками, пользование таким термометром представляет определенную трудность. Кроме того, высокая себестоимость термометра делает его недоступным для лиц указанных социальных групп.
Технической задачей данной полезной модели является создание экологически чистого недорого индивидуального прибора - электронного термометра, обеспечивающего получение достоверной и надежной информации об измеряемой температуре в виде речевого сообщения на языке, доступном для российского пользователя, а именно, на русском языке, что позволяет решить социальную проблему индивидуальной адаптации слепых и слабовидящих.
Поставленная задача решается тем, что в электронный термометр для слепых и слабовидящих пользователей, содержащий терме резистор, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), микроконтроллер, усилитель мощности, на выходе которого включен звуковой излучатель, и элемент питания, при этом первый информационный вход микроконтроллера соединен с выходом ПЗУ, управляющие выходы - подключены соответственно к входам терморезистора и ПЗУ, а информационный выход - к входу усилителя мощности, элемент питания соединен с входами питания усилителя мощности, ПЗУ и микроконтроллера, согласно заявляемой полезной модели, введены эталонный резистор и две интегрирующие цепочки, а ПЗУ выполнено в виде синтезатора русской речи, при этом дополнительный управляющий выход микроконтроллера соединен с эталонным резистором, выходы эталонного резистора и терморезистора через первую интегрирующую цепочку подсоединены к второму информационному входу микроконтроллера, второй информационный выход которого через вторую интегрирующую цепочку подключен к дополнительному входу усилителя мощности.
При этом, усилитель мощности выполнен в виде мостовой схемы, а его инверсный выход соединен с вторым входом звукового излучателя.
Элемент питания может быть соединен с входами питания ПЗУ и микроконтроллера через введенный стабилизатор напряжения.
Кроме того, электронный термометр снабжен корпусом из диэлектрического материала с металлическим наконечником.
При этом, на корпусе размещены кнопки «пуск» и «звук», соединенные с микроконтроллером, и кнопка «включено», подсоединенная к выходу элемента питания.
Наличие в термометре эталонного резистора, первой интегрирующей цепочки, включенной на выходе терморезистора и эталонного резистора, второй интегрирующей цепочки, включенной на входе усилителя мощности, а также наличие ПЗУ с записанной в нем речевой информацией на русском языке позволяет получить достоверную и надежную голосовую информацию о температуре на русском языке для русско-язычных пользователей. Кроме того, предложенная схема позволяет отказаться от использования сложных и дорогостоящих устройств, таких как микропроцессор с АЦП, роль которых в заявленном термометре выполняет микроконтроллер, осуществляющий математическую обработку сигналов, полученных от терморезистора и эталонного резистора, и управление всей работой термометра.
Благодаря наличию интегрирующей цепочки на выходе микроконтроллера осуществляется накопление выходного сигнала терморезистора, что позволяет практически полностью устранить влияние дробовых шумов на результаты измерений.
в сравнении измеренного сигнала с эталонным,
2. в режиме накопления сигналов.
Первое позволяет устранить систематическую сшибку. Второе снижает уровень дробового шума до тысячных долей в пересчете на градусы Цельсия.
Стабилизатор напряжения дополнительно обеспечивает стабильность показаний термометра при нештатном воздействии пользователя на копку «звук», вызывающем значительное потребление энергии от источника питания.
На чертеже приведена структурная электрическая схема электронного термометра для слепых и слабовидящих пользователей.
Электронный термометр для слепых и слабовидящих пользователей, содержит терморезистор 1, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 2, микроконтроллер 3, усилитель мощности 4, на выходе которого включен звуковой излучатель 5, и элемент питания 6, при этом первый информационный вход микроконтроллера 3 соединен с выходом ПЗУ 2, управляющие выходы - подключены соответственно к входам терморезистора 1 и ПЗУ 2, а информационный выход - соединен с входом усилителя мощности 4, элемент питания 6 соединен с входами питания усилителя мощности 4, ПЗУ 2 и микроконтроллера 3. Термометр также содержит эталонный резистор 7, две интегрирующие цепочки 8, 9, ПЗУ 2 выполнено в виде синтезатора русской речи, при этом дополнительный управляющий выход микроконтроллера 3 соединен с эталонным резистором 7, выходы эталонного резистора 7 и терморезистора 1 через первую
интегрирующую цепочку 8 подсоединены к второму информационному входу микроконтроллера 3, второй информационный выход которого через вторую интегрирующую цепочку 9 подключен к дополнительному входу усилителя мощности 4.
Усилитель мощности 4 выполнен в виде мостовой схемы, а его инверсный выход соединен с вторым входом звукового излучателя 5. Элемент питания 6 соединен с входами питания ПЗУ 2 и микроконтроллера 3 через введенный стабилизатор напряжения 10.
Электронный термометр снабжен корпусом из диэлектрического материала с металлическим наконечником (на чертеже не показаны), на котором размещены кнопки «пуск» 11, и «звук» 12, соединенные с микроконтроллером 3, и кнопка «включено» 13, подсоединенная к выходу элемента питания 6.
Электронный термометр для слепых и слабовидящих пользователей работает следующим образом.
