FR2640405A1 - Method and device for generating a control signal sensitive essentially to breath - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé et dispositif d'élaboration d'un signal de commande sensible essentiellement au souffle.Method and device for developing a control signal essentially sensitive to breath.
Le domaine de l'invention est celui des dispositifs de commande comprenant des moyens d'actionnement autres que des contacts tactiles ou manuels du type des touches, des contacteurs, des boutons-poussoir ou rotatifs, ou autres. The field of the invention is that of control devices comprising actuation means other than tactile or manual contacts of the type of keys, contactors, push or rotary buttons, or the like.
Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de commande, notamment pour la mise en service d'appareils, qui puisse être utilisé par exemple par des personnes handicapées rencontrant des difficultés, voire une impossibilité à actionner des dispositifs tactiles ou manuels. More specifically, the invention relates to a control device, in particular for the commissioning of apparatuses, which can be used for example by disabled people encountering difficulties, or even an impossibility to actuate tactile or manual devices.
Le dispositif de commande suivant l'invention trouve également é s'appliquer à l'activation ou la désactivation d'appareils du type utilisant la reconnaissance de la parole. The control device according to the invention is also found to apply to the activation or deactivation of devices of the type using speech recognition.
Pour ces applications, l'utilisation d'un mot de commande spécifique n'est en général pas possible, du fait des risques de déclenchements intempestifs par erreur de reconnaissance.For these applications, the use of a specific command word is generally not possible, due to the risks of untimely tripping by recognition error.
De plus, dans certaines conditions particulières, par exemple en cas de bruits d'environnement (tels que des sonneries téléphoniques ou autres), il peut être très difficile de faire prendre en compte un mot spécifique de commande.In addition, under certain specific conditions, for example in the event of environmental noise (such as telephone rings or the like), it can be very difficult to have a specific command word taken into account.
On connait de nombreux dispositifs de commande non tactile, tels que les dispositifs å coupure de faisceaux, å détection de bruit, etc. Numerous non-touch control devices are known, such as devices for cutting beams, for detecting noise, etc.
On connait également des systèmes de commande & capteurs de souffle tels que décrits dans le document de brevet français n0 87 05391 déposé le 15 avril 1987, et concernant un "dispositif téléphonique11. Ce document décrit une solution exploitant la détection d'un souffle de l'utilisateur au moyen de capteurs a commande mécanique (capteur à lamelles, ou capteur å pendule) ou encore à commande magnétique (contact établi par déplacement d'aimants).Ces capteurs de souffle fonctionnent selon des principes tout å fait opérationnels mais présentent l'inconvénient de tous les systèmes de type mécanique : usure mécanique, spécificité d'application, manque de souplesse de réglage,
L'invention a pour objectif de fournir un capteur de souffle palliant ces inconvénients.There are also known breath control systems & sensors as described in French patent document no. 87 05391 filed on April 15, 1987, and concerning a "telephone device.11. This document describes a solution exploiting the detection of a breath of the user by means of mechanically controlled sensors (lamellar sensor, or pendulum sensor) or even magnetic control (contact established by displacement of magnets). These breath sensors operate according to fully operational principles but present the disadvantage of all mechanical systems: mechanical wear, specific application, lack of adjustment flexibility,
The invention aims to provide a breath sensor overcoming these drawbacks.
Plus précisément, l'objectif est de fournir un dispositif de commande å capteur de souffle qui présente une simplicité de mise en oeuvre d'un point de vue technique, sous faible encombrement, et avec une bonne fiabilité de fonctionnement. More specifically, the objective is to provide a breath sensor control device which has a simplicity of implementation from a technical point of view, in a small footprint, and with good operating reliability.
Un objectif complémentaire est de fournir un tel capteur de souffle comportant un réglage de sensibilité qui permette une adaptation aux possibilités de l'utilisateur. An additional objective is to provide such a breath sensor comprising a sensitivity adjustment which allows adaptation to the possibilities of the user.
