Звуковой датчик к роботу схема. Датчики касания и звуковые

Самодельные датчики

На рис. 1 представлено устройство усилителя слабых сигналов. Устройство реализовано на двух однотипных кремниевых транзисторах п-р-п проводимости, обладающих высоким коэффициентом усиления (80- 100 по току). При звуковом воздействии на микрофон ВМ1 переменный сигнал поступает в базу транзистора VT1 и усиливается им. С коллектора транзистора VT2 снимается выходной сигнал, управляющий периферийными или исполнительными устройствами отрицательным фронтом.

Электрическая схема чувствительного акустического датчика на биполярных транзисторах

Оксидный конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения источника питания. Резистор обратной связи R4 предохраняет усилитель слабых сигналов от самовозбуждения.

Выходной ток транзистора VT2 позволяет управлять маломощным электромагнитным реле с рабочим напряжением 5 В и током срабатывания 15...20 мА. Расширенная схема акустического датчика показана на рис. 3.9. В отличие от предыдущей схемы она отличается дополнительными возможностями регулировки усиления и инверсии выходного сигнала.

Расширенная схема акустического датчика

Регулировка усиления слабых сигналов с микрофона ВМ1 осуществляется переменным резистором R6 (см. рис. 2). Чем меньше сопротивление данного резистора, тем больше усиление транзисторного каскада на транзисторе VT1. При длительной практике эксплуатации рекомендуемого узла удалось установить, что при сопротивлении резистора R6 равным нулю возможно самовозбуждение каскада. Чтобы его избежать, последовательно с R6 включают еще один ограничительный резистор сопротивлением 100- 200 Ом.

Электрическая схема акустического датчика с возможностью инверсии выходного сигнала и регулировкой усиления

На схеме показаны два выхода, с которых снимается управляющий сигнал для последующих схем и оконечных электронных узлов. С точки "ВЫХОД 1" снимают управляющий сигнал с отрицательным фронтом (который появляется при звуковом воздействии на микрофон ВМ1). С точки "ВЫХОД 2" соответственно инверсный сигнал (с положительным фронтом).

Благодаря применению в качестве оконечного токового усилителя полевого транзистора КП501А (VT2) устройство снижает потребление тока (относительно предыдущей схемы), а также Имеет возможность управления более мощной нагрузкой, например, исполнительным реле с током включения до 200 мА. Этот транзистор можно заменить на КП501 с любым буквенным индексом, а также на более мощный полевой транзистор соответствующей конфигурации.

Эти простые конструкции в налаживании не нуждаются. Все они испытаны при питании от одного и того же стабилизированного источника с напряжением 6 В. Потребляемый ток конструкции (без учета тока потребления реле) не превышает 15 мА.

CMA-4544PF-W или аналогичны;

1 Электретный капсюльный микрофон CMA-4544PF-W

Мы воспользуемся готовым модулем, в котором присутствует микрофон, а также минимально необходимая обвязка. Приобрести такой модуль можно .

2 Схема подключения микрофона к Arduino

Модуль содержит в себе электретный микрофон, которому необходимо питание от 3 до 10 вольт. Полярность при подключении важна. Подключим модуль по простой схеме:

• вывод "V" модуля - к питанию +5 вольт,
• вывод "G" - к GND,
• вывод "S" - к аналоговому порту "A0" Arduino.

3 Скетч для считывания показаний электретного микрофона

Напишем программу для Arduino, которая будет считывать показания с микрофона и выводить их в последовательный порт в милливольтах.

Const int micPin = A0; // задаём пин, куда подключён микрофон void setup() { Serial.begin(9600); // инициализация послед. порта } void loop() { int mv = analogRead(micPin) * 5.0 / 1024.0 * 1000.0; // значения в милливольтах Serial.println(mv); // выводим в порт }

Для чего может понадобиться подключать микрофон к Arduino? Например, для измерения уровня шума; для управления роботом: поехать по хлопку или остановиться. Некоторые даже умудряются «обучить» Arduino определять разные звуки и таким образом создают более интеллектуальное управление: робот будет понимать команды «Стоп» и «Иди» (как, например, в статье «Распознавание голоса с помощью Arduino»).

4 «Эквалайзер» на Arduino

Давайте соберём своеобразный простейший эквалайзер по приложенной схеме.

5 Скетч «эквалайзера»

Немного модифицируем скетч. Добавим светодиоды и пороги их срабатывания.

Const int micPin = A0; const int gPin = 12; const int yPin = 11; const int rPin = 10; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(gPin, OUTPUT); pinMode(yPin, OUTPUT); pinMode(rPin, OUTPUT); } void loop() { int mv = analogRead(micPin) * 5.0 / 1024.0 * 1000.0; // значения в милливольтах Serial.println(mv); // выводим в порт /* Пороги срабатывания светодиодов настраиваются вами экспериментальным методом: */ if (mv }

Эквалайзер готов! Попробуйте поговорить в микрофон, и увидите, как загораются светодиоды, когда вы меняете громкость речи.

Значения порогов, после которых загораются соответствующие светодиоды, зависят от чувствительности микрофона. На некоторых модулях чувствительность задаётся подстроечным резистором, на моём модуле его нет. Пороги получились 2100, 2125 и 2150 мВ. Вам для своего микрофона придётся определить их самим.

Стоимость электроэнергии постоянно возрастает, поэтому есть необходимость ее экономить. Один из способов - автоматизировать управление освещением. Один из вариантов — установить акустические датчики для освещения.

Расскажем о них подробнее, опишем способы применения, принцип работы. Также рассмотрим несколько схем этих устройств для самостоятельной сборки.

