Brevet FR2640405A1 — publié le 19900615

Procédé et dispositif d'élaboration d'un signal de commande sensible essentiellement au souffle. Le domaine de l'invention est celui des dispositifs de commande comprenant des moyens d'actionnement autres que des contacts tactiles ou manuels du type des touches, des contacteurs, des boutons-poussoir ou rotatifs, ou autres. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de commande, notamment pour la mise en service d'appareils, qui puisse être utilisé par exemple par des personnes handicapées rencontrant des difficultés, voire une impossibilité à actionner des dispositifs tactiles ou manuels. Le dispositif de commande suivant l'invention trouve également é s'appliquer à l'activation ou la désactivation d'appareils du type utilisant la reconnaissance de la parole. Pour ces applications, l'utilisation d'un mot de commande spécifique n'est en général pas possible, du fait des risques de déclenchements intempestifs par erreur de reconnaissance. De plus, dans certaines conditions particulières, par exemple en cas de bruits d'environnement (tels que des sonneries téléphoniques ou autres), il peut être très difficile de faire prendre en compte un mot spécifique de commande. On connait de nombreux dispositifs de commande non tactile, tels que les dispositifs å coupure de faisceaux, å détection de bruit, etc. On connait également des systèmes de commande & capteurs de souffle tels que décrits dans le document de brevet français n0 87 05391 déposé le 15 avril 1987, et concernant un "dispositif téléphonique11. Ce document décrit une solution exploitant la détection d'un souffle de l'utilisateur au moyen de capteurs a commande mécanique (capteur à lamelles, ou capteur å pendule) ou encore à commande magnétique (contact établi par déplacement d'aimants).Ces capteurs de souffle fonctionnent selon des principes tout å fait opérationnels mais présentent l'inconvénient de tous les systèmes de type mécanique : usure mécanique, spécificité d'application, manque de souplesse de réglage, L'invention a pour objectif de fournir un capteur de souffle palliant ces inconvénients. Plus précisément, l'objectif est de fournir un dispositif de commande å capteur de souffle qui présente une simplicité de mise en oeuvre d'un point de vue technique, sous faible encombrement, et avec une bonne fiabilité de fonctionnement. Un objectif complémentaire est de fournir un tel capteur de souffle comportant un réglage de sensibilité qui permette une adaptation aux possibilités de l'utilisateur. Ces objectifs ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints â laide d'un procédé d'élaboration d'un signal de commande sensible essentiellement au souffle, caractérisé en ce qu'il consiste å convertir un souffle capté en signal électrique au moyen d'un transducteur, et à traiter le signal électrique pour identifier la présence d'un souffle de commande, et déclencher des moyens de commande correspondants. De façon avantageuse, ladite identification du souffle de commande consiste à compter un nombre d'impulsions électriques engendrées par des moyens de numérisation du signal électrique issu du transducteur, et å déclencher les moyens de commande en cas de dépassement d'un seuil de comptage d'impulsions. Préférentiellement, le nombre desdites impulsions comptées est représentatif de la durée du souffle capté. L'invention a également pour objet un capteur de souffle, notamment pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, comportant un transducteur de conversion d'un souffle capté en signal électrique des moyens de numérisation dudit signal électrique de souffle, sou forme d'un train d'impulsions dénombrables des moyens de comptage desdites impulsions ; des moyens de commande associés audits moyens de comptage d'impulsions. Avantageusement, lesdits moyens de comptage sont asservis en remise à zéro et/ou en déclenchement par un circuit monostable déclenché lui-même par les impulsions dudit train numérique et maintenu déclenché entre les impulsions pendant un temps de garde prédétermine. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le capteur comporte des moyens de comparaison de la sortie desdits moyens de comparaison déclenchant lesdits moyens de commande lors du franchissement dudit seuil. Les temps de garde du monostable d'initialisation des moyens de comptage et/ou le seuil de déclenchement des moyens de commande sont préférentiellement ajustables, Selon une autre caractéristique, le capteur comporte des moyens de sélection d'un type de commande appartenant å l'ensemble comprenant l'utilisation direction du signal de sortie des moyens de commande, le déclenchement d'un relais, et le basculement réversible d'un système bistable. Avantageusement, les moyens de commande et/ou les moyens de comptage coopèrent avec des témoins lumineux indicatifs d'activité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention donné à titre illustratif et non limitatif et des dessins annexés dans lesquels la figure 1 est un schéma synoptique illustrant l'enchaînement des différents modules fonctionnels essentiels constitutifs du dispositif de commande à capteur de souffle suivant l'invention la figure 2 représente un schéma électronique détaillé d'un mode de réalisation concret du système de commande à capteur de souffle selon l'invention la figure 3 représente les chronogrammes des principaux signaux du circuit de la figure 2. Comme on peut le voir en figure 1, la chaîne de captage et de commande du dispositif de 1 t invention comprend essentiellement un transducteur 11 transformant le souffle de l'utilisateur 10 en signal électrique 12 un module 13 de numérisation du signal électrique 12, essentiellement en le mettant sous la forme d'un train d'impulsions 14 émises pendant toute la durée de captage du souffle 10 des moyens 15 de comptage des impulsions du train 14 . et des moyens 17 de commande en fonction des résultats 16 de comptage fournis par les moyens de comptage 15. Les moyens de commande 17 reçoivent avantageusement des informations 18 de préprogrammation ou d'ajustement des seuils de déclenchement, en fonction des caractéristiques spécifiques de la chaîne de transduction ll/numérisation 13/comptage 15, et des actions 19 à commander. Un exemple de fonctionnement plus détaillé va maintenant être décrit en relation avec le schéma électronique de la figure 2. Le transducteur utilisé est un microphone 20, par exemple de type électret (cellule EM78C-LEM). L'information de souffle reçue par le microphone 20 possède un spectre de bruit blanc, et, par rapport aux autres informations susceptibles de parvenir sur le microphone, est caractérisée par son intensité très élevée. Après adaptation dans un module d'adaptation RC 21, le signal électrique 22 représentatif du signal de souffle capté est traité dans un amplificateur opérationnel 23. L'amplificateur opérationnel 23 a pour objectif d'extraire du signal 22 des impulsions calibrées, non trop espacées, dont un nombre préréglé va permettre le déclenchement du dispositif å piloter. Dans l'exemple représenté, on utilise un amplificateur opérationnel monté sans contre-réaction. En sortie de l'amplificateur opérationnel 23, le signal 25 correspondant au souffle, se présente sous la forme d'un train d'impulsions 24 calibrées à environ 0,3 ms, et espacées en pratique, sur présence de souffle continu, de 0, 2 à 4 ms. Le train d'impulsions 24,25 traverse ensuite un circuit NON-ET 26 monté en inverseur, avant d'être acheminé d'une part vers un circuit monostable 27, et d'autre part vers des moyens de comptage 28 formés d'un jeu de totalisateurs 29, 30, 31 montés en cascade. Le monostable 27 est déclenché par la première impulsion du signal inversé 32, et autorise par l'intermédiaire d'un signal de commande 33 le comptage des pulsions du train 32 par le module de comptage 28. Le comptage s'effectue tant que le monostable 27 est amorcé. S'il n'y a pas eu réamorçage du monostable 27 avant expiration d'un temps de garde, une remise à zéro du module de comptage 28 est effectuée. Le temps de garde est avantageusement obtenu par déchargement d'un circuit RC, et est réglable au moyen d'un potentiomètre 34. A titre d'exemple, le temps de garde peut aller depuis une valeur de 4 ms jusqu'à des valeurs très supérieures, de façon à permettre une