Голосовое управление звуком и светом. Дистанционное управление светом

Рассмотрим несколько экспериментальных схем, реализующих голосовое управление нагрузкой. В основе частотных фильтров - микросхема LMC567CN. Выбор именно этой микросхемы обусловлен её экономичностью, так как предполагается, что микросхема может использоваться в устройствах с бестрансформаторным питанием, например, с гасящим балластным конденсатором. Если ограничений по экономичности питания нет, то можно применить биполярный функциональный аналог - микросхему типа LM567 (отечественный клон - КР1001ХА01). На рисунке показана схема, декодирующая частоту гласного звука «{Й”Э}» в командном слове «СВЕТ»:

В этой и следующих схемах микрофонный усилитель реализован на операционном усилителе DA1 типа КР140УД1208. Особенностью микросхемы является возможность установки тока потребления резистором (на схеме - R5), подключаемого к выводу 8DA1, что позволяет использовать схему в экономичном режиме. Коэффициент усиления задает резистор R4, включенный между выводами 2DA1 и 6DA1. Этим резистором устанавливают чувствительность схемы к голосовым командам. Резисторы R2 и R3 формируют виртуальную среднюю точку питания DA1, устанавливая на неинвертирующем входе 3DA1 примерно половину напряжения питания. С выхода 6DA1 усиленный сигнал через разделительный С3 и ограничивающий ток R6 поступает на ограничитель уровня переменного напряжения - два встречно параллельных германиевых диода VD1 и VD2. Диоды ограничивают сигнал на уровне ~300…400mV от пика до пика. Через R7 и разделительный С6 ограниченный сигнал поступает на вход 3DA2. Резисторы R9, R10 и конденсатор С7 задают частоту опорного генератора (центральную частоту ГУН). Резистором R10 добиваются появления низкого уровня на выводе 8DA2 при произношении команды «СВЕТ». На стоке транзистора VT1 (общая точка соединения резисторов R11, R12 и диода VD3) сигнал инвертируется - появляется лог.1. Триггер DD1.1 работает в режиме одновибратора, постоянная времени которого задана элементами R13 и С9. С указанными элементами время равно приблизительно одной минуте.

Как правило, звуковые помехи носят случайный и кратковременный характер. Интегрирующая цепь R12-С8 необходима для подавления этих помех. При декодировании команды «СВЕТ» или звука помехи, на выходе 8DA2 появляется низкий уровень и VT1 закрывается. Через R11 и R12 начинает заряжаться С8. Время заряда С8 больше длительности помехи, поэтому, гласную букву «Е» в слове «СВЕТ» следует произносить немного дольше обычного - свЕ-Е-Ет. Когда помеха прекращается, то С8, заряженный до некоторого уровня напряжения, быстро разряжается через VD3 и открытый канал сток-исток транзистора VT1. Это самый простой способ отсечь звуковые помехи с такой же частотой, что и звук гласной буквы «Е». Команда звучит дольше помехи, поэтому С8 зарядится до порога переключения триггера DD1.1 по входу «S». Триггер переключится в «единичное» состояние - на основном выходе лог.1, а на инверсном - лог.0. Через открытый VD4 конденсатор С8 быстро разрядится, а С9 начнет заряжаться через R13. В зависимости от логики работы исполнительного устройства, сигнал управления можно снять с выходов 1DD1.1 или 2DD1.1. Если во время работы исполнительного устройства опять поступит команда, то это ничего не изменит, т.к. С8 зашунтирован низким уровнем напряжения с 2DD1.1 через открытый диод VD4. Приблизительно через минуту напряжение на С9 достигнет порога переключения триггера по входу «R», триггер вернётся в исходное «нулевое» состояние и С9 быстро разрядится через открытый VD5. Нагрузка обесточится. Для проверки устройство собиралось на заводской перфорированной плате. Вместо транзистора КП501А (VT1) был установлен «телефонный» токовый ключ типа КР1014КТ1В:

Ролик, демонстрирующий работу схемы на РИС.1 показан ниже. Счёт имитирует звуковые помехи, при этом видно, что синий светодиод, установленный в стоковой цепи транзистора VT1, гаснет, но лампа не включается - длительность помех мала. Длительность команды «СВЕТ» больше - лампа включается. Команды «ЛАМПА» или «ГОРИ» не включают лампу:

Видео 1

Второй ролик демонстрирует работу устройства, реагирующего на команду «ГОРИ» с автоотключением нагрузки. Схема устройства не менялась - такая же, как на РИС.1, но опорный генератор DA2 подстроечным резистором R10 настроен на частоту звука «И». Кроме того, номинал резистора R4 в цепи обратной связи DA1 увеличен до 5,1 мегаома, что определило чувствительность усилительного тракта - команда подаётся с расстояния пяти метров от микрофона. Здесь также счёт имитирует звуковые помехи. Интересно отметить, что на команду «ВКЛЮЧИСЬ» устройство не реагирует, хотя гласный звук «И» по длительности совпадает с гласным звуком «И» в команде «ГОРИ». Можно предположить, что звук «И» после согласного звука «Ч» в команде «ВКЛЮЧИСЬ» имеет более высокую частоту по сравнению со звуком «И» после согласного звука «Р» в команде «ГОРИ»:

