Мікросистеми, Електроніка та Акустика

Двостороння система попередження учасників дорожнього руху на базі мікроконтролера ESP32

2026-05-19T10:34:59+03:00

У цій роботі розглядається завдання підвищення безпеки дорожнього руху шляхом розробки двонаправленої системи попередження учасників дорожнього руху. Запропонована система забезпечує взаємну інформаційну взаємодію між водієм транспортного засобу та пішоходом або твариною, що знаходиться поблизу дорожнього полотна. Система генерує попереджувальні сигнали для обох сторін на основі просторового положення виявленого об'єкта та рівня потенційної небезпеки.

Розроблена система базується на мультисенсорному підході з використанням датчиків різних фізичних принципів та двофакторного алгоритму виявлення, що зменшує кількість помилкових спрацьовувань. Робоча зона поділена на зони попередження та критичні зони з відповідними режимами візуального та акустичного сповіщення.

Для перевірки ефективності запропонованої моделі було проведено імітаційне моделювання в середовищі MATLAB, що дозволило оцінити залежність ймовірності правильного виявлення від надійності датчиків. Отримані результати демонструють покращення надійності системи при використанні мультисенсорного підходу та підтверджують доцільність застосування розробленого рішення в інтелектуальній дорожній інфраструктурі.

Акустична локалізація повітряних об’єктів та практична оцінка її точності

2026-05-04T23:33:00+03:00

Через активне використання повітряних об’єктів виникає потреба в пасивних засобах їх виявлення. У роботі проведено експериментальне дослідження автоматизованого акустичного програмно-апаратного комплексу на основі мікрофонного масиву з п’яти каналів. Проведено натурні випробування в умовах відкритої місцевості за наявності фонового шуму та вітру. Показано, що система забезпечує стійке визначення кутових координат на відстанях до 60 м, тоді як на 80 м спостерігається зниження стабільності. Досягнута точність визначення кутових координат становить 2–5°. Встановлено, що на малих дистанціях похибка GPS може формувати значну кутову невизначеність, яка перевищує похибку акустичної системи, що обмежує його використання як еталону. Отримані результати підтверджують доцільність застосування акустичних методів та визначають напрями подальшого розвитку систем акустичної локалізації.

Програмні засоби супроводження курсу вищої математики у технічному університеті

2026-04-26T16:56:06+03:00

У цій статті досліджується методологічний підхід до модернізації навчальної програми з вищої математики для студентів-інженерів, з особливим акцентом на потреби спеціальності «G5 Електроніка, електронні комунікації, приладобудування та радіотехніка». Дослідження розглядає зростаючу проблему парадигми «чорної скриньки», де студенти покладаються на автоматизовані онлайн-калькулятори та інструменти штучного інтелекту, не розуміючи основної математичної логіки чи алгоритмічних структур. Щоб протидіяти цій тенденції, автори пропонують інтеграцію GNU Octave, обчислювального середовища з відкритим кодом, як основного інструменту для подолання розриву між абстрактною теорією та професійною інженерною практикою.

У статті демонструється практична реалізація GNU Octave у трьох критичних математичних областях: інтегральне числення, з акцентом на символічних та числових методах для застосувань обробки сигналів; багатовимірні функції, зосереджені на методах 3D-візуалізації (з використанням meshgrid та surf) для моделювання просторових фізичних полів та розподілів потенціалу; диференціальні рівняння, з використанням числових розв'язувачів, таких як ode45, для моделювання перехідних процесів в електронних схемах.

Результати свідчать про те, що перехід від спрощених автоматизованих інструментів до обчислювального моделювання на основі сценаріїв сприяє свідомому оволодінню математичними поняттями. Такий підхід гарантує, що майбутні інженери розвинуть необхідні аналітичні та програмні компетенції, необхідні для оптимізації складних систем та професійного моделювання в галузі сучасної електроніки.

