SE504327C2 - System för hörsel- och synhandikappade anordnat för att uppfatta signaler från omgivningen och för att avge larmsignaler - Google Patents

Description

504 327 Avsikten med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett system, som inte krä- ver någon fast installation utan är portabelt så att det på ett enkelt sätt går att flytta mellan olika lokaler och även kan medföras på resor. Uppfinningen kännetecknas i huvudsak av att den i systemet ingående ljudigenkännande enheten är portabel och att den i beroende av akustiska signaler från t ex dörrklocka, telefon, brandvar- nare e d avger digitala radiosignaler, samt att handledsmottagaren är utformad som en arrnbandsklocka med mekaniska visare och har en urtavla med flytande kristall-presentation (LCD-display) indelad i ett tillräckligt antal segment för att ska- pa symboler för telefon, dörrklocka, brandvarnare, osv, vilka symboler skapas i be- roende av mottagna ovan nämnda digitala radiosignaler. Systemet är dessutom anpassat till kommande Europastandard för larmtelefoner och allmänt larm via rundradio.

Handledsmottagaren är utformad som en armbandsklocka med urtavla och meka- niska visare, som visar aktuell tid, och har en inbyggd radiomottagare för mottag- ning av digitala radiosignaler, och i beroende av dessa avge en karakteristisk vibrotaktil signal till bäraren samt visa en tillhörande symbol på urtavlan. Symbo- len ger en klar information om vilken typ av händelse som bäraren görs uppmärk- sam pà och den vibrotaktila signalen har en karaktär som bäraren snabbt lär sig känna igen. Handledsmottagaren innehåller också en sändare, anpassad för att aktivera en PET-telefon (Personal Emergency Telephone). Sändaren startas ge- nom att en knapp på handledsmottagaren hålls intryckt under en viss tid. Sända- ren avger en digital radiosignal, som identifierar den nödställde och hans hjälpbe- hov, och informationen vidarebefordras till en larmcentral av PET-telefonen.

'Fll handledsmottagaren, som bärs under dagtid, hör en laddningstillsats som strömmatas från nätet via nätadapter och har inbyggt laddningsbart batteri för ca 24 timmars drift. Handledsmottagaren placeras i laddningstillsatsen företrädesvis under natten och är dà galvaniskt förbunden med denna. Mottagarens inbyggda batteri får laddning samtidigt som mottagaren kan ta emot signaler på normalt sätt. De vibrotaktila signalerna, som karakteriserar olika händelser, överförs av laddningstillsatsen till en ansluten yttre vibrator som placeras under den sovandes huvudkudde. Tillsatsen har även en inbyggd mikrofon med en inställbar tröskel- krets. Den inbyggda mikrofonen uppfattar sådana akustiska signaler som hand- ledsmottagaren ej tar emot och startar den anslutna yttre vibratom. Den handikappade personen kan dà även under sömnen uppmärksammas på sådana händelser i omgivningen, som har inverkan på den allmänna säkerheten och trygg- heten, tex brandlarm, telefonväckning etc. På laddningstillsatsen finns två tryck- 504 327 strömställare, en för avstängning av den yttre vibratorn och en för att vid behov ställa aktuell tid på handledsmottagarens urtavla. Korrekt anslutning av handleds- mottagaren indikeras med en lysdíod och laddningsström till det interna batteriet i densamma indikeras på samma sätt med en andra lysdiod. En tredje lysdiod indi- kerar ansluten nätadapter och en fjärde (röd) lysdiod låg laddningsstatus på tillsat- sens interna batteri. Vid sådan indikation ges larrn på den anslutna yttre vibratom.

De digitala radiosignalerna som tas emot av handledsmottagaren sänds ut från en central ljudigenkännande enhet i fortsättningen kallad TSD-enhet (TSD= Transett Sound Detector). Denna innehåller som väsentliga delar en mikrofon med förstär- kare och en signalbehandlingsdel för realtidsbehandling av den av mikrofonen uppfattade akustiska signalen samt en radiosändare för utsändning av digitala ra- diosignaler. Enhetens radiosändare moduleras med digitala signaler som repre- senterar den akustiska signal som enheten känt igen exempelvis dörrklocka, telefon, brandlarm m m. Med hjälp av manöverknappar kan enheten försättas i in- lärningsmod och egenskaperna hos ett specifikt ljud lagras. I driftmod kommer en- heten att känna igen de ljud som lärts in och motsvarande digitala radiosignal sändas till handledsmottagaren. TSD-enheten placeras på sådan plats i den lokal, där den handikappade vistas, att den kan uppfånga de akustiska signaler, som den skall känna igen.

