ТРОСТЬ ДЛЯ ИНВАЛИДА ПО ЗРЕНИЮ
WALKING STICK FOR VISUALLY IMPAIRED PERSON

Предлагаемая трость относится к медицинской технике, в частности к устройствам для ориентирования слепых в окружающем пространстве, и может быть использована при самостоятельном передвижении слепого в недетерминированной обстановке, а также в экстремальных ситуациях, когда слепому требуется срочная медицинская помощь.
Известны трости для инвалидов по зрению (авт. свид. СССР №№957.901, 1.503.809, 1.738.283; патенты РФ №№2.064.789, 2.184.518, 2.280.429, 2.352.317; патенты США №№3.646.949, 3.881.504, 5.197.502, 5.341.829, 5.445.175; патенты ЕР №№0.016.606, 1.025.828; Кохняк Р.С. С белой тростью // Наша жизнь, 1997, №1, с.22 и другие).
Из известных тростей наиболее близкой к предлагаемой является «Трость для инвалидов по зрению» (патент РФ №2.353.317, А61Н 3/06, 2007), которая и выбрана в качестве прототипа.
Известная трость для инвалида по зрению содержит палку с рукояткой, а также связанные электрической цепью приемоизлучатель, блок обработки и сигнализатор. Приемоизлучатель установлен в трости с возможностью изменения угла наклона к оси палки в плоскости симметрии, трости и снабжен средством оперативного управления углом наклона в процессе движения пользователя.
При этом в экстремальных ситуациях по радиоканалу передается сигнал тревоги спасителям, медикам или родственникам, снабженных приемниками. В состав приемника входит фазовый детектор, состоящий из перемножителя и фильтра нижних частот.
Недостатком известной трости для инвалида по зрению является наличие перемножителя, имеющего малый динамический диапазон входных сигналов, ограниченную полосу пропускания и малую крутизну, которые ухудшают отношение сигнал/шум при уровнях сигналов, сравнимых с уровнем собственных шумов приемника.
Кроме того, наличие продуктов перемножения (гармоник высших порядков) снижает кпд приемника и требует установки фильтров, выделяющих полезную информацию.
Все это в конечном итоге приводит к снижению помехоустойчивости и достоверности передачи сигнала тревоги спасителям, медикам или родственникам, снабженных приемниками.
Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и достоверности передачи сигнала тревоги спасателям, медикам или родственникам путем увеличения динамического диапазона входных сигналов и отношения сигнал/шум при приеме слабых сигналов.
Поставленная задача решается тем, что трость для инвалида по зрению, содержащая в соответствии с ближайшим аналогом палку с рукояткой, а также взаимосвязанные электрической цепью приемоизлучатель, установленный на трости с возможностью изменения угла наклона к оси палки в плоскости симметрии трости, блок обработки информации, источник питания, сигнализатор, передатчик с антенной, кнопку включения, маятниковый выключатель, реле и приемник с антенной, к источнику питания последовательно подключены кнопка включения, реле и маятниковый выключатель, а также передатчик через замкнутые контакты реле, передатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, и усилителя мощности, выход которого подключен передающей антенне, приемник выполнен в виде блока регистрации, блока сигнализации и последовательно включенных приемной антенны, усилителя, высокой частоты и линии задержки, отличается от ближайшего аналога тем, что приемник снабжен тремя сумматорами, фазовращателем на 180°, двумя детекторами огибающей, причем к выходу линии задержки последовательно подключены первый сумматор, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, первый детектор огибающей и третий сумматор, к выходу которого подключены блок регистрации и блок сигнализации, к выходу линии задержки последовательно подключены фазовращатель на 180°, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, и второй детектор огибающей, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора.
На фиг.1 представлена общая схема выполнения трости в разрезе. Структурная схема специального датчика, вмонтированного в трость, представлена на фиг.2. Структурная схема приемника изображена на фиг.3.
