Устройство для ввода учебной информации

)5 609 В 7 ИЗОБРЕТЕТЕЛЬСТВУ. ПИ У СВ АВТОР о СССР 1985,о СССРО, 1989,ОДА УЧЕБНОЙ я к биотехничевам для бесклаии движениями мируемыми без. тственно столбице тренажера. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВ ИНФОРМАЦИИ(57) Изобретение относитс ским адаптируемым средст вишного ввода информац . пальцев и кисти руки, фор привлечения зрения соотве цу и строке символа в матр Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет снижения начальной емкости сенсоров и исключения соединений . между ними и мультиплексором. Устройство содержит блоки 2 и 3 датчиков активности пальцев, блоки 4 и 5 датчиков активности кисти руки обучаемого; первый 6 и второй 7 дешифраторы, входы 8, 9 которых соединены с информационными выходами блоков 2 и 3 соответственно, первый 10 и второй 11 блоки оптоэлектронных элементов, входы которых подключены к выходам дешифраторов 6. 7 соответственно, шифратор 12, входы которого соединены с выходами группы первого 10 и второго 11 блоков оптоэлектронных элементов, а выходы являются соот- ф ветствующими выходами 13 первой группы устройства, элемент ИЛИ 14, входы которо1732368 го подключены соответственно к выходам первого 10 и второго 11 блоков оптоэлектронных элементов, входы 15 которых соединены с синхровыходами блоков 2 и 3 соответственно, элемент 16 задержки, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 14, а выход является выходом записи устройства, и группу элементов ИЛИ 17, первые и Изобретение относится к средствам квазиречевого ввода информации с помощью координатно-моторных (КМ) движений пальцами и кистью руки без , привлечения зрения и может найти применение в беспанельных пультах управления, в тренажерах для выработки у оператора квазиречевого рефлекса и в других устройствах.для ввода информации без привлечения зрения,Известно биотехническое адаптируемое устройство для бесклавишного ввода информации, содержащее блок датчиков активности пальцев и кисти рук, выходы которых через последовательно соединенные усилитель и интегратор подключены к соответствующим входам преобразователя амплитуд биоактивности, генератор импульсов, узел свертки, элемент ИЛИ., дешифратор обобщенных КМ-символов, когорый составлен из блока выработки экстремума, блока четности матрицы и блока памяти координат,Данное устройство имеет ограниченную надежность.Наиболее близким к изобретению является устройство для ввода информации, содержащее генератор импульсов, первый и второй блои делителей напряжения, первый и второй блоки эмиттерных повторителей, мультиплексор, первый выпрямитель, интегратор, первый и второй компараторы, триггер, первый элемент ИЛИ, блок интеграторов, второй элемент ИЛИ, второй выпрямитель и счетчик,Однако и это устройство имеет надежность, ограниченную повышенными требованиями к длительности тактирующих импульсов,Целью изобретения является повышение надежности устройства.Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для ввода учебной информации, .содержащее первые блоки датчиков активности пальцев и кисти руки обучаемого, введены вторые блоки датчиков вторые входы которых соединены с соответствующими выходами блоков 4 и 5 соответственно, а выходы являются соответствующими выходами 18 второй группы устройства, причем входы блоков 2 - 5 соединены с шиной 19 тактирующих импульсов, а третьи входы блоков 10, 11 - с шинами раздельного питания, 6 ил. активности пальцев и кисти руки обучаемого, первый и второй дешифраторы, входыкоторых соединены с соответствующимиинформационными выходами первого и вто 5 рого блоков датчиков активности пальцевруки обучаемого соответственно, первый ивторой блоки оптоэлектронных элементов,входы груп и ы которых подкл ючен ы к соответствующим выходам первого и второго10 дешифраторов соответственно, шифратор,входы которого соединены с соответствующими выходами группы первого и второгоблоков оптоэлектронных элементов, а выходы - являются соответствующими выходами15 первой группы устройства, элемент ИЛИ,входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго блоков оптоэлектронных элементов, входы которыхсоединены с винхровыходами первого и вто 20 рого блоков датчиков активности пальцевруки обучаемого соответственно, элементзадержки, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, а выходявляется выходомустройства, и группа элементов ИЛИ, пер 25 вые и вторые входы которых соединены ссоответствующими выходами первого и второго блоков датчиков активности кисти рукиобучаемого соответственно, а выходы являются соответствующими выходами второй30 группы устройства.На фиг. 1 изображена обшая структурапредлагаемого устройства; на фиг. 2 - схемаблоков датчиков активности пальцев; нафиг. 