Держать включенным освещение нужно только в том случае, если в помещении или на площадке, где оно смонтировано, присутствуют люди. Исключение составляют только дежурные светильники, предназначенные для того, чтобы можно было заметить несанкционированное проникновение на территорию.

Дома оно не применяется. Для того чтобы зафиксировать появление людей, и чтобы лампы работали только в их присутствии, и предназначены датчики акустические для освещения.

Условно датчики можно разделить на два типа:

1. срабатывающие на любой шум , это подавляющие большинство акустических реле промышленного изготовления;
2. реагирующие на звуковые команды , таких реле меньше и чаще они самодельные.

Рассмотрим каждый тип по отдельности.

Реагирующие на шум

Чаще всего для освещения акустический датчик монтируют на лестничных площадках и коридорах. В доме их устанавливать бесполезно, кроме комбинации с реле задержки отключения в санузлах и ванных (этот вариант мы рассмотрим тоже).

Если человек передвигается, то он обязательно издает звуки, пусть даже и негромкие, конечно, если нет задачи пройти бесшумно. Это стук открывающейся или закрывающейся двери, шум шагов разговоры (и даже сработавшего замка). Их и фиксирует датчик.

Совместная работа с освещением его основана на следующем принципе. Например, датчик шумовой для освещения смонтирован на лестничной площадке (о том, где их лучше устанавливать, а где нежелательно расскажем ниже), возможны два варианта.

Первый вариант

1. Человек вошел в двери.
2. Акустический датчик услышал шум и дал приказ на включение освещения.
3. Пока мы идем (если только стараемся не скрывать свои шаги как ниндзя), он слышит шум и оставляете свет включенным.
4. Последний звук - закрытая дверь, освещение отключено.

Второй вариант

1. Реле слышит звук (шаги, замок, скрип двери, разговор), подается команда на реле задержки времени и одновременно включается освещение.
2. После того как прошло заложенное в реле задержки время (одно должно быть достаточным для того, чтобы пройти коридор или лестничную площадку) освещение выключается.

Функция задержки может быть встроена как в само акустическое реле (большинство моделей), так и выполнятся с помощью дополнительных узлов.

Надо отметить, что и в первый вариант работы реле может включаться реле задержки, но только не выключения, а включения. Это делается для того чтобы защититься от ложных срабатываний. То есть освещение не включается от кратковременного шума (например, удара грома на улице или сигнала автомашины), необходимо чтобы звук продолжался в течение некоторого времени.

Реле, реагирующее на шум, имеет как достоинства, так и недостатки.

Достоинства

1. Реле, как правило, несложное, а значит цена на него небольшая.
2. В отличие от датчиков движения оно не срабатывает при передвижении домашних животных и грызунов и на электромагнитные наводки.

Минусы

• Чтобы избежать включения в светлое время суток освещение его нужно включать либо вручную, либо с помощью таймера. Возможен вариант установки датчика освещенности на улице.

Совет. Лучше совместно с акустическим реле монтировать не простой таймер, который включает и выключает его, например, в шесть вечера и восемь утра, а астрономическое реле. Это устройство при введенных географических координатах учитывает движение солнца. Например, разрешает включать реле звука за полчаса до заката и выключает через четверть часа после рассвета, вне зависимости от времени года.

• Акустическое реле нельзя установить в жилых комнатах, так как освещение будет выключаться, например, после того, как вы устроитесь с книгой на диване и не будете издавать никаких звуков.
• Реле плохо работает, точнее, постоянно включается, если большой уровень фонового шума. Например, нельзя его установить в подъезде, который выходит на шумную улицу.

Реле, реагирующее на команды

В простейшем случае это может быть звук гораздо громче, чем те, которые могут быть слышны при обычном присутствии людей в комнате. Например, хлопок в ладоши.

Автор этой статьи собирал подобную конструкцию в детстве, посещая дом пионеров. Такое реле фактически представляет собой обычное реле шума, только порог его срабатывания выше и оно различает минимум две команды.

Например, хлопнули один раз, свет зажегся, два раза погас. Его вполне можно устанавливать в жилых помещениях, правда, все-таки наверно удобнее пользоваться обычным выключателем, чем постоянно хлопать.

В более сложном варианте можно собрать устройство, которое будет различать голосовые команды. То есть реле будет различать речь, так как браузер различает «О’ Кей Гугл». Правда, промышленных вариантов этого реле пока нет в продаже.

Промышленные реле

Рассмотрим несколько моделей акустических реле, которые можно приобрести.

Лестничный автомат ASO-208

Одно из недорогих реле от белорусских производителей — его можно приобрести за 300-400 рублей (около 7-8 долларов). Устройство вполне достаточно для стандартной лестничной площадки. Как видно на фото оно, поддерживает лампочки до 150 ват, чего хватает для освещения любой лестничной площадки даже лампами накаливания (хотя если экономить, то лучше применять светодиодные, энергосберегающие).

Реле монтируется прямо на стенку и имеет встроенный микрофон. Чувствительность микрофона регулируемая.

Например, если устройство установлено далеко от входных дверей, то ее можно увеличить, если же имеется фоновый шум, то уменьшить. Регулировка осуществляется ручкой, которую можно проворачивать отверткой или любым другим подобным инструментом.

При максимальном уровне гарантируется срабатывание даже на звон связки ключей.

В реле встроена задержка выключения на 1 минуту, после того как был распознан последний звук. Задержку, к сожалению, изменить нельзя.

