Говорящие игрушки на компьютер

Что такое интерактивные игрушки?

Интерактивные игрушки — это такие игрушки, которые могут каким-либо образом реагировать на действия ребенка и обучать его самостоятельно. Они разговаривают с малышом, задают ему вопросы, рассказывают о новых понятиях. Различают несколько типов интерактивных игрушек:

телефоны, пианино, плакаты, планшеты и другие пластиковые музыкально-обучающие игры;
игрушки в виде животных, которые двигаются, издают различные звуки;
пупсы и куклы, которые повторяют мимику детей и звуки.

Особенности интерактивных игрушек

Говорить игрушки могут благодаря специальному устройству, которое монтируется внутри игрушечного корпуса. Эти блоки отличаются функциональностью:

самым простым механизмом является звуковой однократно записываемый модуль. Время проигрывания может быть от 1 до 6.5 минут;
более сложные устройства позволяют повторно записывать мелодии или фразы. Интерактивные игрушки с такими системами учатся говорить вместе с ребенком, постоянно увеличивая словарный запас. Также можно записать сказки или песни, исполненные мамой или другим родственником;
существую системы, которые активируются не нажатием кнопки на звуковом блоке, а при помощи голоса или касания различных частей игрушки.

Например, интерактивная кукла при прикосновении к щеке начинает смеяться, а если взять ее за руку – заговорит.

govoryashhaya-igrushka

Дети разных возрастов любят говорящие игрушки. Играя с ними, малыши учатся общению, получают новые знания и другие навыки. Единственным недостатком интерактивных игрушек можно назвать их стоимость. Чем больше такая игрушка выполняет функций, тем выше ее цена.

Сделать самому развивающую игрушку для ребёнка ‘Говорящий попугай Кеша’

Автор: Борисов А.Л. г.Озерск, Россия

1. Главный герой мультфильма «Возвращение блудного попугая».

Внешний вид мягкой игрушки «Попугай Кеша» показан на фото:

Попугай Кеша — одна из многих игрушек, выпускаемых под торговой маркой «МУЛЬТИ-ПУЛЬТИ». Игрушка имеет российский сертификат соответствия и аттестат качества (ростест, г. Москва). Высота попугая — 25см в сидячем положении. Игрушка рекомендована детям с трёх лет. На пузе Кеши имеется наклейка с музыкальной нотой. Если надавить в этом месте, то попугай произнесёт фразу из мультфильма. Всего 9 фраз – это голосовые фрагменты разговоров кота и попугая:

1. Привет! Ха-ха-ха! Отдохнул – во! Сметаны – во! Рыбы – во!

3. Я, во-первых, не Кеша, а Иннокентий!

4. Кеша! Ты опять?

5. Ой, а я что? А, а…. я ни… ничего.

6. Ха-ха-ха-ха! Эх, вы, серость! Это ж бубли гумм! Хозяин привез с этой самой, ну как её? Таити! Вот-вот. Ещё привез, а… на уши надеваются… плеер! Вот что!

7. А… прилетаю я как-то на Таити. Вы не были на Таити?

8. Таити, Таити! Не были мы ни в какой Таити! Нас и здесь неплохо кормят!

9. Вот так всегда! На самом интересном месте!

На спине попугая имеется кармашек на «липучках». Через этот кармашек внутри игрушки помещается небольшая пластмассовая коробочка:

Назовем коробочку «говорящим модулем» и посмотрим, что она из себя представляет:

Верхняя половинка корпуса подвижна и подпружинена относительно нижней половинки. Внутри расположена плата с голосовым чипом. На плате установлена резиновая кнопка, на которую нажимает верхняя половинка корпуса. От платы отходят две пары проводов – на батарею и динамический капсюль. Батарея составлена из трех элементов питания LR44 с общим напряжением Uобщ=4,5V. Капсюль имеет сопротивление звуковой катушки Rзв.кат=8 Ом. Принципиальная схема включения говорящего модуля показана на рисунке. Там же указаны токи потребления модулем при различных режимах измерения:

Эту коробочку выбрасывать не будем. Извлечем из неё плату «Е-15А» и отложим в сторонку – в хозяйстве пригодится.

2. Возможности игрушки «Попугай Кеша» после доработки.

