Патент на изобретение №2170132
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ЗВУКОВОСПРОИЗВОДЯЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ)
(57) Реферат: Звуковоспроизводящее устройство относится к радиоэлектронике и автоматике и может быть использовано в устройствах учебного, развлекательного и рекламного назначения. Устройство по первому варианту содержит переднюю и заднюю обложки, скрепленные с расположенными между ними М листами, где М – целое число, блок воспроизведения звуковых сообщений, расположенный с возможностью обнаружения воздействий пользователя блок датчиков воздействий, выход которого соединен со входом блока воспроизведения звуковых сообщений, расположенный с возможностью определения положения листов блок определения положения листов, выход которого соединен с дополнительным входом блока воспроизведения звуковых сообщений, выполненного с возможностью воспроизведения звуковых сообщений в зависимости от кодов чисел на его входах. Устройство по второму варианту отличается тем, что оно дополнительно снабжено блоком формирования номера сообщения, первый и второй входы которого соединены с выходами блока определения положения листов и блока датчиков воздействий соответственно, а выход связан со входом блока воспроизведения звуковых сообщений, выполненного с возможностью воспроизведения звуковых сообщений в зависимости от кода числа на его входе. Устройство обеспечивает надежную работоспособность при большом количестве листов. 2 с. и 15 з.п. ф-лы, 13 ил. Изобретение относится к области радиоэлектроники и автоматики, в частности к устройствам воспроизведения звуковых сообщений, и может быть использовано при проектировании устройств учебного, развлекательного и рекламного назначения, в которых звуковые сообщения дополняют напечатанный текст и графические иллюстрации. Известно звуковоспроизводящее устройство, содержащее переднюю и заднюю обложки, скрепленные с расположенными между ними М листами, где М – целое число, и блок воспроизведения звуковых сообщений (Патент РФ N 2141134, 1993, МКИ 7 G 09 В 5/06). Известное устройство выполнено в виде книги, в листах которой расположены датчики, связанные с блоком воспроизведения звуковых сообщений. При прикосновении пользователя к какому-либо из указанных датчиков воспроизводится звуковое сообщение, соответствующее тексту или изображению на листе в месте расположения этого датчика. Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как сложная конструкция листов с датчиками и соединительными проводниками не позволяет создавать книги, содержащие достаточно большое количество листов. По технической сущности наиболее близким к заявляемым изобретениям является звуковоспроизводящее устройство, содержащее переднюю и заднюю обложки, скрепленные с расположенными между ними М листами, блок воспроизведения звуковых сообщений и расположенный с возможностью обнаружения воздействий пользователя блок датчиков воздействий, выход которого соединен со входом блока воспроизведения звуковых сообщений (Европатент ЕР 0686055, 1997, МКИ 7 G 09 B 5/06). Известное устройство выполнено в виде книги, в обложках которой расположены емкостные датчики, входящие в блок датчиков воздействий. Место прикосновения пользователя к открытому листу книги определяется по изменению емкости между емкостным датчиком, расположенным в обложке под местом прикосновения к листу, и общей шиной устройства. Номер открытого листа определяется путем прикосновения пользователя к специальным меткам на этом листе, под которыми в одной из обложек имеются дополнительные емкостные датчики, также входящие в состав блока датчиков воздействий, который передает данные о воздействиях пользователя в блок воспроизведения звуковых сообщений. Воспроизводимое звуковое сообщение определяется номером открытого листа и местом прикосновения пользователя к нему. Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, что обусловлено отсутствием автоматического определения номера открытого листа. Если пользователь, перевернув лист, забудет прикоснуться к меткам или выполнит эту операцию неправильно, то звуковые сообщения будут воспроизводиться неправильно. Указанный недостаток затрудняет создание по такому принципу книг с воспроизведением звуковых сообщений, содержащих большое количество листов, так как при большом количестве листов число вышеупомянутых меток также становится большим и ввод номера открытого листа пользователем становится сложной и трудоемкой операцией. Другим недостатком известного устройства является недостаточная надежность работы. Это обусловлено тем, что емкость между емкостным датчиком, установленным в обложке, и общей шиной устройства зависит от количества листов, находящихся поверх этой обложки. Изменения величины указанной емкости, имеющие место при переворачивании большого количества листов, оказываются сопоставимыми с изменениями этой емкости при прикосновении пользователя к листу, что может привести к ошибкам при обнаружении прикосновения. Техническим результатом настоящего изобретения является создание звуковоспроизводящего устройства, имеющего расширенные функциональные возможности, обеспечивающие упрощенную за счет автоматизации эксплуатацию устройства и надежную работоспособность при большом количестве листов. Для решения поставленной технической задачи звуковоспроизводящее устройство по первому варианту изобретения, содержащее переднюю и заднюю обложки, скрепленные с расположенными между ними М листами, где М – целое число, блок воспроизведения звуковых сообщений, и расположенный с возможностью обнаружения воздействий пользователя блок датчиков воздействий, выход которого соединен со входом блока воспроизведения звуковых сообщений, согласно изобретению снабжено расположенным с возможностью определения положения листов блоком определения положения листов, выход которого соединен с дополнительным входом блока воспроизведения звуковых сообщений, выполненного с возможностью воспроизведения звуковых сообщений в зависимости от кодов чисел на его входах. Кроме того, блок воспроизведения звуковых сообщений конструктивно может быть расположен в объеме, ограниченном поверхностями передней обложки и/или в объеме, ограниченном поверхностями задней обложки. Помимо этого, блок датчиков воздействий содержит блок определения места воздействия, N датчиков, где N – целое число, коммутатор и формирователь импульсов, причем каждый из N датчиков расположен в передней или в задней обложках или на поверхности одной из них и подключен к