Подключение просто:

1. К клеммам L и N подводим питание после выключателя или реле, которое исключит работу устройства в светлое время. Желательно чтобы на контакте L была фаза, а на N ноль. Хотя если перепутать реле все равно будет работать.
2. На оставшиеся две клеммы подключаем светильники.

Реле ЭВ-01

Это датчик шума для освещения уже российского производства (ООО «Реле и автоматика»), цена его тоже порядка 300-400 рублей. От предыдущего устройства отличается меньшей мощностью подключаемой нагрузки, всего лишь 60 Вт. Однако и этого хватит для большинства лестничных подъездов и площадок.

Как и в предыдущем случае, оно монтируется прямо на стену и имеет встроенный микрофон. Его чувствительность, к сожалению не регулируется. Производитель гарантирует срабатывание на любой звук в радиусе 5 метров. Присутствует также задержка выключения, она правда меньше всего 50 секунд.

Плюсом данного реле является наличие фотоэлемента, который разрешает работу только в темное время суток. Его чувствительность тоже не регулируется, поэтому нужно выбирать место установки устройства так, чтобы не было ложного срабатывания, например, от засветки через окно уличными фонарями.

Подключается устройство точно так же как и предыдущее, правда клеммы скрыты под крышкой корпуса.

Реле с Али Экспресс

Более дешевое устройство можно заказать на всем известной площадке Ali Express. Например, там предлагается акустическое реле Joying Liang (на сайте название: РАДУЯСЬ ЛЯН Звук Свет Управления Задержки Переключатель Поверхностного типа Энергосберегающие Акустическая Светло-активируется Реле, это последствия автоматического перевода) всего за 266 рублей.

Это устройство по своим характеристикам похоже на реле российского производителя.

Подключается реле с помощью клемм выпущенными из корпуса проводами (их можно зажать во внешний клеммник).

Самодельные акустические реле

Теперь перейдем к схемам для сборки своими руками. Приведем несколько вариантов разной сложности.

Простейшая схема на одном транзисторе

Начнем с простейшей схемы из двух блоков собственно акустического реле и триггера для управления нагрузкой.

Акустическое реле

Реле собранно всего лишь на одном транзисторе, вот его схема.

Используется старый германиевый транзистор МП 39, его легко найти в старой технике 60-90 годов выпуска, там же легко найти и остальные элементы, в том числе и диоды Д 2 Б.

Совет. Желательно не брать из старой техники электролитические конденсаторы (те на которых указана полярность, они обычно большой емкости от 0,1 микрофарада и больше). Если все остальные детали не теряют своих свойств со временем, конденсаторы высыхают.

В качестве датчика применен угольный микрофон от старого телефона ТА 68 (аналоги ТАИ 43, ТАН 40). Эти микрофоны используются в простейших телефонах с дисковым номеронабирателем, в которых не встроены усилители.

Достоинство угольного микрофона — огромная чувствительность, недостаток - узкий частотный диапазон пропускания. Но в нашем случае минус является плюсом, так как уменьшается возможность срабатывания от посторонних шумов, то есть избирательность устройства.

1. При появлении шума уменьшается сопротивление угольного микрофона, и через конденсатор С1 на базу транзистора поступает переменный ток.
2. Транзистор с помощью тока поступающего через резистор R2 находится в приоткрытом состоянии, поэтому сразу начинает усиливать этот сигнал.
3. Через конденсатор С2 с коллектора транзистора это напряжение подается на удвоитель, собранный на двух диодах и конденсаторе С3.
4. Удвоенное напряжение поступает снова на базу транзистора через резистор R 3.
5. Транзистор начинает работать уже как усилитель постоянного тока и полностью открывается.
6. Ток через эмиттер (коллектор) транзистора поступает на обмотку реле Р1.
7. Контакты реле КР1 замыкаются.
8. При исчезновении звука переменный ток на базе транзистора исчезает, и он снова переходит в полуоткрытое состояние. Ток через обмотку реле отсутствует и его контакты разомкнуты.

При чрезмерной чувствительности реле можно устроить регулировку, установив переменный или построечный резистор сопротивлением около 100 Ом последовательно с конденсатором С1.

В принципе можно включить последовательно с контактами КР1 обычное мощное реле, рассчитанное на 220 В, которое и будет управлять освещением, но такой подход не очень удобен. При исчезновении шума свет будет гаснуть. Поэтому нужно применить реле с задержкой выключения.

Схему можно собрать как навесом, так и на макетной или печатной плате. Авторский вариант представлен на фото ниже.

Для питания можно использовать любой блок питания с напряжением 9-12 вольт. В случае соблюдения всех мер безопасности, даже бестрансформаторный.

Триггер для управления освещением

Автор схемы предлагает несколько другой подход, для управления освещением — он смонтировал триггер на поляризованном реле РП 4. В данном случае после каждого звука (хлопка в ладоши) происходит переключение двух ламп. Если оставить только одну, то она будет просто включаться выключаться.

Управление освещением в этом случае будет выглядеть следующим образом:

1. Зашли в помещение хлопнули, свет зажегся.
2. Выходя, снова хлопнули, свет погас.

В данной схем можно использовать любые мощные диоды, рассчитанные на ток, проходящий через ламы освещения, и напряжение 220 В, например Д245.

Обратите внимание. Конденсатор С1 тоже должен быть рассчитан на напряжение 220 В.