Видео 2

Предположим, при подаче питания триггер DD1.1 установился в состояние, при котором на выводе 2DD1.1 - лог.1, а на выводе 1DD1.1 - лог.0. Диод VD5 закрыт, а VD6 открыт и шунтирует конденсатор С8. Частота опорного генератора DA1 подстроечным резистором R4 настроена на частоту звука «{Й”Э}» в командном слове «СВЕТ». При произношении команды и декодировании, транзистор VT1 закроется, поэтому начнется зарядка С7. При достижении напряжением порога переключения DD1.1 по входу «S», триггер переключится в «единичное» состояние при котором на выводе 2DD1.1 - лог.0, а на выводе 1DD1.1 - лог.1. Лог.1 поступит на затвор VT2 и откроет его. Открытый канал сток/исток VT2 подключит конденсатор С6 параллельно конденсатору С5 - частота опорного генератора понизится. Устройство будет готово принимать команду «СТОП». Так как частота ГУН изменилась, то низкий уровень на выводе 8DA1 сменится на высокий и VT1 откроется. Теперь через открытый диод VD5 зашунтирован С7, а VD6 - закрыт, поэтому, если произносить команду «СТОП» для отключения нагрузки, заряжаться будет С8, что приведет к очередному переключению триггера DD1.1. В этой схеме также, как и в схеме на рисунок 1, элементы R7, С7, VD3 и R8, С8, VD4 предназначены для отсечения звуковых помех, частоты которых совпадают с частотами гласных звуков в командных словах. Диоды VD5 и VD6 обеспечивают правильный алгоритм работы, определяя очередность зарядки конденсаторов С7 и С8. Емкости конденсаторов С5 и С6 могут отличаться от указанных на схеме. Сначала, установив конденсатор С5 и подстраивая R4, добиваются реакции на команду «СВЕТ», затем подбирают емкость С6, подключая его параллельно к конденсатору С5, чтобы была реакция на команду «СТОП». Только после этого С6 включают в стоковую цепь транзистора VT2. На РИС.3 показана схема, реализующая управление лампой накаливания командами «ГОРИ» и «СТОП»:

Фактически схема совпадает со схемой на рисунке 2, но с некоторыми отличиями. В качестве коммутирующих элементов используются аналоговые ключи. В составе микросхемы К561КТ3 (или К1561КТ3) четыре таких ключа. В исходном состоянии ключ DD1.2 открыт, т.к. на выводе 2DD2.1 - лог.1, а ключ DD1.3 закрыт, так как на выводе 1DD2.1 - лог.0 и лампа накаливания EL1 не горит. Открытым каналом X-Y ключа DD1.2 подстроечный резистор R12 зашунтирован, тем самым исключен из цепи опорного генератора, поэтому частота ГУН определяется элементами R10, R14, С7 и настроена (резистором R14) на частоту звука «И» в командном слове «ГОРИ». При декодировании команды триггер DD2.1 переключается, поэтому ключ DD1.2 закрывается, а ключ DD1.3 открывается. Включается светодиод в твёрдотельном реле VS1 и лампа EL1 светится. Так как ключ DD1.2 теперь закрыт, то последовательно с резисторами R10 и R14 включается подстроечный резистор R12, значит, частота ГУН становится ниже. Резистором R12 её настраивают на частоту звука «О» в команде «СТОП». Резисторы R8 и R9 задают гистерезис переключательной характеристики вывода 8DA2, что способствует более чёткой отработке команд. Ключ DD1.1 работает как инвертор. Светодиод HL1 во время декодирования сигналов гаснет. Эта схема также проверялась на макетной плате и показала положительный результат работы:

Демонстрационный ролик показывает работу устройства, собранного по схеме на рисунке 3. Как и в предыдущих роликах, счёт имитирует звуковые помехи, даются другие команды с различными длительностями гласных звуков:

Видео 3

На рисунке 4 показан вариант схемы, которая принимает командное слово с тремя гласными буквами. В качестве примера выбрана команда «СИСТЕМА». Такая команда может использоваться как запускающая некий электронный блок или служить звуковым «ключом» к активации схемы с другими голосовыми командами. Может использоваться любое другое командное слово, например, «САНУЗЕЛ» для управления светом в ванной или туалетной комнатах квартиры:

Отсев звуковых помех происходит иначе, чем в предыдущих схемах - за счет последовательного переключения триггеров, причём следующий триггер фиксирует состояние предыдущего. Если на входе появляется звуковая помеха, то, чтобы повлиять на состояние нагрузки, частота помехи должна измениться два раза и совпасть с частотами гласных звуков в командном слове в нужной последовательности, а это, как представляется, совсем маловероятно. В этой схеме исходная частота ГУН переключается два раза, таким образом, тональный декодер DA2 работает с тремя опорными частотами. В исходном состоянии открыт ключ DD1.2 и частота определяется элементами С7, R11 и R12. Подстроечным резистором R12 она настроена на звук «И». После того, как будет произнесён и декодирован звук «И» в слоге «СИ», ключ DD1.2 закроется и откроется ключ DD1.3. Теперь частоту ГУН задают элементы С7, R11 и R15, которым настраивают реакцию устройства на звук «{Й”Э}» в слоге «СТЕ». После декодирования звука «{Й”Э}» ключ DD1.3 закроется, но откроется ключ DD1.4, значит, частоту опорного генератора будут определять элементы С7, R11 и R18, которым настраивают частоту ГУН на звук «А» в слоге «МА». После произношения и декодирования звука «А» ключ DD1.4 закрывается и декодер DA2 перестает работать - его опорный генератор выключен, т.к. закрыты все ключи. Схема вернётся в исходное состояние по сигналу RESET, который получит от исполнительного устройства после выполнения следующих команд или завершения рабочего цикла объекта управления.

Если на входе появится помеха, соответствующая звуку «И», то триггер DD2.1 переключится - ключ DD1.2 закроется, а ключ DD1.3 откроется. Теперь частота помехи должна совпасть с частотой звука «{Й”Э}». Чудеса в нашей жизни случаются, но очень редко. Поэтому, через время Т=0,7*С8*R13 триггер DD2.1 вернётся в исходное состояние, так как работает в режиме одновибратора.

Если была команда и за звуком «И» последовал звук «{Й”Э}» (были произнесены слоги СИ-СТЕ), то через открытый диод VD5 переключенное состояние триггера DD2.1 зафиксируется - конденсатор С8 не сможет зарядиться до порога переключения триггера по входу «R». То же самое произойдет с триггером DD2.2, если вслед за звуком «{Й”Э}» декодируется звук «А» (будут произнесены все три слога СИ-СТЕ-МА) - его переключенное состояние зафиксируется открытым диодом VD7. Каждый основной выход предыдущего триггера соединён с входом данных (D) следующего, поэтому декодирование всего командного слова будет возможным только в случае, если гласные звуки следуют друг за другом в строгой (правильной) последовательности. Светодиоды, подключенные к схеме через усилители тока VT1 - VT3, индицируют декодирование гласных звуков. При декодировании последнего звука светодиод «А» остаётся включенным, пока на схему не поступит сигнал RESET от исполнительного устройства. При получении сигнала RESET светодиоды будут переключаться в обратной последовательности (от «А» до «И»), индицируя возвращение устройства (триггерных ячеек) в исходное состояние. На базе этой схемы практически опробована схема с командным словом «ВКЛЮЧИСЬ» и автоотключением нагрузки, показанная далее:

Схема декодирует гласные звуки {Й”У} и «И». Связь с вывода 4DD2.1 на вывод 12DD2.2 через VD5, обозначенная красным цветом, для демонстрации очерёдности срабатывания триггерных ячеек. Если это соединение убрать, то одновибратор DD2.1 через время Т=0,8 сек будет возвращаться в исходное состояние независимо от того, декодирована гласная «И» или нет. На тактовые входы «С» триггеров с выхода 8DA2 сигнал после декодирования подаётся не через инвертор, поэтому звук {Й”У} по времени не ограничен. Только после его окончания триггер DD2.1 переключится - на тактовый вход поступит высокий уровень напряжения. Длительность звука «И» ограничена временем Т=0,8сек. Цепочка R13-C9 задерживает появление высокого уровня напряжения на входе 9DD2.2 относительно появления его на входе 11DD2.2.

Ниже ролик показывает работу схемы на РИС.5. Из ролика видно, что после декодирования звука {Й”У} включается синий светодиод, индицирующий переключение первой триггерной ячейки, а лампа накаливания включается только после декодирования звука «И», т.е. после переключения второй триггерной ячейки, которая задаёт время работы нагрузки с помощью элементов R15 и C10. Возвращение в исходное состояние происходит в обратной последовательности: лампа выключается - одновибратор DD2.2 переключился в исходное состояние, и только потом гаснет светодиод - одновибратор DD2.1 переключился в исходное состояние. Подача других команд не приводит к включению лампы накаливания:

Видео 4

В устройствах на двух последних рисунках команды подаются обычным образом без растягивания гласных звуков в слогах. А в завершении темы для примера приведу ещё одну экспериментальную схемку. Эта схема как «единое» устройство не проверялась, но её отдельные узлы ранее были собраны и показали положительный результат в работе. Схема позволяет голосом включать, выключать и регулировать яркость лампы накаливания, то есть это устройство представляет собой голосовой диммер. Схема показана на рисунке 6:

Управляющая часть состоит из двух голосовых каналов, о работе которых рассказано в схемах на РИС.1 и РИС.2. Первый голосовой канал (DA2 и DD1.1) декодирует команду «СВЕТ» и управляет включением или выключением лампы EL1. Второй голосовой канал (DA3 и DD1.2) декодирует две команды - «ПУСК» и «СТОП», управляя диммированием. Симистором VS1 управляет микросхема DA5 типа К145АП2 в типовом включении. Микросхема имеет два входа управления - инверсный 3DA5 и неинверсный 4DA5. Функциональное назначение этих входов одинаково - первый кратковременный сигнал откроет симистор, и лампа включится, второй кратковременный сигнал - закроет симистор и лампа выключится. Если сигнал управления подавать длительное время, то микросхема вырабатывает импульсы, которые плавно отпирают или запирают симистор. Это приводит к изменению яркости лампы. Если выключить, а затем включить лампу, то яркость лампы будет такой же, как до выключения. Логика работы этих входов различна - вход 3DA5 управляется низким логическим уровнем, а вход 4DA5 - высоким. При декодировании команды «СВЕТ» триггер DD1.1 сформирует короткий импульс с низким уровнем напряжения, включающий лампу. При декодировании команды «ПУСК» триггер DD1.2 устанавливается в «единичное» состояние, поэтому на вход 4DA5 поступит высокий уровень напряжения и яркость лампы начнёт плавно изменяться. Если до этого момента яркость уменьшалась, то теперь она будет увеличиваться. Если до этого яркость увеличивалась, то теперь она начнёт уменьшаться. Если не подавать команду «СТОП» длительное время, то яркость лампы будет меняться от минимума до максимума (или от максимума до минимума) и обратно. После подачи команды «СТОП» и её декодировании, триггер DD1.2 вернётся в исходное «нулевое» состояние и регулирование прекратится - яркость лампы зафиксируется на выбранном уровне. Подав ещё раз команду «СВЕТ» можно выключить лампу - на входе 3DA5 триггер DD1.1 опять сформирует короткий импульс с низким логическим уровнем. Устройство получает питание через гасящий конденсатор С22 и однополупериодный диодно-стабилитронный выпрямитель VD9-VD10. Конденсатор С18 сглаживает пульсации. Микрофонный усилитель DA1 и тональные декодеры DA2, DA3 получают питание +5V от линейного стабилизатора DA4. Транзисторы VT1 и VT2 не только исполняют роль инверторов сигналов, а также согласуют логические уровни декодеров и триггеров. В приведенных экспериментальных схемах в качестве нагрузки использована лампа накаливания, но могут применяться различные другие объекты управления. Всё зависит от выдумки и области применения данных схем. Например, можно настроить тональный декодер на частоту гласных звуков «А» и «Ы», а коммутирующий элемент включить в цепь кнопки «TALK» говорящих часов. Тогда по команде «ЧАСЫ» часики подскажут текущее время. А в третьей, заключительной части, ознакомлю вас с ещё одной, практической схемой .

Система создавалась для голосового управления приборами домашней автоматизации X10, которых у меня имеется в количестве, достаточном для полного управления освещением одной комнаты. После того как сгорел контроллер домашней автоматизации и таймер, управление осуществлялось с пульта X10. Захотелось сделать управление приборами с помощью голосовых команд.

Использовалось следующее оборудование:

Компьютер (нетбук ASUS Aspire One) с операционной системой Linux
Достаточно хороший микрофон (желательно направленный)
Микроконтроллер Arduino
Приборы X10
Прибор PSC05 (двусторонний модуль обмена данными между сетью X10 и другими системами)

Коротко системе домашней автоматизации X10

X10 является самой первой системой домашней автоматизации. X10 использует для передачи данных метод частотного уплотнения в обычной электросети квартиры. Плюсы данной технологии:

легка в установке;

никаких дополнительных проводов в квартире;

распространенный стандарт, много исполнительных элементов;

система может управляться дистанционно;

система может программироваться;

относительно низкая стоимость и простота компонентов;

не требует дополнительного электропитания.

В системе X10 есть два основных компонента:

модуль – принимает сигналы от X10 трансивера через электропроводку и управляет устройством, подключенным к нему;

контроллер – посылает сигналы модулям.

Модули бывают разными. Вот стандартный модуль для управления светом.

Модули также могут быть также вмонтированы в электропроводку или встроены в прибор.

Существует три типа контроллеров:

трансивер – подключается к розетке сети переменного тока, принимает сигналы от беспроводного пульта дистанционного управления и отправляет команды модулям.

настольные контроллеры – подключаются к настенной розетке сети переменного тока – посылает команды модулям по сети.

универсальный пульт дистанционного управления – способен посылать как обычные инфракрасные сигналы, так и беспрводные сигналы формата X10.