соответствующему входу коммутатора, выход которого через формирователь импульсов подключен ко входу блока определения места воздействия, первый выход которого является выходом блока датчиков воздействий, а второй выход соединен с управляющим входом коммутатора. Кроме того, блок определения места воздействия, коммутатор и формирователь импульсов могут быть расположены в объеме, ограниченном поверхностями передней обложки и/или в объеме, ограниченном поверхностями задней обложки. Помимо этого, каждый из N датчиков может быть емкостным датчиком. Кроме того, каждый из N датчиком может содержать участок металлизированного покрытия печатной платы. Помимо этого, каждый из N датчиков может содержать участок проводящего покрытия на изолирующей пленке. Кроме того, блок определения места воздействия выполнен с возможностью формирования на его втором выходе циклически повторяющихся кодов чисел от 1 до N, с возможностью измерения N значений периодов импульсов на его входе, соответствующих числам от 1 до N, с возможностью запоминания N значений периодов импульсов, соответствующих числам от 1 до N, и с возможностью формирования на его первом выходе кода числа К, такого, что разность К-го измеренного значения периода и К-го ранее запомненного значения периода наибольшая по всем значениям периода с первого по N-е и превышает заданный порог. Помимо этого, формирователь импульсов содержит пороговый элемент, вход которого является входом формирователя импульсов и через резистор соединен с общей шиной, выход является выходом формирователя импульсов, а коммутатор снабжен дополнительным входом, подключенным к выходу формирователя импульсов, и содержит демультиплексор и мультиплексор, управляющие входы которых подключены ко входу коммутатора, выход которого подключен к выходу мультиплексора, а дополнительный вход подключен ко входу демультиплексора, каждый из по меньшей мере части выходов которого соединен с каждым из по меньшей мере части входов мультиплексора через последовательно соединенные резистор и диод, объединенные выходы которых подключены к соответствующему выходу коммутатора. Кроме того, блок определения положения листов содержит датчик положения листов и блок опроса, вход которого соединен с выходом датчика положения листов, а выход является выходом блока определения положения листов. Помимо этого, блок опроса выполнен с возможностью циклического формирования кодов чисел от 1 до L, где L – целое число, на его дополнительном выходе, подключенном ко входу датчика положения листов, который содержит L электродов, генератор переменного напряжения, демультиплексор, мультиплексор и компаратор, выход которого является выходом датчика положения листов, а вход соединен с выходом мультиплексора, управляющий вход которого подключен ко входу датчика положения листов и соединен с управляющим входом демультиплексора, вход которого соединен с выходом генератора переменного напряжения, причем L электродов расположены на по меньшей мере части из М листов так, чтобы между электродами на смежных листах возникала емкостная связь, когда эти листы прилегают друг к другу, и каждый из вышеуказанных электродов соединен с соответствующим выходом демультиплексора и/или с соответствующим входом мультиплексора. Кроме того, датчик положения листов может быть снабжен электродом, расположенным на внутренней стороне передней обложки, и/или электродом, расположенным на внутренней стороне задней обложки, причем каждый из указанных электродов соединен с соответствующим выходом демультиплексора и/или с соответствующим входом мультиплексора. Кроме того, для решения поставленной технической задачи звуковоспроизводящее устройство по второму варианту изобретения, содержащее переднюю и заднюю обложки, скрепленные с расположенными между ними М листами, где М – целое число, блок воспроизведения звуковых сообщений, и расположенный с возможностью обнаружения воздействий пользователя блок датчиков воздействий, согласно изобретению снабжено расположенным с возможностью определения положения листов блоком определения положения листов и блоком формирования номера сообщения, первый и второй входы которого соединены с выходами блока определения положения листов и блока датчиков воздействий соответственно, а выход связан со входом блока воспроизведения звуковых сообщений, выполненного с возможностью воспроизведения звуковых сообщений в зависимости от кода числа на его входе. Помимо этого, блок воспроизведения звуковых сообщений конструктивно может быть расположен в объеме, ограниченном поверхностями передней обложки и/или в объеме, ограниченном поверхностями задней обложки. Кроме того, блок воспроизведения звуковых соотношений конструктивно может быть расположен вне объема, ограниченного внешними поверхностями передней и задней обложек. Помимо этого, выход блока формирования номера сообщений может быть оптически связан со входом блока воспроизведения звуковых сообщений. Кроме того, выход блока формирования номера сообщений может быть связан со входом блока воспроизведения звуковых сообщений посредством радиосвязи. Сущность заявляемого изобретения по первому и второму вариантам состоит в том, что введение блока определения положения листов и особенности выполнения блока воспроизведения звуковых сообщений обеспечивают автоматическое определение номера открытого листа и учет этого номера при выборе воспроизводимого звукового сообщения. Кроме того, особенности выполнения блока датчиков воздействий обеспечивают автоматическое отслеживание изменений величин емкостей между каждым емкостным датчиком и общей шиной устройства при переворачивании листов, за счет чего обеспечивается надежное обнаружение прикосновения пользователя при большом числе листов, находящихся поверх емкостных датчиков. Сравнение предлагаемого устройства с ближайшим аналогом позволяет утверждать о соответствии критерию “новизна”, а отсутствие отличительных признаков в аналогах говорит о соответствии критерию “изобретательский уровень”. Предварительные испытания позволяют судить о возможности промышленного использования. На. фиг. 1 представлена конструкция звуковоспроизводящего устройства по первому варианту изобретения, на фиг. 2 – структурная схема звуковоспроизводящего устройства по первому варианту изобретения, на фиг. 3 – структурная схема звуковоспроизводящего устройства по второму варианту изобретения, на фиг. 4 – конструкция звуковоспроизводящего устройства по второму варианту изобретения, на фиг. 5 – структурная схема формирователя импульсов