Возможности зависят от режимов работы, которые выбираются переключателем:

1. Режим «РЕПИТЕР». В этом режиме Кеша повторяет произнесенные пользователем слова и фразы. Максимальное число повторов — девять и может изменяться отдельным переключателем. Когда пользователь говорит, у попугая глаза светятся, а, когда попугай повторяет слова, его глаза мигают. Режим поможет ребёнку в освоении правильного произношения букв или слов, удобен для запоминания поговорок, пословиц, стихов или для изучения иностранного языка.

2. Режим «ЭХО». В этом режиме попугай также повторяет произнесенные пользователем слова и фразы, но с каждым повтором уровень громкости понижается. Число повторов – восемь. При повторе наиболее эффектно звучат короткие слова. Глаза попугая «работают» таким же образом, как в первом режиме. Режим может использоваться как развлекательный.

3. Режим «ДИАЛОГ». В этом режиме Кеша «слушает» ребёнка, а потом «отвечает» фразой из мультфильма. Получается подобие ведения разговора между ребёнком и попугаем. Это поможет ребёнку осмысливать речь или правильно формулировать свои вопросы. Когда Кеша отвечает, его глаза светятся.

4. Опция «ЛИЛИПУТСКИЙ ГОЛОС». Доступна в двух первых режимах и активируется отдельным переключателем. Кеша повторяет слова и фразы в ускоренном темпе, поэтому создается впечатление, что попугай отвечает своим собственным голосом. Ребёнок будет в восторге.

В составе схемы имеется потенциометр, которым можно настраивать включение режимов в зависимости от общей шумовой обстановки в помещении или от необходимого расстояния игрушки до источника звука.

Перезапускаемый таймер отключения питания позволяет не заботиться о батареях – если игрушку забыли выключить, то отключение от батарей произойдет автоматически.

3. Принципиальная схема.

Принципиальная схема устройства показана на рисунке:

3.1 Питание и таймер отключения.

В качестве источника питания применяются три батарейки типоразмера ААА с общим напряжением U=4,5V. Можно использовать батарейки другого типа или аккумуляторы с напряжением не более Uобщ=5,0V – это повлияет только на длительность работы игрушки. Напряжение постоянно подано на выводы питания цифровых элементов схемы – счетчик DD1, триггер DD2 и чипкордер DD3. На микрофон BM1, предварительный усилитель VT2 и голосовой детектор DA1-VT4 питание подается через ключ VT10, управляемый триггером DD2.2. Связь с выхода 12DD2.2 на вход 9DD2.2 переводит этот триггер в счетный режим работы, поэтому первое нажатие на кнопку SB1 включит игрушку (на затвор VT10 поступит лог.0 с выхода 12DD2.2), а второе – выключит. При выключении игрушки в процессе работы, чипкордер DD3 воспроизведёт последний записанный фрагмент, а затем перейдет в режим пониженного энергопотребления. Конденсатор С14 подавляет дребезг контактов кнопки. Дополнительно элементы R29, VD11 и С15 превращают триггер в одновибратор с постоянной времени Т=60сек. Если принудительного отключения игрушки не было, и на выходе микрофона BM1 нет сигнала, то через одну минуту напряжение на С15 достигнет порога переключения триггера по входу R. Триггер сбросится в исходное состояние (на выв. 12DD2.2 – лог.1, на выв. 13DD2.2 – лог.0) и транзистор VT10 закроется. Игрушка выключится, а С15 быстро разрядится через VD11 и выход 13DD2.2. Наличие в схеме таймера отключения питания посчитал актуальным – дети, особенно маленькие, часто забывают выключать электрофицированные игрушки.

3.2 Предварительный усилитель и голосовой детектор.

Электретный микрофон BM1 получает питание через фильтр R2-С1, резистор R3 – нагрузка микрофона. Переменный сигнал через разделительный конденсатор С2 и резистор R4 поступает на предварительный усилитель – каскад на транзисторе VT2. Резистором R11 задано смещение на базе транзистора с уровнем напряжения примерно Uпит/2, резистор R12 – коллекторная нагрузка, с которой усиленный сигнал через разделительный конденсатор С12 поступает на микрофонный вход MIC+ (выв.10) чипкордера DD3. Второй микрофонный вход MIC- (выв.11) через С13 подключен к общему проводу схемы. Предварительный микрофонный усилитель обеспечивает чувствительность, при которой звук может быть записан из любой точки комнаты площадью S=19кв.м. Если необходимости в такой чувствительности нет, то элементы С2, R4, R11, R12 и VT2 из схемы удаляются, а конденсатор С12 подключается к резистору R3. Другой вариант настроить чувствительность – подобрать номинал R4. Конденсатор С16, подключенный к входу AGC (выв.18) чипкордера обеспечивает необходимую АРУЗ.

