Звуковой информатор

Область техники
Полезная модель относится к электронике, а именно к устройствам звукового воспроизведения сообщений для информирования людей, в том числе с дефектами зрения.
Уровень техники
Для информирования людей, незрячих людей или людей с другими дефектами зрения о различных объектах, их расположении, режиме работы и услугах учреждений или подобном используют звуковые информаторы различного типа.
Наиболее близким техническим решением (прототип) является звуковой информатор (патент РФ на полезную модель 141356, дата публикации 27.05.2014), состоящий из блока управления, источника питания, блока памяти, динамик, блок измерения уровня разряда, кнопочного переключателя, установленных в корпусе. Информирование пользователей об объектах (т.е. воспроизведение информационных, основных, сообщений) и о уровне разряда источника питания (т.е. воспроизведение предупреждающего сообщения) происходит независимо друг от друга. Например, воспроизведение информационных сообщений осуществляют при одинарном нажатии на кнопочный переключатель, а воспроизведение предупреждающего сообщения об уровне разряда – при двойном нажатии (для воспроизведения проводят необходимую обработку и передачу сигналов, соответствующих данным файлов с сообщениями). При этом сообщение об уровне разряда воспроизводят при любом уровне разряда источника питания, что увеличивает потребление устройством энергии в режиме нормальной работы, когда уровень разряда источника питания не достиг критического значения, т.е. когда зарядка источника питания не требуется.
Недостатком известного технического решения является низкая надёжность работы устройства. Это вызвано тем, что для получения информации об уровне разряда источника питания и, соответственно, для поддержания работоспособности звукового информатора, пользователю необходимо особым образом воздействовать на звуковой информатор, а получаемая информация о величине электрического напряжения требует сопоставления с пороговым значением для конкретного источника, тип которого неизвестен, или осмысления. Следовательно, на информирование пользователя о необходимости зарядки устройства большое влияние оказывает человеческий фактор.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надёжности работы устройства.
Указанный технический результат достигается за счёт того, что в звуковом информаторе, содержащем корпус, блок управления, блок хранения информационных сообщений, блок хранения предупреждающего сообщения, блок хранения порогового значения напряжения, блок измерения напряжения, блок сравнения, источник питания, динамик, цифроаналоговый преобразователь и кнопочный переключатель, при этом блок управления, блок хранения информационных сообщений, блок хранения предупреждающего сообщения, блок хранения порогового значения напряжения, блок измерения напряжения, блок сравнения, источник питания, цифроаналоговый преобразователь установлены в корпусе, динамик размещён в корпусе с обеспечением возможности распространения звука вовне корпуса, кнопочный переключатель размещён на корпусе с обеспечением возможности доступа к нему пользователя, электрические соединения выполнены с обеспечением возможности получения блоком управления соответствующего сигнала от кнопочного переключателя, передачи соответствующего сигнала от блока управления блоку хранения информационных сообщений и передачи соответствующего сигнала от блока управления блоку хранения предупреждающего сообщения, передачи соответствующего сигнала от блока хранения информационных сообщений в цифроаналоговый преобразователь, передачи соответствующего сигнала от блока хранения предупреждающего сообщения в цифроаналоговый преобразователь, динамик электрически соединён с обеспечением возможности получения сигнала от цифроаналогового преобразователя, источник питания электрически соединён с обеспечением возможности измерения его напряжения блоком измерения напряжения, блок сравнения электрически соединён с обеспечением возможности получения на один свой вход значения напряжения источника питания от блока измерения напряжения и получения на другой свой вход порогового значения напряжения от блока хранения порогового значения напряжения, а также с обеспечением возможности передачи со своего выхода соответствующего сигнала блоку управления, в частном случае, электрические соединения выполнены с обеспечением возможности передачи соответствующего сигнала от блока управления блоку сравнения.
Раскрытие полезной модели
Звуковой информатор, используемый для сообщения пользователям различной информации, обычно выполняют так, что информирование пользователей происходит при помощи речевых сообщений (высказываний на определённом языке, несущих смысл). В случае, если звуковой информатор предусмотрен только для трансляции речевых сообщений, его можно назвать речевым информатором. Однако помимо речевых сообщений в звуковом информаторе могут использовать также звуковые сигналы.
