Способ преобразования звуковых сигналов для общения с операторами АСУ при тренаже профессиональных навыков и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G09B9/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к тренажерам, и может быть использовано в системах тренировки и оценки профессионального уровня подготовки операторов автоматизированных систем управления в условиях общения с ограниченными возможностями слышимости передаваемой командной информации, а также при создании аппаратных средств для улучшения восприятия информации лицами с нарушенными слуховыми анализаторами человека.

Целью изобретения является снижение энергопотребления за счет исключения необходимости в энергетических затратах при молчании схем преобразования звуковых сигналов, т.е. при отсутствии команд и сообщений.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе преобразования звуковых сигналов для общения операторов АСУ при тренажере их профессиональных навыков, заключающемся в формировании информационного сигнала, его модуляции, усилении, фильтрации и электроакустическом преобразовании, согласно изобретению информационный сигнал модулируют формированием двух опорных сигналов, один из которых задерживают во времени относительно другого на величину, соответствующую разности опорных сигналов, уровень которой усиливают для формирования акустического информационного сигнала. Цель достигается также тем, что в известное устройство, содержащее акустоэлектриче- ский преобразователь, выход которого подключен к входу первого усилителя, фильтр, один вход которого соединен е первым выходом второго усилителя и первым входом электроакустического преобразователя, другой вход - с соответствующим выходом второго усилителя, а выход - с вторым входом электроакустического преобразователя, согласно изобретению введены источник опорных напряжений, вход которого соединен с выходом первого усилитеСО

С

W

о

х| СП

ы

ля, элемент задержки, один вход которого подключен к первому выходу источника опорных напряжений, элемент сравнения,, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом элемента задержки и соответствующим выходом источника опорных напряжений, и ключ, один вход-которого подключен к шине питания соответствующего, уровня, другой вход - к выходу элемента уравнения-и входу второго усилителя а выход - к другому входу элемента задержки, . . - ..

П р и м е р 1, На макете заявляемого устройства исследовали возможности снижения энергопотребления подачей сигнала типа синусоиды на вход устройства. При максимальной выходной мощности в 10 мВт потребляемый ток достигал 5 мА, а средний ток - 2 мА, что по расчетам повышают ресурс источников питания более чем в 5 раз, П р и м е р 2. На макете заявляемого устройства аналогично примеру 1 исследо- валм снижение потребляемой энергии при подачз речевых сигналов. Токи потребления при максимальной выходной мощности в 10 мВт и з среднем составили соответственно 4,5 и 1,8 мА, тогда как в аналогичных устройствах потребление составляло соответственно 21 и 10 мА, что позволяет повысить ресурс источника питания гальванического типа более чем в 5-6 раз.

На чертеже изображена структура заяв-: ляемого устройства, содержащего формирователь 1 информационных сигналов, состоящий из акустоэлектрического Преобразователя 2 и усилителя (корректора) 3, источник 4 опорных напряжений, элемент 5 задержки, элемент 6 сравнения, ключ 7, усилитель 8, фильтр 9 и электроакустический преобразователь 10 со схемными соединениями, описанными выше и в формуле.

Устройство при реализации операций предлагаемого способа функционирует следующим образом. ., 8 режиме молчания (в отсутствии сигнала на входе преобразователя 2} источник 4 вырабатывает напряжения, отличающиеся друг от друга на величину шага квантования, причем напряжение на входе элемента 6 от источника 4 меньше напряжения с выхода элемента 5 в момент включения питания, С течением же времени напряжение на выходе элемента 5 достигает такого значений, при котором разность напряжений на входах элемента 6 будет равна порогу его чувствительности, т.е. шагу квантования, что приведет к подаче сигнала на вход ключа 7 и соответственно к возврату напряжения на выходе элемента 5 в первоначальное , значение.