Ces objectifs ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints â laide d'un procédé d'élaboration d'un signal de commande sensible essentiellement au souffle, caractérisé en ce qu'il consiste å convertir un souffle capté en signal électrique au moyen d'un transducteur, et à traiter le signal électrique pour identifier la présence d'un souffle de commande, et déclencher des moyens de commande correspondants. These objectives and others which will appear subsequently are achieved by means of a process for developing a control signal which is essentially sensitive to breath, characterized in that it consists in converting a captured breath into an electrical signal at means of a transducer, and to process the electrical signal to identify the presence of a control breath, and trigger corresponding control means.
De façon avantageuse, ladite identification du souffle de commande consiste à compter un nombre d'impulsions électriques engendrées par des moyens de numérisation du signal électrique issu du transducteur, et å déclencher les moyens de commande en cas de dépassement d'un seuil de comptage d'impulsions. Préférentiellement, le nombre desdites impulsions comptées est représentatif de la durée du souffle capté. Advantageously, said identification of the control breath consists in counting a number of electrical pulses generated by means of digitization of the electrical signal coming from the transducer, and in triggering the control means in the event of exceeding a counting threshold d 'impulses. Preferably, the number of said pulses counted is representative of the duration of the breath captured.
L'invention a également pour objet un capteur de souffle, notamment pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, comportant
un transducteur de conversion d'un souffle capté en signal électrique
des moyens de numérisation dudit signal électrique de souffle, sou forme d'un train d'impulsions dénombrables
des moyens de comptage desdites impulsions ;
des moyens de commande associés audits moyens de comptage d'impulsions.The invention also relates to a breath sensor, in particular for the implementation of the method described above, comprising
a transducer for converting a breath captured into an electrical signal
means for digitizing said electrical breath signal, in the form of a train of countable pulses
means for counting said pulses;
control means associated with said pulse counting means.
Avantageusement, lesdits moyens de comptage sont asservis en remise à zéro et/ou en déclenchement par un circuit monostable déclenché lui-même par les impulsions dudit train numérique et maintenu déclenché entre les impulsions pendant un temps de garde prédétermine. Advantageously, said counting means are slaved to reset to zero and / or to be triggered by a monostable circuit itself triggered by the pulses of said digital train and kept triggered between the pulses for a predetermined guard time.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le capteur comporte des moyens de comparaison de la sortie desdits moyens de comparaison déclenchant lesdits moyens de commande lors du franchissement dudit seuil. According to an advantageous characteristic of the invention, the sensor includes means for comparing the output of said comparison means triggering said control means when crossing said threshold.
Les temps de garde du monostable d'initialisation des moyens de comptage et/ou le seuil de déclenchement des moyens de commande sont préférentiellement ajustables,
Selon une autre caractéristique, le capteur comporte des moyens de sélection d'un type de commande appartenant å l'ensemble comprenant l'utilisation direction du signal de sortie des moyens de commande, le déclenchement d'un relais, et le basculement réversible d'un système bistable.The guard times of the monostable for initializing the counting means and / or the triggering threshold of the control means are preferably adjustable,
According to another characteristic, the sensor comprises means for selecting a type of control belonging to the assembly comprising the use of the direction of the output signal of the control means, the triggering of a relay, and the reversible switching of a bistable system.
Avantageusement, les moyens de commande et/ou les moyens de comptage coopèrent avec des témoins lumineux indicatifs d'activité. Advantageously, the control means and / or the counting means cooperate with indicator lights indicative of activity.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention donné à titre illustratif et non limitatif et des dessins annexés dans lesquels
la figure 1 est un schéma synoptique illustrant l'enchaînement des différents modules fonctionnels essentiels constitutifs du dispositif de commande à capteur de souffle suivant l'invention
la figure 2 représente un schéma électronique détaillé d'un mode de réalisation concret du système de commande à capteur de souffle selon l'invention
la figure 3 représente les chronogrammes des principaux signaux du circuit de la figure 2.Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description of a preferred embodiment of the invention given by way of illustration and not limitation and the attached drawings in which
Figure 1 is a block diagram illustrating the sequence of different essential functional modules constituting the breath sensor control device according to the invention
FIG. 2 represents a detailed electronic diagram of a concrete embodiment of the breath sensor control system according to the invention
FIG. 3 represents the timing diagrams of the main signals of the circuit of FIG. 2.
