Проектирование современных средств для коррекции поведения домашних животных, в частности для пресечения чрезмерного лая собак, представляет собой актуальную задачу, направленную на повышение уровня комфорта в городской среде, благополучия животного и сохранения добрососедских отношений [1]. Современные исследования и рыночные решения показывают, что многие существующие устройства могут обладать существенными недостатками, такими как низкая селективность срабатывания на посторонние шумы, использование только одного вида жесткого воздействия (чаще всего электростимуляция), отсутствие адаптивности и возможности тонкой настройки под индивидуальные особенности животного [2]. В отличие от них, интеллектуальная система, основанная на цифровом анализе звукового сигнала и реализации многоуровневой стратегии воздействия, обеспечивает высокую избирательность, гуманность и эффективность. Актуальность разработки заключается в проектировании компактного, энергоэффективного и многофункционального устройства, которое совмещает в себе функции точной акустической диагностики, автоматического адаптивного регулирования и обеспечения безопасности воздействия.

Устройство электронного ошейника «Антилай» является прибором, решающим задачу автоматического пресечения лая собаки путем генерации корректирующих сигналов. Целью настоящего исследования является проектирование программируемого микроконтроллерного устройства, обеспечивающего детектирование лая по заданным критериям и управление несколькими типами исполнительных модулей. Актуальность исследования обусловлена тем, что многие коммерческие аналоги либо являются недостаточно селективными, вызывая стресс у животного ложными срабатываниями, либо не предусматривают гибкой прогрессии воздействия, что может снижать эффективность или, наоборот, излишне воздействовать на питомца. Одним из эффективных решений обозначенной проблемы является проектирование специализированного устройства на базе доступной микроконтроллерной платформы с алгоритмами цифровой обработки сигнала.

Предлагаемое устройство должно реализовывать следующие функции:

1. Высокоселективное детектирование звуков лая собаки на основе анализа частотного диапазона, амплитуды и длительности звукового сигнала для минимизации ложных срабатываний от других источников шума;
2. Реализация нескольких предустановленных режимов корректирующего воздействия: только звуковое предупреждение (зуммер), только вибротактильное воздействие, только электростимуляция, а также комбинированные режимы;
3. Автоматическая адаптация интенсивности и типа воздействия в зависимости от интенсивности и продолжительности эпизода лая по принципу «от предупреждения к коррекции»;
4. Питание всей схемы от встроенного источника постоянного напряжения +12 В (аккумуляторная батарея) с интегрированным стабилизированным преобразователем для питания цифровой и исполнительной части.

Структурная схема предлагаемого устройства электронного ошейника «Антилай», удовлетворяющего обозначенным функциональным требованиям, представлена на рис. 1. Центральным управляющим элементом системы является микроконтроллер, который выполняет функции анализа сигнала, принятия логических решений, формирования управляющих сигналов и реализации алгоритмов адаптации [3].

Рис. 1. Структурная схема устройства электронного ошейника «Антилай»

Модуль микрофона, подключенный к аналоговому входу микроконтроллера через усилительный и фильтрующий каскад, обеспечивает преобразование звуковых колебаний в электрический сигнал. Программные алгоритмы микроконтроллера выполняют цифровую обработку этого сигнала, выделяя ключевые признаки (доминирующая частота, уровень громкости, длительность), и производят его классификацию на предмет соответствия заранее изученным параметрам лая.

Блок управления состоит из трех электронных ключей на полевых транзисторах, управляемых цифровыми выходами микроконтроллера. Каждый ключ коммутирует цепь питания соответствующего исполнительного устройства: зуммера (звуковое воздействие), вибрационного мотора (тактильное воздействие) и электродов (электростимулирующее воздействие). Использование электронных ключей обеспечивает гальваническую развязку слаботочной цифровой части и силовой нагрузки, обеспечивая необходимую нагрузочную способность. При этом интенсивность воздействия может быть установлена посредством подбора коэффициента заполнения импульсной последовательности на входе соответствующего электронного ключа.

Блок питания включает в себя первичный источник (+12 В), кнопку включения/выключения устройства и DC/DC-преобразователь, который стабилизирует входное напряжение и понижает его до уровня +5 В, необходимого для питания микроконтроллера, модуля микрофона и цепей управления ключами.

Логика работы устройства реализуется программно. При детектировании события, классифицированного как лай, микроконтроллер в соответствии с выбранным режимом и историей предыдущих воздействий за текущий эпизод активирует один или несколько силовых ключей. При этом продолжительность и интенсивность воздействия (например, скважность сигнала для вибромотора или электродов) могут программно наращиваться в случае продолжения лая, реализуя прогрессивную стратегию коррекции поведения домашнего животного.

Таким образом, предложена структура программируемого устройства электронного ошейника «Антилай», представленная соответствующей структурной схемой, на которой отражены ключевые функциональные модули и интерфейсы взаимодействия. Разработанное устройство позволяет эффективно и селективно пресекать нежелательный лай, обеспечивает гуманность и безопасность за счет многоступенчатой адаптивной системы воздействия, что способствует повышению эффективности процесса воспитания и улучшению качества жизни как питомца, так и его владельца.

Литература:

1. Гриценко, В. В. Техника дрессировки собак: навыки послушания: учебное пособие для вузов / В. В. Гриценко. — 7-е изд., стер. — Санкт-Петербург: Лань, 2024. — 272 с.
2. Кахикало, В. Г. Биологические и генетические закономерности индивидуального роста и развития животных: учебное пособие для вузов / В. Г. Кахикало, Н. Г. Фенченко. — 2-е изд., стер. — Санкт-Петербург: Лань, 2022. — 132 с.
3. Мартин Т. Микроконтроллеры Atmega. Семейство микроконтроллеров AVR. Вводный курс. — М.: изд. Додэка-XXI, 2010. — 296 с.