Трость для инвалида по зрению, содержащую палку 1 с рукояткой 2, в которой размещены приемоизлучатель 3, установленный на трости с возможностью изменения угла наклона к оси 4 палки в плоскости симметрии трости, блок 5 обработки информации, источник 6 питания, сигнализатор 7, кнопку 13 включения, передатчик 14 с передающей антенной 23, маятниковый выключатель, состоящий из маятника 16 и кольца 17. Ось 4 расположена перпендикулярно плоскости симметрии трости. Конструктивно приемоизлучатель, блок 5 обработки информации, реле 18, источник 6 питания, сигнализатор 7, передатчик 14 и маятниковый выключатель (16+17) расположены внутри рукоятки 2 и взаимосвязаны электрической цепью 8. Приемоизлучатель 3 установлен с возможностью изменения угла α наклона его оси 9 направленности относительно оси 10 симметрии палки 1 и рукоятки 2, т.е. в плоскости симметрии трости. К приемоизлучателю 3 прикреплен рычаг 11 управления, свободный конец которого выведен на боковую часть 12 поверхности рукоятки 2. Приемоизлучатель 3 снабжен возвратной пружиной 15, один конец которой закреплен на рукоятке 2, а другой конец связан с приемоизлучателем 3. Передатчик 14 выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора 19, фазового манипулятора 21, второй вход которого соединен с выходом генератора 20 псевдослучайной последовательности, усилителя 22 мощности и передающей антенны 23. К источнику питания 6 последовательно подключены кнопка 13 включения, реле 18 и маятниковый выключатель 16, 17. Передатчик 14 через замкнутые контакты 18.1 реле 18 и кнопку 13 включения соединен с источником 6 питания.
Приемник 25 выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны 24, усилителя 26 высокой частоты, линии 28 задержки, первого сумматора 31, второй вход которого соединен с выходом усилителя 26 высокой частоты, первого детектора 34 огибающей, третьего сумматора 36, к выходу которого подключены блок 29 регистрации и блок 30 сигнализации. К выходу линии 28 задержки последовательно подключены фазовращатель 32 на 180° (фазоинвертор), второй сумматор 33, второй вход которого соединен с выходом усилителя 26 высокой частоты, и второй детектор 35 огибающей, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора 36. Линия 28 задержки, сумматоры 31, 33 и 36, фазовращатель 32 на 180°, детекторы 34 и 35 огибающей образуют демодулятор 27 ФМн-сигналов.
В целом трость функционирует следующим образом.
При расположении свободного конца рычага 11 управления на торцевой части 12 поверхности рукоятки 2 направление оси 9 направленности приемоизлучателя 3 относительно оси 10 симметрии палки 1 может оперативно регистрироваться пользователем, например, посредством большого пальца руки, воздействующего на рычаг 11 управления.
При наличии возвратной пружины 15, которая одним концом закреплена на рукоятке 2, а другим связана с приемоизлучателем 3, положение оси 9 направленности приемоизлучателя 3 относительно оси 10 симметрии палки 1 однозначно определено, а именно в случае отсутствия воздействия на рычаг 11 управления со стороны пользователя приемоизлучатель 3 находится в крайнем исходном положении, заранее установленном пользователем.
При выходе из дома инвалид по зрению нажимает кнопку 13 включения, которая находится на торцевой передней части 12 рукоятки 2. В случае экстремальных ситуаций, например, если инвалид по зрению упал в обморок или поскользнулся, сломал ногу, почувствовал себя плохо и выронил трость, то последняя, находясь в горизонтальном положении, автономно по радиоканалу свяжется со службой спасения, ближайшим медицинским центром или родственниками инвалида по зрению.
Именно в экстремальных ситуациях, когда трость занимает горизонтальное положение, т.е. когда инвалид по зрению уронил трость по какой-то уважительной причине, маятник 16 соприкасается с металлическим кольцом 17, размещенным внутри палки 1, и замыкает электрическую цепь питания реле 18 от источника 6 питания через замкнутую кнопку 13 включения. Реле 18 срабатывает, замыкает свои контакты 18.1, через которые одновременно получают питание все элементы схемы передатчика 14 от источника 6 питания (на фиг.2 цепи питания не показаны).
В этом случае задающий генератор 19 формирует высокочастотное колебание
c
c
c
c
c
u(t)=Ucos(ωt+φ), 0≤t≤T,
c
c
c
c
где U, ω, φ, T - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания, которое поступает на первый вход фазового манипулятора 21. На второй вход последнего подается модулирующий код M(t) с выхода генератора 20 псевдослучайной последовательности (ПСП). Причем модулирующий код M(t) в цифровой форме содержит все необходимые сведения об инвалиде по зрению, например, фамилию, имя, отчество, год рождения, домашний адрес, телефон, степень инвалидности и т.п.
На выходе фазового манипулятора 21 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)
1
c
c
k
c
c
u(t)=Ucos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
k
k
Э
Э
Э
где φ(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φ(t)=const при kτ<t<(k+1)τ и может изменяться скачком при t=kτ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, …, N-1);
Э
c
c
Э
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T(T=N·τ).
