СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРСОНАЛЬНЫМ КОМПЬЮТЕРОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЕСПРОВОДНОГО ТЕЛЕФОНА

Полезная модель относится к области компьютерной техники, а именно к периферийному устройству персонального компьютера (ПК). Найти применение эта полезная модель может в домах и офисах для управления мультимедийными программами, на презентациях, а также в любой сфере деятельности, где необходимо дистанционно управлять ПК, который в свою очередь может управлять другими устройствами или системами.
Существует несколько типов пультов дистанционного управления (ПДУ) специально предназначенных для управления персональным компьютером (ПУ). Эти изделия являются аналогами полезной модели, производятся серийно и с самого начала нацелены на такое применение.
Инфракрасный пульт дистанционного управления (ИК-ПДУ).
http://sensor.dn.ua/products/multipult/about.html
ИК-ПДУ более всего распространены. Внешне такой пульт похож на ПДУ для телевизоров. Он насчитывает несколько десятков кнопок. При нажатии на кнопки пульт через ИК-светодиод излучает последовательность ИК импульсов, которыми закодированы соответствующие кнопки на пульте. Питается ПДУ от типовых элементов питания. ИК приемник соединяется с одним из портов ПК (СОМ, LPT, USB). Специальное программное обеспечение (ПО), установленное на ПК, распознает команды, которые приходят на ИК приемник от пульта и производит соответствующие действия по управлению ПК. Чаще всего такое ПО предназначено для управления мультмедийными программами (плеерами, ТВ-, ФМ-тюнерами), управления курсором «мыши», для изменения выходной громкости звуковой карты и т.п. Существует несколько производителей таких ПДУ. Например, пульт «Сенсор SRC-3M» - разработка украинского производителя, Дзержинского электромеханического завода «Сенсор». (Источник: сайт Дзержинского электромеханического завода «Сенсор» [Электронный ресурс] - Режим доступа:  - сведения с экрана).
Радиочастотный пульт дистанционного управления (РЧ-ПДУ).
РЧ-ПДУ по большинству признаков подобен выше упомянутому ИК-ПДУ, лишь с той разницей, что он передает на приемник не ИК излучение, а
http://uniper.ru
радиоволны. Благодаря этому не нужна прямая видимость между пультом и приемником, радиоволны проходят сквозь физические препятствия, и такой пульт работает на расстоянии 40-100 м. РЧ-ПДУ не нашли большого распространения. Производитель такого РЧ-ПДУ, например, российская фирма «UNIPER», ПДУ «UNIPER POWER». (Источник: сайт фирмы «UNIPER» [Электронный ресурс] - Режим доступа:  - сведения с экрана).
Так как описываемая полезная модель является нетрадиционным использованием обычного бытового беспроводного телефонного аппарата, то надо перечислить некоторые известные нетрадиционные применения устройств для достижения технического результата (дистанционного управления ПК).
Звуковые карты и ТВ-тюнеры с ПДУ. Некоторые производители звуковых карт для ПК выпускают специальные, более дорогие серии своих карт с выносным блоком на переднюю панель системного блока ПК с ИК-приемником, а в комплекте поставляется ИК-ПДУ. Также практически все ТВ-тюнеры для ПК снабжены ИК-ПДУ. Такие ПДУ предназначены исключительно для управления конкретной звуковой картой или ТВ-тюнером и сопутствующих мультимедийных программ для этих изделий. Однако, со временем появилось стороннее ПО, которое перехватывает управление у таких устройств и обеспечивает возможность управления ПК. Таким образом, имея в составе ПК звуковою карту или ТВ-тюнер, оснащенные ПДУ, можно дистанционно управлять ПК, используя вспомогательное ПО. Известные программы для этих целей: SlyControl, Girder, uICE, WinLIRC.
В рассмотренных выше аналогах ПДУ для ПК есть следующие свойства и недостатки, которые мешают достичь ожидаемый технический результат.
Во-первых - это не распространенность ПДУ для ПК. Почти все разработки таких ПДУ предлагаются через Интернет. Эти изделия, в большинстве, кустарные разработки отдельных людей или неизвестных мелких фирм. Из-за этого невозможно адекватно получить представление о качестве устройства, не приобретя его.