С резистора R3 через конденсатор С3 сигнал также поступает на схему голосового детектора – микромощный ОУ DA1 и транзистор VT4. Половина напряжения питания на неивертирующем входе IN1 (выв.3) задана делителем R10-R5. Конденсатор С4 устраняет помехи. Резистор R6, подключенный к выводу 8DA1 задаёт ток потребления ОУ. Коэффициент усиления определяется резистором R13 в цепи обратной связи. С выхода DA1 (выв.6) через R15 и разделительный С8 усиленный сигнал поступает на активный детектор VT4-R19-R20-С9. Переменным резистором R17 можно регулировать чувствительность детектора. При наличии сигнала на выходе микрофона BM1 транзистор VT4 периодически открывается и через R19 заряжает конденсатор С9. Когда сигнал прекращается, конденсатор С9 разряжается через R20. С конденсатора С9 выходной сигнал детектора поступает на затвор транзистора VT6. Сток транзистора VT6 через развязывающий диод VD5 подключен к накопительному конденсатору С15 одновибратора DD2.2. Таким образом, при наличии выходного сигнала детектора, конденсатор С15 разряжается через диод VD5 и открытый канал сток-исток транзистора VT6, поэтому «отсчет» времени начинается сначала.

3.3 Режим «РЕПИТЕР».

Режим работает при положении переключателя SA2, показанном на схеме.

Следует отметить, что внутри чипкордера DD3 входы управления RESET, VOL, FT, PLAY, REC и ERASE подключены к шине питания Vссd через резисторы R=600К, поэтому на этих входах «дежурит» высокий уровень напряжения.

Когда на выходе голосового детектора отсутствует сигнал, транзистор VT6 закрыт. Высокий уровень напряжения с входа REC (выв.24) поступает на затвор VT1 и открывает его. На входах R счетчика DD1 (выв.15) и триггера DD2.1 (выв.4), а также на входе RESET (выв.3) чипкордера DD3 – лог.0. При появлении выходного сигнала детектора транзистор VT6 открывается и чипкордер переводится в режим записи, который работает с частотой дискретизации, заданной резистором R22. Одновременно транзистор VT1 закрывается – счетчик DD1 и триггер DD2.1 сбрасываются высоким уровнем напряжения с входа RESET чипкордера DD3. Пока пользователь произносит слова, транзистор VT6 все время открыт, а чипкордер DD3 находится в режиме записи, поэтому на выходе INT/RDY (выв.27) удерживается низкий уровень напряжения. Конденсатор С11 разряжен. На выходе LED (выв.2) чипкордера низкий уровень – светодиоды HL1 и HL2 постоянным свечением указывают на режим записи. По окончании фразы VT6 закрывается и режим записи прекращается, поэтому низкий уровень напряжения на выходе INT/RDY меняется на высокий. Конденсатор С11, имея малую ёмкость, быстро зарядится через резисторы R24 и R21, поэтому транзистор VT7 кратковременно откроется и сформирует импульс низкого уровня на входе PLAY (выв.23) DD3. Чипкордер включится в режиме воспроизведения с такой же частотой дискретизации, как при записи. На выходах SP+ и SP- (выв.15 и выв.13) DD3 появится ШИМ-сигнал записанного фрагмента, воспроизводимый динамиком BF1. С выхода SP+ через диод VD12 ШИМ-сигнал зарядит С20 и на затворе VT9 сформируется лог.1. Транзистор VT9 откроется и через развязывающие диоды VD4 и VD6 заблокирует одновибратор на DD2.2 и выход голосового детектора. Когда чипкордер находится в режиме воспроизведения, на выходе INT/RDY также низкий уровень, поэтому С11 быстро разрядится через этот выход и защитный диод в составе VT5 (параллельный каналу сток-исток). После завершения воспроизведения фрагмента на выходе INT/RDY вновь появляется высокий уровень напряжения с резистора R24, поэтому С11 опять зарядится, открыв транзистор VT7. Режим воспроизведения будет повторяться постоянно, пока не израсходуется комплект батарей или переключатель SA1 не установят в любое другое положение, отличное от показанного на схеме. Предположим, что переключатель SA1 установили в положение, когда его контакты 1 и 5 замкнуты. Тогда режим воспроизведения повторится три раза. При третьем воспроизведении на выходе 3 (выв.7) счетчика DD1 появится лог.1, которая откроет транзистор VT5 и он зашунтирует затвор транзистора VT7. С вывода 7DD1 лог.1 поступит и на вход D (выв.5) триггера DD2.1. После завершения третьего воспроизведения высокий уровень с резистора R24 поступит на тактовый вход С (выв.3) триггера DD2.1 и запишет в него лог.1 с входа D. Триггер DD2.1 переключится в «единичное» состояние и на выходе 1DD2.1 появится лог.1. Через С10 лог.1 откроет VT8, который подключит вход ERASE (выв.25) к общему проводу схемы. Через развязывающий диод VD10 и резистор R27 к общему проводу также подключится вход Rosc (выв.20). Чипкордер DD3 переключится в режим стирания, причем время стирания определится параллельными резисторами R22 и R27, а также сопротивлением прямосмещенного перехода VD10. Время открытого состояния VT8 определяется постоянной времени Т=C10*R26 и составляет 1,5…2,0 секунды. Стирание подтвердится частыми вспышками светодиодов HL1 и HL2. Открытый диод VD8 продолжает удерживать заблокированным выход голосового детектора в течение процесса стирания.

