Кто не слышал об «умных» машинах? Пожалуй, всем известно, что существуют на свете электронные вычислительные машины, которые решают сложнейшие уравнения, переводят иностранные тексты, управляют производством, а порой, в порядке «культурного отдыха», играют в шахматы и пишут музыку. Все задания этим ЭВМ человек вынужден сообщать специальном машинном языке.
Для многих ЭВМ перфолента — бумажная полоска, на которой нанесены отверстия в соответствии с содержанием задания, — это единственный мостик, связывающий их с внешним миром. Она заменяет им глаза и уши.
А нельзя ли упростить разговор человека с машиной, отказаться от промежуточного перевода заданий на перфоленту? Сделать так, чтобы, например, мы могли разговаривать с ЭВМ «по- человечески», отдавать приказы и команды в устной форме?
Чтобы заставить машину работать «на слух», надо создать специальные дешифраторы — частотные фильтры, способные подбирать каждому звуку, независимо от того, кто его произносит, соответствующее сочетание букв.
Уже созданы интересные устройства, автоматически печатающие на пишущей машинке диктуемые тексты, набирающие по устному приказу номер телефона, переключающие диапазоны радиоприемника.
Простой акустический автомат, умеющий анализировать звуковые команды, можете собрать и вы. Он реагирует на звуковые колебания, примерно соответствующие произношению гласных букв «и» и «о». Если к исполнительным выводам этого автомата подключить, например, электрический двигатель игрушечного автомобиля, то произносимые громко слова «иди» и «стой» позволят непосредственно управлять моделью.
Сначала познакомимся со структурной схемой акустического автомата (рис. 1). Микрофон выполняет роль датчика. Он преобразует звуковой сигнал в электрические колебания, а усилитель низкой частоты усиливает их. Затем колебания низкой частоты поступают на дешифратор с двумя фильтрами, каждый из которых настроен на определенную полосу звуковых частот (звук «и» соответствует частоте колебаний 400—700 Гц, а звук «о» — частоте 150—300 Гц). Принятый дешифратором сигнал соответствующей частоты вызывает срабатывание одного из электронных реле, которое своими контактами включает двигатель или лампочку.
Принципиальную схему акустического электронного реле вы видите на рисунке 2. Каскады на транзисторах VI—V3 образуют простейший усилитель низкой частоты. Сигнал с микрофона В1 поступает на базу транзистора VI и управляет величиной его коллекторного тока, который, в свою очередь, поступает далее на базу транзистора V2 и усиливается им. Точно так же коллекторный ток транзистора V2 усиливается транзистором V3. В цепь коллектора последнего включена нагрузка — резистор R3. Режимы транзисторов усилителя по постоянному току определяются сопротивлением резистора R1, изменяя которое в пределах от 200 до 600 Ом можно регулировать чувствительность автомата.
Последовательное соединение транзисторов позволяет получить очень большое усиление тока сиг- Нала, которое может достигать величины, равной произведению статических коэффициентов передачи тока применяемых приборов.
С выхода усилителя командный сигнал через конденсатор С2 поступает на вход дешифратора, но срабатывает та из его двух ячеек, которая настроена на частоту этого сигнала. Почему это происходит?
Вы, вероятно, знаете, что сопротивление колебательного контура для колебаний, частота которых совпадает с его собственной частотой, во много раз больше, чем для колебаний всех других частот. Это свойство контура и лежит в основе принципа работы ячеек дешифратора.
Пока сигнала на входе дешифратора нет, составной транзистор V4V5 первой ячейки электронного реле немного приоткрыт напряжением смещения, создаваемым делителем R6R7. В этом режиме ток в коллекторной цепи составного транзистора и обмотке реле К1 минимален, он не вызывает срабатывания реле. Это реле не срабатывает и при поступлении сигнала с частотой, отличной от резонансной частоты колебательного контура L1C3, так как в этом случае сопротивление контура мало и все входное напряжение падает на резисторе R4.
С поступлением на вход дешифратора сигнала с частотой, близкой резонансной частоте контура (для которой сопротивление контура L1C3 велико, значительно больше сопротивления резистора R4), на составной транзистор V4V5 подается переменное напряжение командного сигнала. Это напряжение, усиленное транзистором, выделяется на обмотке реле К1 на нее через конденсатор С5 попадает иа диод V8. В результате выпрямления на резисторе R7 появляется постоянная составляющая, которая в отрицательной полярности подается через катушку L1 на базу транзистора V4. Коллекторный ток составного транзистора при этом Резко возрастает, реле К1 срабатывает. Его контакты К1.1 блокируют цепь питания обмотки этого Реле, а контакты К 1.2 размыкают блокировочную цепь реле К2 н подключают электродвигатель M1 к батарее питания GB2.
Точно так работает и вторая ячейка дешифратора, только реагирует она на сигналы другой частоты. Если на выходе усилителя будет командный сигнал с частотой 150—300 Гц, то сработает реле К2, которое контактами К2.2 разомкнет цепь питания обмотки реле К1 и включит индикаторную лампочку HI, а контактами К2.1 заблокирует свою обмотку. Такое положение автомат принимает по команде «стой».
Детали акустического автомата лучше разместить на трех отдельных монтажных платах из гетинакса или текстолита толщиной 2—3 мм. Размеры и форма плат определяются объемом свободного пространства внутри модели автомобиля. Не следует выбирать миниатюрные сувенирные модели: даже при использовании малогабаритных деталей монтажные платы не смогут скрытно разместиться внутри.