Во-вторых, подавляющее большинство ПДУ для ПК традиционно инфракрасные, которым мешают физические преграды на пути сигнала к приемнику. Очень часто ПК расположен не там, где телевизор (на который подается видео сигнал с ПК), не там, где находятся звуковые колонки, не там, где в данный момент находится пользователь ПК. Иногда часть периферийного
оборудования ПК разнесена по разным комнатам, и в таком случае ИК пульт не приемлем.
В-третьих, относительная дороговизна подобного ПДУ. Например, если бы и был допустим вариант с ТВ-тюнером (в комплект которого входит ИК-ПДУ), то для этого пользователю необходимо приобрести ТВ-тюнер, а также купить стороннее ПО для управления ПК, разработанное с учетом именно этой конкретной модели ТВ-тюнера. К тому же управление ПК было бы ограничено рамками одной комнаты. Если же все таки приобрести РЧ-ПДУ, то это возможно удовлетворило бы потребности по дистанционному управлению, но стоит такой РЧ-ПДУ от 60 долларов США и выше, что почти в два раза дороже обычного бытового беспроводного телефона. Сегодняшняя тенденция развития бытовой техники и ее доступность рядовому потребителю дает основания предполагать, что бытовые беспроводные телефоны будут дешеветь, а одиночные и нераспространенные РЧ-ПДУ так и будут оставаться относительно дорогими.
В-четвертых - это сложность изготовления. Если предположить, что пользователь решит самостоятельно изготовить простой приемник ИК-лучей и использовать обычный ИК-ПДУ от телевизора, то сразу же возникает ряд трудностей. Надо владеть знаниями в радиоэлектронике чтобы исполнить действующую схему приемника. Помимо этого, нет гарантии, что существующее ПО (для ИК-ПДУ) будет совместимым с такой собственной разработкой приемника. Поэтому, вероятнее всего, пользователю надо будет еще и разработать собственное ПО именно для его приемника. А это значит, что надо еще владеть и программированием.
Использование обычного бытового беспроводного телефонного аппарата в целях дистанционного управления ПК не найдено. Других известных похожих применений для дистанционного управления ПК также не обнаружено.
В результате поиска прототип технического решения, которое заявляется, найден не был.
В основу полезной модели поставлена задача создать систему дистанционного управления персональным компьютером с использованием беспроводного телефонного аппарата (далее система дистанционного управления ПК), в которой за счет использования обычного бытового беспроводного телефонного аппарата (также именуемого радиотелефоном) в комплекте с ПК достигается дистанционное управление ПК на расстоянии десятков метров. При этом физические препятствия (стены, мебель) между
пользователем системы и ПК управлению не мешают. Ни радиотелефон, ни ПК не требуют внесения аппаратных модификаций. Способ соединения радиотелефона с ПК является нетрадиционным и простым, что позволяет реализовать систему при минимуме настроек и финансовых затрат.
Поставленная задача решается тем, что система дистанционного управления ПК содержит в себе персональный компьютер (ПК), оснащенный звуковой картой и звуковыми колонками, и беспроводный телефонный аппарат, который состоит из базы и трубки, связанных радиосвязью. База связана с микрофонным входом (MB) звуковой карты ПК таким образом, что один контакт выхода базы соединен с контактом GND микрофонного входа звуковой карты, а второй контакт соединен с замкнутыми друг с другом контактами RING и TIP микрофонного входа. При этом ПК выполненный с возможностью распознавания DTMF-цифр в сигнале, поступающем на микрофонный вход, методом сравнения спектра частот поступающего сигнала с набором наперед заданных спектров DTMF-цифр, принадлежащих вышеупомянутому конкретному телефонному аппарату.