и коммутатора для обоих вариантов изобретения, на фиг. 6 – структурная схема датчика положения листов и блока опроса для обоих вариантов изобретения, на фиг. 7 – расположение электродов датчика положения листов для обоих вариантов изобретения в увеличенном масштабе, на фиг. 8 – структурная схема выполнения блока воспроизведения звуковых сообщений, блока опроса и блока определения места воздействия в устройстве по первому варианту изобретения, на фиг. 9 – структурная схема выполнения блока воспроизведения звуковых сообщений, блока опроса, блока определения места воздействия и блока формирования номера сообщения в устройстве по второму варианту изобретения, на фиг. 10 – блок-схема программы, выполняемой в устройстве по первому варианту изобретения, на фиг. 11 – блок-схема программы, выполняемой в устройстве по второму варианту изобретения, на фиг. 12 – блок-схема подпрограммы определения места касания для обоих вариантов изобретения, на фиг. 13 – блок схема подпрограммы определения номера открытого листа для обоих вариантов изобретения. Звуковоспроизводящее устройство по первому варианту изобретения (фиг. 1 и фиг. 2) содержит переднюю обложку 1 и заднюю обложку 2, скрепленные переплетом 3 с расположенными между ними листами 4.1…4.М, блок 5 воспроизведения звуковых сообщений, блок 6 определения положения листов, блок 7 датчиков воздействий. Выходы блока 7 датчиков воздействий и блока 6 определения положения листов соединены соответственно со входом и с дополнительным входом блока 5 воспроизведения звуковых сообщений, который выполнен с возможностью воспроизведения звуковых сообщений в зависимости от кодов чисел на указанных входах. Устройство по первому варианту изобретения выполнено в виде книги, которая показана раскрытой так, что листы с 4.1 по 4.J перевернуты, а листы с 4. (J+1) по 4.М не перевернуты. На по меньшей мере части из листов 4.1…4.М на одной или на обеих сторонах нанесены каким-либо известным способом текст и/или иллюстрации. Блок 5 воспроизведения звуковых сообщений может быть расположен в объеме, ограниченном поверхностями передней обложки 1 (то есть внутри передней обложки 1, которая должна при этом иметь достаточную толщину) и/или в объеме, ограниченном поверхностями задней обложки и, как на фиг. 1, где он показан условно. Блок 6 определения положения листов как целое и блок 7 датчиков воздействий как целое на фиг. 1 не показаны, так как узлы, входящие в эти блоки, конструктивно могут быть расположены в разных частях устройства, что будет описано позже. Устройство может также быть выполнено в виде журнала, альбома, буклета и т.д. Кроме того, устройство содержит источник напряжения питания, например, в виде нескольких батареек, шины которого соединены с выводами питания, блоков устройства (на фиг. 1 и фиг. 2 не показано). Включение и выключение напряжения питания может выполняться обычным выключателем, расположенным в подходящем месте задней обложки 2. Возможно также включение напряжения питания при открывании книги и выключение – при закрывании книги с использованием соответствующей кнопки. Блок 7 датчиков воздействий может содержать блок 8 определения места воздействия, датчики 9.1…9.N, коммутатор 10 и формирователь 11 импульсов. Каждый из датчиков 9.1…9.N может быть расположен в передней обложке 1 или в задней обложке 2 или на поверхности одной из них, причем каждый из них подключен к соответствующему входу коммутатора 10, выход которого через формирователь 11 импульсов подключен ко входу блока 8 определения места воздействия, первый выход которого является выходом блока 7 датчиков воздействий, а второй выход подключен к управляющему входу коммутатора 10. В примере конструкции устройства (фиг. 1) датчики 9.1…9.(Q-1) расположены в передней обложке 1, датчики 9.Q…9.N – в задней обложке 2. Блок 8 определения места воздействия, коммутатор 10 и формирователь 11 импульсов могут быть расположены в объеме, ограниченном поверхностями задней обложки 2 (на фиг. 1 показаны условно). Они также могут быть расположены внутри передней обложки 1, или внутри обеих указанных обложек, или в других местах в устройстве. Датчики 9.1. ..9.N могут быть емкостными датчиками. Каждый из них может содержать, например, участок металлизированного покрытия печатной платы, образующий первую обкладку конденсатора, второй обкладкой которого является общая шина устройства (“земля”), которой может быть одна из шин источника напряжения питания. При этом каждый из указанных датчиков отделяется от других датчиков участками с удаленным металлизированным покрытием. Емкость между датчиком 9. n (n = 1…N) и общей шиной устройства изменяется, когда пользователь касается листов книги над указанным датчиком или даже просто подносит руку к этому месту. Кроме того, каждый из датчиков 9.1…9.N может содержать участок проводящего покрытия на изолирующей пленке, образующий первую обкладку конденсатора, второй обкладкой которого являются общая шина устройства. В этом случае технология изготовления датчиков 9.1…9.N может быть аналогичной применяемой при изготовлении пленочных клавиатур. Датчики 9.1. ..9.N могут быть выполнены не только в виде емкостных датчиков, но и, например, в виде индуктивных датчиков. В этом случае пользователь должен касаться устройства не пальцем, а специальной указкой, содержащей, например, кусок ферромагнитного материала. Блок 8 определения места воздействия может быть выполнен с возможностью формирования на его втором выходе циклически повторяющихся кодов чисел от “1” до “N”, с возможностью измерения “N” значений периодов импульсов на его входе, соответствующих числам от “1” до “N”, с возможностью запоминания “N” значений периодов импульсов, соответствующих числам от “1” до “N”, и с возможностью формирования на его первом выходе кода числа “К” из диапазона от “1” до “N”, такого, что разность “К-го” измеренного значения периода и “К-го” рванее запомненного значения периода наибольшая по всем значениям периодов с первого по “N-е” и превышает заданный порог. Блок 7 датчиков воздействий может быть выполнен и на основе других принципов. Например, может использоваться измерение времен распространения ультразвукового сигнала от излучателя, встроенного в указку и включаемого при нажатии пользователем кнопки в этой указке, до приемников, расположенных в углах обложек. Координаты указки при этом могут быть вычислены по измеренным временам. Блок 6 определения положения листов может содержать датчик 12 положения листов и блок 13 опроса, вход которого соединен с выходом датчика 12 положения листов, а выход является выходом блока 6 определения положения листов. Датчик 12 положения листов на фиг. 1 показан условно, и его выполнение будет описано позже. Блок 13 опроса может быть расположен в задней обложке 2. Звуковоспроизводящее устройство по второму варианту изобретения (фиг. 3 и фиг. 4) содержит переднюю обложку 1 и заднюю обложку 2, скрепленные переплетом 3 с расположенными между ними листами 4.1…4.