CC BY
98
УДК 616.28-089.24
А. С. Толегенова1, Б. Е. Хамзина2, А. Б. Жантлесова3
'к.т.н., ст. преподаватель, 2д.п-ф.н., доцент, 3к.т.н., ст. преподаватель, Казахский агротехнический университет имени С. Сейфуллина, г. Астана
РАЗРАБОТКА СЛУХОВОГО АППАРАТА НА ОСНОВЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА С ИНДИКАТОРОМ УРОВНЯ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА
В данной работе представлен результат разработки и внедрения электронного слухового аппарата на основе микроконтроллера с индикатором уровня выходного сигнала. Авторы впервые в конструкции цифрового слухового аппарата применили светодиоды, предназначенные для визуального определения уровня звука и состояния самого аппарата. Ими выявлено, что наличие светодиодов также позволяет быстро и своевременно определить необходимость ремонта при поломке слухового аппарата.
Ключевые слова: микроконтроллер, слуховой аппарат, ухо, шум, электроника.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема тугоухости и глухоты людей становится все более важной в оториноларингологии. Актуальность ее определяется значительным уровнем распространенности данной патологии и наличием медико-социальных аспектов [1]. Известно, что выраженная потеря слуха у взрослых приводит не только к резкому ограничению общения, снижению профессиональной активности, но и к серьезным изменениям в психоэмоциональной сфере [2]. Например, у детей тугоухость и глухота имеют особое значение, так как ухудшение функции слуха, возникшее до развития речи или в период ее формирования, в большой степени отражается на психосоматическом состоянии ребенка [3]. Принципиально новые возможности в реабилитации данной категории больных открывает метод многоканальной кохлеарной имплантации [4].
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Высокая распространенность болезней уха влечет за собой увеличение количества используемых аппаратов, поэтому возрастает возможность их выхода из строя. Поэтому своевременное выявление неисправности слухового аппарата является актуальной задачей. Данную задачу можно решить на основе установки светодиодов на слуховой аппарат. Визуальный эффект от светодиодов даст возможность моментального определения необходимости ремонта слухового аппарата.
Цифровые слуховые аппараты могут творить чудеса для слабого слуха у людей. С технологическим прогрессом в обществе, слуховые аппараты могут значительно улучшить качество жизни для большинства людей с нарушениями слуха. Электронный слуховой аппарат разработан, чтобы сделать звук более
громким и поэтому его легче слышать. Кроме того, конструкция схемы не позволяет звуку слишком громко и помогает уменьшить влияние фонового шума.
На сегодняшний день, для слуховых аппаратов существуют два основных типа технологий, как аналоговые и цифровые. Преобразовывают звуковые сигналы в электрические, которые в дальнейшем усиливаются и изменяются в соответствии с возможностями аппарата. Более современные цифровые слуховые аппараты звуковой сигнал преобразуется в цифровой код, который затем обрабатывается с помощью компьютерной программы с учетом всех акустических особенностей слуха пациента [5]. Самые ранние аналоговые слуховые аппараты просто усиливали как речь, так и шум. Они пагубно влияют на слух, могут вызвать внезапную потерю слуха. Кроме того, использование таких слуховых аппаратов может вызвать появление дерматитов, привести к нарушениям функции вестибулярного аппарата, обострению гипертонической болезни, появлению хронических головных болей и инсульта.
Сегодня, современные слуховые аппараты можно программировать во время процесса подгонки с учетом всех акустических особенностей слуха слабослышащего. В итоге достигается высочайшее качество звучания и разборчивости, подавление шумов, слабые звуки делаются различимыми, а сильные комфортными. Аппарат можно настроить автоматически в зависимости от ситуации - разговор, телевизор, улица, концертный зал и т.п. Например, некоторые модели имеют несколько профилей прослушивания, их можно выбрать с помощью кнопки на слуховом аппарате [6]. Производители слуховых аппаратов движутся к третьему или к четвертому поколению цифровых продуктов. Цифровая технология, с течением времени, стала более стабильной. С каждым новым поколением техники, в слуховых аппаратах используется все меньше компонентов. Это означает, что звук, который испытывает человек в первый день приема слухового аппарата, остается неизменным до тех пор, пока программа не будет изменена [7]. В последние годы наблюдается тенденция к установке слуховых аппаратов ВТЕ (за ухом), в том числе приемных инструментов (ШС). В данной работе рассмотрим разработанный нами цифровой слуховой аппарат с индикатором уровня выходного сигнала ^М3915) с использованием микроконтроллера А1те1 89с52, аналоговых и цифровых преобразователей.
Проектирование системы. Система слухового аппарата спроектирована таким образом, что устройство на входе подаеться аналогового сигнала, который необходимо преобразовать в цифровой сигнал для последующей передачи интерфейса к микроконтроллеру. Для решения проблемы преобразования сигналов (рисунок 1), в данной разработке был использован АЦП (аналого-цифровой преобразователь).
1Ш1
_>(HJWbl ^^
#cC
J 1
Снчтр сгишжм
Рисунок 1 - Блок-схема слухового аппарата
После процесса преобразования микроконтроллер выдает цифровой выход, который требует преобразования в его аналоговое состояние. Следовательно, выходной сигнал может быть подключен к микрофону для определения характера сигнала [8].
Этот аналоговый выход затем подается в LM3915 - светодиодный индикатор уровня звука, чтобы обработать и дать требуемый графический результат силы сигнала. Помимо аналоговых и цифровых преобразований особое внимание также уделяется отдельным компонентам используемых устройств, а так же дизайну, таких как высококосметичные заушные и внутриушные цифровые слуховые аппараты.