У каждого модуля есть два настроечных параметра: код группы (A-P) и код устройства (1-16). Существуют следующие правила конфигурации системы X10:

все модули, управляемые одним трансивером или контроллером, должны использовать одинаковый код группы, переключатель кода группы имеет позиции A – P;

трансивер или контроллер должны быть сконфигурированы так, чтобы использовать тот же самый код группы, что и модули, которыми они управляют;

пульт дистанционного управления должен использовать тот же самый код группы, который использует трансивер и модули;

каждый модуль, которым вы хотите управлять отдельно от остальных, должен иметь уникальный код устройства 1 – 16 (эти коды не обязательно должны быть последовательными).

Управлять системой X10 можно дистанционно, например с помощью телефонного контроллера или компьютерного интерфейса. Для объединения системы X10 c другими системами служит контроллеры TW523 или PSC05. Мы будем использовать для управления приборами X10 с помощью Arduino.

Двусторонний интерфейс PSC05

Отдельное направление развития технологий x10 – создание сторонними разработчиками и ОЕМ-производителями собственных устройств (микрокомпьютерных систем) дляуправления модулями x10. Такие устройства подключаются к системам x10 с помощью специальных интерфейсных модулей. Пример такого модуля – . PSC05 вставляется в обычную электророзетку, а внешние устройства подключаются к нему через оптически развязанный интерфейс с разъемом RJ11. Модуль PSC05 преобразует генерируемые управляющим устройством команды в сигналы, передаваемые по электропроводке к модулям x10. Этот модуль может передавать сигналы и в обратном направлении – от устройств x10 к управляющим компьютерам.

Подключение PSC05 к Arduino

Для взаимодействия Arduino и PSC05 будем использовать библиотеку arduino-X10, которая позволяет отправлять команды в сеть x10. На сайте arduino.cc предлагают эту библиотеку. Были проблемы, выдавались ошибки в тестовых примерах, но удалось победить. Подключение к модулю PSC05 по кабелю RJ11.

В библиотеке пока не реализована отправка сообщений из сети X10, один из средних выводов поэтому пока не используется. Паяем и подключаем к Arduino. Получилось так.

Скачиваем библиотеку, копируем в папку libraries, запускаем Arduino IDE. Выбираем пример X10_Multi, исправляем ошибки, немного модифицируем (делаем для приборов с кодами A2 и A4) переключение каждые 5 сек, подключаем, проверяем, все работает - вот видео

Сама по себе система «Умный дом» подразумевает дистанционное управление практически всеми доступными приборами и устройствами.

Причем, исполнение команд не ограничивается функциями «включить/выключить» или «открыть/закрыть».

Для медиа-устройств еще должны работать функции «тише/громче», для освещения – «ярче/темнее».

Все эти команды можно подавать со смартфона, но намного удобнее голосовое управление светом, музыкой, отоплением, входной дверью.

Для чего необходимо управление «Умным домом» голосом

«Умный дом» – это не просто дорогостоящая игрушка. «Умный дом» – это аппаратно-программный комплекс различных приборов и устройств, делающих жилище безопасным, комфортным, удобным для проживания.

Управление всеми этими приборами осуществляется с помощью разномастных ПДУ, которыми производители снабжают практически все свои изделия.

Как результат – в доме появляются несколько пультов, а обитателям его необходимо помнить алгоритмы работы с техникой.

Подача управляющих сигналов «Умному дому» от смартфона имеет свои минусы. Во-первых, гаджет необходимо постоянно носить с собой из комнаты в комнату.

Во-вторых, его аккумулятор может разрядиться, сам смартфон может потеряться, попасть в руки злоумышленников. Поэтому оптимальное решение для «Умного дома» – устройство голосового управления. Это устройство избавит обитателей дома от необходимости держать в каждой комнате по ПДУ, запоминать разные алгоритмы работы.

Такое управление в системе «Умный дом» приводит к ненужности разнокалиберных ПДУ, работающих на разные «точки входа».

Самодельная система голосового управления освещением

Сделать своими руками управление освещением голосом – задача не из простых. Для ее решения мало одного желания.

Необходимо тщательно продумать схему, рассчитать электрические параметры, подобрать комплектующие, определиться, какое программное обеспечение будет использовано, не потребуется ли его модификация, что может подойти из уже существующих разработок, что можно модифицировать. Желательно уметь работать с паяльником, с тонкой электроникой.

Но сделать самому голосовое управление светом по принципу «Вкл./выкл.» – это просто смастерить эффектную игрушку. Ведь если сделать так, что голосом можно управлять только включением или выключением отдельно взятого осветительного прибора или группы приборов, то почему нельзя такую же функцию распространить и на другие устройства?

Чтобы уже получилась законченная, открытая для расширения система, получившая название «Умный дом».

Готовые модули для работы с голосом

Любая подобная система начинается с модуля распознавания голоса. Первые структуры распознавания акустических сигналов реагировали на хлопки: один хлопок – «включить», два хлопка – «выключить».