Звуковой информатор содержит корпус, блок управления, блок памяти (блок хранения информационных сообщений, блок хранения предупреждающего сообщения, блок хранения порогового значения напряжения), блок измерения напряжения, блок сравнения, источник питания, динамик, цифроаналоговый преобразователь (далее по тексту – ЦАП), один или несколько кнопочных переключателей. Также звуковой информатор может содержать приёмник, датчик движения, микрофон, аналого-цифровой преобразователь (далее по тексту – АЦП), один или несколько разъёмов.
Блок управления представляет собой совокупность элементов (или один элемент), которая направляет команды в виде сигналов элементам устройства в зависимости от наступивших условий. В качестве блока управления может быть использован, например, микропроцессор в совокупности с оперативной памятью или контроллер (в соответствии с Большой политехнической энциклопедией контроллер - блок управления работой подключённых внешних устройств, который осуществляет их взаимодействие с центральным процессором и оперативной памятью без изменения проходящей через него информации, https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc3p/162690, дата обращения 24.01.2018).
Блок памяти представляет собой устройство или совокупность устройств для хранения данных. В частности, блок памяти может состоять из блока хранения информационных сообщений, блока хранения предупреждающего сообщения, блок хранения порогового значения напряжения. Указанные блоки в составе блока памяти могут быть выполнены как отдельные устройства или как выделенные разделы в блоке памяти. Блок хранения информационных сообщений содержит данные файла (файлов), соответствующего звуковому сообщению (звуковым сообщениям) с информацией, необходимой для использующих устройство лиц (далее такие сообщения названы информационными). Блок хранения предупреждающего сообщения содержит данные файла, соответствующего звуковому сообщению с информацией о низком заряде источника питания (например, "аккумулятор почти разряжен" или "низкий заряд аккумулятора", далее в тексте сообщения с подобным содержанием названы предупреждающими). Блок хранения порогового значения напряжения содержит данные, соответствующие заданному значению напряжения, ниже которого заряд считается низким и на устройстве воспроизводят предупреждающее сообщение.
Источник питания представляет собой устройство, способное накапливать и снабжения электроэнергией всех элементов устройства, требующих энергии для своей работы. В качестве источника питания может быть использован, например, аккумулятор. Уровень заряда источника питания определяется значением напряжения.
Блок измерения напряжения представляет собой устройство, способное измерять напряжение источника питания. В качестве блока измерения напряжения может быть использован, например, вольтметр.
Блок сравнения представляет собой устройство для сравнения измеренного значения напряжения с пороговым значением напряжения. Блок сравнения может быть выполнен как часть блока управления.
Блок управления, блок измерения напряжения и блок сравнения, а также другие элементы, выполняющие функции управления и направляющие сигналы, обеспечивающие управление или сообщающие выполнение каких-либо условий, могут быть физически объединены в один объект.
Динамик представляет собой устройство для преобразования электрического сигнала в звуковой (в соответствии с Энциклопедическим словарём https://dic.academic.ru/dic.nsf/es/19254/динамик, дата обращения 23.01.2018). Для преобразования цифрового (например, двоичного) кода, при помощи которого в основном происходит передача данных в устройстве, в аналоговый сигнал (электрический), который затем преобразует динамик, в устройстве используют ЦАП.
Также устройство обычно содержит кнопочный переключатель. Кнопочный переключатель представляет собой переключатель, который срабатывает (замыкает или размыкает электрическую цепь) от осевого перемещения привода в виде кнопки за счёт воздействия на него усилия нажатия человека-оператора (в соответствии с ГОСТ 22614-77 "Выключатели и переключатели клавишные и кнопочные. Общие эргономические требования"). Кнопочный переключатель обеспечивает передачу к блоку управления сигнала, обеспечивающего воспроизведение информационного сообщения после необходимой обработки. Вместо кнопочного переключателя или в дополнение к нему устройство может содержать приёмник и (или) датчик движения, обеспечивающие передачу к блоку управления такого же сигнала, обеспечивающего воспроизведение информационного сообщения после необходимой обработки. Приёмник представляет собой устройство, обеспечивающее приём сигнала по беспроводным каналам связи при помощи каких-либо волн. Датчик движения представляющий собой устройство, обнаруживающее перемещение объектов в определённой зоне. Т.е. воспроизведение информационных сообщений может быть инициировано при помощи любого элемента активации, в том числе описанных в этом абзаце.
