ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ СВЕТА С ГОЛОСОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Выключатель может применяться в домашней автоматике для управления освещением при произнесении слова «свет», что позволяет на расстоянии до пяти метров включать и выключать сетевую нагрузку. В результате этого повышается удобство в управлении светом в доме. При этом не надо держать в руках пульт дистанционного управления и руки остаются свободными. Распознавание голоса идет по выбранной голосовой команде в виде слова «свет» и не зависит от того, кто произносит данную голосовую команду. Так как на распознавание голосовой команды влияют внешние шумовые условия — гул с улицы, случайные звуки, звук из динамика телевизора, а так же посторонняя речь в доме, для их отсечения в устройстве применены блоки неголосовых команд.

Основное отличие данного устройства голосового управления от аналогичных устройств заключается в том, что здесь не используется цифровой метод анализа звуковых сигналов. Значит, нет необходимости в создании программных средств для цифровой обработки звукового сигнала. Анализ звуковых сигналов устной речи осуществляется в выделении из звукового сигнала шипящих букв «с», «ц», «з», «ш», «ж», «ч» с помощью высокочастотных фильтров. Гласные звуки, которые лежат в диапазоне частот от 350 Гц до 2000 Гц, выделяются из-за разных емкостей конденсаторов со среднечастотным и низкочастотным срезами частоты этих фильтров. Тем самым повышается точность распознавания отдельно взятого слова для выполнения команды управления. Схема распознавания речи разделяет входящий речевой сигнал на отдельные составляющие. Это шипящие звуки, гласные и согласные звуки с целью отсечь лишние слова от слова «свет», а это такие слова, где нет согласного звука «в». К ним относятся такие слова как «семь», «сон», «сад» и т.д. Схема устройства позволяет контролировать звуковые сигналы устной речи, которые в основном совпадают, но все же не относятся к данной голосовой команде «свет», и поэтому не дает произойти включению или выключению выключателя света. К таким командам, можно отнести, например, слова слова «свети», «света», «светотехника».

Устройство собрано на четырех операционных усилителях, которые объединены в одном корпусе ИМС LM324N (DD1), а так же на трех микросхемах ИМС CD4013 (U1.2.3). Схема устройства приведена на рисунке 1. Акустический сигнал, принятый и усиленный микрофоном, подается через резистор R1 на усилитель на транзисторе VT1, где на коллекторе этого транзистора образуется постоянная составляющая звукового сигнала, и с которого звуковой сигнал поступает на высокочастотный фильтр на транзисторе VT2, конденсаторах С1 и С2, резисторах R4 и R5, а также резисторе R6, конденсаторе СЗ, транзисторах VT3, VT4 и резисторах R7, R8, R9.

Полученные высокочастотные звуковые сигналы в виде шипящих звуков с коллектора транзистора VT4 проходят через диоды VD3, VD8 на транзисторы VT6, VT9. Одновременно с этим звуковой сигнал с коллектора транзистора VT1 поступает на второй высокочастотный фильтр на конденсаторе С6, транзисторе VT5, резисторах R22, R23, а так же резисторе R24, конденсаторе С9, операционном усилителе DD1.1 и резисторах R25, R26.

С выхода 1 операционного усилителя DD1.1 отфильтрованный звуковой сигнал буквы «с», проходя через резисторы R27, R29 заряжает конденсатор С7. Напряжение на конденсаторе достигает порога срабатывания микросхемы U1 по входу 3, на который это напряжение передается через резистор R11. В результате на выходе 2 микросхемы U1 появится высокий уровень сигнала, который проходя через резистор R31, светодиод LED1 поступит на вход 1 микросхемы U2. Одновременно с этим высокий уровень сигнала с выхода 2 микросхемы U1 будет заряжать конденсатор С4. Напряжение на конденсаторе С4 достигает порога срабатывания этой микросхемы по входу 6, на который это напряжение передается через резистор R15 и перевод в исходное состояние выводов 1 и 2 микросхемы U1.