С микроконтроллера 3 импульсы питания периодически поступают на терморезистор 1, который нагревается до температуры тела пациента, и эталонный резистор 7 и затем через интегрирующую цепочку 8 - на микроконтроллер 3. Микроконтроллер 3, работая в автоматическом режиме, в соответствии с заложенной в него программой управления производит многократные, с частотой несколько десятков Герц, измерения величины сопротивления терморезистора 1 и эталонного резистора 7. Указанные измерения производятся до тех пор, пока, по крайней мере, пять результатов не совпадут. Измерения заканчиваются, когда температура терморезистора 1 начинает приближаться к температуре тела пациента, и скорость ее роста оказывается незначительной. Полученные данные подвергаются математической обработке, осуществляемой в микроконтроллере 3, с целью уменьшения зависимости результатов измерений от напряжения питания. Эталонный резистор 7 выполнен перестраиваемым с целью компенсации возможных отклонений значений терморезистора 1 от номинала. При этом сравнение измеренного сигнала с эталонным, позволяет устранить систематическую ошибку, а режим накопления сигналов снижает уровень дробового шума до тысячных долей в пересчете на градусы Цельсия.
Результаты измерений температуры представляются в микроконтроллере 3 в цифровой (двоичной) форме. По окончании измерений микроконтроллер 3 включает ПЗУ 2 с предварительно записанной речевой информацией на русском языке и усилитель мощности 4. По командам с микроконтроллера 3 коды соответствующих звуковых сообщений начинают циклически поступать из ПЗУ 2 в микроконтроллер 3. Последний
преобразует их в сигнал, в котором звуковая информация представлена с помощью широтно-импульсной модуляции.
Затем закодированный звуковой сигнал расшифровывается с помощью интегрирующей цепочки 9 и поступает на вход усилителя мощности 4, выполненного по мостовой схеме, имеющей прямой и инверсный выходы. С выходов усилителя мощности 4 пара противофазных усиленных по мощности сигналов поступает на контакты звукового излучателя 5, который преобразует токовый сигнал в звуковой.
Интегрирующая цепочка 8 обеспечивает накопление выходного сигнала терморезистора 1 в течение относительно значительного времени (нескольких сотен микросекунд), что позволяет практически полностью устранить влияние дробовых шумов на результаты измерений и обеспечить тем самым предельно высокую точность измерений.
Для обеспечения стабильности показаний электронного термометра при нештатном воздействии пользователя на кнопку «звук» 11, вызывающем значительное потребление энергии от источника питания, и, соответственно, относительно быстрое изменение напряжения питания, служит стабилизатор напряжения 10.
Результат в виде цифрового кода подается на цифровой синтезатор речи, выполненный на базе ПЗУ 2 с предварительно записанной речевой информацией на русском языке, которая вызывается командами с микропроцессора 3. Речевой сигнал через усилитель мощности 4 подается на малогабаритный звуковой излучатель 5.
Функционально микроконтроллер 3 выполняет функции формирователя синхроимпульсов, электронного коммутатора, генератора импульсов оцифровки, триггера, компаратора - электронного ключа, схем совпадения, счетчиков, элементов памяти, цифрового вычислителя и др. Запись и вызов информации на ПЗУ 2 производится по следующему алгоритму:
- целое число (единицы градусов), например, «35». «36» и т.д.
- десятые доли градуса « и 1», «и 2», «и 3» и т.д.
В результате формируются фразы, например, «35 и 1», «36 и 6». Число записанных фраз ограничивается для медицинского термометра (в пределах 35°±42°С) до 16, что значительно упрощает процесс записи и воспроизведения.
Управление работой говорящего электронного термометра осуществляется с помощью кнопок «включено» 13, «пуск» 11, и «звук» 12, расположенных на корпусе термометра.
При включении термометра путем подачи напряжения от элемента питания 6 с помощью кнопки «включено» 13 однократный однотонный звуковой сигнал подтверждает включение электропитания прибора. Начало процесса измерения осуществляется при
нажатии на кнопку «пуск» 11. Окончание процесса измерения оповещается двукратным однотонным звуковым сигналом, после чего следует речевое сообщение о величине измеренной температуры. Речевое сообщение автоматически воспроизводится дважды. При необходимости звуковое сообщение может быть вызвано повторно, путем нажатия кнопки «звук» 12.
Если термометр после процесса измерения не выключен, то он находится в режиме ожидания, и пользователь информируется об этом трехкратным звуковым сигналом.
В качестве терморезистора может быть использован прибор типа NTCBS7S86363-F. Микроконтроллер 3 может быть выполнен на базе процессора типа Р1С10Р630ГТМ, прошитым в соответствии с разработанной авторами программой работы термометра, обработки сигналов и выдачи информации. Речевая информация выдается из ПЗУ 2 типа AT2S256FTM по кодовым командам с микроконтроллера 3. Тип звукового излучателя 5 определяется необходимостью обеспечения требуемой громкости звука и весогабаритных характеристик.
Данная конструкция электронного термометра может быть реализована для целей измерения температуры жидких и сыпучих продуктов путем использования в нем терморезистора с более широким диапазоном рабочих температур, что также очень актуально для лиц с ослабленным зрением и слепых.
Таким образом, данное устройство представляет собой экологически чистый (без ртути), безопасный (без стеклянного корпуса) электронный термометр, обеспечивающий высокую точность измерений температуры и высокую стабильность показаний. Кроме того, заявляемый термометр является доступным по потребительским качествам для российских пользователей, особенно для социально незащищенных групп, в частности, инвалидов по зрению - слепых и слабовидящих людей.