Устройство оповещения о звуковых сигналах с помощью вибраций для неслышащих людей

Актуальность

В современном мире люди с ограниченными возможностями по здоровью ничем не отличаются от остальных. Уже на данный момент в мире существует множество техник, позволяющих людям заменять отсутствующие части тела, улучшать зрение или слух. Каждый год огромное количество учёных и врачей продолжает трудиться над созданием подобных вещей, способных помочь людям. Но, к сожалению, растёт не только количество выпускаемых продуктов, но и их цена. Себестоимость данных изделий достаточно высока, а учитывая добавление к ней налогов и прочих доплат, цена становится неподъёмной.

Зачастую устройства имеют закрытое производство, специальные детали, а также индивидуальное ПО и обслуживание. Если человек ведёт активную жизнь, то устройства могут теряться либо выходить из строя, а для их замены или ремонта потребуется некоторое количество времени и средств.

Одним из наиболее эффективных способов решения этой проблемы может послужить создание нового аппарата, имеющего широкий спектр использования, низкую себестоимость и общедоступные детали. При соблюдении всех трёх факторов получится универсальное устройство, доступное всем и имеющее недорогое обслуживание в случае поломки.

Цель

Создать устройство, доступное каждому, лёгкое в самостоятельной починке или настройке, с низкой себестоимостью, а также имеющее широкий спектр применений без изменения основной конструкции.

Задачи

1. Создать прототип на макетной плате.
2. Создать и протестировать код.
3. Спроектировать и заказать печатные платы для уменьшения размеров устройства.
4. Произвести пайку внешних деталей.
5. Собрать и протестировать устройство.
6. Устранить выявленные недостатки.
7. Произвести проектирование и печать корпуса на 3D-принтере.
8. Собрать итоговый продукт.
9. Написать инструкцию использования.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Компьютер с установленным ПО (Arduino IDE, Autodesk Fusion 360)
• Плата Arduino Nano
• Микрофонный модуль на основе компаратора LM393
• Вибромотор
• Аккумулятор литий-полимерный Li-Pol 3,7В 7000мАч
• 3D-принтер и пластик PETG

Описание

На начальном этапе авторы протестировали аналоги, имеющиеся на рынке, для данной категории пользователей устройства. Далее выбрали оптимальное количество комплектующих, изучив их стоимость, распространённость, а также совместимость с Arduino.

На следующем этапе авторы разработали код и оценили его работоспособность. Экспериментальная проверка показала успешный результат. Вся электронная схема потребляла малый ток, при этом достигая необходимой чувствительности звука.

После поиска необходимой информации о прошивке микроконтроллеров был выбран ATMEGA328P. Также была найдена принципиальная схема данного микрофонного модуля. Далее был изготовлен второй прототип на печатной плате, однако после прошивки микроконтроллера были зафиксированы сильные искажения в звуковых сигналах.

На следующем этапе авторами заказаны печатные платы для создания третьего, финального прототипа. Для достижения наименьших затрат к новому устройству были перепаяны процессоры с прошлого прототипа. Их отличие заключается в том, что на печатной плате второго по счёту изделия микрофонный модуль был изначально встроенным, в третьем прототипе он припаивался отдельно.

Следующими шагами были моделирование корпуса и сборка деталей вместе. С созданием корпуса возникли некоторые проблемы. Большие трудности при работе создавала усадка пластика, происходящая во время печати. В ходе этого процесса могла несколько измениться форма изделия, что для крепления размером приблизительно в 1 мм являлось критичным. Из-за этого процесса было испробовано множество видов креплений, в результате было выбрана конструкция шип-паз и вид внешней оболочки устройства, позволяющей быть не слишком заметным и удобным при носке. 

В ходе создания данного устройства был использован литий-полимерный аккумулятор, поскольку он имеет небольшой размер, невысокую стоимость и достаточную ёмкость.

Во время финальной доработки проекта произошло замыкание контактов источника питания, в ходе чего сгорели изначальный аккумулятор и микрофон, подлежавшие немедленной замене. После починки устройство было собрано в итоговом варианте и начато его тестирование.

Тестирование устройства проводилось на одноклассниках авторов. Результаты оказались удовлетворительными.

Результаты работы/выводы

В данном проекте были изучены виды устройств для людей с ограниченными возможностями по слуху. Цели и задачи, поставленные в проекте, выполнены, прибор изготовлен и проходит опытную эксплуатацию.

Перспективы использования результатов работы

Работа над проектом продолжается. По уже полученным замечаниям и рекомендациям в новой версии прибора планируется переработать его дизайн, скорректировать размер, расширить функциональность.