3 - схема блоков датчиков активности35 кисти руки обучаемого; на фиг. 4 и 5 - временные диаграммы работы устройства; нафиг. 6 - схемы матриц нижнего и верхнегорегистров,Устройство содержит плату 1, на кото 40 рой размещены первые 2 и вторые 3 блокидатчиков активности пальцев и блоки 4 и 5датчиков активности кисти руки обучаемого,первый 6 и второй 7 дешифраторы, входы 8и 9 которых соединены с соответствующими45 информационными выходами блоков 2 и 3соответственно, первый 10 и второй 11 блоки оптоэлектронных элементов, входы группы которых подключены к соответствующим выходам дешифраторов 6 и 7 соответственно, шифратор 12, входы которого соединены с соответствующими выходами группы блоков 10 и 11, а выходы являются соответствующими выходами 13 первой группы устройства, элемент ИЛИ 14, входы которого подключены к выходам бло 10 ков 10 и 11, входы 15 которых соединены с та И-НЕ 42, выход которого по первому входу 43 ячейки 44 управления запуском соединен с входом разрешения сдвига регистра 45, первый тактовый вход которого по синхровходу 24 соединен с шиной 19 (фиг. 1) ТИ, а входы паралггельной записи 50 55 данных соединены с общим проводом. Вход разрешения параллельной записи и второй тактовый вход соединены через регистр 46 с шиной питания, Ячейка 44 составлена из регистра 45 сдвига и инвертора 47, вход синхровыходами блоков 2 и 3 соответственно, элемент 16 задержки, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 14, а выходявляется выходом записи устройства, игруппу элементов ИЛИ 17 первые и вторые 15входы которых соединены с соответствующими выходами блоков 4 и 5, а выходы являются соответствующими выходами 18второй группы устройства, причем входыблоков 2 - 5 соединены с шиной 19 тактирующих импульсов, а третьи входы блоков 10и 11 соединены с шиной питания,Блок 2 (3) (фиг, 2) имеет группу 20 сенсорных площадок (СП) 21, соединенных синформационными входами мультиплексора 22, адресные входы которых соединеныс выходами счетчика 23, вход которого ивход синхронизации мультиплексора 22 соединен с шиной 24 тактирующих импульсов(ТИ), регистр 25, входы которого соединены 30с выходом счетчика 23, а выходы подключены к информационным выходам 26 блока 2(кода Хна - латеральной активности пальцевруки). Выход мультиплексора 22 соединен свходом одновибратора 27 с повторным запуском, выход которого соединен с входомодновибратора 28 с повторным запуском,выход которого подключен к входу записирегистра 25 и к синхровыходу 29 блока 2.Блок 4 (5) фиг; 3 содержит сенсорные 40ячейки 30 - 32, у первой и третьей из которых сенсорные площадки 33 и 34 расположены на руках контрлатерально(симметрично), сенсорная, площадка 35смонтирована на кольце (не показано), устанавливаемом на одном из пальцев кистируки, К выходам площадок 33 - 35 черезусилители 36 - 38 подключены установочные входы триггеров 39 - 41 и входы элеменкоторого подключен к выходу старшего раз-,ряда регистра 45, а выход инвертора 47 соединен по выходу 48 ячейки 44 с входамитриггеров 39 - 41, соединенных через резисторы 49 с соответствующими входами узла50 оптоэлектронных элементов 51 - 53, причем выходы 54 и 55 блока 4 (5) по координатам У 1 и УЗ активности кисти руки и выход56 по сигналу "Символы-операторы" являются выходами блока.Устройство работает следующим образом.Устройство предназначено для безмашинного преобразования рефлексивныхдвижений пальцами и кистью руки обучаемого в двоичные коды, эквивалентные символам алфавита, цифрам и операторампрограммирования,Принято следующее деление функцийпо отдельным блокам.Блоки 2 и 3 предназначены для преобразования активности пальцев рук обучаемого в двоичный код КМ-символов,выработки разрешения выборки и стробазаписи кода Хт во внешнее устройство. Блоки 4 и.5 предназначены для преобразованияактивности кисти руки в координаты У 1 и УЗи сигнал "Символы-операторы:" (СО). Дешифраторы 6 и 7 предназначены для преобразования кода Хл координатылатеральной активности пальцев руки в уровень напряжения "Лог, 1" на одном из выходов. Блоки 10 и 11, оптоэлектронныеэлементы 51 - 53 предназначены для гальванической развязки блоков 2 - 5 от шифратора 12 и внешних блоков биотехническогоадаптируемого контроллера.Аналогично ячейке 31 блока 4 могутбыть выполнены ячейки для выработки сигналов "Верхний регистр", "Сброс", "Четность матрицы", "Латинский алфавит" и др.