Современные структуры распознавания голоса представляют собой сложные аппаратно-программные устройства, способные различать сотни командных посылок, поданных голосом, причем, голоса могут быть различного тембра, различной громкости, произносимые слова могут иметь синонимы.

Наиболее доступные для самоделок модули:

Voice Recognition Module V3.1 (FZ0475);
Robotech SRL EasyVR Shield0;
Voice Recognition Module LD3320;

Каждый из этих модулей имеет свои достоинства и недостатки. Elechouse Voice Recognition Module V3.1 ориентирован на работу с комплектом «Arduino».

Robotech SRL EasyVR Shield 5.0 имеет три алгоритма работы – точный, фонетический и тоновый. Voice Recognition Module LD3320 умеет редактировать ключевые слова.

Простейший голосовой выключатель освещения

Вначале следует определиться со схемой и комплектацией голосового выключателя света.

В простейшем случае в состав такого прибора войдут:

модуль распознавания голоса;
усилитель;
контроллер;
микрофон;
управляющее реле (количество зависит от того, сколько осветительных приборов будет подключено к выключателю);
блок питания на пять вольт;
компоненты схем – светодиоды, резисторы, конденсаторы, симисторы, монтажные розетки и др.

Усилитель необходим для того, чтобы прибор мог воспринимать сказанные слова, поданные из любой точки помещения, а не только вблизи микрофона.

Контроллер собран на базе микроконтроллера «Аtmega8», имеющего собственные оперативное и постоянное запоминающие устройства.

Симисторы используются, во-первых, в качестве силовых ключей, а, во-вторых, в качестве диммеров, регулирующих яркость освещения. Протокол обмена информацией – UART.

Как работает голосовой выключатель

Алгоритм работы такого выключателя следующий. После первоначального включения необходимо выдержать паузу в несколько секунд для того, чтобы загрузился сам модуль распознавания голоса, инициировались все устройства прибора. Затем нужно установить защиту от несанкционированного включения.

Ведь сказать, к примеру, «включить свет» может каждый, и прибор отреагирует соответствующим образом. Это же относится и к сигналу, противоположному по значению.

Поэтому нужно задать комбинацию инициализации, для чего следует произнести условное слово, какое-нибудь имя. При произношении этого слова загорится сигнальный светодиод, подтверждающий, что прибор готов к работе.

Далее может последовать любая команда: «Включи люстру», «Включи торшер», «Включи ночник». Эти сигналы должны быть запрограммированы при настройках прибора. Команды распознаются модулем, передаются на контроллер.

Контроллер, в свою очередь, обрабатывает информацию и формирует управляющий сигнал на реле, включая заданное устройство. По команде «Выключи люстру», «Выключи торшер», «Выключи ночник», контроллер дает управляющий сигнал на отключение.

Включение голосового управления светом в систему «Умный дом»

Чтобы система работала, нужно в каждой комнате разместить чувствительные микрофоны. Через модуль распознавания речи команды будут поступать на контроллер.

Предварительно контроллер через компьютер должен быть запрограммирован на определенные команды. Тогда из любого места в доме можно будет голосом управлять любым устройством в любой комнате, а при необходимости и во дворе.

Заключение

Существуют разработки для смартфонов, позволяющие управлять голосом системой «Умный дом».

Для этих разработок выпускается специальная периферия с кодами доступа.

Для самодельной системы, собранной на базе «Arduino» таких ограничений нет.

Можно делать и подключать к «Умному дому» любые устройства, а не только освещение.

Видео: Голосовое управление освещением Lutron, Alexa

В повседневной жизни нередко возникают ситуации, когда даже простое действие - включение света в комнате может быть проблемой. Это часто связано с детьми, инвалидами или лежачими больными, для которых достижение выключателя связано с большими затруднениями или невозможно. В таких случаях акустический прибор становится незаменимым. Он работает по хлопковому принципу.

Применение акустических (хлопковых) выключателей

Такие устройства набирают популярность ввиду удобства применения и практической полезности. Достаточно обратить внимание на замызганные пятна вокруг традиционного выключателя, появляющиеся на стене уже скоро после ремонта. Бесконтактный прибор избавляет от этого неприятного эффекта.

Полезен он и для младшего поколения, если приборы управления освещением установлены на традиционном для России месте, а не внизу, как это принято в Европе. Просто хлопком в ладоши ребёнок легко включит и выключит свет в комнате.

Таким же образом акустический выключатель будет полезен для инвалидов - колясочников и лежачих больных. Кроме того, он может стать для них сигнальной системой, чтобы при необходимости просить о помощи. Небольшая переделка схемы позволит подавать не только световой, но и звуковой сигнал.

Популярное наименование устройства «хлопковый», скорее всего, является случайным, ведь прибор может срабатывать и на другие резкие звуки, включая свист, стук и прочие сигналы.

Можно полагать, что приборы такого класса станут непременными принадлежностями системы управления жилищем под названием «умный дом».