Устройство может дополнительно содержать микрофон и АЦП, один или несколько разъёмов, а также дополнительные кнопочные переключатели, обеспечивающие передачу других, отличных от указанных, необходимых сигналов (например, для настройки устройства). Микрофон представляет собой устройство, обеспечивающее преобразование звуковых колебаний в электрические, и в совокупности с другими элементами (АЦП, блок управления, блок хранения информационных сообщений и блок хранения предупреждающих сообщений) предназначен для записи информационных или предупреждающих сообщений без использования дополнительного оборудования. АЦП представляет собой устройство для преобразования аналогового сигнала в цифровой код. Разъём представляет собой средство соединения внешних и внутренних электрических цепей и может быть предназначен в устройстве, например, для подключения источника питания к внешней сети для зарядки или для подключения блока памяти к внешнему блоку памяти для получения различных данных.
Все указанные элементы устройства монтируют в корпус. Корпус обычно выполнен в виде сборной пустотелой конструкции произвольной формы (чаще всего коробчатой). Корпус может быть выполнен, например, из металла, пластмассы или других полимерных материалов. Корпус снабжён необходимыми отверстиями для кнопочных переключателей, разъёмов и динамика, а также средствами крепления к другим объектам или поверхностям. На наружной поверхности корпуса, непосредственно на поверхности корпуса, на табличке или наклейке, также может быть нанесена текстовая информация, при этом символы могут как выступать над поверхностью (выполнены шрифтом Брайля, кириллицей или латиницей), так и не выступать над ней. Такая текстовая информация может соответствовать какому-либо кнопочному переключателю (при этом она расположена вблизи указанного кнопочного переключателя) и соответствующему информационному сообщению или носить справочный характер, например, "Для получения информации нажмите на кнопку".
К блоку управления подключены (под термином подключения или соединения здесь и далее по тексту подразумевается электрическое подключение и соединение) кнопочный выключатель, блок хранения информационных сообщений, блок хранения порогового значения напряжения, блок хранения предупреждающего сообщения, блок сравнения, и один или несколько разъёмов в случае их наличия. ЦАП выполнен и соединён с обеспечением возможности получения от блока хранения информационных сообщений и блока хранения предупреждающего сообщения сигналов, соответствующих данным файлов с информационными сообщениями и файла с предупреждающим сообщением. АЦП также выполнен и соединён с обеспечением возможности передачи указанных сигналов блоку хранения информационных сообщений и блоку хранения предупреждающего сообщения сигналов. Например, ЦАП и АЦП могут быть соединены с блоком хранения информационных сообщений и блоком хранения предупреждающего сообщения непосредственно или через блок управления. К ЦАП в свою очередь подключён динамик (непосредственно или через усилитель), а к АЦП – микрофон. Источник питания соединён с блоком измерения напряжения, который в свою очередь соединён с одним из входов блока сравнения. При этом блок сравнения другим входом соединён с обеспечением возможности получения от блока хранения порогового значения напряжения сигнала, соответствующего пороговому значению напряжения, а также может быть выполнен и соединён с обеспечением возможности передачи со своего выхода блоку хранения предупреждающего сообщения управляющего сигнала о необходимости воспроизведения предупреждающего сообщения. Например, блок сравнения соединён с блоком хранения порогового значения напряжения и с блоком хранения предупреждающего сообщения непосредственно или через блок управления. Динамик, микрофон, блок управления, блок хранения информационных сообщений, блок хранения порогового значения напряжения, блок хранения предупреждающего сообщения, блок сравнения, ЦАП, АЦП подключены к источнику питания. При выполнении источника питания в виде аккумулятора он также может быть соединён с разъёмом для его подключения к внешнему источнику питания для зарядки. В случае выполнения источника питания в виде батареи разъём для подключения к внешнему источнику питания обычно отсутствует. Конкретное соединение элементов может отличаться от описанного при условии сохранения функциональности устройства.