Comme on peut le voir en figure 1, la chaîne de captage et de commande du dispositif de 1 t invention comprend essentiellement
un transducteur 11 transformant le souffle de l'utilisateur 10 en signal électrique 12
un module 13 de numérisation du signal électrique 12, essentiellement en le mettant sous la forme d'un train d'impulsions 14 émises pendant toute la durée de captage du souffle 10
des moyens 15 de comptage des impulsions du train 14
. et des moyens 17 de commande en fonction des résultats 16 de comptage fournis par les moyens de comptage 15.As can be seen in FIG. 1, the collection and control chain of the device of 1 t invention essentially comprises
a transducer 11 transforming the breath of the user 10 into an electrical signal 12
a module 13 for digitizing the electrical signal 12, essentially by putting it in the form of a train of pulses 14 emitted during the entire duration of capturing the breath 10
means 15 for counting the pulses of train 14
. and control means 17 as a function of the counting results 16 supplied by the counting means 15.
Les moyens de commande 17 reçoivent avantageusement des informations 18 de préprogrammation ou d'ajustement des seuils de déclenchement, en fonction des caractéristiques spécifiques de la chaîne de transduction ll/numérisation 13/comptage 15, et des actions 19 à commander. The control means 17 advantageously receive information 18 for preprogramming or adjusting the trigger thresholds, as a function of the specific characteristics of the transduction chain ll / digitization 13 / counting 15, and of the actions 19 to be controlled.
Un exemple de fonctionnement plus détaillé va maintenant être décrit en relation avec le schéma électronique de la figure 2. A more detailed operating example will now be described in relation to the electronic diagram in FIG. 2.
Le transducteur utilisé est un microphone 20, par exemple de type électret (cellule EM78C-LEM). L'information de souffle reçue par le microphone 20 possède un spectre de bruit blanc, et, par rapport aux autres informations susceptibles de parvenir sur le microphone, est caractérisée par son intensité très élevée. The transducer used is a microphone 20, for example of the electret type (cell EM78C-LEM). The breath information received by the microphone 20 has a white noise spectrum, and, compared to other information likely to reach the microphone, is characterized by its very high intensity.
Après adaptation dans un module d'adaptation RC 21, le signal électrique 22 représentatif du signal de souffle capté est traité dans un amplificateur opérationnel 23. After adaptation in an RC adaptation module 21, the electrical signal 22 representative of the breath signal received is processed in an operational amplifier 23.
L'amplificateur opérationnel 23 a pour objectif d'extraire du signal 22 des impulsions calibrées, non trop espacées, dont un nombre préréglé va permettre le déclenchement du dispositif å piloter.The objective of the operational amplifier 23 is to extract from the signal 22 calibrated pulses, not too far apart, a preset number of which will allow the device to be triggered to be triggered.
Dans l'exemple représenté, on utilise un amplificateur opérationnel monté sans contre-réaction. In the example shown, an operational amplifier is used mounted without feedback.
En sortie de l'amplificateur opérationnel 23, le signal 25 correspondant au souffle, se présente sous la forme d'un train d'impulsions 24 calibrées à environ 0,3 ms, et espacées en pratique, sur présence de souffle continu, de 0, 2 à 4 ms. At the output of the operational amplifier 23, the signal 25 corresponding to the breath, is in the form of a train of pulses 24 calibrated at about 0.3 ms, and spaced in practice, on the presence of continuous breath, of 0 , 2 to 4 ms.