Принцип работы

Выключатели света по хлопку представляют собой одну из разновидностей устройств для дистанционного управления освещением. В этом случае сигналом для изменения статуса освещения является резкий звук в виде хлопка в ладоши. Разумеется, что непременным элементом такой схемы управления является микрофон. При изготовлении устройства самостоятельно вовсе не обязательно бежать в магазин за такой важной деталью. Можно использовать устройства со старых телефонов, магнитофонов, наушников и прочих приборов, связанных с применением чувствительных к звуковым колебаниям элементов.

Алгоритмом работы предусмотрено включение света при хлопке и выключение по следующему такому же сигналу.

Технические характеристики

В качестве примера рассмотрим данные стандартного прибора

питание прибора осуществляется от стандартной сети напряжением 220 вольт;
допустимая суммарная мощность подключаемых приборов составляет 300 ватт;
диапазон регулировки звукового сигнала в пределах 30–150 децибел;
рабочие температуры в пределах от 20 градусов мороза до 40 градусов тепла;
защита корпуса класса IP-30.

В сети нагрузки могут быть использованы различные светильники:

Серийные лампы накаливания или галогенные.
Люминесцентные или энергосберегающие лампы.
Светильники и лампы светодиодные.

Такие характеристики позволяют использовать прибор в рамках требований федерального закона №261, касающийся рационального использования электроэнергии.

Размеры устройства сравнимы с размерами коробка для спичек, что позволяет удобно разместить его в непосредственной близости от светильника. Закрепить к любой поверхности можно используя двухсторонний скотч или установить на самонарезающие винты.

Компоненты устройства

Можно предложить несколько схем устройства прибора.

Комплектация по варианту 1

Это самая несложная схема. Она отличается применением микрофона при кратном усилении звукового сигнала. Для неё потребуется несколько транзисторов KT 315 и один мощный KT 818. С микрофона сигнал передаётся на KT 315, многократно усиливается и проходит в KT 818, контролирующий реле замыкания и размыкания контактов нагрузки, будь то лампочка или любой другой потребитель. Чувствительность устройства позволяет его срабатывание на включение/выключение на расстояние 4–5 метров, что вполне применимо для использования в бытового применения.

Оптимальным является выбор электретного микрофона, один из выводов которого соединяется с корпусом. Потребление электроэнергии невелико, напряжение составляет 4–16 вольт.

Устройство по варианту 2

Схема прибора в этом случае посложнее, но она и надёжнее предыдущей. Для её реализации понадобятся:

резистор;
конденсатор;
стабилитрон;
управляемые тиристоры.

Транзисторный триггер нужно подключить на делитель напряжения и резистор. Триггер получает питание через диод и резистор. Конденсатор и стабилитрон предназначены для выравнивания напряжения.

Устойчивая работа триггера возможна при включении одного из двух управляемых тиристоров. Реагируя на звук от микрофона, делитель напряжения переводит их в другое состояние.

Нагрузка на выключатель не превышает 100 ватт. При необходимости увеличения этой характеристики нужно применить диоды более высокой мощности. Транзисторы устанавливаются с использованием радиаторов.

Подключение и монтаж

Устройство монтируется на одноклавишном или двухклавишном выключателе таким образом, чтобы он получал питание от сети напряжением 220 вольт. Это можно сделать следующим образом:

Типовая схема подключения лампочки выглядит так: питание на выключатель производится от щитка через распределительную коробку. Нейтральный провод подаётся к источнику света и параллельно подсоединяется к выключателю;
Нужно разорвать цепь питания к клавишному выключателю и в разрыв установить акустический прибор. Контроллер устанавливается в корпус светильника;
Чаще выключатель снабжён двумя парами проводов белого и чёрного цвета. Электропитание подаётся по белым, нагрузки подключаются чёрными. Соединение лучше произвести клеммами или просто обмоткой. Пайка в таких схемах не применяется.

Принцип действия и порядок работы автоматического плавного выключателя освещения

Устройство разработано с целью повышения срока службы осветительных приборов. Подача максимального напряжения в залповом режиме часто является причиной их перегорания. Как и в случае с хлопковым выключателем, сигналом для включения лампочки является звуковой сигнал.

Он подаётся к микрофону, конвертирующему акустический сигнал в электрический импульс. Сигнал усиливается в операционном усилителе и поступает на конденсатор для его зарядки. Когда заряд достигает больших значений, чем на ёмкости, происходит срабатывание компаратора и на выходе вместо нулевого значения появляется сигнал. В результате происходит запуск транзисторного генератора, направляющего импульсы, и происходит открытие симметричного триодного тиристора, подающего напряжение на лампочку.

Через какое-то время величина напряжения на конденсаторе снижается, что приводит к снижению частоты импульсов на симметричном триодном тиристоре в результате роста фазовой задержки. При этом светильник медленно гаснет. Подбором номиналов можно добиться времени гашения источника света до трёх минут.

