Хендс фри (Hands-Free) своими руками
В последнее время большое распространение получила телефонная гарнитура. А что. Вещь удобная. И музыку послушать можно и поговорить оставляя руки свободными. Сейчас за рулём без хендсфри вообще никак.
Много разговоров в связи с этим и о вреде этого устройства. Есть аргументы как за так и против ношения хендсфри. Одним из «плохих» доводов является то, что эл-магнитное излучение телефона может попасть в голову по проводу наушников. О том, как это может происходить тоже ведутся разговоры. Ну, например, вч сигнал телефона создает наводку в проводе или по схеме наушники имеют общие контакты с вч частью. Есть естественно, доводы, опровергающие эти высказывания. Что-то, например, если даже и есть такое, то это очень слабое и никак на здоровье повлиять не может… Но, как говорится, осадочек-то остался…
Как-то в интернете видел хендсфри где звук в уши подается по резиновым трубочкам. Так, посмотрел и закрыл, а с определенного момента начал об этом думать. Начал искать – не нашел… Решил сделать сам.
Итак, делаем хендсфри безопаснее…
Как-то прижилось в голове рабочее название – пневмохендсфри. Так уж его и назовём.
В качестве трубочек было решено использовать медицинскую систему. Её можно накрутить с натягом на какой-нибудь баллон и оставить на некоторое время. Это позволит сделать её мягче и тонкостеннее. Хотя, сильного эффекта ждать не стоит – она хоть и растянется в первое время, но потом всё равно «подсядет».
Вот таким оно было…
Снимаем логотип если Вы хотите как-то его потом использовать.
Покупаем в магазине или находим старые наушники. У меня не было – я купил в киоске на остановке.
Режем провода и извлекаем внутренности.
У Вас должны остаться только пластмассовые корпуса.
Склеиваем 2 наушника гарнитуры суперклеем. Особенно удобно склеивать если на месте склейки раньше был логотип.
Немного подпиливаем и надламываем «хвостики» наушников.
Делаем это для того, чтобы они облегали микрофонную составляющую гарнитуры. Эту часть мы подклеиваем между наушниками. К ней же подклеиваем и «хвостики»
Отрезаем излишки провода и, соблюдая цвета спаиваем, изолируем.
Далее укладываем провода и подклеиваем их к «телу».
Теперь принимаемся за будущий наушник. Изолентой заклеиваем все дыры. Примеряем мед. систему. Если не подходит — дорабатываем сверлышком. «Холодной сваркой» тонким слоем покрываем наушник, а после высыхания шлифуем шкуркой и напильником.
Начинаем облепливать наше устройство «холодной сваркой», помня о микрофоне и кнопке.
Так, теперь нам понадобятся крышечки. Лучше всего взять и выточить из пенопласта шарик, диаметр которого совпадает с диаметром наушника (того, который склеен с другим).
Разрезаем этот шарик пополам и обмазываем слоем «холодной сварки»
После высыхания пенопласт выковыриваем ножом. Внутреннюю часть выравниваем.
Теперь в колпачках сверлим отверстия, вставляем трубочки и изнутри проклеиваем суперклеем.
Устанавливаем их на свои места. Тут лучше воспользоваться клеем типа «Момент». Он позволит создать лучшую герметичность и позволит «поймать» устойчивое закрепление. Теперь можно придать всей конструкции какую-то форму. Я предпочёл просто треугольник.
Дальше можно покрасить, а можно и обклеить искусственной змеиной кожей.
«Обложка» состоит из 2 половинок
Покупаем в швейном магазине наконечники. Они для всяких верёвочек на куртки продаются. Ещё нужны шнурки. Да, именно, обычные шнурки. Нужны такие, чтоб напоминали трубочку – трубчатые.
Из шнурка делаем оплётку, просовывая мед. систему внутрь шнурка. Из фотографий всё, надеюсь, понятно.
Наклеиваем кнопочку ответа, точнее декоративную нахлобучку. Она тоже в швейном продается.