Le train d'impulsions 24,25 traverse ensuite un circuit
NON-ET 26 monté en inverseur, avant d'être acheminé d'une part vers un circuit monostable 27, et d'autre part vers des moyens de comptage 28 formés d'un jeu de totalisateurs 29, 30, 31 montés en cascade.The pulse train 24.25 then crosses a circuit
NAND 26 mounted as an inverter, before being routed on the one hand to a monostable circuit 27, and on the other hand to counting means 28 formed of a set of totalizers 29, 30, 31 mounted in cascade.
Le monostable 27 est déclenché par la première impulsion du signal inversé 32, et autorise par l'intermédiaire d'un signal de commande 33 le comptage des pulsions du train 32 par le module de comptage 28. The monostable 27 is triggered by the first pulse of the inverted signal 32, and authorizes by means of a control signal 33 the counting of the pulses of the train 32 by the counting module 28.
Le comptage s'effectue tant que le monostable 27 est amorcé. S'il n'y a pas eu réamorçage du monostable 27 avant expiration d'un temps de garde, une remise à zéro du module de comptage 28 est effectuée. Le temps de garde est avantageusement obtenu par déchargement d'un circuit RC, et est réglable au moyen d'un potentiomètre 34. The counting takes place as long as the monostable 27 is started. If the monostable 27 has not been rebooted before a guard time has expired, the counting module 28 is reset to zero. The guard time is advantageously obtained by discharging an RC circuit, and is adjustable by means of a potentiometer 34.
A titre d'exemple, le temps de garde peut aller depuis une valeur de 4 ms jusqu'à des valeurs très supérieures, de façon à permettre une adaptation aux caractéristiques du signal émis par l'utilisateur. As an example, the guard time can range from a value of 4 ms to much higher values, so as to allow adaptation to the characteristics of the signal transmitted by the user.
En sortie du module de comptage 28, un sélecteur 35 permet de régler par pas le nombre d'impulsions qui est nécessaire au déclenchement d'un signal de commande. At the output of the counting module 28, a selector 35 makes it possible to adjust in steps the number of pulses which is necessary for the triggering of a control signal.
En fonction de la position du sélecteur 35, on peut ainsi obtenir des seuils de détection compris entre 257 et 2 049 impulsions, avec les compteurs utilisés. Depending on the position of the selector 35, it is thus possible to obtain detection thresholds between 257 and 2049 pulses, with the counters used.
Lorsque le nombre d'impulsions correspondant au seuil choisi de déclenchement est atteint, un circuit monostable est activé sur le front montant. C'est le niveau 37 de ce monostable qui est exploité pour les diverses commandes de pilotage possible. When the number of pulses corresponding to the selected trigger threshold is reached, a monostable circuit is activated on the rising edge. It is level 37 of this monostable which is used for the various possible piloting commands.
Quatre types de commande possibles ont été représentés sur les lignes de sortie 40, 41. Four possible types of control have been shown on the output lines 40, 41.