Полезная модель иллюстрируется следующими фигурами:
на фиг.1 изображена общая структурная схема системы дистанционного управления ПК;
на фиг.2 изображена принципиальная электрическая схема соединения базы радиотелефона и ПК. На схеме также показаны некоторые внутренние элементы микрофонного входа звуковой карты ПК для лучшего понимания принципа работы;
фиг.3 иллюстрирует спектральную диаграмму неискаженных DTMF сигналов, генерируемые телефонным аппаратом с тональным набором. На данной диаграмме изображены последовательность DTMF сигналов для символов: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, *, 0, #. Чем светлее цвет на диаграмме, тем мощнее частота;
фиг.4 иллюстрирует спектральную диаграмму искаженных DTMF сигналов, генерируемых телефонным аппаратом, соединенным с ПК, и эти сигналы приходят на MB ПК. На диаграмме изображена последовательность для символов: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, *, 0, #. На диаграмме видно, что DTMF сигналы искажены гармониками DTMF-частот, но спектр каждого отдельного DTMF сигнала отличается от другого;
на фиг.5 изображен простой алгоритм распознавания сигналов с базы радиотелефона, снятых с MB;
на фиг.6 изображен алгоритм с обучением спектров сигналов с базы радиотелефона.
фиг.7 иллюстрирует схематическое изображение взаимодействия пользователя и ПК.
Для реализации полезной модели используется бытовой беспроводный телефонный аппарат (также называемый радиотелефоном), который поддерживает тональный набор номера. При использовании радиотелефона в качестве ПДУ для ПК он должен быть отсоединен от телефонной сети, то есть не использоваться в качестве телефонного аппарата.
Метод соединения. Система состоит из персонального компьютера (ПК), оборудованного звуковой картой и звуковыми колонками, и беспроводного телефонного аппарата (радиотелефона). Обычно стандартный радиотелефон состоит из двух основных элементов: базы 3 и трубки 2 (фиг.1). Телефонный выход базы 5 (как правило гнездо с меткой LINE, который состоит из двух контактов) соединяется напрямую с микрофонным входом (MB) звуковой карты ПК 7 (фиг.2). Один контакт выхода базы соединен с контактом GND микрофонного входа звуковой карты. Второй контакт соединен с замкнутыми друг с другом контактами RING и TIP микрофонного входа. Конструктивно такая схема соединения может быть выполнена в виде шнура с двумя стандартными штекерами: RJ-14 и мини-джек.
Метод управления ПК. Пользователь использует трубку радиотелефона как традиционный ИК-ПДУ. Он включает трубку (нажимает кнопку TALK), потом нажимает кнопки набора номера. Притом набор из двенадцати кнопок набора номера (0...9, *, #) пользователь использует как кнопки обычного ИК-ПДУ. За каждой кнопкой закреплена определенная операция или группа операций в ПК. За распознавание нажатий кнопок на трубке и выполнение операций по управлению ПК отвечает специальное ПО, установленное на ПК. Таким образом пользователь выполняет необходимое управление ПК. После окончания управления пользователь должен выключить трубку (опять нажать TALK).
Поступление сигнала в ПК. На фиг.2 изображен MB звуковой карты с его некоторыми внутренними элементами. На контакте RING микрофонного входа всегда присутствует напряжение (+3...+5 В относительно GND), которое в основном используется для питания микрофонов. Это напряжение при поднятой
трубке порождает небольшой (около 10 мА) ток в цепи между выходом базой (LINE) та MB. Когда трубка «поднята» (то есть когда нажатия кнопок набора номера воспринимаются базой), в цепи LINE-MB происходит изменение тока в соответствии тональным сигналам DTMF (Dual-Tone Multi-Frequency) от нажатий кнопок на трубке. При этом срабатывает тот же принцип что и в телефонных сетях - телефонный аппарат изменяет свое сопротивление, вызывая в цепи колебания тока аналогичные сигналу (голосу или DTMF). Этот сигнал звуковой частоты поступает на микрофонный усилитель 8 звуковой карты. Сигнал с микрофонного входа звуковой карты снимается специальным ПО.