adaptation aux caractéristiques du signal émis par l'utilisateur. En sortie du module de comptage 28, un sélecteur 35 permet de régler par pas le nombre d'impulsions qui est nécessaire au déclenchement d'un signal de commande. En fonction de la position du sélecteur 35, on peut ainsi obtenir des seuils de détection compris entre 257 et 2 049 impulsions, avec les compteurs utilisés. Lorsque le nombre d'impulsions correspondant au seuil choisi de déclenchement est atteint, un circuit monostable est activé sur le front montant. C'est le niveau 37 de ce monostable qui est exploité pour les diverses commandes de pilotage possible. Quatre types de commande possibles ont été représentés sur les lignes de sortie 40, 41. Les différents types de commande sont sélectionnés au moyen d'un jeu d'étriers (42) pontables entre d'une part la sortie S d'un circuit NON-ET 43 alimenté par le niveau 37 du monostable 36, et d'autre part les quatre points de connexion S1, S2, S3, S4. Les situations de commande sont les suivantes . S-S1 fermé, les autres ouverts : utilisation directe du signal S de sortie dont le niveau est haut (5V) pendant le temps correspondant au réglage du monostable 36 ; . S-S2 fermé, les autres ouverts : utilisation du relais 44 qui peut être utilisé en repos et/ou travail. Le temps de maintien est aussi imposé par le temps de réglage du monostable 36 ; .S-S3 et S2-S4 fermés, les autres ouverts : maintien d'un état fixe jusqu'au déclenchement suivant (par le capteur au souffle) par l'utilisation de la bascule 45 en substitution ou en complément du capteur de souffle les points Pî, P2 permettent le raccordement éventuel de tout autre dispositif établissant un contact fugitif (touche mécanique, poire pneumatique, tapis contact...), pour assurer un déclenchement parallèle des commandes. La même fonction est remplie par l'interrupteur de shunt 46. La visualisation du fonctionnement est avantageusement réalisée au moyen d'un dispositif lumineux, par exemple une barette lumineuse bicolore HCMP2965 (formée de quatre diodes rouges et vertes). Ces chaînes de témoins lumineux sont représentées sous la référence 38, 39, 51, 52. Deux des diodes 47, 48 indiquent par un papillotement rouge la prise en compte d'impulsions. Deux autres diodes 49, 50, visualisent en vert fixe le déclenchement du capteur, pendant la durée du maintien du monostable 36. Les chronogrammes de la figure 3 représentent l'aspect des principaux signaux du circuit électronique de la figure 2. Le train d'impulsions A correspond au signal numérisé 24, 25 dans lequel les impulsions sont calibrées à environ 0,4 ms, avec des intervalles entre impulsions (par exemple 3,5 ms) inférieurs aux temps de garde du monostable 27. L'horloge H1 correspondant au second chronogramme de la figure 3 correspond au signal 32 en sortie du circuit NON-ET 26 monté en inverseur. Le troisiere chronogramme tl correspond au signal 33 prélevé en sortie du monostable 27. Le passage du niveau O au niveau 1 sur le front montant 53 correspond à une autorisation de comptage adressée au moyen de comptage 28. Il s'ensuit que le comptage débute à partir de la seconde impulsion captée par le monostable 27. Le signal SO prélevé au niveau du sélecteur 35 en sortie des moyens de comptage 28 se déclenche (54) lors du franchissement du seuil d'impulsions choisi, puis s'annule (55) lors de la désactivation du monostable 27 et donc des moyens de comptage 28. Le niveau de sortie 37 du monostable 36 fournit le cinquième chronogramme t2, qui passe au niveau bas (56) lors du passage du signal SQ au niveau 0. Ce signal t2 est inversé dans le circuit NON-ET 43 pour fournir le signal crenelé S correspondant au sixième chronogramme de la figure 3. C'est ce même signal qui correspond å l'illumination des diodes lumineuses vertes 49, 50 visualisant le déclenchement du capteur. L'activation des diodes 47, 48, de comptage d'impulsions est représenté sur les deux derniers chronogrammes L1 et L2 de la figure 3. Le dispositif réalisé nécessitait une seule alimentation en 5 V, pouvant suivant les applications et les conditions d'utilisation être fournies soit par le matériel à piloter, soit par