Les différents types de commande sont sélectionnés au moyen d'un jeu d'étriers (42) pontables entre d'une part la sortie S d'un circuit NON-ET 43 alimenté par le niveau 37 du monostable 36, et d'autre part les quatre points de connexion
S1, S2, S3, S4. Les situations de commande sont les suivantes
. S-S1 fermé, les autres ouverts : utilisation directe du signal S de sortie dont le niveau est haut (5V) pendant le temps correspondant au réglage du monostable 36 ;
. S-S2 fermé, les autres ouverts : utilisation du relais 44 qui peut être utilisé en repos et/ou travail. Le temps de maintien est aussi imposé par le temps de réglage du monostable 36 ;
.S-S3 et S2-S4 fermés, les autres ouverts : maintien d'un état fixe jusqu'au déclenchement suivant (par le capteur au souffle) par l'utilisation de la bascule 45
en substitution ou en complément du capteur de souffle les points Pî, P2 permettent le raccordement éventuel de tout autre dispositif établissant un contact fugitif (touche mécanique, poire pneumatique, tapis contact...), pour assurer un déclenchement parallèle des commandes. La même fonction est remplie par l'interrupteur de shunt 46.The different types of control are selected by means of a set of stirrups (42) which can be bridged between on the one hand the output S of a NAND circuit 43 supplied by level 37 of the monostable 36, and on the other hand the four connection points
S1, S2, S3, S4. The order situations are as follows
. S-S1 closed, the others open: direct use of the high output signal S (5V) for the time corresponding to the setting of the monostable 36;
. S-S2 closed, the others open: use of relay 44 which can be used in rest and / or work. The holding time is also imposed by the setting time of the monostable 36;
.S-S3 and S2-S4 closed, the others open: maintenance of a fixed state until the next triggering (by the breath sensor) by the use of rocker 45
in substitution or in addition to the breath sensor, the points Pî, P2 allow the possible connection of any other device establishing a fugitive contact (mechanical key, pneumatic bulb, contact mat, etc.), to ensure parallel triggering of the commands. The same function is fulfilled by the shunt switch 46.
La visualisation du fonctionnement est avantageusement réalisée au moyen d'un dispositif lumineux, par exemple une barette lumineuse bicolore HCMP2965 (formée de quatre diodes rouges et vertes). Ces chaînes de témoins lumineux sont représentées sous la référence 38, 39, 51, 52. Deux des diodes 47, 48 indiquent par un papillotement rouge la prise en compte d'impulsions. Deux autres diodes 49, 50, visualisent en vert fixe le déclenchement du capteur, pendant la durée du maintien du monostable 36. The display of the operation is advantageously carried out by means of a light device, for example a two-color light strip HCMP2965 (formed by four red and green diodes). These chains of indicator lights are represented under the reference 38, 39, 51, 52. Two of the diodes 47, 48 indicate by a flickering red the taking into account of pulses. Two other diodes 49, 50, display in fixed green the triggering of the sensor, for the duration of the maintenance of the monostable 36.
Les chronogrammes de la figure 3 représentent l'aspect des principaux signaux du circuit électronique de la figure 2. The timing diagrams of Figure 3 represent the appearance of the main signals of the electronic circuit of Figure 2.
Le train d'impulsions A correspond au signal numérisé 24, 25 dans lequel les impulsions sont calibrées à environ 0,4 ms, avec des intervalles entre impulsions (par exemple 3,5 ms) inférieurs aux temps de garde du monostable 27. The pulse train A corresponds to the digital signal 24, 25 in which the pulses are calibrated to around 0.4 ms, with intervals between pulses (for example 3.5 ms) less than the guard times of the monostable 27.
L'horloge H1 correspondant au second chronogramme de la figure 3 correspond au signal 32 en sortie du circuit NON-ET 26 monté en inverseur.The clock H1 corresponding to the second timing diagram of FIG. 3 corresponds to the signal 32 at the output of the NAND circuit 26 mounted as an inverter.
Le troisiere chronogramme tl correspond au signal 33 prélevé en sortie du monostable 27. Le passage du niveau O au niveau 1 sur le front montant 53 correspond à une autorisation de comptage adressée au moyen de comptage 28. Il s'ensuit que le comptage débute à partir de la seconde impulsion captée par le monostable 27. The third timing diagram tl corresponds to the signal 33 taken at the output of the monostable 27. The passage from level O to level 1 on the rising edge 53 corresponds to a counting authorization sent to the counting means 28. It follows that the counting begins at from the second pulse captured by the monostable 27.
Le signal SO prélevé au niveau du sélecteur 35 en sortie des moyens de comptage 28 se déclenche (54) lors du franchissement du seuil d'impulsions choisi, puis s'annule (55) lors de la désactivation du monostable 27 et donc des moyens de comptage 28. The signal SO taken from the selector 35 at the output of the counting means 28 is triggered (54) when the chosen pulse threshold is crossed, then is canceled (55) when the monostable 27 is deactivated and therefore means for count 28.