Теперь занимаемся наушниками. Тут я уже успел наклеить логотипы.
Снова используем такие же наконечники. Склеиваем.
Если наконечник окажется немного больше, то дорабатываем наушники холодной сваркой.
Далее шлифуем и красим.
Конструктивно в самой гарнитуре было заложено то, что кнопка ответа находится сзади. Сзади она и у нас… Для микрофона отверстие делать не захотелось- и так очень хорошо все меня слышат.
Скажу, что громкость звучания в новом хендсфри практически не изменилась. Я понимаю, что так-то громкость должна упасть, но почему-то этого не замечаю, а может и не хочу замечать…По частотам тоже не могу дать оценку – вроде всё хорошо слышно.
Звука у разветвителя (треугольника) не слышно вообще, что радует. Полагаю, что это из-за жесткости «холодной сварки».
Из минусов. Т.к. используется резиновая трубка, гибкость которой имеет значение, то это откладывает свой отпечаток – зимой на морозе звукопровод становится жестким и неудобным.
Источник
Hands Free, но не телефон. Послушный дом, когда рук не хватает
Появилось у меня желание снова поковыряться с микроконтроллером и сделать что-нибудь полезное. Цель сформировалась почти сразу, так как в квартире меня кое-что напрягало.
Как известно, компьютерный стол – он же обеденный, чтобы смотреть Дробышевского или читать Гиктаймс / Зелёного Кота / etc. одновременно с ужином. Но есть проблема – из кухни я иду обычно с обеими занятыми руками, обратно тоже, ведь чашки копятся по 3 шт. Включать и выключать свет на кухне (выключатель тройной – кухня/ванна/туалет) приходится плечом, носом, мизинцем. То есть неудобно никак, а переставить ниже нельзя. Возникла задача управлять как-то дистанционно.
Всякие датчики присутствия и прохода отмёл сразу – не та точность, нет управления по воле хозяина. Решение найдено в звуковом управлении, голосом. Скажу сразу, я не планировал делать рапознавалку речи, она не нужна здесь. Свет, включающийся по хлопку, описан ещё в Радио-80х, но я так не хотел делать. Получилось своеобразное handsfree, когда руки заняты. Подробности — дальше.
Аппаратная часть.
Была в наличии плата с Atmega32 с кварцем и периферией SEM0007M-32A и россыпь электроники.
Нашёлся микрофончик и операционный усилитель. Для выхода – транзистор в sot32 корпусе на плате, там же реле на 7 Ампер. Всё собрано упихано в коробочку для визиток, реле запараллелено с выключателем, микрофон спрятан под розеткой. Схема банальна, я её даже не рисовал. Используется только один аналоговый вход и один дискретный выход МК. Плата SEM избыточна, но пока пусть так будет.
Плата и неприбранные провода. Потом переделал аккуратнее.
Сам выключатель, микрофон не виден под демонтированной розеткой.
Поиски алгоритма.
Цель: датчик должен реагировать на слово, например «свет!» при минимуме кода.
Задача: выявить командное слово на фоне возможного шума, стуков, щелчков этим же выключателем. То есть просто амплитудный анализ не подходит, а спектральный анализ показал, что гармоник в слове слишком много и они конечно изменяются. Поэтому надо было искать простое решение, но с приемлемой помехозащитой. Можно сделать несколько временно-частотных фильтров и сравнение с образцом слова, но заниматься распознаванием ни к чему. Решено анализировать наличие только гласного звука, например звука «Е» или «Е».
Звук «Е». Видно много гармоник, из-за этого анализ затруднён.
Звук «А». Спектр выглядит чище, есть главная частота.
Программная часть
Для того, чтобы узнать спектральные составляющие сигнала, можно использовать цифровые фильтры. В Интернете есть неплохая программа для построения цифровых КИХ и БИХ фильтров и вычисления их коэффициентов — там наглядно и код на Си генерируется автоматически.