М, блок 14 воспроизведения звуковых сообщений, блок 6 определения положения листов, блок 7 датчиков воздействий и блок 15 формирования номера сообщения. Выход блока 6 определения положения листов и выход блока 7 датчиков воздействий соединены соответственно с первым и вторым входами блока 15 формирования номера сообщения, выход которого соединен со входом блока 14 воспроизведения звуковых сообщений, который выполнен с возможностью воспроизведения звуковых сообщений в зависимости от кода чисел на его входе. Устройство по второму варианту изобретения, как и устройство по первому варианту изобретения, может быть выполнено в виде книги, которая показана раскрытой так, что листы с 4.1 по 4.J перевернуты, а листы с 4.(J+1) по 4.М не перевернуты. Блок 14 воспроизведения звуковых сообщений может быть расположен в объеме, ограниченном поверхностями передней обложки 1, и/или в объеме, ограниченном поверхностями задней обложки 2, или, как показано на фиг. 4, вне указанных обложек в виде конструктивно отдельного модуля. Выход блока 15 формирования номера сообщения при этом может быть связан со входом блока 14 воспроизведения звуковых сообщений с помощью проводов или радиосвязи, или оптически связан, например, с помощью ИК излучения или с помощью других известных средств. Блок 6 определения положения листов и блок 7 датчиков воздействий в устройстве по второму варианту изобретения содержат такие же узлы с теми же особенностями выполнения и конструктивного расположения, как и в устройстве по первому варианту изобретения. Блок 15 формирования номера сообщения может быть расположен внутри задней обложки 2 (на фиг.4 показано условно). Кроме того, устройство по второму варианту изобретения может содержать источник напряжения, например, в виде нескольких батареек, шины которого соединены с выводами питания блоков устройства (на фиг. 3 и фиг. 4 не показано). Блок 14 воспроизведения звуковых сообщений в случае его выполнения в виде конструктивно отдельного модуля может иметь отдельный источник напряжения питания, например, работающий от сети переменного тока. В этом случае возможен вариант, при котором и остальные блоки устройства, расположенные непосредственно в книге, получают напряжения питания от источника напряжения питания в блоке 14 воспроизведения звуковых сообщений по соответствующим проводам. В устройствах по обоим вариантам изобретения формирователь 11 импульсов содержит (фиг. 5) пороговый элемент 16, вход которого является входом формирователя 11 импульсов и через резистор 17 соединен с общей шиной, а выход является выходом формирователя 11 импульсов. Коммутатор 10 снабжен дополнительным входом, подключенным к выходу формирователя 11 импульсов (показано также на фиг. 2 и фиг. 3), и содержит демультиплексор 18, мультиплексор 19, резисторы 20.1. ..20.N и диоды 21.1…21.N. Управляющие входы демультиплексора 18 и мультиплексора 19 подключены ко входу коммутатора 10, дополнительным входом которого является вход демультиплексора 18, а выходом является выход мультиплексора 19. Демультиплексор 18 имеет “NY” выходов, а мультиплексор 19 – “NX” входов. В описываемом выполнении “NX  NY = N”, но это условие, вообще говоря, не является обязательным. “К-й” выход демультиплексора 18 (К = 1…NY) соединен с “S-м” входом мультиплексора 19 (S = 1…NX) через последовательно соединенные резистор 20 ((S – 1) NY + К) и диод 21 ((S – 1) NY + К), объединенные выходы которых подключены к “((S – 1) NY + К)-му” выходу коммутатора 10.
В устройствах но обоим вариантам изобретения датчик 12 положения листов может содержать (фиг. 6) электроды 22.1…22.(М+2), генератор 23 переменного напряжения, демультиплексор 24, мультиплексор 25 и компаратор 26, выход которого является выходом датчика 12 положения листов, а вход соединен с выходом мультиплексора 25, управляющий вход которого подключен ко входу датчика 12 положения листов и соединен с управляющим входом демультиплексора 24, вход которого соединен с выходом генератора 23 переменного напряжения. С первого по “(М+1)-й” выходы демультиплексора 24 подключены к электродам 22.1. ..22.(M+1) соответственно. С первого по “(M+1)-й” входы мультиплексора 25 подключены к электродам 22.2…22.(M+2). Вход датчика 12 положения листов соединен с дополнительным выходом блока 13 опроса (показано также на фиг. 2 и фиг.3), который может быть выполнен с возможностью циклического формирования на его дополнительном выходе кодов чисел от “1” до “(M+1)”. Возможен вариант выполнения датчика 12 положения листов без входа и без соответствующей связи с выходом блока 13 опроса (на фигурах этот вариант не показан). В этом случае датчик 12 положения может содержать генератор тактовых импульсов, соединенный со счетчиком импульсов, выход которого подключен к управляющим входам мультиплексора 25 и демультиплексора 24 и к выходу датчика 12 положения листов.
Генератор 23 переменного напряжения, демультиплексор 24, мультиплексор 25 и компаратор 26 могут быть расположены в передней обложке 1 и/или в задней обложке 2 (на фиг. 2 и фиг. 3 не показано). При подаче кода числа “n” на управляющий вход демультиплексора 24 сигнал с его входа проходит на “(n+1)-й” выход, а остальные выходы находятся в запертом (высокоомном) состоянии.
Возможен вариант выполнения, при котором демультиплексоры 18 и 24 выполнены в виде одной ИС демультиплексора, и их функции выполняются разными группами выходов этой ИС. Аналогично мультиплексоры 19 и 25 могут быть выполнены в виде одной ИС мультиплексора. В таком варианте формирователь 11 и генератор 23 переменного напряжения представляют собой один генератор.
Электрод 22.1 расположен на внутренней стороне передней обложки 1 у переплета 3. Электроды 22.2…22.(M+1) расположены на листах 4.1…4.М соответственно у переплета 3. Электрод 22.(M+2) расположен на внутренней стороне задней обложки 2 у переплета 3. В других вариантах выполнения устройства электроды могут быть не на всех листах и/или отсутствовать на обложках. При этом диапазон изменения значения числа, формируемого на дополнительном выходе блока 13 опроса, уменьшается.
