Миниатюрен носим заключващ усилвател (и сонарна система за носими и т.н.): 7 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Изградете миниатюрен евтин усилвател с заключване, който може да бъде вграден в рамки за очила и да създадете система за сонарно зрение за слепи, или обикновена ултразвукова машина, която непрекъснато следи сърцето ви и използва човешко машинно обучение, за да предупреди за проблеми, преди те да се случи.

Заключващият усилвател е усилвател, който може да се включи към определен сигнал (референтен вход), като игнорира всичко останало. В свят на непрекъснато бомбардиране с шум и разсейване, способността да се игнорира нещо (т.е. игнориране) е ценен актив.

Най -добрият усилвател, създаван някога в цялата история на човешката раса, е PAR124A, направен през 1961 г., и макар много от тях да се опитват да надминат или да изравнят производителността му, никой не успя. [Http://wearcam.org/BigDataBigLies.pdf].

Заключващите усилватели са от основно значение за сонар, радар, лидар и много други видове сензори, а добрите обикновено струват около $ 10 000 до $ 50 000, в зависимост от спецификациите и т.н.

С. Ман, Станфордския университет, Катедра по електротехника, 2017.

Цитирайте Mann, Lu, Werner, IEEE GEM2018 стр. 63-70

Стъпка 1: Вземете компонентите

Студентският клуб за изчислителни компютри WearTech в Университета в Торонто щедро е дарил комплект части за всеки студент, записан в ECE516.

Можете да се присъедините към WearTech и да получите комплект части, или алтернативно, да закупите частите от Digikey.

Сметка на материалите:

• Генератор на сигнали (който все още ще имате от Лаборатория 1 и първоначално няма да се нуждаете от пълния генератор на комплексни сигнали, т.е. за първата част на тази лаборатория ще бъде подходящ всеки подходящ генератор на сигнали с реална стойност);
• LM567 или NE567 тон декодер (8-пинов чип);
• R_T = горен резистор на референтния делител на входното напрежение: прибл. 5340 ома;
• R_Б = долен резистор на референтния делител на входното напрежение: прибл. 4660 ома;
• R_L = товарен резистор за изход (Pin 3): прибл. 9212 ома;
• Трите кондензатора (кондензатори за свързване за справка и входен сигнал, както и кондензатор за нискочестотен филтър на изхода);
• Превключватели по избор;
• Изходен усилвател като TL974 (можете да използвате и достатъчно чувствителен аудио усилвател или усилвател за слушалки с достатъчно висок входен импеданс, за да не претоварвате кондензатора на изходния филтър);
• Други различни компоненти;
• Платка или друга платка за сглобяване на компонентите.

Освен това, за да направите нещо полезно с заключващия усилвател, ще искате да получите:

• Ултразвукови преобразуватели (количество второ);
• Аудио слушалки или система от високоговорители;
• Компютърна система или процесор или микроконтролер (от лаборатория 1) за частта за машинно обучение.

R_T, R_Б, и R._L са относително критични, т.е. стойности, които сме внимателно подбрали чрез експериментиране.

Стъпка 2: Свържете компонентите

Свържете компонентите според показаната диаграма.

Диаграмата е хубаво съчетание между схематична диаграма и електрическа схема, т.е. показва схемата на схемата, както и как е свързана веригата.

Начинът, по който се използва 567 тонален декодер, се разглежда от някои като творческо отклонение от обичайната му конвенционална употреба. Обикновено Pin 8 е изходният щифт, но изобщо не го използваме. Обикновено устройството открива тон и включва светлина или друг елемент, когато тонът бъде открит.

Тук го използваме по начин, който е напълно различен от начина, по който е предназначен да бъде използван.

Вместо това, ние приемаме изхода на Pin 1, който е изходът на "Phase Detector". Ние използваме факта, че "детектор на фази" е просто мултипликатор.

Също така, Pin 6 обикновено се използва като връзка на кондензатор за синхронизация.

Вместо това, творчески, използваме Pin 6 като референтен вход за използване на чипа 567 като заключващ усилвател. Това ни позволява достъп до множителя на един от неговите входове.

За да получим максимална чувствителност към референтните входове, открихме, че ако отклоним този щифт към 46,6% от захранващата шина и го включим капацитивно, получаваме най -добри резултати. Можете също да опитате да подадете референтния сигнал директно към него, както е посочено от превключвателя (можете просто да използвате джъмпер проводник на вашата дъска вместо превключвателя).

Единственият вход/изход, който използваме конвенционално (т.е. начина, по който е трябвало да се използва) е Pin 3, който трябва да се използва като вход, който наистина използваме като вход!