Varje handledsmottagare har en individuell adress (A-adressen) som TSD-enhe- ten kan ställas in på. Dessutom finns en gemensam adress (B-adressen) i alla handledsmottagare för mottagning av allmänna larmmeddelanden via rundradion.

Aktuell A-adress ställs in med hexadecimala omkopplare i TSD-enheten och B-ad- ressen för RDS-larmfinns fast inlagrad i densamma. Då larmsignal sänds från handledsmottagaren till PET-telefonen används en adress (C-adressen) anpas- sad till nämnda telefon.

Barnvaktsutrustningen som ingår i systemet innehåller en mikrofon med förstärka- re som kan påverka en radiosändare. Om mikrofonen uppfattar ett ljud över en viss nivå och med en viss varaktighet startar sändaren och sänder en digital radio- signal till handledsmottagaren. Signalen har en adress (A-adress), specifik för den aktuella handledsmottagaren. Adressen kan ställas in med hjälp av hexadecimala omkopplare i barnvaktsutrustningen. Bamvaktsutrustningen är batteridriven, alter- nativt nätdriven inbyggd i nätadapter.

Uppfinningen kommer att närmare beskrivas i anslutning till figurerna 1, 2, 3, 4, 5 och 6. Figur 1 visar en översiktsbild av systemet. Handledsmottagaren 1 liknar en 504 327 armbandsklocka med en rund urtavla 2 av normal storlek. TSD-enheten 3 är nä- tansluten och försedd med en inbyggd mikrofon 4 som uppfångar akustiska signa- ler i omgivningen. Enheten har en yttre antenn 5 för den inbyggda radiosändaren.

De akustiska signalkälloma såsom telefonen 6 och dörrklockan 7 är ofta placera- de nära varandra, medan brandvarnaren 8 kan vara en bit ifrån. RDS-mottagaren 9, som kan ta emot allmänt larrn via rundradio och avge akustisk signal, är oftast batteridriven och har därigenom stor frihet i placeringen. TSD-enheten 3 placeras i ett vägguttag närmare telefonen 6 och dörrklockan 7 än brandvarnaren 8 som i regel har hög ljudnivå. l laddningstillsatsen 10 placeras handledsmottagaren 1 fö- reträdesvis nattetid. Tillsatsen 10 strömmatas med en nätadapter 11, som place- ras i vägguttag, och vars kabel 12 med standardpropp (12 V likström) ansluts till tillsatsen 10. Tillsatsen 10 har inbyggt laddningsbart batteri för ca 24 timmars drift och detta får laddning då nätadaptern är ansluten. Lysdioden 13 indikerar ladd- nlngsström till och lysdioden 14 indikerar låg laddningsstatus hos batteriet. Vid in- dikering av låg laddningsstatus startar även den yttre vibratorn 20. Ytterligare en lysdiod 15 finns som indikerar korrekt anslutning av handledsmottagaren 1 i ladd- ningstillsatsen 10 och dessutom en lysdiod 16 som indikerar laddnlngsström till handledsmottagarens 1 batteri. Tillsatsen 10 har en inbyggd mikrofon 17, som kan kopplas till och från med strömbrytaren 18. Mikrofonen 17 har en känslighetströs- kel som kan ställas in med vredet 19. Ljud över tröskelnivàn startar den yttre vibra- torn 20, ansluten via sladden 21. På tillsatsen 10 finns en tryckknapp 22 för avstängning av den yttre vibratorn. Dessutom finns en tryckknapp 23 för inställ- ning av aktuell tid på handledsmottagarens 1 urtavla 2. lfigur 1 finns också den mikrofonbaserade barnvaktsutrustningen 24. Denna en- het, som är batteridriven, är försedd med en inbyggd mikrofon 25, som kan upp- fånga barnskrik av viss styrka och varaktighet. Mikrofonsignalen kan, om de förinställda kriterierna är uppfyllda, starta en inbyggd radiosändare, som via en ytt- re antenn 26 sänder en digital radiosignal till handledsmottagaren 1 och varskor bäraren om att bamet skriker.