Каждый из электродов 22.1…22.(M+2) может быть выполнен в виде пластины фольги, прикрепленной к одной из сторон листа (или обложки) и покрытой изолирующим материалом. Листы 4.1…4.М могут выполняться двойными (фиг. 7), то есть путем склеивания двух листов бумаги. В этом случае электроды 22.2…22. (M+1) могут вставляться между листами бумаги и изолирующее покрытие не требуется.
На фиг. 7 показано расположение электродов на листах 4.(J-1)…4.(J+2), которые показаны частично и в увеличенном масштабе. Последний перевернутый лист 4. J и предшествующий ему лист 4.(J-1) прилегают друг к другу, в результате чего между находящимися на них электродами 22.(J+1) и 22.J существует емкостная связь. Аналогично, существует емкостная связь между электродом 22.(J+2) на листе 4.(J+1) и электродом 22.(J+3) на листе 4.(J+2). В то же время между электродом 22.(J+1) на листе 4.J и электродом 22.(J+2) на листе 4. (J+1) емкостной связи практически нет, так как первый из указанных листов перевернут, а второй нет.
На структурной схеме выполнения блока 5 воспроизведения звуковых сообщений, блока 13 опроса и блока 8 определении места воздействия в устройстве по первому варианту изобретения (фиг. 8) показаны контроллер 27, содержащий запоминающее устройство (ЗУ) 28 и подключенные к нему ЗУ 29 сообщений и последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 30, усилитель 31 и громкоговоритель 32.
В качестве контроллера 27 может использоваться, например, микропроцессор типа АТ89С52 производства фирмы Atmel Inc, в ЗУ 28 которого входят энергонезависимое ЗУ объемом “8 КБайт” для хранения программ, выполняемых микропроцессором, и оперативное ЗУ объемом “256 байт” для хранения переменных в процессе выполнения программ.
Функции входа и второго выхода блока 8 определения места воздействия, входа и дополнительного выхода блока 13 опроса выполняют выделенные для этого разряды портов ввода/вывода контроллера 27. Связи выхода блока 13 опроса и первого выхода блока 8 определения места воздействия с первым и вторым входами блока 6 воспроизведения звуковых сообщений соответственно реализуются программно.
ЗУ 29 сообщений может быть построено на БИС энергонезависимого ЗУ с электрическим стиранием информации, например, типа AT45D161 производства фирмы Atmel Inc. , США. Количество используемого БИС ЗУ зависит от объема информации в записываемых сообщениях. В качестве ЗУ 29 сообщений может также использоваться миниатюрное устройство воспроизведения лазерных дисков или миниатюрный накопитель на жестком магнитном диске, что дает возможность существенно увеличить объем звуковой информации в устройствах по настоящему изобретению.
Звуковые сообщения записываются при производстве устройства в ЗУ 29 сообщений в виде последовательностей отсчетов звукового сигнала и могут содержать речевые сообщения, музыкальные фрагменты, различные звуковые эффекты и т.д. Каждому звуковому сообщению приписывается номер “NM”, формула для вычисления которого будет приведена позже.
ЗУ 29 сообщений содержит таблицу адресов, в которой для каждого значения “NM” записываются начальный адрес сообщения с этим номером и количество байтов информации, содержащихся в этом сообщении. Если для какого-либо номера “NM” сообщения не предусмотрено, то записывается количество байт информации, равное нулю. С целью увеличения объема звуковой информации, записываемой в ЗУ 29 сообщений, может использоваться какой-либо известный метод сжатия звуковой информации. Возможны не рассматриваемые здесь варианты устройства, допускающие запись сообщений в ЗУ 29 сообщений пользователем в процессе эксплуатации.
На структурной схеме выполнения блока 14 воспроизведения звуковых сообщений, блока 13 опроса, блока 8 определения места воздействия и блока 15 формирования номера сообщения в устройстве по второму варианту изобретения (фиг. 9) показаны контроллер 33, выполняющий функции блока 13 опроса, блока 8 определения места воздействия и блока 15 формирования номера сообщения и содержащий ЗУ 34, контроллер 35, используемый в блоке 14 воспроизведения звуковых сообщений и содержащий ЗУ 36, и подключенные к нему ЗУ 37 сообщений и последовательно соединенные ЦАП 35, усилитель 39 и громкоговоритель 40.
Контроллеры 33 и 35 могут быть выполнены аналогично контроллеру 27, а ЗУ 37 сообщений – аналогично ЗУ 29 сообщений в устройстве по первому варианту изобретения.
Функции входа и второго выхода блока 3 определении места воздействия, входа и дополнительного выхода блока 13 опроса и выхода блока 15 формирования номера сообщения выполняют выделенные для этого разряды портов ввода/вывода контроллера 33. Связи выхода блока 13 опроса и первого выхода блока 8 определения места воздействия с первым и вторым входами блока 15 формирования номера сообщения соответственно реализуются программно.
Если блок 14 воспроизведения звуковых сообщений выполнен в виде отдельного конструктивного модуля, то его конструктивное исполнение может быть различным, например в виде говорящей игрушки. Связь выхода блока 15 формирования номера сообщения и входа блока 14 воспроизведения звуковых сообщений в этом случае может осуществляться с использованием проводов, радиоволн, ИК-лучей и т.д. Блок 14 воспроизведения звуковых сообщений может быть выполнен также на основе отдельно расположенного персонального компьютера, накопитель на жестком магнитом диске которого может выполнять функции ЗУ 37 сообщений, а звуковая плата – функции ЦАП 38 и усилителя 39. Связь выхода блока 15 формирования номера сообщения и входа блока 14 воспроизведения звуковых сообщений при этом может осуществляться с использованием какого-либо стандартного интерфейса, например “RS-232”.