Стъпка 3: Използвайте заключващия усилвател за добра употреба: Помощ за зрение за слепи

Искаме да използваме заключващия усилвател, за да създадем помощно средство за зрение (помощ при виждане) за слепи.

Идеята тук е, че я използваме за сонар, за да създадем доплерова сонарна сензорна система.

Въпреки че можете да закупите сонарен сензор като приставка за Arduino, ние избираме да изградим системата сами от първите принципи в тази инструкция по следните причини:

1. Учениците ще научат основите, когато сами изграждат нещата;
2. Това ви дава директен достъп до необработените сигнали за по -нататъшни изследвания и разработки;
3. Системата е много по -отзивчива и мигновена, в сравнение с предварително опаковани системи, които просто отчитат обобщена информация с доста малко закъснение (латентност).

Монтирайте двата ултразвукови датчика върху слушалки (слушалки), обърнати напред. Обичаме да ги поставяме от двете страни, така че главата да предпазва предавателя от директен сигнал от приемника.

Свържете ги към заключващия усилвател съгласно предоставената схема.

Свържете изход на усилвателя към слушалките. Слушалките тип "Extra Bass" работят най -добре, тъй като честотната характеристика се простира чак до най -ниските честоти.

Сега ще можете да чувате обекти в стаята и да изграждате визуална визуална карта на обектите в стаята в движение.

Стъпка 4: Човешко-машинно обучение

"Бащата на AI", Марвин Мински (той е изобретил цялата област на машинно обучение), заедно с Рей Курцвайл (Директор по инженерство в Google) и аз, написаха доклад в IEEE ISTAS 2013 (Minsky, Kurzweil, Mann, " Общество за интелигентно наблюдение ", 2013 г.) за нов вид машинно обучение, наречено хуманистична интелигентност.

Това произтича от машинното обучение по носими технологии, т.е. "HuMachine Learning", при което сензорите се превръщат в истинско продължение на ума и тялото.

Опитайте да вземете доплеров сонар и да ги доставите към аналоговия вход на компютърна система и да стартирате машинно обучение върху тези данни.

Това ще ни отведе една крачка по -близо до визията на Саймън Хейкин за радар или сонарна система, способна да познава.

Помислете за използване на невронната мрежа LEM (Logon Expectation Maximization).

Вижте

Ето някои допълнителни документи за машинното обучение и трансформацията на чирпет:

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…

Стъпка 5: Други варианти: Сърдечен монитор

Причината номер 1 за смъртта е сърдечно заболяване и можем да създадем носима система, която да помогне за справяне с това. Използвайте два хидрофона или геофона, за да „видите“в собственото си сърце. Същата технология, която помага на слепите да „виждат“, вече може да бъде обърната навътре, за да погледне вътре в собственото ви тяло.

Такъв сърдечен монитор, съчетан с традиционната ЕКГ, както и с обърнато навън видео за контекст, ви дава носещ се контекстно-съзнателен сърдечен монитор за лично здраве и безопасност.

Машинното обучение може да помогне за прогнозиране на проблемите, преди те да възникнат.

Стъпка 6: Други варианти: Система за безопасност на велосипеди

Друго приложение е система за задно виждане за велосипед. Поставете преобразувателите обърнати назад на велосипедна каска.

Тук искаме да игнорираме затрупването на земята и като цяло всичко се отдалечава от вас, но само „виждаме“нещата, които ви печелят.

За тази цел ще искате да използвате сложна сонарна система, както е посочено в електрическата схема по-горе.

Подайте изходите (реални и въображаеми) в 2-канален AtoD (аналогово-цифров) преобразувател и изчислете преобразуването на Фурие, след което вземете предвид само положителните честоти. Когато има силни положителни честотни компоненти, нещо печели от вас. Това може да активира уголемяване на емисията на задната ви камера, за да привлече вниманието към обекти зад вас, които печелят върху вас.

За по -добри резултати изчислете чирплетната трансформация. Още по -добре: използвайте Adaptive Chirplet Transform (ACT) и използвайте невронната мрежа LEM.

Вижте глава 2 от учебника „Интелигентна обработка на изображения“, Джон Уайли и синове, 2001.

Допълнителни справки:

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…

Стъпка 7: Други вариации: Бинаурална помощ за слепене

Използвайте горния комплексен заключващ усилвател, за да осигурите стереоскопичен звук, с реални и въображаеми изходи към двата стерео канала на аудиото.

По този начин можете да чуете сложната природа на света около вас, тъй като човешкият слух е много настроен към леки фазови промени и много ли е умел да се научи да разбира фините промени между фазовите и квадратурните канали на доплеровото завръщане.