Telefonen 6 i figur 1 kan utgöras av en befintlig PET-telefon. Till denna kan hand- ledsmottagaren 1 sända en digital radiosignal om knappen 27 trycks av bäraren och hålls intryckt en förutbestämd tid. Den digitala radiosignalen påverkar PET-te- lefonen så att ett förutbestämt larm nummer rings upp. Detta förfarande används då den handikappade råkat i en nödsituation och behöver omedelbar hjälp.

Figur 2 visar ett blockschema för en utförandeform av handledsmottagaren 1.

Denna innehåller en kvartskristallkontrollerad klockkrets 28 med styrkristallen 29 504 327 (ex. grundresonansen 32 MHz), som dels kontrollerar visning av aktuell tid och dels bestämmer klockfrekvensen för den mikroprocessor 30, som styr alla förlopp.

LCD-baserade urtavlan 2 har ett skikt med ett antal segment för visning av erfor- derligt antal symboler och mekaniska visare 31 för visning av aktuell tid. De meka- niska visarna 31 drivs av en stegmotor 32 med drivkretsen 33. Altemativt kan urtavlan 2 vara uppbyggd av två LCD-skikt, ett främre, som visar aktuell tid, ende- ra med segmentvisare eller digitalt, och ett bakre, som visar den symbol som mot- svarar överförd varseblivningssignal från TSD-enheten. Stegmotorn 32 med drivkretsen 33 utgår då. Vidare finns en radiomottagare 34 med adress- och data- avkoda- re 35. För larmsignal ut finns också en radiosändare 36 i handledsmot- tagaren 1, som moduleras med digitala data från adressminnet 37 och PROM-minnet 42. Data överförs till lämplig form i kodnlngskretsen 39 före module- ring av sändaren 36. Sändning av larmsignal startas genom att knappen 27 hålls intryckt en viss bestämd tid. Knappen 27 är förbunden med ett gränssnitt 40 och påverkar via detta mikroprocessorn 30, som ombesörjer utsändning av larrnsignal anpassad till PET-telefonen 6. Antennen 41 är gemensam för radiomottagaren 34 och radiosändaren 36 och kan ligga inlagd i armbandet. Vid mottagning av digital signal i radiomottagaren 34 avkodas den mottagna adressen med hjälp av avko- daren 35 och jämförs med den i mottagaren upplagrade specifika A-adressen eller för RDS-larm gemensamma B-adressen i adressminnet 37, Om adressen god- känns kommer mottagna data att adressera RAM-minnet 38 och PROM-minnet 42 så att vibratorn 43 aktiveras via gränssnittet 40 liksom LCD-urtavlan 2 via drivkret- sen 44. Karaktären på den vibrotaktila signalen från vibratorn 43 och motsvarande symbol på urtavlan 2 bestäms av mottagna data. Vibratorn 43 påverkar direkt handledsmottagarens bottenplatta 45, som överför vibrotaktila stimuli till bäraren.

Presentationen av taktila och visuella stimuli pågår under en förutbestämd tid (ca 20 sekunder). Då handledsmottagaren 1 sitter i laddningstillsatsen 10 är den gal- vaniskt förbunden med denna via, i detta utförandeexempel, uttagen 46, 47, 48 och 49. Uttaget 46 är via gränssnittet 40 anslutet till mikroprocessorn 30 och kan genom denna ombesörja inställning av aktuell tid på klockan. I laddningstillsatsen 10 påverkas uttaget 46 av knappen 23 i densamma och aktuell tid kan ställas in.