des accumulateurs rechargeables, ou encore par un bloc secteur du type utilisé dans les calculettes électroniques. L'ensemble de la partie électronique décrite ci-dessus peut être implanté sur un circuit imprimé d'environ 12,6 cm et placée dans un mini-boîtier. Les étriers 42 (S1 à S4) d'adaptation aux diverses configurations d'utilisation, ainsi que le potentiomètre 34 sont aussi localisés sur ce circuit. Le microphone électret 20 vient d'une part se raccorder sur le boîtier, et est d'autre part à installer de façon à être accessible à l'utilisateur. Trois points de sortie, situés sur le boîtier, permettent, suivant la configuration des étriers 42, d'établir la liaison vers le dispositif à commander. Le sélecteur 35 est installé sur le boîtier pour être facilement manoeuvrable. La barette lumineuse 47, 48, 49, 50 est installée sur le boîtier de manière à être bien visible. On trouve sur la face arrière deux fiches (P1, P2) pour le raccordement éventuel d'un capteur "mécanique" supplémentaire, ainsi que le connecteur pour le branchement éventuel d'un bloc d'alimentation externe. Des aménagements particuliers peuvent être envisagés en fonction des situations d'utilisation. REVENDICATIONS 1. Procédé d'élaboration d'un signal de commande sensible essentiellement au souffle, caractérisé en ce qu'il consiste à convertir un souffle capté en signal électrique au moyen d'un transducteur (11, 20), et à traiter le signal électrique pour identifier la présence d'un souffle de commande, et déclencher des moyens de commande correspondants (17, 40, 41). 2. Procédé selon la revendication I caractérisé en ce que ladite identification du souffle de commande consiste à compter un nombre d'impulsions électriques engendrées par des moyens (13, 23) de numérisation du signal électrique issu du transducteur (20), et à déclencher les moyens de commande (40, 41) en cas de dépassement d'un seuil de comptage d'impulsions. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que le nombre desdites impulsions comptées est représentatif de la durée du souffle capté. 4. Capteur de souffle, notamment pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte : un transducteur (20) de conversion d'un souffle capté en signal électrique (22) ; des moyens (13,23) de numérisation dudit signal électrique de souffle, sous forme d'un train (24, 25) d'impulsions dénombrables . des moyens de comptage (28) desdites impulsions . des moyens de commande (36, 40, 41) associés audits moyens de comptage d'impulsions (28). 5. Capteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que le transducteur (20) est constitué par un microphone. 6. Capteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que lesdits moyens de comptage (28) sont asservis en remise à zéro et/ou en déclenchement par un circuit monostable (27) déclenché lui-même par les impulsions dudit train numérique (24, 25, 32) et maintenu déclenché entre les impulsions pendant un temps de garde prédéterminé. 7. Capteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de comparaison de la sortie desdits moyens de comptage avec un seuil de déclenchement prédéterminé, lesdits moyens de comparaison déclenchant lesdits moyens de commande (36, 40, 41) lors du franchissement dudit seuil. 8. Capteur selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que le temps de garde du monostable d'initialisation des moyens de comptage et/ou le seuil de déclenchement des moyens de commande sont ajustables (34, 35). 9. Capteur selon la revendication 7 caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (36) sont des moyens de type "tout ou rien". 10. Capteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 9 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de sélection (42) d'un type de commande appartenant à l'ensemble comprenant l'utilisation directe du signal de sortie des moyens de commande, le déclenchement d'un relais, et le basculement réversible d'un système bistable. 11. Capteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 10 caractérisé en ce que les moyens de comptage et/ou les moyens de commande coopèrent avec des témoins lumineux (47, 48, 49, 50) indicatifs d'activité.