3.4 Режим «ЭХО».

В этот режим игрушка переводится переключателем SA2, когда замыкаются контакты 1- 3 во всех секциях SA2.1 – SA2.4.

По умолчанию или после команды RESET уровень громкости УМЗЧ чипкордера DD3 имеет максимальное значение. Вход VOL (выв.19) предназначен для дискретного регулирования уровня громкости – с каждым управляющим сигналом уровень понижается на четыре децибела и через восемь шагов достигнет своего минимума. Если после установки минимального уровня громкости на вход VOL опять подавать управляющие сигналы, то с каждым шагом уровень начнет увеличиваться на 4 децибела и через восемь шагов достигнет своего максимума.

После выбора режима переключателем SA2 вход PLAY через резистор R14 соединился с входом VOL, а выход 8 (выв.9) счетчика DD1 – с затвором VT5. Таким образом, переключатель выбора числа повторов SA1 исключён из работы, а максимальное число повторов стало соответствовать числу шагов регулирования громкости по входу VOL. Импульс низкого уровня на входе PLAY, включающий очередное воспроизведение, через резистор R14 поступает на вход VOL, поэтому каждое последующее воспроизведение будет звучать с меньшим уровнем громкости. Чтобы первый фрагмент воспроизводился с максимальной громкостью, установлен диод VD3, который устраняет первый импульс низкого уровня на входе VOL. После восьмого воспроизведения в чипкордере выставлен минимальный уровень громкости. Когда включится воспроизведение нового записанного фрагмента, то на входе RESET DD3 появится лог.0 и уменьшение громкости опять начнется с максимального уровня.

3.5 Режим «ДИАЛОГ».

В этом режиме игрушка работает, когда во всех секциях SA2.1 – SA2.4 замкнуты контакты 1-4. Теперь ключ VT6 управляет не чипкордером DD3, а говорящим модулем DX1 «TALKING MODULE». Резистор R1 постоянно подключен к выводу управления 3DX1.

При положении джампика JMP1, показанном на схеме (соединены контакты 1 и 2), вывод питания 1DX1 подключен после ключа VT10, поэтому, при отключении игрушки, с говорящего модуля питание также будет сниматься. В результате при каждом включении попугай будет произносить первую фразу. Если джампик JMP1 переставить в положение, когда замкнуты контакты 1 и 3, то питание на голосовой модуль будет подано постоянно. В результате при каждом включении попугай будет произносить следующую фразу. «Приветствия» КЕША говорит каждый раз при новом включении (при первом нажатии на кнопку SB1), независимо от выбранного режима – это служит своеобразным звуковым индикатором подачи питания на игрушку.