В качестве микрофона В1 применен телефон типа ТА-56М или электродинамический капсюль ДЭМ-4М. Резисторы типа MJ1T 0,125, электролитические конденсаторы К50-6 (можно ЭМ), конденсаторы СЗ — С6 типа К74—5, К10—7 или КМ. Транзисторы Vl — V7 маломощные низкочастотные типа МП39-МП42, желательно малошумящие — с индексом Б.
Коэффициент передачи тока всех транзисторов может быть в пределах от 40 до 100. Полупроводниковые диоды V8 — V9 серии Д9 или Д2 с любым буквенным индексом.
Электромагнитные реле К1 —К.2, работающие в ячейках дешифратора, типа РЭС6, РЭС9 или самодельные с током срабатывания до 30—40 мА. В некоторых случаях следует ослабить возвратные пружины якоря, чтобы реле надежно срабатывало при напряжении 5—6 В.
Каркасами для индуктивностей L1 и L2 служат катушки от ниток, только отверстия в них нужно рассверлить до диаметра 8 мм. Катушки намотайте «внавал» проводом ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,12—0,18 мм. Первая катушка имеет 2000 витков, а вторая 3200 витков. Подстроечные сердечники диаметром 8 мм и длиной 50 мм из феррита марки 1000 НМ или 600 НН отколите от стержня магнитной антенны радиоприемника. Сердечник должен с небольшим трением перемещаться внутри катушки.
Микроэлектродвигатель Ml, устанавливаемый в моделях автомобилей, обычно рассчитан на напряжение 4,5 В, поэтому он подключается контактами реле К1.2 к средней точке источника питания, состоящего из двух последовательно соединенных батарей GB1 и GB2 типа 3336J1 или «Рубин-1».
Индикаторная (сигнальная) лампочка HI на напряжение 6,3 В.
Налаживание акустического электронного реле можно проводить без специальной измерительной аппаратуры, понадобится только звуковой генератор (можно самодельный) и простейший авометр.
После проверки монтажа приступайте к настройке усилителя низкой частоты. Между плюсовым проводником питания и положительным выводом конденсатора С2 включите высокоомные телефоны. Произнося перед микрофоном слова или подавая тональные сигналы, вы должны услышать неискаженный усиленный звук в подключенных телефонах. Если звук очень сильный и хриплый, то в цепь эмиттера транзистора V3 следует включить резистор сопротивлением 51—100 Ом. Если звук в телефонах очень тихий, то следует более тщательно подобрать сопротивление резистора R1 (в пределах от 220 до 680 Ом).
Далее, отключив телефоны от усилителя, начинайте настройку резонансных контуров ячеек дешифратора. При наличии звукового генератора его выводы соединяют с теми же точками на схеме, что и контрольные телефоны при проверке усилителя. Установив генератор на частоту 550 Гц (середина частотного диапазона 400—700 Гц), подайте к ячейкам дешифратора сигнал напряжением 2—3 В. Плавно вводя сердечник в катушку L1, настройте контур на частоту резонанса. В момент резонанса коллекторный ток составного транзистора V4V5 должен резко возрасти, а реле К1 четко сработать. Чем точнее настройка тем больше будет коллекторный ток транзистора. Изменяя сопротивление резистора R4. надо добиться, чтобы величина этого тока была не менее 35— 50 мА. Настройку контура можно вести и подбором емкости конденсатора СЗ в пределах от 0,022 до 0 047 мкФ.
Таким же порядком настроите резонанс с частотой 225 Гц (середина частотного диапазона 150— 300 Гц) второй контур L2C4. При настройке емкость конденсатора С4 можно изменять в пределах от 0,1 до 0,33 мкФ, а сопротивление резистора R5 в пределах от 47 кОм до 100 кОм.
Повторите настройку резонансных контуров ячеек дешифратора еще два-три раза, но при более слабых сигналах звукового генератора. И наконец, отключив звуковой генератор, проверьте работоспособность всего устройства от голоса. Не исключено, что в этом случае также потребуется внести коррективы в настройку ячеек.
Окончательную проверку работы и подстройку дешифратора производят после установки всех плат автомата в игрушку. Микрофон разместите так, чтобы его звуковое отверстие не было закрыто. Индикаторную лампочку установите на месте фары модели автомобиля или на его крышке.
Правильно собранный и настроенный акустический автомат при подаче команды «иди» (обратите внимание на выделение звука «и» в этом слове) подключает к источнику питания электродвигатель, и модель трогается с места.
Остановить игрушку вы можете новой командой — «стой» (выделяя здесь звук «о»). Когда модель остановится, то должна загореться сигнальная лампочка.
Если вы захотите расширить возможности аппаратуры, например, добавить команду «назад» (произношению буквы «а» соответствует полоса частот 700— 1100 Гц), то следует собрать еще одну ячейку дешифратора по аналогичной схеме и настроить резонансный контур на указанный диапазон частот. Подумайте, как проще подключить в схему автомата реле этой ячейки, чтобы электродвигатель игрушки три команде «назад» менял свое вращение на противоположное.
И. ЕФИМОВ, инженер
Рисунки Ю. ЧЕСНОКОВА