Время восстановления элемента 5, т.е. время возврата напряжения на его выходе в исходное состояние, выбрано из условия получения генерации последовательности

прямоугольных импульсов со скважностью, равной двум, в отсутствии модулируемого сигнала. Квант напряжения и его шаг определяются .верхним и нижним порогами напряжений элемента 6. При этом частота

дискретизации (квантования) в отсутствии сигнала определяется постоянной времени элемента 5, а также иочувствительностью элемента 6,

Выбор оптимальной величины частоты

квантования осуществляется, исходя из сле- дующих соображений.

С точки зрения экономичности устройства целесообразно уменьшить частоту квантования, т.к. при значительной частоте

переключение цифровых элементов КМОП- структуры резко возрастает потребляемый ими ток. Однако значительное уменьшение частоты квантования приведет к снижению качественных показателей устройства в целом. Поэтому выбор оптимальной величины дискретизации необходимо реализовать, исходя из теоремы Котельникова, согласно которой минимальная частота квантования равна удвоенной верхней частоте преобразуемого сигнала. Квантованные по теореме Котельникова сигналы имеют постоянную длительность, а их амплитуда несет информацию об исходном сигнале. Если осуществить квантование по уровню, то суммарная

частота квантования определяется произведением удвоенной верхней частоты преобразуемого сигнала на величину динамического диапазона преобразуемого сигнала, определяемого целевым применением модулятора.

При преобразовании звуковых сигналов с верхней частотой 3,5 кГц и динамическим диапазоном, равным 6...8,минимальное значение частоты дискретизации равно 2 х 3,5 х х(6...8) 42...56кГц.

Нами выбрана частота квантования в 50 кГц, а следовательно, время задержки элемента 5 равно 1 /2 х 50000 ±10 мс, а период

следования импульсов в отсутствии преобразуемого сигнала Т 2 х 10 20 мс.

При наличии преобразуемого сигнала, в зависимости от его величины и полярности, на выходе элемента 6 имеют место широтно-модулированные импульсы с переменной скважностью, причем в отличие от классического способа широтно-импульс- ной модуляции (ШИМ), где период следования импульсов сохраняется постоянно, в

предлагаемом варианте этот период переменный, что снижает энергопотребление.

Формула изобретения

1.Способ преобразования звуковых сигналов для общения с операторами АСУ при тренаже профессиональных навыков, заключающийся в формировании информационного сигнала, его модуляции, усилении, фильтрации и электроакустическом преобразований, от ли ч а ю щ и и с я тем, что, с целью снижения энергопотребления, информационный сигнал модулируют двумя опорными сигналами, причем один опорный сигнал задерживают во времени относительно другого опорного сигнала на величину, соответствующую разности амплитуд опорных сигналов, уровень которой усиливают дли формирования акустического информационного сигнала.

2.Устройство для преобразования звуковых сигналов для общения с операторами АСУ при тренаже профессиональных навыков операторов АСУ, содержащее акустоэ- лектричеекий преобразователь, выход которого подключен к входу первого усилителя, фильтр, один вход которого соединен с первым выходом второго усилителя и входом электроакустического преобразователя, другой вход - с вторым выходом второго усилителя, а выход - с вторым входом электроакустического преобразователя, о т л и-.

чающееся тем. что в него введены источник опорных напряжений, вход которого соединен с выходом первого усилителя, элемент задержки, один вход которого подключен к первому выходу источника

опорных напряжений, элемент сравнения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом элемента задержки и соответствующим выходом источника опорных напряжений, и ключ, один вход которого подключен к шине питания, другой вход- к выходу элемента сравнения и входу второго усилителя, з выход к другому входу элемента задержки.

Изобретение о (носится к автоматике и вычислительной технике, в частности к тренажерам. Целью изобретения является снижение энергопотребления за счет исключения необходимости в энергетических затратах при молчании схем преобразования звуковых сигналов, т.е. при отсутствии команд и сообщений. Цель достигается введением источника опорных напряжений, элемента задержки, элемента сравнениям ключа. 1 ил.