Осуществление полезной модели
В случае использования указанных выше элементов и средств, полезная модель реализуется следующим образом.
Предварительно изготавливают корпус, например, целиком или по частям (выполняя при этом необходимые крепления и соединения) отливают под давлением. Все остальные элементы устройства являются известными и не требуют специального изготовления. Далее устройство собирают, соединяя все электрические элементы, например, при помощи проводов и устанавливая их в корпус. Далее по тексту функционирование устройства описывается для случая непосредственного соединения АЦП и ЦАП с блоком хранения информационных сообщений и блоком хранения предупреждающего сообщения, блока сравнения с блоком хранения порогового значения напряжения. Собранное устройство размещают и закрепляют там, где это необходимо (например, в холле медицинского учреждения).
Затем устройство настраивают (этап настройки может выполняться в любой момент до начала использования устройства пользователями, например, в процессе сборки или сразу после сборки, а также непосредственно перед установкой или в процессе). При настройке устройства в блок хранения информационных сообщений записывают данные файлов со звуковыми информационными сообщениями (количество файлов и, соответственно, информационных сообщений может быть различным). Запись может производится путём переноса файлов из внешнего блока памяти (например, с USB-флеш-накопителя) или путём создания файлов с помощью микрофона и АЦП. В последнем случае один из кнопочных переключателей выполняют так, чтобы он при особом воздействии (например, долгое или двойное нажатие) обеспечивал передачу блоку управления сигнала, обеспечивающего начало или конец записи информационного сообщения. Также для обеспечения записи информационных сообщений устройство может быть снабжено специальным кнопочным переключателем, обеспечивающим при обычном нажатии направление соответствующего сигнала блоку управления и расположенным вне доступа пользователей или на удалении от предназначенных для пользователей кнопочных переключателей. При создании файлов в блоке хранения информационных сообщении человек, настраивающий устройство, воздействует на соответствующий кнопочный переключатель, направляя таким образом сигнал блоку управления. Из блока управления направляются управляющие сигналы микрофону, АЦП и блоку хранения информационных сообщений о начале записи информационного сообщения. При этом микрофон принимает звуковые волны, генерируемые человеком, произносящим сообщение, преобразует их в электрический сигнал и направляет к АЦП. АЦП после преобразования электрического сигнала в цифровой передаёт полученный цифровой сигнал в блок хранения информационных сообщений, в котором создаётся соответствующий файл с данными. Для окончания записи информационного сообщения человек, настраивающий устройство, ещё раз воздействует на соответствующий кнопочный переключатель, тем самым направляя сигнал об окончании записи блоку управления, который направляет управляющий сигнал микрофону о прекращении приёма звуковых волн и блоку хранения информационных сообщений о сохранении файла.
В блок хранения порогового значения напряжения записывают данные, соответствующие выбранному пороговому значению напряжения, например, путём загрузки соответствующего файла с пороговым значением напряжения из внешнего блока памяти или самого этого значения. Блок хранения порогового значения напряжения может содержать несколько файлов, каждый из которых содержит своё пороговое значение напряжения, соответствующее определённому уровню заряда источника питания (например, 10%, 20% или 30% заряда). В этом случае при настройке выбирают один файл, пороговое значение напряжения из которого будет использоваться для сравнения.
В блок хранения предупреждающего сообщения записывают данные файла, соответствующего предупреждающему сообщению. Запись производят таким же образом, как и в случае записи информационных сообщений. Содержание предупреждающего сообщения может быть различным, например, "Низкий уровень заряда" или "Уровень заряда менее 20%". В случае предупреждающего сообщения с указанием процентов заряда в блок хранения предупреждающего сообщения могут записывать несколько файлов с различным содержанием и при настройке выбирать тот файл, который необходимо использовать (указываемое в предупреждающем сообщении значение должно соответствовать выбранному пороговому значению напряжения и, соответственно, заряда).