Предварительно на пальцы рук и кистирук обучаемогО устанавливаются датчики(СП); выходы которых соединены с входамимультиплексоров 22 блоков 2 и 3, а такжеусилителей 36 - 38 в блоках 4 и 5. Затем устройство подключается к источникам питания и к внешнему генератору тактирующихимпульсов. Затем инструктор поясняет методику формирования КМ-символов в соответствии с матрицей (фиг. 6). Текущаяматрица указывается на дисплее тренажера, формируется последовательно строкавводимых обучаемым КМ-символов. Для выработки устойчивого квазиречевого рефлекса можно использовать известныетренажеры. Сначала осваивают простыеКМ-движения, эквивалентные знакам второго (основного) горизонтального ряда клавиатуры тренажера (фиг, 6) от Ф до Д, Ж,Эти движения формируют только с помощью сгибателей пальцев рук и перемещают палец вниз на 15 - 20 мм от исходного состояния (расслабленного мышц-антагонистов). Постепенно усложняют КМ-движения, добиваясь четкого синтеза слога по "квазиречевому" букварю. По мере формирования рефлекса у обучаемого на знаки второго ряда матрицы А вводят символы нижнего ряда матрицы и активизируют супинатор контролатеральной руки, поворачивая кисть от оси симметрии на угол от 40 до 50 - 60. Далее символы формируют без опоры на макет матрицы и без привлечения зрения, с вербальным "подкреплением".Через определенное время в набор слогов вводят символы, расположенные в верхнем ряду матрицы со знаками от Й до 3, активизируя пронатор и поворачивая кисть руки на указанный угол, но к оси симметрии. Подготовка завершается, если обучаемый может осуществить бесклавишный ввод символов в темпе нормальной речи,Рассмотрим работу блока 2 (фиг, 2 и 4), После включения питания обучаемый не касается площадок 21, С тактирующей шины 19 на вход счетчика 23 и мультиплексора 22 поступают короткие импульсы с периодом следования, равным Т (фиг, 4 а), Счетчик 23 переключается по отрицательным фронтам этих импульсов и сканирует площадки 21, Так как начальная емкость каждой из свободных площадок 21 успевает зарядиться до необходимого порогового уровня за время, определяемое длительностью ТИ, то на выходе мультиплексора 22 непрерывно формируются короткие импульсы с периодом следования, также равным Т (фиг. 4 б). Эти импульсы запускают по входу В (фиг. 2) и удерживают в активном состоянии одно- вибратор 27, работающий в режиме повторного запуска (фиг, 4 в). Одновибратор 28 при этом находится в исходном состоянии (фиг, 4 г), поэтому запись информации в регистр 25 блокируется, состояние выходных шин 26 не меняется, сигнал разрешения. выборки кодов Х и У на выходе 29 отсутствует.Когда обучаемый касается пальцем соответствующей площадки 21 во временном интервале ее выбора (фиг, 4 д) на выходе мультиплексора 22 не формируется импульс повторного запуска (на фиг. 4 б заштрихован), так как емкость этой площадки 21 за счет дополнительной емкости, вносимой ,.обучаемым, не успевает зарядиться до необходимого порогового значения за время, определяемое длительностью тактирующего импульса,В этом случае очередной запускающий импульс поступает на вход одновибратора 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 27 через некоторое время (фиг, 4 в) и он в этот момент времени заканчивает временной интервал. Затем в следующий момент времени он опять запускается и будет находиться в активном состоянии до следующего опроса этой же площадки 21 в течение периода выборки, Процесс повторяется непрерывно, пока обучаемый прикасается к одной и той же площадке 21.В результате этого на выходе одновибратора 27 формируются импульсы. Срез первого импульса одновибратора 27 запускает одновибратор 28, работающий в режиме повторного запуска, На выходе одновибратора 28 формируется импульс (фиг. 4 е), по фронту которого в регистр 25 записывается состояние счетчика 23. На первых выходах 26 блока 2 при этом формируется двоичный код адреса площадки 21 (фиг, 4 з), к которой прикасается обучаемый. Одновременно на шине 29 формируется фронт сигнала (фиг. 4 е) записи, который с второго выхода 29 блока 2 поступает на соответствующий вход 15 оптоэлектронного элемента 10 (фиг. 1) и далее, чем элемент 14 ИЛИ поступает на вход элемента 16 задержки, Период задержки последнего (фиг, 4 ж) учитывает время установки кода символа в памяти внешнего устройства.Блок.4 (5) работает следующим образом.До начала движения кисти руки.отсутствует касание какой-либо из площадок 33 - 35, поэтому на входе и выходе усилителей -уровни "1"(фиг. 5 а) положительнойполярности. На выходе элемента И-.