Le niveau de sortie 37 du monostable 36 fournit le cinquième chronogramme t2, qui passe au niveau bas (56) lors du passage du signal SQ au niveau 0. The output level 37 of the monostable 36 provides the fifth timing diagram t2, which goes to the low level (56) when the signal SQ goes to level 0.
Ce signal t2 est inversé dans le circuit NON-ET 43 pour fournir le signal crenelé S correspondant au sixième chronogramme de la figure 3. C'est ce même signal qui correspond å l'illumination des diodes lumineuses vertes 49, 50 visualisant le déclenchement du capteur. This signal t2 is reversed in the NAND circuit 43 to provide the crenellated signal S corresponding to the sixth timing diagram of FIG. 3. It is this same signal which corresponds to the illumination of the green light diodes 49, 50 visualizing the triggering of the sensor.
L'activation des diodes 47, 48, de comptage d'impulsions est représenté sur les deux derniers chronogrammes L1 et L2 de la figure 3. The activation of the pulse counting diodes 47, 48 is shown in the last two timing diagrams L1 and L2 in FIG. 3.
Le dispositif réalisé nécessitait une seule alimentation en 5 V, pouvant suivant les applications et les conditions d'utilisation être fournies soit par le matériel à piloter, soit par des accumulateurs rechargeables, ou encore par un bloc secteur du type utilisé dans les calculettes électroniques. The device produced required a single 5 V supply, which could, depending on the applications and conditions of use, be supplied either by the equipment to be controlled, or by rechargeable accumulators, or by a power supply unit of the type used in electronic calculators.
L'ensemble de la partie électronique décrite ci-dessus peut être implanté sur un circuit imprimé d'environ 12,6 cm et placée dans un mini-boîtier. The whole of the electronic part described above can be installed on a printed circuit of approximately 12.6 cm and placed in a mini-box.
Les étriers 42 (S1 à S4) d'adaptation aux diverses configurations d'utilisation, ainsi que le potentiomètre 34 sont aussi localisés sur ce circuit. The stirrups 42 (S1 to S4) for adapting to various configurations of use, as well as the potentiometer 34 are also located on this circuit.
Le microphone électret 20 vient d'une part se raccorder sur le boîtier, et est d'autre part à installer de façon à être accessible à l'utilisateur. The electret microphone 20 is on the one hand connected to the housing, and is on the other hand to be installed so as to be accessible to the user.
Trois points de sortie, situés sur le boîtier, permettent, suivant la configuration des étriers 42, d'établir la liaison vers le dispositif à commander. Three exit points, located on the housing, make it possible, depending on the configuration of the stirrups 42, to establish the connection to the device to be controlled.
Le sélecteur 35 est installé sur le boîtier pour être facilement manoeuvrable. La barette lumineuse 47, 48, 49, 50 est installée sur le boîtier de manière à être bien visible. The selector 35 is installed on the housing to be easily maneuverable. The light strip 47, 48, 49, 50 is installed on the housing so as to be clearly visible.
On trouve sur la face arrière deux fiches (P1, P2) pour le raccordement éventuel d'un capteur "mécanique" supplémentaire, ainsi que le connecteur pour le branchement éventuel d'un bloc d'alimentation externe. There are two plugs (P1, P2) on the rear side for the optional connection of an additional "mechanical" sensor, as well as the connector for the optional connection of an external power supply.
Des aménagements particuliers peuvent être envisagés en fonction des situations d'utilisation. Special arrangements can be envisaged depending on the situations of use.
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| US4562432A (en) * | 1982-08-19 | 1985-12-31 | Steve Sremac | Voice or blow-controlled switchboard |
-
1988
- 1988-12-09 FR FR8816426A patent/FR2640405B1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2640405B1 (en) | 1994-09-16 |
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