Работает триггер следующим образом:

1. При появлении шума замыкается контакт КР1 акустического реле.
2. Напряжение через лампу Л1 и диод D1, контакты второй обмотки реле 7 и 8, ограничивающий ток резистор R1 и контакты КР1 заряжают конденсатор С1.
3. Зарядный ток конденсатора переключает якорь в левое положение и лампа Л1 зажигается.
4. Диод D1 блокируется контактами реле.
5. Диод D2 остается в готовом к работе состоянии.
6. При повторном появлении звука и замыкании контактов КР, ток уже идет через диод D2 и контакты второй обмотки 6 и 5.
7. Якорь реле замыкает правый контакт, и система приходит в исходное состояние.

Если нам необходимо чтобы триггер управлял только одной лампой, то вместо второй включаем последовательной конденсатор 0,25 мкФ х 300В и резистор 10-5 кОм мощностью не менее 2 Вт.

Схема на трех транзисторах

Это более сложная схема на трех транзисторах, зато она уже сама работает как триггер, включая освещение по первому звуку и выключая по второму.

В схеме применены тоже распространенные в радиотехнике транзисторы КТ315 и КТ818 — их можно выпаять или приобрести в любом специализированном магазине. Даже если покупать весь комплект радиодеталей, то он обойдется максимум в 70 рублей, что значительно дешевле готового акустического реле.

При напряжении питания 9 вольт чувствительность устройства порядка 2 метров. Увеличив напряжение (реле может работать в диапазоне 3,5-15 В), можно поднять ее, уменьшив — снизить. Если применить транзисторы КТ368 или их аналоги, то возможно добиться распознавания звуков на дальности более 5 метров.

Вместо отечественных транзисторов можно использовать их аналоги зарубежного производства (во многих случаях под разборку доступнее импортная техника). Например, КТ315 заменить на 2N2712 или 2SC633, КТ818 на 2N6247 или 2SB558. Вообще, схема не критична к используемым деталям.

Микрофон используется электродинамический, его можно взять тоже из сломанного магнитофона или любого другого подобного устройства — тип тоже не критичен.

Электромагнитное реле должно быть рассчитано на напряжение 220 вольт и соответствующий ток. Если через его обмотку протекает значительный ток, то желательно монтировать транзистор КТ818 на радиаторе, чтобы исключить его перегрев и выход из строя.

Работает схема следующим образом:

1. На транзисторах КТ315 собран генератор с положительной обратной связью. Номиналы пассивных элементов подобраны так, чтобы он был в состоянии на пороге возбуждения.
2. Шум, воспринимаемый микрофоном, возбуждает в его обмотке сигнал.
3. Сигнал через развязывающий конденсатор поступает на базу первого транзистора и запускает генератор.
4. В режиме генерации на коллекторе второго транзистора КТ315 появляется напряжение, которое открывает ключ на мощном транзисторе КТ818.
5. Через коллектор и эмиттер третьего транзистора напряжение подается на обмотку реле Rel1. Контакты реле замыкаются, и включается нагрузка (освещение).
6. Генератор работает до тех пор, пока не произойдет срыв генерации в результате повторного поступления сигнала от микрофона, вызванного шумом возле него (повторным хлопком).
7. При срыве генерации, напряжение на базе КТ818 снимается, и ключ закрывается.
8. Обмотка реле оказывается без тока, следовательно, размыкаются контакты, и отключается освещение.
9. Диод, включенный параллельно обмотке реле, служит для гашения обратного скачка тока.
10. Светодиод параллельный обычному служит для индикации момента срабатывания реле. От него можно отказаться.

Для питания акустического реле тоже может использоваться небольшой блок питания, готовый (например, зарядное устройство сотового телефона) или самостоятельно собранный. Как мы уже говорили устройство работоспособно в диапазоне 3,5-15 В. Главное, чтобы напряжение соответствовало максимально допустимому для обмотки реле и его хватало для надежного замыкания контактов.

Собрать акустическое реле можно на макетной плате, а можно и изготовить печатную. Вариант автора данной схемы показан на снимке ниже.

Видео, как работает собранное реле, можно посмотреть:

Почему от одного сигнала генерация устанавливается, а от другого срывается

После прочтения описания работы устройства, у многих может возникнуть вопрос - почему один сигнал усилителя запускает генератор, а другой останавливает? Ведь они могут быть полностью идентичные, и второй, кажется, должен поддерживать работу генератора. Поясним на физическом аналоге генератора - маятнике.

1. Сделайте маятник, подвесьте груз на любой бечевке. Это аналог генератора на пороге возбуждения.
2. Толкните маятник, он начнет раскачиваться. Ваше воздействие это сигнал запустивший генератор, а колебания груза имитируют колебания тока в процессе генерации.
3. Попробуйте еще раз толкнуть раскачивающийся груз. Если вы не попадете в такт его колебаниям, то вы неизбежно остановите маятник.

Такие же процессы происходят и в нашем реле. Конечно, возможно, что второй сигнал будет синхронным с колебаниями генератора, но вероятность этого мала. К тому же хлопнуть второй раз несложно, если реле не отреагировало на первый звук.

Вариант реле с использованием микросхем

Рассмотрим еще один вариант реле, в котором используется микросхема. Он еще интересен и тем, что не требуется отдельного блока питания, он включен в конструкцию самого устройства.

Также схема отличается и тем, что вместо электромагнитного реле используется тиристор. Такой подход позволяет увеличить надежность, у реле есть определенный ресурс (количество срабатываний), а у тиристора такого ограничения нет. К тому же управление нагрузкой с помощью полупроводникового элемента позволяет снизить габариты реле, не уменьшая мощность управляемой нагрузки.

Устройство рассчитано на работу с лампами накаливания мощностью 60-70 Вт и имеет чувствительность до 6 метров. Конструкция несложная в сборке и неплохо защищена от помех. Принципиальная схема представлена ниже.