Высокий уровень сигнала на выходе 2 микросхемы U1 будет находиться по времени пока произносится слово «свет». Еще один высокочастотный фильтр собран на транзисторах VT10, VT11, VT12, резисторах R53, R54, R55, R56, R57, R58 и конденсаторах С15, С16. Сигнал с коллектора транзистора VT7 проходит через конденсатор С15 и далее по схеме данного высокочастотного фильтра, где на коллекторе транзистора VT12 образуется высокочастотный сигнал буквы «с», который через резисторы R60, R42 вызывает срабатывание микросхемы U2 по входу 3, где на выходе 2 этой микросхемы появляется высокий уровень сигнала, вход 1 будет открыт для прохождения сигнала через светодиод LED1, и он загорится, обозначая сказанную букву «с» в слове «свет».

Таким образом, на выходе 2 микросхемы U1 высокий уровень сигнала может появиться кроме буквы «с», например, при букве «ш», однако на выходе 2 микросхемы U2 такой высокий уровень сигнала не может появиться, так как он образуется только при букве «с», но он может появиться и при букве «ц» и «з». Однако, когда на выходе 2 микросхемы U1 высокий уровень сигнала при произнесении букв «ц» и «з», то этого не произойдет. Так работают эти два высокочастотных фильтра.

Звуковой сигнал с микрофона в результате сказанного слова «свет» приходит на фильтр, который собран на транзисторах VT7.VT8, резисторах R33, R34, R35, R36 и конденсаторах С9, С10, а так же на операционном усилителе DD1.2, резисторах R37, R38, R39 и конденсаторе С11. При прохождении через этот фильтр звукового сигнала транзистором VT6 отсекается высокочастотный сигнал буквы «с», так как он своим коллектором соединен с выводом 5 операционного усилителя DD1.2, а на выходе 7 появится сигнал гласной буквы «е» и двух согласных букв «в» и «т», которые через резистор R40 будут заряжать конденсатор С12, когда напряжение на конденсаторе достигнет порога срабатывания микросхемы U3 по входу 3, на который это напряжение поступает через резистор R74. Тогда на выходе 2 этой микросхемы появится высокий уровень сигнала, который, заряжая конденсатор С22 через резисторы R73, R78 и время, при котором произносится слово «свет», вызовет переключение выводов 1 и 2 микросхемы в исходное состояние, но до момента перехода микросхемы по входу 2 в исходное состояние вход 1 будет открыт.

Напряжение питания пройдет через резистор R65, светодиод LED2 на вход 1. Светодиод кратковременно загорится, обозначая сказанное «свет», а высокий уровень напряжения с вывода 2 микросхемы U3 через резистор R79, пойдет не через диоды VD1, VD2 на выводы 2 и 13 микросхемы U1 и не через диоды VD4, VD6 на выводы микросхемы U2, так как на них присутствует высокий уровень напряжения и они являются закрытыми для прохождения сигнала с высоким уровнем напряжения с вывода 2 микросхемы U3, который и будет проходить через диод VD11, резисторы R87, R81 на вход 11 этой микросхемы. В силу того, что на выводе 13 данной микросхемы находится высокий уровень напряжения, то он, зарядив конденсатор С23 через резистор R83, открывает транзистор VT14, коллектор которого соединен с резисторами R85 и R86. Здесь сигнала с диода VD11 не будет. Микросхема U3 по входу 11 переключится. На выводе 13 сигнала высокого уровня не будет, транзистор VT14 закроется, открывая доступ к входу 8 для перевода микросхемы в исходное состояние при прохождении сигнала высокого уровня напряжения с диода VD11. На выводе же 12 данной микросхемы появится сигнал высокого уровня напряжения, который поступит на реле Rel 1. Замкнутся его контакты, и соединенные с контактами силовые провода подключат силовую нагрузку к сети 220 В.

При последующем произнесении слова «свет» произойдет то же самое описанное выше с той лишь разницей, что сигнал с диода VD11 поступит на вход 8 переведя микросхему в исходное состояние. Сигнала высокого уровня напряжения на выводе 12 не будет. Реле Rel 1 обесточится, силовые контакты разомкнутся и силовая нагрузка (электрическая лампочка) обесточится.