НЕ 42 присутствует уровень "0" (фиг, 5 б), который поступает на вход 43 ячейки 44 управления запуском, Одновременно на другой вход 24 ячейки 44 поступают импульсы тактовой частоты (фиг. 5 в), При этом на выходе ячейки 44 управления и триггеров 39 - 41 присутствует уровень "0" (фиг, Бг, д). На выходах, оптоэлектронных элементов 51 - 55 блока 2присутствует также уровень "О" (фиг. 5 е, ж),Когда обучаемый поворачивает ту или иную кисть руки от оси латеральной симметрии, это завершается касанием площадки 33 ячейки 30 (фиг. 3). Через вносимую обучаемым электроемкость на входе усилителя 36 наводятся сигналы переменного напряжения, Эти сигналы усиливаются и формируются в прямоугольные импульсы усилителем 36 (фиг. 5 а). Затем импульсы инвертируются элементом И-НЕ 42 (фиг, 5 б) и запрещают сдвиг регистра 45, на выходе которого устанавливается "Лог. О", а на выходе 48 ячейки 44 "Лог, 1" (фиг. 5 г),Триггер 39 устанавливается и на его инверсном выходе "Лог. 1" изменяется на . "Лог, 0", которым блокируется установка ос510 15 20 30 35 40 второго блоков датчиков активности пальцев руки обучаемого соответственно, элеходом устройства, и группа элементов ИЛИ,45 первые и вторые входы которых соединены являются соответствующими выходами вто 50 рой группы устройства,тальных триггеров 40 и 41 (фиг, 5 д), а на выходе 54 блока 2 по координате У 1 устанавливается высокий уровень "Лог, 1".Если касание площадки ЗЗ прерывается, то на выходе ячейки 44 снова возникает уровень "0" (фиг. 5 г) и триггер 39 устанавливается в исходное состояние (фиг, Бд),При совместной работе блоков 2 - 5 за .счет квазиречевого рефлекса, формируемого у обучаемого, символы в виде КМ-движений вводятся последовательно с интервалами 15-20 мс. Однако чувствитель- . ность устройства и при одновременном сгибе пальцев рук позволяет четко различать символы. Временная организация КМ-движений такова, что вспомогательные движения кистью руки практически могут выполняться одновременно с движением пальца руки, При этом координата активности кисти руки (У 1, АЗ и СО) с соответствующего выхода 54 - 56 блока 4 поступает через элемент ИЛИ 17 (фиг. 1) на выход 18.К моменту появления импульса записи информации с выхода элемента 16 фиг, 4 ж), обобщенный код Хт активности пальца руки 2 уже присутствует на выходах 13 устройства (фиг,4 и) и на шинах второй группы выходов 18 (фиг, 4 к-м) установлены обобщенные координаты У 1 или УЗ (СО), Следовательно, когда в момент времени экстремума движения пальца руки осуществляется касание площадки 21 (фиг. 4 з), то код Хда с выходов 26 блока 2 поступает на входы.8 (9) соответствующего дешифратора 6 (7), который преобразует код.Хла в потенциальный сигнал высокого уровня на соответствующем выходе. Далее сигнал минует блоки 10 и 11 и поступает на соответствующий вход шифратора 12. При этом питание шифратора 12, элементов 14, 16 и 1.7 и выходов блоков 10 (11) осуществляется от отдельного источника +Еп 2.Шифратор 12 преобразует входной потенциал в соответствующий код Хт.Изобретение повышает надежность устройства, так как удается снизить начальную емкость каждой из сенсорных площадок 21 за счет исключения соединительных проводов между ними и входами мультиплексора 22, Это позволяет. уменьшить длительность тактирующих импульсов при увеличении числа площадок. 21, Следовательно, становится возможным осуществлять КМ-ввод символов информации пальцами и кистью обеих рук без каких-либо временных ограничений при КМ-вводе информации, при сохранении точности формирования отдельных КМ-движений, что достигается совершенствованием навыка.Гальваническая развязка обеспечивает обучаемому необходимую безопасность при бесклавишном вводе информации,Формула изобретенияУстройство для ввода учебной информации, содержащее первые блоки датчиков активности пальцев и кисти руки обучаемого, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства, в него введены вторые блоки датчиков активности пальцев и кисти руки обучаемого, первый и второй дешифраторы, вхдды которых объединены с соответствующими информационными выходами первого и второго блоков датчиков активности пальцев руки обучаемого соответственно, первый и второй блоки оптоэлектронных элементов, входы группы которых подключены к соответствующим выходам первого и второго дешифраторов. соответственно, шифратор, входы которого соединены с соответствующими выходами группы первого и второго блоков оптоэлектронных элементов, а выходы являются соответствующими выходами первой группы устройства, элемент ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго блоков оптоэлектронных элементов, входы которых соединены с синхровыходами первого и мент задержки, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, а выход является выс соответствующими выходами первого и второго блоков датчиков активности кисти руки обучаемого соответственно, а выходы1732368 Яиприцы бирюнего регистра- С,Ю еланям мокрицы в Мвприцы нажнегррееис Составитель А.Карлоехред М. Моргентал Коррект Редактор И.Горн Заказ 1585Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113835. Москва, Ж, Рауаская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101