Uttag 47 ger karakteristisk vibratorsignal till yttre vibratorn 20 ansluten till ladd- ningstillsatsen 10. Vidare utgör uttagen 48 och 49 anslutning för laddningsström till den inbyggda ackumulatorn 50. Till denna finns övervakningskretsen 51, som är en analog/digitalomvandlare och som avkänns regelbundet av mikroprocessorn 30. Om batterispänningen understiger ett förutbestämt gränsvärde signaleras det- ta med en batterisymbol på urtavlan 2. Alla funktionsblock inom ramen 30 styrs av mikroprocessorn 30 och kan med fördel inkorporeras i en och samma monolitkrets. 504 327 Figur 3 visar några av de symboler som kan skapas med segmentuppdelningen i LCD-skiktet hos urtavlan 2. Då samtliga segment är aktiverade visas urtavlans bakgmnd som gul eller med någon annan väl synlig färg. Då inga segment är akti- verade framstår urtavlan som djupsvart. I figur 3 visas några av de mest funda- mentala symbolerna som kan presenteras med den aktuella segmentuppdelningen. Från vänster visas i tur och ordning dörrklocka 52, telefon 53, låg batterispänning 54, brandlarm 55, allmänt larm via rundradio 56 och bam- vaktsutrustnings- larrn 57. Låg batterispänning kan kombineras med övriga sym bo- ler. l fallet brandlarm 55 kommer batterisymbolen då att framstå som svart mot gul bakgrund. Ett flertal andra kombinationer är också möjliga.

En fysisk utföringsform av TSD-enheten 3 , visas i figur 4. Den är innesluten i en mindre rektangulär låda, med stickpropp 58 för nåtuttag på baksidan och en kort antenn 5 på ena sidan. På framsidan har den en mikrofonöppning 4 och i det visa- de exemplet fyra tryckknappar 59 med tillhörande indikatorer i form av fyra lysdio- der 60. Med hjälp av tryckknappama 59 kan användaren försätta enheten i inlärningsmod. I det visade exemplet kan alltså fyra olika ljud läras in. Korrekt inlär- ning indikeras med grönt lysande lysdiod 60 vid respektive knapp. Ny inlärning kan företas efter att enheten tagits ut från vägguttaget. Efter inlärning placeras en- heten åter i väguttaget och kan då känna igen fyra olika inlärda ljud. lgenkänt ljud indikeras med grönt sken på lysdioden vid den knapp som användes vid inlärning- en. Samtidigt sänds en digital radiosignal via antennen 5 till handledsmottagaren 1 under en bestämd tidsperiod. Den digitala radiosignalen innehåller adressen för handledsmottagaren 1 och data som anger vilken typ av akustisk signal som av- ses.

Den ljudigenkànnande TSD-enheten 3 grundar sig på kontinuerlig frekvensanalys med hjälp av känd FFT-teknik (Fast Fourier Transform). Ett utförandeexempel av förloppet kan prinicpiellt beskrivas med hjälp av funktionsblockschemat i figur 5.

De ingående funktionsblocken utgörs alla av känd teknik. Mikrofonen 4 tar upp lju- det och mikrofonsignalen förstärks, limiteras och frekvensbegränsas uppåt till ca 8000 Hz i blocket 61. Efter detta följer en analog/digitalomvandlare 62 med i detta fall 60 dB:s dynamik och samplingsfrekvensen anpassad till signalbandbredden 8000 Hz. Den digitaliserade signalen matas seriellt in på den digitala signalproces- sorn som innehåller funktionsblocken 63 och 64. l block 63 görs FFT-analysen inom en ram av 256 amplituddata efter att dessa behandlats med en cosinusfunk- tion av Hamming-typ för att undertrycka sidband. F ITT-analysen genererar 128 po- sitiva frekvenskomponenter (reella och imaginära) med en upplösning av 64 Hz.

Detta frekvensspektra komprimeras sedan för att minska behovet av minnes- och 504 327 beräkningskapacitet. Komprimeringen sker genom att upplösningen bibehålls upp till ca 800 Hz, men minskas sedan mot högre frekvenser. Det komprimerade spektrat ger då 32 frekvenskom ponenter, som sedan logaritmeras för att framhäva de svaga komponenterna. Resultatet behandlas så att komponenter med den lägs- ta amplituden tas bort och att resultatet blir positivt. Eftersom FFT-analysen måste göras på en brusig signal görs en integration över ett antal FFT-spektra. Väljs som exempel 16 ramar av vardera 256 amplitudvärden ger detta en integrationstid av 256 ms, vilket kan vara lämpligt med hänsyn till de akustiska signalernas varaktig- het.