Розподілена архітектура системи Wi-Fi-керування активним ортезом верхніх кінцівок

2026-05-07T19:50:19+03:00

Це дослідження представляє розробку, багатопотокову програмну реалізацію та емпіричну оцінку активного ортеза верхніх кінцівок з електроміографічним (ЕМГ) керуванням, що використовує розподілену вбудовану архітектуру керування типу «ведучий-ведений» (master-slave). Система спроектована спеціально для вирішення клінічних проблем, пов'язаних із тяжкими парезами верхніх кінцівок — наприклад, внаслідок травм плечового сплетення. Вона обходить традиційні методи локального керування м'язами, зчитуючи сигнали довільної поверхневої ЕМГ з груднинно-ключично-соскоподібного (ГКС) м’яза шиї, використовуючи його як стабільний проксі-сигнал інтенції руху. Для забезпечення детермінованого виконання у жорсткому реальному часі та високої точності обробки сигналів, система фізично та логічно розділена на три робочі рівні. Спеціалізований аналоговий інтерфейс (AD8232) та мікроконтролер STM32F407 відповідають за локальну підготовку та оцифрування біосигналів. Одноплатний комп'ютер Jetson Nano функціонує як керуючий вузол, виконуючи суворо регламентований скінченний автомат (FSM) для цифрової фільтрації, виділення ознак та класифікації рухів. Нарешті, мікроконтролер ESP32 у поєднанні з високострумовим H-мостом BTS7960 керує роботою щіткового двигуна постійного струму в реальному часі. Зв'язок між цими різними апаратними рівнями здійснюється бездротовим способом за протоколом TCP/IP через мережу Wi-Fi, що усуває громіздкі фізичні з'єднання та створює основу для інтеграції в розширену екосистему Інтернету речей (IoT). Програмне забезпечення базується на багатопотоковому середовищі із захистом м'ютексами, що дозволяє досягти середньої затримки «від вибірки до результату» (sample-to-result) на рівні 6,02 мілісекунди. Зворотний зв'язок щодо кута суглоба в реальному часі безперервно забезпечується абсолютним магнітним енкодером AS5048A через інтерфейс SPI, що гарантує кінематичну безпеку та суворе дотримання визначених анатомічних меж. Експериментальні результати підтверджують здатність системи до безпечної та високочутливої роботи, демонструючи, що складні алгоритми класифікації та бездротові розподілені топології можуть успішно відповідати суворим вимогам щодо затримки в носимій реабілітаційній робототехніці. Водночас майбутні ітерації можуть потребувати інтеграції безщіткових приводів для мінімізації статичного тертя та обмежень роботи на низьких швидкостях.

Моделювання впливу температури на електричну активність серцевих клітин: ідентифікація ключових іонних струмів за допомогою аналізу чутливості

2026-05-25T10:26:02+03:00

У роботі представлено розробку модифікованої електрофізіологічної моделі епікардіального кардіоміоцита людини з урахуванням температурного впливу на кінетику та провідність іонних каналів за допомогою параметрично-специфічних коефіцієнтів Q10. На основі модифікованої моделі виконано аналіз температурної чутливості для визначення ключових іонних механізмів, що регулюють температурну адаптацію тривалості потенціалу дії (APD). Моделювання виконано в діапазоні температур 25–45 °C із використанням гібридного підходу, що поєднує локальний і глобальний аналізи чутливості. Локальний аналіз здійснено шляхом розрахунку коефіцієнтів еластичності для оцінювання впливу окремих температурних параметрів на APD. Глобальний аналіз проведено з використанням методу елементарних ефектів Морріса для ранжування параметрів за їхнім впливом та виявлення нелінійних взаємодій.

Результати показали, що швидкий калієвий струм затриманого випрямлення (IKr) відіграє переважну роль у модуляції APD. На нього припадає приблизно 85% загального скорочення APD при підвищенні температури до 42 °C, де тривалість потенціалу дії зменшується на 22,03% (з 270,91 мс до 211,24 мс). За умов глибокої гіпотермії (25 °C) спостерігалося подовження потенціалу дії на 52,47% та збільшення тривалості фази реполяризації на 169%. Крім того, дослідження виявило, що при помірній гіпотермії (30 °C) вирішальним фактором стають нелінійні взаємодії між різними іонними каналами. Було продемонстровано значний внесок натрій-кальцієвого обмінника (NCX) та пізнього натрієвого струму (INaL) при низьких температурах, що підтверджує температурну залежність цих взаємодій. Отримані результати підкреслюють критичну роль людського гену Ether-à-go-go-Related Gene (hERG) у термічній адаптації міокарда шлуночків і створюють розрахункову базу для вивчення механізмів виникнення термоіндукованих аритмій.