Для приемлемой фильтрации (4 и более порядка) получались много коэффициентов, да ещё и float. Примерно вот так, плюс все расчёты фильтра во float:
Микроконтроллер, возможно и справился бы, но с отладкой были бы проблемы – пододвинуть границы фильтра нелегко – это новые коэффициенты рассчитывать.
После некоторых поисков – остановился на одночастотном Фурье-преобразовании онлайн. То есть классическое дискретное Фурье-преобразование, выполняемое по приходу каждого отсчёта сигнала с частотой дискретизации (1600 Гц), прохода по частотам нет, частота одна, поэтому её легко настроить по RS-232 при наладке. В итоге анализ был сделан для частоты 128 Гц.
Вследствие коротких сэмплов (блоков) и прямоугольного окна — разрешение по частоте получается низким, что даёт избирательную чувствительность в диапазоне 114…140 Гц, а это тот П-фильтр, который и хотелось получить.
Сначала надо понять, где кричат начинается сигнал голосовой команды. Для этого сначала вычисляется нулевой уровень сигнала, через экспоненциальное сглаживание со сглаживающей константой 1/64. Код приведён ниже.
Сигнал нормализуется к среднему. Для определения уровня интенсивности звука абсолютные значения сигнала также усредняются с константой 1/16, для ВЧ-фильтрации от отдельных полуволн сигнала (это аналог RMS, но проще в вычислениях). Превышение этого уровня над порогом является началом голосовой команды, и начинается последовательный анализ 5-ти блоков по 135 отсчётов (84,3 мс).
На рисунке ниже показан сигнал, уровень сигнала, порог срабатывания и 5 блоков.
Защита от помех
На блоки сигнал разбивается для защиты от импульса – щелчка или стука. У импульса, как известно, равномерная АЧХ, то есть в любой частотной полосе будет ненулевой результат и вероятно, выше порога. Но волос длин, да ум импульс короток. То есть в следующем блоке импульса уже не будет, значит и уровень в частотной полосе будет ниже порога. Одновременно с этим преимуществом, короткие блоки дают низкое разрешение по частоте. Поэтому некоторые частотные отличия в сигнале всё равно попадают в выбранную частотную линию.
Частотное преобразование
В каждом блоке выполняется одночастотное Фурье – преобразование для одной частоты f.
Традиционно, для ускорения вычислений функции sin и cos сделаны табличными и масштабированы до -127..+127.
Индекс ps массива si(ps) вычисляется из аргумента sin(2 * π * f * t / T), конечно с закольцовкой внутри одного периода. Индекс pc для cos(2 * π * f * t / T) просто сдвинут на 12 позиций вперёд в этом же массиве si .
Результат Y — уровень спектральной линии получается как сумма абсолютных значений реальной и мнимой части за время одного блока.
В конце каждого блока Y сравнивается с порогом, подсчитывается количество блоков с превышением порога – сработавших блоков. После экспериментов выяснилось, что минимальное количество сработавших блоков это 3 из 5-ти.
Пример спектральной интенсивности в блоках при голосовой команде. Команда прошла.
Три и более сработавших блока интерпретируется как верно принятая команда. Сигнал на дискретном выходе МК инвертируется, включая или выключая свет. Так как весь анализ происходит внутри блоков, задержки срабатывания после последнего блока нет.
Время выполнения вычислений примерно 1600 тактов, таймер вызывается каждые 9000 тактов, так что загруженность МК невысока — есть место для дальнейших экспериментов с распознаванием. Или можно делать законченное решение меньших размеров и на слабом МК.
Контроль правильности алгоритмов вёлся посредством обмена по RS-232 необходимыми переменными (лог) с программкой на VBasic. Частота f и пороги хранятся в eeprom.
В итоге: датчик оказался очень удобен, реагирует на слова с «А», например «Вааау», «Тааам», «Лаайт»,«Мяаау», «Yao-Yao». Громкость — обычная для человеческого разговора. Слово «Свеет» упорно отказывается слушать. Щелчки, стуки дверьми, шаги, льющуюся воду игнорирует. Теперь можно ходить с полными руками чашек и тарелок)).
Источник