Реле тоже не критично к деталям, возможны замены аналогами:

1. Электретный микрофон можно снять со старого магнитофона.
2. вместо транзистора КТ940 можно установить КТ630 или даже КТ315 (правда есть вероятность, что он будет сильно греться).
3. Микросхему К561ТМ2 можно заменить на КР561ТМ2.
4. Диоды КД226 заменяются на Д112 - Д116 или КД258, обратите внимание, они должны быть рассчитаны на 300 В.
5. Стабилитрон Д814 заменяется на Д808 или КС175 напряжение стабилизации должно быть в пределах 9-12 В.
6. Тиристоры могут быть и КУ 201 или КУ 202. Если есть возможность выбора, то подбираем экземпляр с минимальным током управляющего электрода. Можно также установить симистор (об этой модернизации схемы расскажем чуть ниже).

Теперь рассмотрим работу устройства. Чтобы не отвлекаться потом, сразу опишем принцип действия микросхемы. В ее состав входят два триггера (в переводе с английского — защелки) это видно по букве «Т» на условном обозначении элемента. На схеме они обозначены DD1.1 и DD1.2.

Триггер — это цифровое устройство. Его входы воспринимают только два типа сигнала.

1. Логический ноль - напряжения нет, точнее его потенциал близок к потенциалу минуса питания.
2. Логическая единица - напряжение есть (для микросхем 561 серии оно близко к потенциалу плюса питания).

Эти же сигналы формируются и на выходах питания. Триггер работает следующим образом:

1. Сразу после его включения на выходе логический ноль.
2. На втором выходе, который называется инверсным и обозначен небольшой окружностью на контуре условного обозначения — в месте начала линии, обозначающей его, будет ноль. Это выход, как бы наоборот (слово инверсия это латинское inversio - переворачивание, перестановка), его состояние отличается от прямого всегда, когда на прямом ноль, то на инверсном единица.
3. Если подать на вход S логическую единицу, то на выходе появится единица, причем триггер останется в таком состоянии, даже если сигнал со входа убрать.
4. Чтобы снова установить ноль на выходе нужно подать единицу на вход R.
5. У триггера есть еще два входа. D (информационный) — состояние выхода меняется при каждом новом сигнале (импульсе) на нем. Причем происходит это только в том случае, когда на вход С (синхронизация) подана логическая единица. В противном случае сигнал на входе R не будет восприниматься.

Теперь подробнее о том, как работает схема:

1. Сигнал с электретного микрофона поступает на усилитель, собранный на двух транзисторах VT1 и VT2. Один из них наш знакомый нам по предыдущей схеме КТ315, второй КТ361. Это близнец первого, но только с другим типом проводимости. Использование такой пары транзисторов позволяет уменьшить их взаимное влияние друг на друга и улучшить чувствительность устройства.

Конденсаторы С1 и С2 служат для развязки микрофона с усилителем и обоих транзисторов между собой. Конденсатор С3 защищает усилитель от наводок по сети питания.

1. Сигнал от усилителя поступает на вход С первого триггера. Так как на его входе D логическая единица присутствует постоянно (он подключен на плюс), то триггер переключается, и на его прямом выходе появляется напряжение.
2. На выходе установлена еще цепочка из резистора R6 и конденсатора C4. Конденсатор начинает заряжаться, при полном заряде на входе R появится напряжение (логическая единица). Триггер сбрасывается (на выходе ноль). Вход S подключен на массу, и на нем постоянно ноль — он не влияет на работу устройства.
3. Конденсатор C4 разряжается через диод VD 1 на выход триггера (на нем ноль, т.е. минус питания). В таком состоянии логический элемент DD1.1 останется до того момента пока на его вход С снова не поступит напряжение от усилителя (реле снова среагирует на звук.

Таким образом, на DD1.1 собран одновибратор – устройство, которое на каждый входной импульс, вне зависимости от его формы и длительности, на выходе выдает прямоугольный импульс, с амплитудой равной напряжению логической единицы. Его длительность определяется номиналами конденсатора С4 и резистора R6 в прямой зависимости (осциллограмма сигналов в реле показана ниже). При данных величинах емкости и сопротивления, длительность импульса 0,5 сек.

Если система срабатывает нечетко, то можно продлить период импульса, увеличив сопротивление R6 (он, кстати, и отмечен на схеме звездочкой - «*», что значит подбираемый)

1. Импульс с одновибратора поступает на вход С второго триггера (DD1.2). На этот момент на его входе D логическая единица, поданная с инверсного выхода (входы R и S подключены на массу и на них постоянно ноль, на работу микросхемы они не влияют). На выходе триггера появится логическая единица.
2. Через резистор R7 напряжение с выхода второго триггера поступает на базу транзистора VT3, он открывается.
3. В точке соединения эмиттера VT3 резистора R8 появляется напряжение — оно поступает на управляющий электрод тиристора, и тот открывается.
4. Лампа освещения, подключенная к сети через диодный мост VD2 -VD5 и наш тиристор VS1 загорается. Диодный мост нужен, так как тиристор не работает с переменным напряжением.
5. После того как прозвучал второй хлопок одновибратор формирует еще один импульс который переключает триггер DD1.2 в исходное состояние. На его выходе ноль.
6. Транзистор VT3 закрывается, и, следовательно, убирается напряжение на управляющем электроде тиристора — он закрывается тоже.
7. Лампа гаснет, и реле возвращается в исходное состояние до следующего сигнала.

Чтобы были более понятны процессы, происходящие в реле, можете изучить осциллограмму сигналов формирующихся в его узлах.

Для питания реле в схеме предусмотрен бестрансформаторный блок питания, он состоит из следующих элементов.

• Диодный мост VD2-VD5 — преобразует переменное напряжение в сети в постоянное, пульсирующее. Одновременно от него питается и цепочка осветительная лампа-тиристор.
• Для гашения излишнего напряжения служит резистор R9. Совместно с сопротивлением питания элементов устройства он образует делитель напряжения.

Обратите внимание. Если все остальные резисторы могут быть небольшой мощности 0,125 Вт, то мощность этого не менее 2 Вт, иначе он неизбежно сгорит. Также при возможных модернизациях схемы его номинал придется подбирать заново, чтобы напряжение питания не было более 12 В.

• Для преобразования пульсирующего напряжения в постоянное служит конденсатора С5. На схеме его емкость 1000 мкФ, но чем больше, тем лучше.
• Исключает скачки напряжения стабилитрон VD1. Напряжение между его катодом и анодом всегда постоянное.

Собрать схему можно и на макетной плате, но все же лучше изготовить печатную так более надежно. При сборке обратите внимание на нумерацию выводов микросхемы К561ТМ2, ее цоколевка приведена ниже.

Разместить устройство можно в любом удобном корпусе — как самостоятельно собранном, так и от других устройств.

Внимание. Все элементы устройства находятся под напряжением 220 В, будьте предельно внимательны при испытании и наладке устройства. Корпус тоже должен обеспечивать защиту от поражения электрическим током. Желательно, чтобы реле подключалось на линии электропроводки с установленным УЗО (устройством защитного отключения).

Теперь приведем несколько вариантов модернизации данной схемы.

Увеличение мощности нагрузки

Реле рассчитано на нагрузку в 60 - 70 Вт, этого вполне достаточно для лестничного освещения. Однако при необходимости ее можно увеличить. Для этого диоды моста VD2 - VD5 и тиристор VS1 нужно установить на радиаторы, которые уменьшат их нагрев.

Правда придется использовать уже диоды Д112 - Д116 они имеют резьбу под гайку для крепления на радиатор.

Чем больше площадь радиатора, тем лучше. При установке элементов на радиатор учтите следующие нюансы.

• Места контакта радиодеталей и радиаторов должны быть тщательно отшлифованы, чтобы обеспечить надежный контакт.
• Для лучшей теплоотдачи используйте теплопроводную пасту, такую же, как и для установки процессора в системных блоках компьютера.
• Радиаторы должны быть электрически изолированы как друг от друга, так и от корпуса устройства.

Работа в режиме реле шума

В исходном варианте реле реагирует на команды, подаваемые с помощью хлопков. Однако можно переделать ее так, что она будет реагировать на шум, как промышленные реле, представленные в нашей статье.

То есть при возникновении звука реле включает освещение, при исчезновении отключает через определенный промежуток времени. Для этого даже не придется усложнять устройство, наоборот оно упрощается. В схему вносим изменения — инструкция такова.

1. К базе транзистора VT3 подключаем не выход второго триггера DD1.2 на выход первого (вывод 13 микросхемы подключаем к резистору R7). Вторая часть микросхемы нам получается не нужна. Таким образом включаться освещение будет от сигнала одновибратора запущенного усилителем звука.
2. Однако, как мы видели на осциллограмме сигналов, в реле продолжительность импульса формируемого одновибратором всего 0,5 сек. То есть после того как появился шум, освещение будет зажигаться только на это время. Значит надо его продлить. Как вы помните, длительность импульса напрямую зависит от емкости конденсатора С4 и резистора R6. Значит, увеличиваем емкость конденсатора и сопротивление резистора — подбираем их так, чтобы задержка нас устраивала.

Совет. Можно конечно подбирать емкость и сопротивление методом проб и ошибок, но проще рассчитать. Формула следующая T=CxR.

Пример, выбираем емкость конденсатора 300 мкФ, а время задержки выключения 60 сек. Преобразуем формулу, чтобы высчитать сопротивление резистора: R=T/C, в нашем случае 60/300×10-6=200000 Ом, то есть 200 кОм. Также можно воспользоваться онлайн калькулятором, например по ссылке: http://hostciti.net/calc/physics/condenser.html.

Можно также вместо обычного резистора R6 установить переменный или построечный, потом в процессе эксплуатации реле будет легко изменять время задержки.

Все, других изменений в схему вносить не нужно.

Работа нагрузки не от выпрямленного тока, а от переменного

Питание нагрузки на нашей схеме происходит постоянным пульсирующим током, так как перед тиристорным ключом установлен диодный мост. Это не совсем правильное решение для устройства предназначенного экономить электроэнергию. Все дело в том, что от постоянного тока 220 В могут питаться только лампы накаливания. Энергосберегающие лампы рассчитаны на переменный ток.

• Люминесцентные, в том числе и давно знакомые лампы «дневного света» используют переменный ток для устройства запуска.
• В светодиодных лампах установлена схема понижающая напряжение (для светодиодов нужно 3 - 5 В), она тоже работоспособна только при питании от сети переменного тока.

Поэтому, естественно, лучше перейти на подачу для нагрузки переменного тока. Сделать это можно тремя способами.

• Установить реле вместо тиристора, при этом теряются все выгоды, которые приносит управление с помощью полупроводникового устройства.
• Установить вместо тиристора симистор, этот элемент аналогично работает, но пропускает ток в обе стороны. Это наилучший вариант.

• Как вариант, вместо симистора можно установить два параллельно-встречно (катод одного соединяется с анодом другого) включенных тиристора. Управляющие электроды соединяют вместе. Этот вариант можно использовать, если возникают проблемы с приобретением симистора. Второй тиристор, тот же самый.

Устанавливается симистор с нагрузкой до диодного моста. При этом последний будет использоваться только для питания электронных компонентов устройства, поэтому можно использовать менее мощные диоды, например Д102 или вообще использовать готовый мост, например КЦ405. Симистор можно выбрать, например КУ208Г или ТС112.

Вот и все, что мы хотели рассказать про датчик звука для освещения. Надеемся, наша статья помогла вам понять принципы работы этого устройства, и рассказала о возможностях его применения. Отлично если вы смогли самостоятельно реализовать одну из предложенных схем или хотя бы приобрели промышленное реле для управления освещением. Пусть ваше жилище будет удобным и экономным.

С развитием цивилизации электричество стало неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Сегодня имеется возможность использовать самые разнообразные новшества и технические новинки прямо в своем доме.

Освещение в доме всегда являлось одним из наиболее важных аспектов комфортного проживания в нем. Но сколько раз вы с вами сталкивались с ситуацией, когда нужно включить свет, а выключатель в темноте сразу найти не получается? Современные технологии, которые сегодня повсеместно проникают в наш дом, призваны устранить такие неловкие моменты. Теперь для включения в помещении света можно использовать датчик , реагирующий на звук.

Звуковой датчик

Такое устройство, как звуковой датчик, в последнее время начало пользоваться заметной популярностью, так как в определенной мере позволяет сделать нашу жизнь более комфортной и практичной.

Поговорим о датчике

Датчик для включения в комнате света с помощью звукового сигнала появился в продаже относительно недавно. Он представляет собой специальное устройство, состоящее из специальной конструкции, в которую вставляется лампочка. Иногда он имеет вид патрона, но наиболее часто встречается в форме пластиковой коробочки.

Он реагирует на звуковые сигналы, благодаря которым и происходит включение света. В роли звукового сигнала может выступать хлопок в ладоши.

Обратите внимание! Такой способ включения очень удобен, но только в ситуации, когда руки свободны. Поэтому некоторые датчики можно запрограммировать на конкретный звуковой сигнал, по которому будет происходить включение света.

Установка такого оборудования позволяет снизить энергозатраты, так как многие из нас, ленясь тянуться к выключателю, просто не выключают свет, когда он не особо нужен. Кроме того, перемещение по дому в вечернее время станет более комфортным и безопасным, так как входя в комнату свет можно будет включить при помощи звука, избегая действий в слепую. Именно не включенный вовремя свет очень часто приводит к травмам.

Виды приборов

На сегодняшний день датчики для включения в помещении света через звуковой сигнал, могут быть следующих типов:

• стандартный звуковой;
• звуковой прибор, который реагирует еще и на движение;

Датчик движения

• датчик с фотоэлементами. Он отслеживает уровень общей освещенности, присутствующий в помещении, и при необходимости самостоятельно следит за включением или выключением света.

Обратите внимание! Установка данного прибора очень востребована в местах, где часто происходит аварийное отключение света, а также там, где возможны периодические обрывы электропроводов.

Датчик с фотоэлементам

Как видим, существует несколько типов приборов, с помощью которых можно без использования стандартного выключателя включать в помещении свет. При этом сигнал к включению для каждого изделия будет свой: звук, движение или уровень освещенности.

Каждый из таких приборов имеет свои технические характеристики, преимущества и недостатки. Перед выбором прибора убедитесь в том, что именно этот тип прибора вам необходим. Помните, что этого удовольствие не из дешевых. Поэтому ваш выбор должен быть взвешенным.

Предназначение прибора

Обычно датчики, которые предназначены для включения света, используются в разных помещениях:

• в комнатах, куда редко заходят;
• они востребованы на складах или других помещениях, где не всегда имеется возможность включать свет с помощью рук;
• в частных домах;
• часто устанавливаются в помещениях, предназначенных для перехода. Например, сегодня подобные технические новинки можно встретить в коридорах офисных зданий и государственных учреждений;
• рациональна их установка в гаражах, на дачных участках, а также в тех помещениях, где отсутствует возможность монтажа стандартного выключателя. Обычно это стерильные помещения или комнаты с повышенными требованиями к гигиене.

Установленный датчик

Кроме этого, в зависимости от вида прибора его можно использовать в самых различных ситуациях, когда востребованы его функции. Например, благодаря установке некоторых видов изделий после выключения электричества свет будет еще некоторое время гореть, что очень удобно и позволяет человеку без проблем покинуть комнату.

Применение в доме подобной продукции позволяет более рационально использовать электроэнергию, экономя и не тратя ее понапрасну. Подключение датчика позволит вам в разы увеличить ресурсы работы используемых источников света.

Конечно, не всегда существует потребность в установке звукового регистратора включения/выключения света в частном или многоквартирном доме. Но если вы хотите сделать свой дом более технологичным или просто удивить друзей, то лучшего способа, чем купить датчик для света , нет.

Принцип работы

Звуковой датчик, необходимый для включения света относится к группе акустических механизмов. В основе принципа его работы лежит обнаружение устройством акустической волны. Такая волна распространяется по прибору, проникая вовнутрь. При этом он регистрирует любые отклонения от стандартных параметров, которые возникают в результате распространения звуковой волны. В качестве реперных точек используется скорость волны и ее амплитуда. Скорость волны, в свою очередь, регистрируется через показатель частоты и фазности.