Итак, мы описали работу схемы, когда мы произносим слово «свет». Теперь посмотрим, как будет работать устройство, изготовленное по этой схеме, при произнесении слова, например, «семь». Тогда шипящий звук «с» пройдет через конденсатор С6, транзистор VT5 и микросхему DD1.1, на выходе 1 которой появится сигнал буквы «с» с более высоким уровнем напряжения, чем сигнал буквы «с» в слове «свет». Это обусловлено тем, что здесь после произнесенного шипящего звука «с» сразу следует гласный звук, а в слове «свет» после произнесенного шипящего звука «с» следует согласный звук. В результате, полученный сигнал, проходя через резисторы R28, R30, заряжает конденсатор С8. Напряжение на конденсаторе С8 достигает порога переключения микросхемы U1 по входу 11. В итоге, на выводе 13 напряжения высокого уровня на будет, а на выводе 12 появится высокий уровень напряжения, который через резистор R16 начнет заряжать конденсатор С5, напряжение которого, достигнув уровня порога переключения этой микросхемы по входу 8, через резистор R21 вернет ее в исходное состояние, по времени совпадающее с произнесением слова «семь».

Вывод 13, находясь в открытом состоянии, в момент произнесения слова «семь» через диод VD2 соединен через резистор R79 с выводом 2 микросхемы U3, где появившийся сигнал высокого уровня через резистор R79 пойдет не через диод VD11 и резисторы R86 или R87, а через диод VD2 на открытый вывод 13 микросхемы U1. В результате чего микросхема со стороны входа 11 останется в исходном состоянии. Сигнала высокого уровня напряжения на реле не поступит, то есть выполнения голосовой команды не произойдет.

Голосовая команда не пройдет и при однокоренных словах, как, например, «света», «свети», «светотехника» ну и так далее. Сигнал с коллектора транзистора VT1 через резистор R59 поступает на вывод 10 микросхемы DD1.2, транзистор VT9 отсекает высочастотные звуковые сигналы. Конденсатором С17 и резисторами R61, R62 задается уровень напряжения на выводе 8 микросхемы, который оказывается выше, чем уровень напряжения при сказанном слове «свет». Этот уровень напряжения через резисторы R63, R64 заряжает конденсатор С18. Напряжение на конденсаторе С18 достигает уровня порога переключения микросхемы U2 по входу 11, которое поступает на него через диод VD9, резистор R50. На выводе 13 напряжения высокого уровня не будет. Загорится светодиод LED3 красного цвета, получая питание через резистор R32 и общий провод через открытый вывод 13 микросхемы. Сюда же поступит сигнал через диод VD6 с вывода 2 микросхемы U3. Выполнения голосовой команды не будет. Высокий уровень напряжения с вывода 12 микросхемы U2 с задержкой проходя через резистор R47, конденсатор С14 и резисторы R52, R49 поступит на вход 8 этой микросхемы, переводя ее в исходное состояние.

Другие гласные звуки «а» или «и», а так же случайные звуки с микрофона проходят через резистор R66, конденсатор С19 на транзистор VT13, с коллектора которого эти сигналы через резистор R69 поступают на вывод 12 операционного усилителя DD1.4, конденсатор С20. Резисторы R70, R71 обеспечивают необходимый уровень напряжения на выходе 14 микросхемы, который выше гласного звука в командном слове «свет». Полученный сигнал с выхода 14 микросхемы DD1.4 через резистор заряжает конденсатор С21 по напряжению до уровня срабатывания микросхемы U2 по входу 11, который проходит на этот вход через диод VD10, резистор R50. Все происходит так же как и с произнесенными словами «света», «свети», «светотехника». Голосовая команда выполнятся не будет.

Чертеж печатной платы и расположение деталей на ней показаны на рисунке 2. Выключатель света запитан от источника, обеспечивающего постоянное напряжение 12 В и ток не менее 100 мА. В устройстве использован микрофон «Шорох 8», резисторы типа МЛТ-0,125Вт.

П. ПИНАЕВ