De 32 frekvenskomponenterna matas in på ett Neuralt Nätverk (NN) 64 av Back- propagation-typ. Neurala nätverket 64 har förmågan att bygga upp egenskapsde- tektorer under inlärningen och lagra dessa för att använda dem vid igenkänning av en signal bland flera, även uppblandade med brus. NN 64 har tre lager om in- gångslagret räknas. lngångslagret kan hantera en vektor med 32 komponenter motsvarande det komprimerade frekvensspektrat och utgången en vektor med 4 komponenter, som representerar binärkoden för den signal, som är inlärd. Alla in- gångarna är anslutna till alla neuronerna i det "gömda" lagret (8 till antalet). I varje anslutning finns vikter som bestämmer kopplingsgraden mellan lagren. fill varje signal hör två neuroner i "gömda" lagret och två vikter till varje neuron i utgångs- lagret. l inlärningsmod (efter att enheten tagits ut ur vägguttaget) startas inlärnings- förloppet då en specifik knapp 59 tryckts och det komprimerade och integrerade signalspektrat har passerat ett amplitudmaximum. Detta maximum är ett summe- rat maximum av alla frekvenskomponentemas amplitud. inlärningen verkställs ge- nom normalisering av spektralkomponentema, varvid anslutningarnas vikter i det neurala nätet bestäms och lagras upp. l igenkänningsmod (då TSD-enheten sitter i vägguttaget) pågår FFT-analysen kon- tinuerligt av inkommande signaler i funktionsblock 63. Signalerna kan vara brussig- naler uppblandade med intressanta signaler. lgenkänningen arbetar lämpligen med samma antal komprimerade och integrerade FFT-spektra som vid inläming, dvs 16 stycken som exempliflerades. Spektrat för lgenkänningen hämtas alltså från ett fönster med 16 ramar av amplitudvärden (256 st), som glider i tiden. lgen- känningsförsök görs efter varje ny ram, dvs var 16:e millisekund. Analysen sker som vid inlärning genom normering av spektralkomponenterna, varvid vikterna i det neurala nätets anslutningar tabelleras och jämförs med de vid inlärningen upp- lagrade. Vid lyckad igenkänning erhålls signifikant överensstämmelse och lysdio- den för den specifika signalen aktiveras liksom minneskretsen 65. l minneskretsen 65 finns den specifika adressen för handledsmottagaren (A-adressen) liksom den

Claims (6)

9 504 327 PATENTKRAV

1. System för hörsel- och synhandikappade anordnat för att uppfatta signaler fràn omgivningen och för att avge larmsignaler till hjälporgan, som exempelvis larmcentral, varvid systemet omfattar en batteridriven handledsmottagare (1) för mottagning av digitala radiosignaler och en ljudigenkännande enhet (3) anordnad att motta akustiska signaler exempelvis från telefon, dörrklocka, brandvarnare och rundradiomottagare med utrustning för larmmottagning (Radio Data System - RDS) och att i beroende av dessa akustiska signaler avge digitala radiosignaler till handledsmottagaren (1 ), vilken omfattar mekaniska visarorgan (31) för visning av aktuell tid, optiskt avläsbara organ med symboler (52, 53, 54, 55, 56, 57) svarande mot respektive akustisk signal, samt av organ anordnade att till bäraren avge vibrotaktila signaler med karakteristik svarande mot nämnda akuska signaler, k ä n n e t e c k n a d a v, att den ljudigenkännande enheten (3) är portabel och att den i beroende av nämnda akustiska signaler avger digitala radiosignaler, samt att handledsmottagaren (1) är utformad som en armbandsklocka med mekaniska visare (31) och har en urtavla (2) med flytande kristall-presentation (LCD-display) indelad i ett tillräckligt antal segment för att skapa symboler för telefon, dörrklocka, brandvamare, osv, vilka symboler (52, 53, 54, 55, 56, 57) skapas i beroende av mottagna ovan nämnda digitala radiosignaler.