Когда пользователь говорит фразу – транзистор VT6 открыт и на выводе управления 3DХ1 – низкий уровень напряжения. После завершения фразы, транзистор VT6 закрывается и через резистор R1 на вывод управления поступает высокий уровень напряжения. Модуль DX1 активируется и на его выходах (выводы 4 и 5) появляется ШИМ-сигнал. С вывода 4DX1 через фильтр R8-C6 и разделительный конденсатор С5 сигнал поступает на аналоговый вход ANA IN (выв.9) чипкордера DD3. С вывода 5DX1 через диод VD1 ШИМ-сигнал заряжает конденсатор С7 и транзистор VT3 открывается. Вход FT (выв.22) чипкордера DD3 подключается к общему проводу схемы, это значит, что вход ANA IN внутри чипкордера подключится к входу УМЗЧ (сформируется сквозной канал) и сигнал воспроизведется динамиком BF1. Через диод VD2 выход голосового детектора блокируется, а через замкнутые контакты 1-4 секции SA2.4 и открытый канал сток-исток VT3 включатся светодиоды HL1 и HL2. Пока попугай произносит фразу, открытое состояние транзистора VT3 удерживается зарядом конденсатора С7, следовательно, чипкордер активирован в режиме УНЧ, а светодиоды постоянно светятся. По окончании фразы попугая светодиоды гаснут, выход голосового детектора разблокируется, и пользователь может продолжить «общение» с попугаем.

Режим легко реализуется отдельно. Достаточно выделить из схемы необходимые для этого узлы:

Вместо выключателя SA1 можно установить таймер отключения питания, показанный на принципиальной схеме устройства. Если вывод питания 1DX1 подключить после SA1, то с каждым новым включением игрушки, попугай всегда будет «приветствовать» пользователя первой фразой.

3.6 Опция «ЛИЛИПУТСКИЙ ГОЛОС».

Включается при переводе переключателя SA3 в положение замкнутых контактов 1-3. В этом случае запись осуществляется с частотой дискретизации, задаваемой резистором R23. При воспроизведении транзистор VT1 открывается, и частота дискретизации определяется параллельными резисторами R23 и R25, а также сопротивлением прямосмещенного перехода VD7, т.е. воспроизведение происходит с большей скоростью, чем запись. Эффект напоминает звук проигрывателя виниловых пластинок, когда переключатель скорости оборотов установлен в положение «45» вместо «33».

На принципиальной схеме указаны напряжения и потребляемый ток при отсутствии сигналов на выходе микрофона и чипкордера. Показания были сняты при подключении макета устройства к трансформаторному стабилизированному источнику с Uвых=5V и номинальным выходным током Iном = 0,1А (стабилизатор выполнен на КР142ЕН5А). При подключении устройства к «свежим» батареям с Uобщ=4,5V, потребляемый ток при закрытом транзисторе VT10 составил Iпотр=7мкА, а при открытом – не более Iпотр=460мкА. Напряжения в контрольных точках предварительного усилителя и голосового детектора при питании от «свежих» батарей не на много отличаются от показаний при питании от стабилизатора с Uвых=5V.

Печатная плата не разрабатывалась. Элементы размещены на заводской перфорированной плате. Соединения между деталями выполнены припоем и проводом МГТФ минимального сечения. В качестве корпуса использована обыкновенная мыльница (подходит под размеры попугая и имеет достаточный внутренний объём для размещения платы, динамика и футлярчика для трех батареек типоразмера ААА). Пластмасса мыльницы легко сверлится, обрабатывается надфилем и клеится. Вначале по размерам корпуса была выпилена плата:

Предварительная установка микросхем на плате:

После чего производится монтаж деталей:

Видно, что в этом примере многопозиционный переключатель SA1 заменён переключателем типа DIP-6 (максимально можно выбрать шесть повторов – как показала практика, более чем достаточно), переключатель режимов SA2 заменен двумя переключателями кнопочного типа, а вместо переменного резистора R17 установлен подстроечный.

После того, как монтаж закончен, к плате следует подключить динамик BF1, светодиоды HL1 и HL2, источник питания GB1 и проверить работоспособность устройства во всех режимах:

Если испытания успешно завершены, то плата устанавливается в корпус – подключение внешних элементов будет производиться пайкой к выводам-штырькам, установленным на плате со стороны деталей:

Внешние элементы – светодиоды HL1, HL2 и кнопка SB1 к корпусу подключаются через миниатюрный разъём. Динамик BF1 в корпусе закрепляется термоклеем, а футляр для батареек клеем «секунда»: