Разработка детектора звука от зубной щетки для системы водосбережения умного дома

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность: автоматизация бытовых процессов и внедрение «умных» систем водоснабжения расширяются за счёт появления доступных датчиков и модулей обработки данных. Одновременно растёт значимость точного понимания пользовательских действий, так как ошибочные решения приводят либо к неэффективному расходу воды, либо к снижению удобства. Для дома актуальны сценарии экономии воды в периоды чистки зубов, когда вода часто подаётся без контроля времени. Возможность точного детектирования звука открывает более точную настройку алгоритмов управления, а риск недостаточной надёжности распознавания требует разработки проверяемого метода сигнального анализа.

Проблема: в существующих подходах к управлению водосбережением в умном доме часто применяются косвенные признаки (время, движение, календарные сценарии), что не всегда соответствует факту начала и продолжительности чистки зубов. Для точного управления требуется распознавание событий по акустическому сигналу, получаемому рядом с пользователем. При этом остаётся барьером недостаточная изученность устойчивых признаков для детектирования именно «зубной щётки» в реальных условиях шума и вариативности пользователей.

Цель: разработать и обосновать способ детектирования звука от зубной щётки для управления системой водосбережения умного дома с заданной надёжностью распознавания событий.

Задачи:

1. 1) Проанализировать требования к системе водосбережения умного дома и определить целевые события, связанные с чисткой зубов.
2. 2) Рассмотреть акустические особенности сигналов вблизи зубной щётки и выбрать информативные признаки для детектирования.
3. 3) Разработать архитектуру устройства и алгоритм обработки сигналов для получения решения «событие/нет события».
4. 4) Провести экспериментальную проверку качества распознавания в условиях реального бытового шума и оценить устойчивость к вариативности пользователей.
5. 5) Выполнить сравнительный анализ результатов с альтернативными подходами детектирования и сформировать рекомендации для применения в системе водосбережения.

Объект исследования: объектом исследования является процесс распознавания событий по акустическим сигналам в системе умного дома для управления потреблением воды. Рассматривается взаимодействие датчика, алгоритма обработки и сценария водосбережения как единой функциональной цепочки.

Предмет исследования: предметом исследования выступают методы и алгоритмы выделения акустических признаков, обеспечивающие корректное распознавание звуков, возникающих при использовании зубной щётки. Также рассматриваются метрики качества распознавания и факторы устойчивости детектора в реальных условиях.

Гипотеза: если выделять устойчивые акустические признаки, характерные для звука зубной щётки, и применять алгоритм детектирования, адаптированный к бытовым шумам, то будет обеспечено надёжное выявление момента чистки зубов и корректное управление системой водосбережения умного дома.

Методы: Анализ научной литературы., Изучение интернет-источников., Сравнение и сопоставление полученных данных.

Научная новизна: теоретическая значимость заключается в систематизации подходов к акустическому детектированию бытовых событий и уточнении требований к формированию признакового описания для сценариев водосбережения. Новизна может выражаться в выборе и обосновании набора признаков и логики принятия решения для задачи детектирования звука, связанного с чисткой зубов.

Практическая значимость: практическая значимость проявляется в возможности применения разработанного детектора в модулях умного дома для точного управления подачей воды при чистке зубов. Результаты могут быть использованы для настройки алгоритмов экономии воды в пользовательских сценариях и для последующего масштабирования на другие бытовые акустические события.