2. System enligt patentkravet 1, k ä n n e te c k n a t a v, att handleds- mottagaren (1) omfattar en radiomottagare (34) för digitala radiosignaler, en avko- dare (35), för avkodning av dessa signaler, ett adressminne (37) i vilket är lagrat, dels en adress (B) gemensam för alla handledsmottagare för mottagning av larmmeddelanden via rundradion, dels en adress (A) specifik för respektive hand- ledsmottagare för mottagning av övriga typer av meddelanden, varvid från avkoda- ren (35) erhàllen adress jämföres med i adressminnet lagrade adresser (A och B), varvid vid mottagen godkänd adress mottagna data lagras i en första minnesenhet (38, RAM-) tillhörande den i handledsmottagaren ingående mikroprocessorn (30), som medelst dessa data hämtar nödvändig information från en andra minnesen- het (42, PROM-) för att i beroende av dessa data aktivera nämnda visuella och vibrotaktila organ. 504 327 10

3. System enligt patentkravet 2, k ä n n e te c k n a t a v att handleds- mottagaren (1) omfattar en radiosändare (36) anordnad att aktiveras medelst en på handledsmottagaren anordnad tryckknapp (27), varvid sändaren startas efter en viss tids knapptryckning och moduleras med digitala data, vilka omfattar dels en adress (C) från adressminnet (37) anpassad för telefoner med utrustning för vi- darebefordran av larrn till larrncentral, dels data från den andra minnesenheten (42, PROM-) för identifiering av avsändaren, vilka data före inmatning till radiosän- daren (36) kodas i kodningskretsen (39).

4. System enligt patentkravet 1, k ä n n e te c k n a t a v att systemet om- fattar en anordning (10) för laddning av handledsmottagarens (1) batterier, varvid mottagaren (1 ) företrädesvis under natten är galvaniskt ansluten till denna ladd- ningsanordning, som omfattar ett laddningsbart back-up batteri och en anordning för inställning av aktuell tid på handledsmottagarens (1) urtavla (2).

5. System enligt patentkravet 4, k ä n n e te c k n a t a v att laddnings- anordningen (10) omfattar en yttre vibrator (20), som är anordnad att placeras under den handikappades huvudkudde och att avge vibrotaktil signal av samma karaktär som handledsmottagarens (1) vibratororgan (43) då handledsmottaga- ren är ansluten till laddningsanordningen (10), och en inbyggd mikrofon (17), an- ordnad att uppfånga ljud i rummet överstigande en förutbestämd nivå, varigenom den handikappade varskos om akustiska larm under sömnen.

6. System enligt patentkravet 1, k ä n n e te c k n a t a v att den ljudigen kännande enheten (3) omfattar en mikrofon (4) med en mikrofonförstärkare (61) med givet begränsat frekvensomfång och automatisk nivåreglering, och en till denna ansluten analog/digitalomvandlare (62) som följs av en realtids signalpro- cessor (63), som med hjälp av FFT-teknik (FFT = Fast Fourier Transform) skapar ett komprimerat spektrum för den av mikrofonen (4) uppfångade akustiska signa- len, integrerat över viss tid, vilket spektrum matas in på ett neuralt nätverk (64) (av Backpropagation-typ) på sådant sätt att i inlärningsmod egenskapsdetektorer för den av mikrofonen (4) uppfångade signalen lagras upp och användas för igen- känning av den inlårda signalen i driftmod, att enheten (3) omfattar fyra tryckknap- par (59) med tillhörande lysdiodsindikatorer (60), anordnade att försätta enheten (3) i inlärningsmod, respektive erhålla indikation av korrekt inlärning eller igenkän- ning av fyra olika ljud, att inlämingsmod endast är möjlig att åstadkomma då enhe- tens (3) stickpropp (58) ej är ansluten till nätuttag utan enheten (3) drivs av det i strömförsörjningsdelen (67) inbyggda laddningsbara batteriet och att igenkän- H 504 327 ningsmod aktiveras då enhetens (3) stickpropp (58) är ansluten till nätuttag, att vid lyckad igenkänning av ljud, uppfångat av mikrofonen (4), en minneskrets (65) akti- veras så att en i enheten (3) inbyggd radiosändare (66) startas och via en antenn (5) sänder en digital radiosignal till handleds- mottagaren (1 ), vilken signal inne- håller den specifika A-adressen, inställbar i enheten (3), som gäller för den aktuel- la handledsmottagaren (1 ), eller den allmänna B-adressen för RDS-larm, samt data som anger vilken typ av ljud som känts igen, och att denna sändning pågår under förinställd begränsad tid, vilket medför att handledsmottagaren (1) ger mot- svarande visuella symbol på urtavlan (2) med tillhörande vibrotaktila signal.