Некоторые из использованных материалов, перечислены ниже:
- Индикатор уровня звука (LM 3915);
- Аналого-цифровой преобразователь (ADC0804);
- Цифро-аналоговый преобразователь (DAC0808);
- Микроконтроллер (89c52);
- Конденсаторы;
- Светодиоды (LED);
- Наушники.
Рисунок 2 - Функциональная схема слухового аппарата
Рисунок 3 - Схема конструкции микроконтроллера
Принцип действия слухового аппарата. Электретный микрофон, используемый в нашей модели аппарата, расположен таким образом, чтобы подбирать звуковые сигналы, который подходит слуховому аппарату. Источник питания должен быть 9В. Входящий звук осциллирует базу транзистора, который, в свою очередь, усиливает сигнал на коллекторе. Выход сопряжен с АЦП, который преобразует сигнал в цифровой выход. Это необходимо, потому что микроконтроллер не может определить нужный вид аналогового сигналов и поэтому некорректно его обрабатывает.
После преобразования сигнала, микроконтроллер обрабатывает его и далее подает его в ЦАП преобразования сигналов.
Таким образом, исходный сигнал реплицируется на другом конце, хотя и в его усиленной форме. Выход подается на индикатор уровня звука LM 3915, чтобы указать уровень звукового сигнала на наушнике. Однако этот уровень можно регулировать или не регулировать (по желанию), используя потенциометр. Один конец наушника подключен к разъему на системе, а другой конец - к уху.
Преобразователь был соединен с аналого-цифровым преобразователем для преобразования аналогового значения температуры окружающей среды в цифровой выход. АЦП, в свою очередь, был сопряжен с микроконтроллером для обработки и передачи его цифрового выхода на ЦАП для преобразования в аналоговый сигнал. Со всеми этими взаимосвязями подсистемы дифференцирования теперь можно сказать, что они работают как единая система, так как они могут взаимодействовать друг с другом для получения определенного результата.
Для использования слухового аппарата на основе микроконтроллера необходимо включить питание и красный светодиод, затем подключить наушники и слушать. Уровень звука отображается пятью светодиодами, расположенными на корпусе слухового аппарата. Самый громкий уровень обозначен желтым светодиодом, самый низкий - синим цветом. Дизайн может быть на любой вкус, а их цветовое решение подойдет пациенту с любым вкусом.
ВЫВОДЫ
Сегодня, информационный век, и одним из основных способов получения информации является слух. Цифровой слуховой аппарат на основе микроконтроллера может пройти долгий путь и повлиять на жизнедеятельность людей. Эффективность разработанной модели слухового аппарата с использованием доступных компонентов достигнута на основе использования принципов работы отдельных электронных устройств.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Тычков, А. Ю., Чураков, П. П. Разработка виртуальных измерительных генераторов для функциональной диагностики // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2015. - № 2 (12).
2 Пилипенко, А. В. Коррекционная педагогика с основами специальной психологии // Владивосток : Мор. гос. ун-т., 2008.
3 Лебединский, В. В. и др. Нарушения психического развития у детей. - М. :
- 1985. - Т. 6.
4 Щербакова, Е. В., Пудов, В. И. Значение результатов предоперационного электрофизиологического. тестирования для прогнозирования эффективности кохлеарной имплантации // Рос. оторинолар. - 2009. - №. 2. - С. 18-22.
5 Слуховые аппараты для пожилых и слабослышащих. [Электронный ресурс].
- http://www.renescenter.ru/sluhapparati.htm (Дата доступа 22.03.2017).
6 Rickets, T. A. (2011) Dig ital Hea ring Aids: «Current state ofthe art» [Electronic resource]. - http://www.asha.org/public/hearing/treatment/digital_aid.htm (access date 04. 09. 2012).
7 Advanced Hearing Aid Technologyю. [Electronic resource]. - http://www.elder-careresourcespittsburgh.com/advanced-hearing-aid-technology (access date 22.03.2017). 8 Alexandria, V. Hearing Industries Association.(HIA) special survey results on BTEs, directional and telecoil use. - HIA journal. - 11. 2006. -P. 15-25
Материал поступил в редакцию 11.06.17.
А. С. Толегенова, Б. Е. Хамзина, А. Б. Жантлесова
Шыгыс сигнал децгей индикаторынын микроконтроллер непзшдеп есту К^ралды к^растыру
С. Сейфуллин атындаFы казак агро-техникалык университет^ Астана к.
Материал 11.06.17 баспаFа тYстi.
A. S. Tolegenova, B. E. Hamzina, A. B. Zhantlessova
Development of the hearing aid on the basis of the microcontroller with the level meter of the output signal
S. Seifullin Kazakh Agro Technical University, Astana.
Material received on 11.06.17.
Бершген мацалада жасалган жутыстыц цорытындысы жэне электронды есту цуралдыц шыгыс сигнал децгей индикаторынъщ микроконтроллер неггзгнде e^i3ydi усынылзан. Авторлар бiрiншiрет цифрлыц есту ц^рал щрылытына дыбыс децгейдi визуалды аныцтауга арнажан жэне ц^ралдыц жагдайын светодиодтарды цолдану арцыглы аныцтауды кврсеттi. Олартен светодиодтардыц орнатытганы сонытен цатар тез жэне уацытында есту цуралыныц ктен шыгу кезтде жвндеу цажеттшг кврсетiлетiнi аныцталады.
In this research the result of development and deployment of the electronic hearing aid on the basis of the microcontroller with the level meter of an output signal is provided. The authors, for the first time in construction of the digital hearing aid, applied the LEDs intended for visual determination of the sound level and a status of the device. It is revealed that LEDs also allow to define quickly and timely need of repair in case of breakage of the hearing aid.