Любой прибор, созданный для включения освещения в помещении с помощью звукового сигнала, должен устанавливаться в разрыве линии питания осветительного прибора.

Схема установки датчика

Сама же работа прибора идет по следующему алгоритму:

• прибор находится в режиме «акустический контроль ». В данном режиме датчик способен уваливать звуковой сигнал;
• при наличии громкого акустического сигнала прибор его улавливает вследствие резкого изменения звукового фона;

Обратите внимание! В качестве звукового сигнала датчик может расценивать хлопок дверью, шаги человека, открытие двери, голос и т.д.

• при улавливании звуковой волны, прибор включает свет на 50 секунд. Это время он не реагирует на изменения звукового фона в помещении.

По такому алгоритму прибор работает до следующего изменения звукового фона в помещении. Если он не зарегистрировал акустические волны, то свет будет автоматически отключен.

При регистрации шума работа прибора будет продлена еще на 50 секунд. Этот алгоритм будет повторяться на всем протяжении эксплуатации прибора.

Также следует указать, что звуковой датчик в своей работе использует пьезоэлектрические материалы. В физике под пьезоэлектричеством понимают определенный вид электрического заряда, который формируется благодаря наличию механического напряжения. Пьезоэлектрические материалы при использовании электрического поля определенного заряда вызывают механическое напряжение. Таким образом, пьезоэлектрические звуковые сенсоры способствуют развитию механических волн с помощью электрического поля. На основе этих явлений и происходит работа акустических датчиков.

Акустический датчик

Приемником звукового сигнала здесь выступает микрофон. Он служит преобразователем акустических колебаний в имеющемся переменном электрическом напряжении.

Такие микрофоны бывают следующих типов:

• низкоомные – представляет собой катушку индуктивности, оснащенной подвижными магнитами. Они выступают в роли переменных резисторов;
• высокоомные – является эквивалентом переменного конденсатора.

Кроме этого микрофоны могут быть:

• электретными двухвыводными;
• электретными трехвыводными.

Но такие микрофоны имеют несколько некачественную передачу сигнала. Для улучшения их работы необходим специальный усилитель, который будет предварительно усиливать акустическую волну.

При всем том, что электретные микрофоны схожи с пьезодатчиками, они отличаются от них линейной передачей, а также значительно широкой частотой. Это позволяет прибору проводить обработку полученного сигнала без его искажения.

Как показывает практика, такой принцип работы очень надежный, что гарантирует длительную эксплуатацию прибора. Поэтому наслаждаться этим технологическим устройством вы будете довольно долго.

С датчиком, ориентированным на прием звукового сигнала, вы оптимизируете процесс включения света у себя в доме или в отдельной комнате. Установка прибора позволит вам больше экономить, и вы уже не будете с прежним страхом заглядывать в квитанции по электроэнергии.

Как подобрать и установить датчики объема для автоматического управления светом
Самодельные регулируемые транзисторные блоки питания: сборка, применение на практике

Используется для слежения за уровнем шума или обнаружения громких сигналов: хлопков, стуков или свиста.

Элементы платы

Микрофон и электронная обвязка модуля

Микрофон преобразует звуковые колебания в колебания электрического тока. Если этот сигнал напрямую подключить к аналоговым входам микроконтроллера, такого как Arduino, результат скорее всего будет неудовлетворительным. Сигнал с микрофона предварительно необходимо усилить, избавиться от отрицательной полуволны и сгладить сигнал. Все эти действия выполняет электронная обвязка модуля.

Почему мы не можем просто взять любой микрофон? Этому есть несколько причин.

Во-первых, сигнал от микрофона очень слаб. Настолько, что, если мы подключим его к аналоговому входу Arduino, то analogRead всегда будет возвращать 0 . Перед тем как использовать, сигнал с микрофона необходимо усилить.

Во-вторых, даже усиленный звуковой сигнал - это всегда колебания. Поэтому показания микрофона очень зависят от того, в какой момент времени произошло измерение напряжения микроконтроллером. Даже при самом громком хлопке analogRead может вернуть 0 .

Как видим, даже измерение максимальных значений амплитуды не даст четкую информацию об уровне громкости. Чтобы получить эту информацию, нужно делать измерения максимально часто и подвергать эти данные математической обработке. Численной характеристикой громкости является площадь под графиком звуковой волны. Именно её и «считает» электронная обвязка микрофона.

Потенциометр регулировки чувствительности

Потенциометр регулирует коэффициент усиления усилителя сигнала с микрофона. Он бывает полезен, если необходимо изменить условия срабатывания вашего устройства без изменения его прошивки. Чем выше чувствительность модуля, тем выше доля помех в полезном сигнале датчика. Мы рекомендуем начинать работу с модулем при среднем положении потенциометра. В таком случае чувствительность модуля будет легко изменить в любую сторону.

Контакты подключения трёхпроводного шлейфа

Модуль подключается к управляющей электронике двумя трёхпроводными шлейфами .

Назначение контактов трёхпроводного шлейфа:

Питание (V) - красный провод. На него должно подаваться напряжение от 3 до 5 В.

Земля (G) - чёрный провод. Должен быть соединён с землёй микроконтроллера.

Сигнал датчика шума (E) - жёлтый провод. Через него происходит считывание сигнала датчика уровня шума микроконтроллером.

Вторым шлейфом с пина S снимается сигнал аналогового микрофона.

Видеообзор

Пример использования

Отобразим показания датчика шума и микрофона на экране компьютера. В качестве управляющего микроконтроллера возьмём Arduino.