Блок-схема программы, выполняемой в устройстве но первому варианту изобретения (фиг. 10), содержит блоки 41 и 42 программы, подпрограмму 43, блок 44 программы, подпрограмму 45, блоки 46 и 47 программы. Блок-схема программы, выполняемой в устройстве по второму варианту изобретения (фиг. 11), содержит блоки 48 и 49 программы, подпрограмму 50, блок 51 программы, подпрограмму 52, блоки 53 и 54 программы. Блок-схема подпрограммы определения места касания (фиг. 12) содержит блоки 55…71 программы. Блок-схема подпрограммы определения номера открытого листа (фиг. 13) содержит блоки 72. ..80 программы.
Работа устройства по обоим вариантам изобретения.
Работа звуковоспроизводящего устройства по обоим вариантам изобретения основана на обнаружении прикосновений пользователя к одной из открытых страниц книги и определении места касания с помощью блока 7 датчиков воздействий, определения номеров открытых листов с помощью блока 6 определения положения листов и воспроизведении звукового сообщения, соответствующего месту касания и номеру открытого листа.
Пользователь открывает книгу так, что часть листов (с 4.1. по 4.J на фиг. 7) оказываются перевернутыми вместе с передней обложкой 1, а остальные листы (с 4.(J+1) по 4.М) останутся не перевернутыми вместе с задней обложкой 2. При этом емкостная связь между электродом 22. (J+1) на листе 4.J и электродом 22.(J+2) на листе 4.(J+1) разрывается.
Блок 13 опроса, функции которого в рассматриваемых вариантах устройства выполняет контроллер 27 (фиг. 8) или контроллер 33 (фиг. 9), поочередно записывает в демультиплексор 24 и в мультиплексор 25 (фиг. 6) коды чисел от “1” до “M+1”. При записи кода какого-либо числа “n” выход генератора 23 переменного напряжения соединяется через демультиплексор 24 с электродом 22. n, а вход компаратора 26 через мультиплексор 25 соединяется с электродом 22. (n+1). Опрос датчика 12 положения листов периодически повторяется.
Если электроды 22. n и 22.(n+1) прилегают друг к другу, то между ними существует емкостная связь и переменное напряжение проходит на вход компаратора 26, на выходе которого появляется уровень напряжения “1”. Если между электродами 22.n и 22.(n+1) имеется достаточно большое расстояние, что соответствует “n= (J+1)” (фиг. 7), то емкостная связь между ними разорвана и переменное напряжение не проходит на вход компаратора 26, на выходе которого появляется уровень напряжения “0”.
В блоке 13 опроса определяется значение числа “n=NP”, при котором на выходе датчика 12 положения листов появляется значение “0”. Программа, выполняющая эту функцию, будет описана позже. В описываемом выполнении устройства номер последнего перевернутого листа равен “NP-1”, а номер первого не перевернутого листа равен “NP”. Если перевернута только передняя обложка 1, то получается значение “NP = 1”. Если перевернуты все листы, а задняя обложка 2 не перевернута, то получается значение “NP = M+1”.
Определение места касания основано на обнаружении увеличения емкости между общей шиной устройства и датчиком 9.n (где n = 1…N), расположенным под участком открытого листа, которого касается или к которому поднесен на достаточно близкое расстояние палец пользователя. Увеличение указанной емкости определяется по увеличению периода импульсов, вырабатываемых формирователем 11 импульсов при включении в цепь его обратной связи соответствующего емкостного датчика.
Блок 8 определения места воздействия, функции которого в рассматриваемых вариантах устройства выполняет контроллер 27 (фиг. 8) или контроллер 33 (фиг. 9), записывает в демультиплексор 18 и в мультиплексор 19 (фиг. 5) коды чисел, обеспечивающие поочередное подключение через демультиплексор 18 к выходу формирователя 11 импульсов одного из выводов резистора 20.n, а через мультиплексор 19 ко входу формирователя 11 импульсов – катода соответствующего диода 21.n. Датчик 9.n при этом подключен к точке соединения указанных резистора и диода, и емкость между этим датчиком и общей шиной определяет период импульсов, вырабатываемых формирователем 11 импульсов. Значение периода импульсов измеряется и запоминается в блоке 8 определения места воздействия.
Описанная процедура выполняется для всех значений “n=1…N”. Цикл опроса датчиков 9.1. . . 9.N повторяется периодически. В каждом цикле опроса измеренное значение периода импульсов для каждого датчика 9.n сравнивается с запомненным в предыдущем цикле опроса значением периода импульсов для этого же датчика. В результате определяется число “NT” такое, что для датчика 9.NT увеличение периода импульсов по сравнению с предыдущим циклом опроса во первых больше, чем для всех остальных емкостных датчиков, а во-вторых превышает заданный порог. Программа, выполняющая перечисленные функции, будет описана позже.
В устройстве по первому варианту изобретения (фиг. 2) код числа “NP”, показывающего номер последнего перевернутого листа, и код числа “NТ”, показывающего номер датчика 9.NT, для которого зафиксировано касание, поступают на первый и второй входы блока 5 воспроизведения звуковых сообщений соответственно. В результате воспроизводится звуковое сообщение, соответствующее выбранному участку на выбранной странице. При этом значения отсчетов звукового сигнала последовательно считываются из ЗУ 29 сообщений (фиг. 8) и направляются на ЦАП 30, где преобразуются в аналоговую форму. Звуковой сигнал усиливается в усилителе 31 и воспроизводится через громкоговоритель З2.
В устройстве по второму варианту изобретения (фиг.4) коды чисел “NP” и “NT” поступают на первый и второй входы блока 15 формирования номера сообщения соответственно, в котором формируется код номера сообщения, поступающий на блок 5 воспроизведения звуковых сообщений. В результате также воспроизводится звуковое сообщение, соответствующее выбранному участку на выбранной странице.