Заслуживают внимания и специальные приборы, предназначаемые для общественных мест периодического использования. Это такие места, как подъезды, лифтовые площадки, подвалы и другие подобные места.

В светлое время суток оптический датчик отключает прибор от срабатывания. С наступлением темноты, включается работа прибора в дежурном режиме. При возникновении звукового воздействия срабатывает акустический датчик, включая свет в помещении. Встроенное реле времени отключает свет через 40–50 секунд горения. Если в течение этого периода звуковой сигнал повторяется, отсчёт времени начинается сначала от времени его получения.

Такая система управления освещением экономит до 50% электричества, затрачиваемого на освещение общественных проходных помещений.

Порядок испытаний хлопковых выключателей

После установки и подключения прибора его нужно проверить в реальных условиях эксплуатации. Проверка заключается в имитации бытовых шумов и реакции на них установленной системы. Обычными для дома шумами можно считать следующие:

шум бытового пылесоса;
работа электродрели;
стук тарелок;
звук от работы с молотком;
телефонные звонки и пр.

Поочерёдно создавая такие шумовые эффекты проверяем, на какие из них может срабатывать устройство. Нежелательные реакции прибора можно попробовать устранить регулировкой чувствительности микрофона. Эта возможность реализуется во всех моделях устройств.

Изготовление такого выключателя подробно показано на видео

Для изготовления своими руками акустического выключателя, несомненно, нужны твёрдые знания в области радиоэлектроники и электротехники, а вот установка стандартного устройства вполне по силам исполнителю с минимальными навыками электромонтажа. Успехов вам!

Сегодня на рынке достаточно много разнообразных решений по удаленному управлению тем или иным осветительным прибором. Например, можно управлять светильником при помощи смартфона и специального приложения, можно осуществлять управление с пульта и т.п. У каждого есть свои минусы и плюсы.

Российская компания ARMiSoft подошла к данному вопросу более фундаментально и надо сказать разносторонне. На протяжении последних полутора лет специалисты компании работают над созданием голосового выключателя света Voicer, обладающего изящным дизайном и функциями голосового управления.

Voicer позволяет регулировать яркость свечения подключенных ламп через механические воздействия (кольцо диммера и кнопку), сигналы инфракрасного пульта или голосовые команды (последнее, наиболее интересное решение). Voicer является первым в мире устройством, которое сочетает оригинальный дизайн и интеллектуальное управление раздельными голосовыми командами. Его будет приятно иметь в каждом доме, как логичную замену традиционным выключателям света.

А в свете постепенного развития направления «умный дом», данное решение будет востребовано, тем более, что аналогов нет. Чувствительность приема голосовых команд оказалась на высоком уровне, что хорошо видно в видеоролике.

Основные характеристики:

Эргономичный дизайн
Встроенная двухцветная подсветка
Компактность наружной части. Высота корпуса, измеряемая от плоскости стены, составляет всего 5.5мм.
Удобное механическое управление через кнопку и кольцо диммера
Голосовое управление через обучаемые под конкретного человека команды на выбранном языке. В будущем возможна дикторонезависимость на уже приобретенном выключателе!
ИК управление
Работа устройства по расписанию
Подключение устройства осуществляется в разрыв цепи 100 — 220В (50-60Гц) питания лампы через двухпроводное соединение
В качестве нагрузки может выступить светодиодная dimmable lamp или обыкновенная лампа накаливания.
Не требует технологического оборудования для перепрошивки устройства: Как и любое устройство, использующее сложные алгоритмы обработки, устройство может быть легко перепрошито новой версией программы. Voicer перепрошивается через звук, проигрыванием на любом мультимедийном устройстве (например на телефоне) звукового файла в формате WAV (этот файл представляет собою перепрошивку для устройства), предлагаемого к скачиванию с сайта компании! Время прошивки звуковым файлом не будет превышать одной минуты. Эта техническая инновация в настоящий момент патентуется компанией.

В настоящий момент компания ARMiSoft ищет финансирование по венчурному типу. Она открыта к обсуждению данного вопроса с потенциальными инвесторами. Попытка размещения на краудфандинговом сайте indiegogo.com не оправдала себя.

По мнению авторов проекта, это объясняется небольшим количеством активной аудитории сайта – было зарегистрировано всего 106 просмотров проекта по истечению недели с момента публикации проекта. Это явно не согласуется с заявленной ежемесячной аудиторией сайта indiegogo в 15млн. человек. Представители компании ARMiSoft не теряют оптимизма, высказывая уверенность в будущем голосового выключателя Voicer.

В случае своевременного финансирования проекта, его выход на рынок возможен уже к марту следующего 2016 года. Авторы почти гарантируют, что к моменту серийного выхода изделия, оно будет использовать дикторонезависимое распознавание и значительное расширение словаря команд.

Ниже, представлены видео для тех, кто более детально хочет увидеть, как устроен выключатель Voicer, его возможности и способы управления.