1
з
Э
з
Э
1
Этот сигнал после усиления по мощности в усилителе 22 мощности излучается передающей антенной 23 в эфир, улавливается приемной антенной 24 приемника 25 и через усилитель 26 высокой частоты одновременно поступает на вход линии 28 задержки и на первый вход первого 31 и второго 33 сумматоров, на вторые входы которых подается тот же ФМн-сигнал u(t) с выхода линии 28 задержки, задержанный на время τ равной длительности τ элементарных посылок (τ=τ). Причем на второй вход второго сумматора 33 сложный ФМн-сигнал u(t) поступает сдвинутым по фазе на 180° относительно первого сумматора 31.
Э
Следовательно, на первый 31 и второй 33 сумматоры поступают незадержанные и задержанные на длительность τ элементарных посылок ФМн-сигналы. В указанных сумматорах происходит суммирование незадержанных и задержанных ФМн-сигналов синфазно и противофазно, т.е. на одном из сумматоров ФМн-сигналы складываются, а на другом вычитаются. При равенстве амплитуд задержанного и незадержанного ФМн-сигналов на выходе первого 31 и второго 33 сумматоров напряжения или удваиваются или становятся равными нулю, т.е. происходит замена фазовых соотношений между символами модулирующего кода M(t) амплитудными. С выходов первого 31 и второго 33 сумматоров напряжения поступают на входы детекторов 34 и 35 огибающей противоположной полярности соответственно. Продетектированные сигналы подаются на два входа третьего сумматора 36.
В силу того, что сигналы разнесены во времени и имеют разные полярности, то на выходе третьего сумматора 36 образуется разностный видеосигнал. Положительный видеосигнал соответствует разности фаз задержанной и незадержанной элементарных посылок, равны нулю, и отрицательный - разности фаз, равной 180°.
Схема, состоящая из детекторов 34, 35 огибающей и третьего сумматора 36, работает как схема отбора по максимуму. Это не ухудшает отношения сигнал/шум на выходе третьего сумматора 36, так как один из детекторов огибающей, например 34, оказывается «запертым» сигналом другого детектора 35 огибающей.
Видеосигнал
н
н
k
c
u(t)=Ucosφ(t), 0≤t≤T,
пропорциональный модулирующему коду M(t), с выхода третьего сумматора 36 фиксируется блоком 29 регистрации и включает сигнализатор 30, который издает сигнал тревоги (звуковой или световой).
Приемниками 25 могут быть снабжены службы спасения, медицинские центры и родственники инвалида по зрению.
Сложный ФМн-сигнал тревоги, излучаемый тростью для инвалида по зрению, может быть принят и мобильными телефонами, которыми снабжены заинтересованные лица.
При возвращении домой инвалид по зрению повторно нажимает кнопку 13 включения и отключает передатчик 14 от источника 6 питания во избежание ложной тревоги, когда трость может занять по каким-либо причинам горизонтальное положение.
Кнопка 13 включения конструктивно выполнена таким образом, что при каждом нечетном ее нажимании она замыкает контакты, а при каждом четном - размыкает.
Предлагаемая трость для инвалида по зрению обеспечивает передачу по радиоканалу сигнала тревоги спасателям, медикам или родственникам в случае чрезвычайной ситуации.
При этом в качестве сигнала тревоги используется сложный ФМн-сигнал, в котором содержится необходимая информация о инвалиде по зрению, например, фамилия, имя, отчество, год рождения, домашний адрес, телефон, степень инвалидности и т.п.
Сложные ФМн-сигналы открывают широкие возможности в технике передачи тревожных сообщений. Они позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется возможность разделять сигналы. Действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени.
Таким образом, предлагаемая трость для инвалидов по зрению по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение помехоустойчивости и достоверности передачи сигнала тревоги спасателям, медикам или родственникам. Это достигается за счет увеличения динамического диапазона входных сигналов и отношения сигнал/шум при приеме слабых сигналов.
Для выделения аналого-модулированного кода из принимаемого ФМн-сигнала используется демодулятор, свободный от явления «обратной работы».
Сумматоры, выполненные, например, на резисторах, практически безынерционны, постоянную времени детекторов огибающей можно сделать очень малой. Кроме того, отсутствие комбинационных составляющих высших порядков, которые возникают при перемножении, позволяет повысить технические характеристики предлагаемой трости для инвалида по зрению.