Устройство используют следующим образом. При необходимости получения информации пользователь воздействует на кнопочный переключатель, обеспечивающий направление сигнала блоку управления о воспроизведении информационного сообщения. В случае наличия в устройстве несколько кнопочных переключателей кнопочные переключатели, предназначенные для пользователей и отвечающие за воспроизведение информационных сообщений, сопровождают текстовой информацией и выполняют по форме, размерам и расположению более заметными, чем кнопочные переключатели, используемые для настройки. Направление сигнала о воспроизведении информационного сообщения может производиться без непосредственного воздействия пользователя на устройство, например, при регистрации движения вблизи устройства датчиком движения. После получения сигнала о необходимости воспроизведении информационного сообщения блок управления направляет управляющие сигналы блоку хранения информационных сообщений, а также блоку измерения напряжения, блоку сравнения и блоку хранения порогового значения напряжения. При этом из блока хранения информационных сообщений к ЦАП передают цифровой сигнал, соответствующий данным файла с информационным сообщением. После преобразования указанного цифрового сигнала в электрический ЦАП направляет полученный электрический сигнал динамику, который преобразует электрический сигнал в механические колебания (звуковые волны). При этом из динамика звучит информационное сообщение. В то же время блок измерения напряжения измеряет текущее напряжения источника питания (которое соответствует определённому уровню заряда). В блок сравнения направляют сигнал от блока измерения напряжения, соответствующий измеренному значению напряжения, и сигнал от блока хранения порогового значения напряжения, соответствующий пороговому значению напряжения. В блоке сравнения происходит сравнение двух полученных значений напряжения – измеренного и порогового, а результат сравнения передают в виде сигнала от блока сравнения в блок управления. В случае, если измеренное значение напряжения меньше, чем пороговое, то после окончания воспроизведения информационного сообщения блок управления направляет в блок хранения предупреждающего сообщения сигнал о необходимости воспроизведении предупреждающего сообщения (в ином случае никакие сигналы не направляют). При этом из блока хранения предупреждающего сообщения к ЦАП передают цифровой сигнал, соответствующий данным файла с предупреждающим сообщением. После преобразования указанного цифрового сигнала в электрический ЦАП направляет полученный электрический сигнал динамику, который преобразует электрический сигнал в механические колебания (звуковые волны). При этом из динамика звучит предупреждающее сообщение. Наличие блока сравнения и блока хранения порогового значения напряжения обеспечивает снижение затрат энергии при работе устройства в нормальном режиме, т.е. при уровне заряда выше критического (соответствующего пороговому значению напряжения). Это объясняется тем, что в нормальном режиме предупреждающее сообщение о низком заряде не воспроизводится, т.е. энергия затрачивается только на воспроизведение информационных сообщений. В результате такое выполнение звукового информатора способствует увеличению срока его нормальной работы.
Стоит заметить, что порядок воспроизведения информационного сообщения и предупреждающего сообщения может быть различным. Т.е. помимо описанного воспроизведения предупреждающего сообщения после информационного может также быть реализован алгоритм, когда предупреждающее сообщение воспроизводят до информационного.
Таким образом, наличие в составе звукового информатора блока сравнения и блока хранения порогового значения напряжения обеспечивает повышение надёжности работы устройства, вследствие автоматического информирования обслуживающего персонала о необходимости заряда устройства. В уже существующем звуковом информаторе для получения информации об уровне заряда персоналу (или пользователю) необходимо особым образом воздействовать на звуковой информатор. Кроме того, от персонала требуется оценка полученной информации, достаточно ли текущего уровня заряда для нормальной работы устройства. Поэтому информирование персонала в большой степени зависит от человеческого фактора, т.е. персонал, например, в условиях высокой занятости, может забыть о необходимости обслуживания звукового информатора или неправильно проанализировать полученную информацию. В предлагаемом звуковом информаторе оповещение о низком уровне заряда происходит всегда при воспроизведении информационных сообщений при снижении уровня заряда ниже критического, которое выбирается при настройке устройства компетентным персоналом. С учётом того, что звуковые сообщения слышит не только пользователь, воздействующий на звуковой информатор, а также все окружающие люди в определённой зоне вблизи звукового информатора, то персонал услышит предупреждающее сообщение даже без самостоятельного воздействия на звуковой информатор.