Распознавание DTMF сигналов. DTMF-сигналы являются стандартом и используются в телефонии. Каждый сигнал состоит из двух частот. Сигнал, снимаемый программой с MB, чаще всего изменен нелинейными и частотными искажениями, вызванными несогласованностью цепи LINE-MB (фиг.4), и за спектральным составом значительно отличается от оригинальных DTMF-сигналов (фиг.3). Уровень искажений зависит от комбинации модели звуковой карты и модели радиотелефона. Иногда в сигнале присутствует составляющая постоянного тока и насчитывается много гармоник DTMF-частот. На качество сигнала также влияет программно установленная чувствительность MB. Как правило ее можно оптимально настроить с помощью системного микшера в операционной системе ПК. В большинстве случаев DTMF-частоты сохраняются в сигнале как максимальные по мощности в сравнении с их гармониками, поэтому выполнить однозначное распознавание DTMF сигнала с достаточно высокой точностью может даже несложный программный алгоритм (фиг.5). В таком алгоритме лишь нейтрализуется постоянная составляющая, сигнал проверяется на пороговую величину амплитуды и потом выполняется определение присутствия DTMF-частот. В некоторых случаях, когда сигнал сильно искажен гармониками и однозначное распознавание DTMF-частот выполнить невозможно, тогда можно применить программный алгоритм с обучением (фиг.6). В таком случае DTMF-сигнал каждой кнопки конкретного радиотелефона (в комбинации с конкретной звуковой картой) «выучивается» программой по спектру частот и сохраняет эти спектры в базе данных (БД). А потом, в процессе распознавания, программа ищет максимально похожий спектр в БД и выдает соответствие нажатой клавиши на трубке. В таком случае стопроцентное распознавание гарантировано, потому что каждая уникальная DTMF-цифра будет давать на MB собственный уникальный спектр частот (фиг.4). То есть, сигнал на MB от одной
кнопки на трубке всегда отличается от сигнала другой кнопки, независимо от уровня искажений. Таким образом, в большинстве случаев будет достаточно применить первый (простой) алгоритм опознавания. Но, если искажения сигнала значительные и DTMF-частоты не идентифицируются, то необходимо применить второй, сложнее алгоритм с обучением. Следует отметить, что второй алгоритм более универсальный, но требует чтобы пользователь «обучил» программу DTMF-сигналам со своего конкретного радиотелефона.
Управляющее ПО. Распознанный DTMF сигнал, соответствующий номеру нажатой кнопки на трубке, поступает в управляющее ПО. Такое ПО может насчитывать в себе много разнообразных функций по управлению ПК, а именно -перемещение курсора «мыши», изменение яркости монитора, изменение громкости аудиокарты, управление мультимедийными программами, управление внешними устройствами и много других функций. Список доступных функций по управлению ПК целесообразно оформить в виде иерархических вложенных меню. Каждый пункт пронумерован и вызывается отдельной кнопкой на трубке. Программа может не только отображать эти меню, но и зачитывать их вслух через звуковые колонки ПК, чтобы пользователь не был ограничен при управлении только одной комнатой в которой расположен монитор ПК. То есть, обратная связь от ПК к пользователю может быть выполнена с использованием звукового интерфейса наряду с визуальным, что значительно увеличивает расстояние эффективного взаимодействия пользователя с ПК. На фигуре 7 изображено как пользователь взаимодействует с системой управления ПК. Компьютер 13, база 12 и звуковые колонки 10, подсоединенные к звуковой карте, находятся в одной комнате. Пользователь 16, который пользуется трубкой-ПДУ 14, находится за физическим препятствием 9 (то есть в другой комнате). Управляющее ПО через колонки ПК зачитывает голосовое меню со списком доступных команд. Звук 15 от колонок, огибая препятствие 9, проходит в другую комнату и воспринимается пользователем. Пользователь, желая вызвать определенную команду управления, нажимает на трубке кнопку, номер которой соответствует номеру услышанной им команды. Радиоволны 11 от трубки проходят сквозь преграду 9 и воспринимаются базой 12 радиотелефона. Управляющее ПО в ПК 13, восприняв и распознав сигнал от базы, выполняет вызванную пользователем команду, и снова зачитывает список доступных команд. На примере этой схемы видно, что пользователь находясь в другой комнате и не видя монитора, может эффективно управлять ПК.