В описываемых далее блок-схемах программ, выполняемых контроллерами 27 и 33 в устройствах по первому и второму вариантам изобретения соответственно обозначены: “T” массив из “N” чисел, в котором сохраняются измеренные значения периодов импульсов для датчиков 9.1…9.М, “G” – массив из “N” чисел, в котором сохраняются запоминаемые для использования в следующем цикле значения периодов импульсов, “nm” – номер датчика, для которого разность измеренного и запомненного значений периода импульсов максимальная, “DTm” – значение указанной максимальной разности измеренного и запомненного значений периода импульсов, “Thr” – пороговое значение разности измеренного и запомненного значений периода импульсов, “NT” – номер датчика, для которого обнаружено касание, “U” – измеренный логический уровень напряжения на выходе компаратора 26 в датчике 12 положения листов, “NP” – номер первого не перевернутого листа, “NM” – номер воспроизводимого звукового сообщения, “n” – счетная переменная.
Выполнение программы в устройстве по первому варианту изобретения (фиг. 10), начинается после включения напряжения питания (блок 41). Затем выполняется инициализация (блок 42), в процессе которой измеряются значения периодов импульсов для всех датчиков 9.1…9.N, и полученные значения записываются в соответствующие ячейки “T[1]…T[N]”. Процедура измерения значений периодов импульсов аналогична используемой в подпрограмме 43 определения места касания, которая будет описана ниже.
Затем программа входит в цикл, содержащий подпрограмму 43, блок 44 программы, подпрограмму 45 и блоки 46 и 47 программы. Выполнение этого цикла продолжается до выключения напряжения питания.
В результате выполнения подпрограммы 43 определения места касания находится число “NT”, показывающее номер датчика 9.NT, для которого обнаружено касание. Подпрограмма 43 реализует функции блока 8 определения места воздействия. Затем выполняется проверка, есть ли касание (блок 44). Если “NT = О”, то касания нет и программа возвращается в начало цикла на подпрограмму 43.
В противном случае выполняется подпрограмма 45 определения номера открытого листа, в результате которой находится число “NP”, показывающее номер первого не перевернутого листа. Подпрограмма 45 реализует функции блока 13 опроса.
Затем определяется номер “NM” воспроизводимого звукового сообщения (блок 46) но формуле “NM = (NP-1)N + NT”. Далее звуковое сообщение с номером “NM” воспроизводится (блок 47). При этом значения отсчетов звукового сигнала последовательно считываются из ЗУ 29 сообщений (фиг. 8), начиная с адреса, определяемого номером “NM”, и направляются на ЦАП 30. Эти операции повторяются, пока не будут воспроизведены все отсчеты звукового сигнала. Если при записи звуковых сообщений в ЗУ 29 использовался какой-либо метод сжатия звуковой информации, то в процессе воспроизведения выполняется соответствующее декодирование. Программы, выполняющие перечисленные функции, могут быть аналогичными тем, которые используются в известных устройствах для записи и воспроизведения или для передачи звуковой информации. Таким образом, блоки 46 и 47 программы реализуют функции блока 5 воспроизведения звуковых сообщений в устройстве по первому варианту изобретения.
После этого программа возвращается в начало цикла на подпрограмму 43.
Выполнение программы в устройстве по второму варианту изобретения (фиг. 11) также начинается после включения напряжения питания (блок 48). Выполнение инициализации (блок 49), подпрограмма 50 определения места касания, проверка, есть ли касание (блок 51), подпрограмма 52 определения номера открытого листа определение номера сообщения (блок 53) аналогичны соответствующим блокам программы и подпрограммам в программе для устройства по первому варианту изобретения. Выполнение цикла, начинающегося подпрограммой 50 и заканчивающегося блоком 54 программы продолжается до выключения напряжения питания.
Найденный номер “NM” воспроизводимого сообщения посылается на блок 14 воспроизведения звуковых сообщений (блок 54). Затем программа возвращается в начало цикла на подпрограмму 50.
После получения номера “NM” контроллер 35 в блоке 14 воспроизведения звуковых сообщений (фиг. 9) выполняет программу воспроизведения звукового сообщения. При этом отсчеты звукового сигнала считываются, начиная с адреса, определяемого номером “NM”, из ЗУ 37 сообщений и направляются на ЦАП 38. При необходимости выполняется декодирование сжатой звуковой информации.
После входа в подпрограмму 43 определения места касания (блок 55 на фиг. 12) счетная переменная “n” получает значение “1”, а переменная “NT” – значение “0” (блок 56). Затем “N” раз выполняется цикл из блоков 57…60 программы, в каждом проходе которого выполняется измерение периода импульсов, вырабатываемых формирователем 11 импульсов при включении в цепь его обратной связи датчика 9.n (n = 1…N).
В начале каждого прохода цикла вычисляются значения числа “n1”, засылаемого в мультиплексор 19 и показывающего номер его используемого входа (фиг. 5), и числа “n2”, засылаемого в демультиплексор 18 и показывающего номер его используемого выхода (блок 57).
Значение “n1” определяется по формуле “n1 = Trunc(n/NY)”, где “NY” – число выходов демультиплексора 18, “Trunc(x)” – функция, возвращающая целую часть аргумента “x”. Значение “n1” изменяется в диапазоне от “0” до “NX-1”, где “NX – N/NY” – число входов мультиплексора 19. При этом значение “n1 = 0” соответствует первому выходу демультиплексора 18. Значение “n2” определяется по формуле “n2 = n – n1xNY” и изменяется в диапазоне от “0” до NY-1″, причем значение “n2 = 0” соответствует первому входу мультиплексора 19.
В результате в обратную связь формирователя 11 импульсов оказывается включен датчик 9.n, где “n = n1xNY + n2”. Формирователь 11 вырабатывает импульсы, период которых определяется емкостью между указанным датчиком и общей шиной. Далее выполняется измерение величины периода импульсов (блок 58). Эта операция может заключаться, например, в подсчете числа тактов контроллера 27 (или 33) на интервал времени между двумя соседними фронтами импульсов на выходе формирователя 11 импульсов. Полученное значение сохраняется в переменной “T[n]”.
Блоки 59 и 60 программы обеспечивают переход к следующему проходу цикла или его завершение после “N-го” прохода.
Затем вычисляются разности измеренных значений периодов “T[n]” и запомненных после предыдущего прохода цикла основной программы значений “G[n]” для всех “n = 1. . .N” (блок 61). По результатам вычислений определяются значения “nm” -номера датчика, для которого разность измеренного и запомненного значений периода импульсов максимальная, и “DTm” – величины указанной максимальной разности измеренного и запомненного значений периода импульсов.
Далее выполняется проверка, есть ли касание (блок 62). Для этого значение “DTm” сравнивается с константой “Thr” – пороговым значением разности измеренного и запомненного значений периода импульсов. Если “DTm > Thr”, то обнаружено касание для датчика 9.nm. Всем запоминаемым для использования в следующем цикле значениям периодов импульсов “G[n]” (n = 1…N) присваиваются величины соответствующих измеренных значений периодов “T[n]” (блок 63). Переменной “NT”, содержащей номер датчика, для которого обнаружено касание, присваивается значение “nm” (блок 64). После этого выполнение подпрограммы завершается (блок 71).
В случае, если величина “Dtm” не превышает порога, то есть касание не обнаружено, счетной переменной “n” присваивается значение “1” (блок 65), после чего выполняется цикл из блоков 66…70 программы, в котором определяются новые значения чисел “G[n]” (n = 1…N). В каждом проходе этого цикла измеренное значение периода “T[n]” сравнивается с ранее сохраненным значением “G[n]” (блок 66). Если “T[n] < “G[n]”, то переменной “G[n]” присваивается значение “T[n] ” (блок 67). В противном случае новое значение “G[n]” определяется по формуле “G[n] = (3xG[n] + T[n])/4” (блок 68). Таким образом, при наличии увеличения периода “T[n]”, не превосходящего порог “Thr”, величина “G[n]” возрастает замедленно, что повышает надежность работы устройства. Формула для вычисления значений “G[n]” может быть и другой, но она должна обеспечивать указанные особенности изменений этих значений во времени.
Затем значение переменной “n” увеличивается на “1” (блок 69) и проверяется условие окончания цикла (блок 70), при выполнении которого подпрограмма завершает свою работу (блок 71). При этом переменная “NT” сохраняет значение “0”, показывающее, что касания не обнаружено.
Описанная подпрограмма 43 определения места касания обеспечивает защиту от повторных срабатываний в случаях, когда пользователь длительное время касается одного и того же участка листа. Кроме того, плавно отслеживаются постепенные увеличения или уменьшения емкостей между датчиками 9.1…9.N и общей шиной, имеющие место при переворачивании листов 4.1…4.M книги. Так как значения периодов для каждого датчика 9.1…9.N запоминаются и анализируются отдельно, то исключается влияние разброса емкостей указанных датчиков.
Подпрограмма 50 определения места касания, выполняемая в устройстве по второму варианту изобретения, полностью аналогична описанной.
После входа в подпрограмму 45 определения номера открытого листа (фиг. 13) (блок 72) счетной переменной “n” присваивается значение “1”, а переменной “NP”, показывающей номер первого не перевернутого листа, – значение “0” (блок 73). Затем выполняется цикл из блоков 74…79 программы, в каждом проходе которого проверяется одна пара электродов 22.n и 22.(n+1) (фиг.6).
В начале каждого прохода этого цикла значение “n” засылается в демультиплексор 24 и мультиплексор 25 (блок 74). Затем в переменной “U” сохраняется логический уровень напряжения, принимаемого с выхода компаратора 26 (блок 75). Далее значение переменной “U” сравнивается с логическим “0” (блок 76). Если результат сравнения отрицательный (“U” соответствует логической “1”), что соответствует отсутствию промежутка между электродами 22.n и 22.(n+1), то значение переменной “n” увеличивается на “1” (блок 78) и проверяется условие выхода из цикла (блок 79). Если это условие не выполнено, то программа возвращается в начало цикла на блок 74. В противном случае, то есть если “n > M + 1”, выполнение подпрограммы завершается (блок 80), причем переменная “NP” сохраняет значение “0”. Подобная ситуация имеет место в случае, когда книга закрыта.
Если в блоке 76 программы обнаружено, что величина “U” соответствует логическому “0”, то есть электроды 22.n и 22.(n+1) находятся на достаточно большом расстоянии друг от друга, то переменной “NP” присваивается значение “n” (блок 77), после чего выполнение подпрограммы 45 завершается (блок 80).
Подпрограмма 52 определения номера открытого листа, выполняемая в устройстве по второму варианту изобретения, полностью аналогична описанной.
Таким образом, в заявляемых устройствах достигается требуемый технический результат – расширение функциональных возможностей, заключающееся в обеспечении автоматического определения номера открытого листа и воспроизведении звукового сообщения в соответствии с этим номером и с местом воздействия пользователя на один из открытых листов. Изменения емкостей между датчиками и общей шиной, возникающие при переворачивании листов, автоматически отслеживаются, благодаря чему обеспечивается точное определение участка листа, к которому прикоснулся пользователь, при большом числе листов, находящихся поверх емкостных датчиков, то есть достигается повышение надежности работы устройства.
Звуковоспроизводящие устройства в соответствии с настоящим изобретением могут использоваться как учебные пособия, игрушки, рекламные издания, путеводители и т.д. Автоматическое определение номера открытого листа упрощает эксплуатацию и создает удобства для пользователей. Возможность использования в устройствах большого количества листов позволяет увеличивать объем содержащейся в них текстовой и графической информации, причем соответствующий объем звуковой информации может храниться в БИС ЗУ, на магнитном или лазерном диске. Средства звуковоспроизведения могут располагаться как в самом устройстве, так и вне его. Например, может использоваться персональный компьютер или обычная звуковоспроизводящая аппаратура, что позволяет увеличить громкость и качество звука и в ряде случаев создает дополнительные удобства пользователям.
Перечисленные и другие преимущества настоящего изобретения открывают широкие перспективы его использования и обеспечат коммерческий успех изготовленных в соответствии с ним звуковоспроизводящих устройств.
Формула изобретения
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
