Сегодня разберемся, как работать с модулем датчика звука, он же датчик хлопков KY-037 . Такие датчики часто используются в охранных системах для обнаружения превышения установленного порога шума (обнаружение щелчков замков, шагов, звука двигателя и т.д.). Модуль датчика звука KY-037 так же часто используют для автоматического управления освещением, реагирующим например, на хлопки в ладоши.
На плате мы видим сам датчик в виде микрофона и микросхему компаратора, которая определяет момент превышения порога громкости. А чувствительность этого самого момента (порога громкости), выставляется с помощью переменного резистора (потенциометра) установленного рядом с компаратором. Если порог звука будет превышен, на выходе D0 появится сигнал высокого уровня.
Давайте для начала подключим датчик звука KY-037 к плате Arduino. Возьмём, например отладочную плату Arduino Nano.
Пин G модуля датчика звука KY-037 подключаем к выводу GND платы Ардуино. Пин + датчика звука соединяем с выводом 5V платы Ардуино. Вывод D0 датчика, подключаем к цифровому выводу D5 платы Ардуино.
Подключаем плату Arduino Nano к компьютеру. На модуле датчика хлопков KY-037 , должен сразу загореться индикатор питания L1 . Необходимо сначала взять отвертку и подкрутить подстроечный резистор, настроив тем самым чувствительность датчика. А в настройке чувствительности нам поможет индикатор срабатывания датчика L2 . Если индикатор L2 при включении модуля тоже загорается, крутим подстроечный резистор против часовой стрелки до тех пор, пока не дойдем до момента затухания индикатора. Если же индикатор L2 находится в выключенном состоянии при включении модуля, значит наоборот, крутим подстроечный резистор по часовой стрелке, пока не дойдем до момента, когда индикатор начнет загораться. В итоге в этом месте, где чуть повернув подстроечный резистор в одну или другую сторону, индикатор стремиться потухнуть или загореться, нам нужно повернуть совсем немного против часовой стрелки, чтобы индикатор L2 потух, но при хлопках в ладоши пытался загораться.
Открываем программу Arduino IDE, создаем новый файл и вставляем в него код, который нам покажет каким образом приходит цифровой сигнал с вывода D0 в случаях превышения порога шума установленного с помощью подстроечного резистора.
const int sensorD0 = 5; // Пин Arduino к которому подключен пин D0 датчика void setup () // Настройки { Serial.begin (9600); // Инициализация SerialPort } void loop () // Основной цикл программы { int sensorValue = digitalRead(sensorD0); // получаем сигнал от датчика if (sensorValue == true) // Если пришел сигнал высокого уровня Serial.println(sensorValue); // Выводим цифровое значение на терминал }
Заливаем данный скетч и переходим в меню "Инструменты" - "Монитор порта" . Окно мониторинга порта будет пустым, но как только мы будем хлопать в ладоши, в окне появятся единицы, говорящие о наличии сигнала высокого уровня на выводе D0 модуля датчика звука.
Всё хорошо. Мы настроили датчик и убедились, что наша Ардуинка прекрасно принимает сигнал от него.
Разобрались, как подстроить датчик звука KY-037 и как он реагирует, если превышен установленный порог громкости. Теперь добавим в нашу схему обычный светодиод и напишем простой код, который будет при обнаружении шума зажигать светодиод и тушить его по истечении какого-то времени.
Светодиод подключаем к пину D2 платы Ардуино. Не забываем поставить любой резистор на землю (GND ) светодиода. И загружаем следующий скетч.
const int sensorD0 = 5; // Пин Arduino к которому подключен выход D0 датчика const int diod = 2; // Пин Arduino к которому подключен светодиод void setup () { pinMode(diod, OUTPUT); // устанавливаем цифровой пин 2 в режим выхода } void loop () { int sensorValue = digitalRead(sensorD0); // получаем сигнал с датчика if (sensorValue == 1) //если получен сигнал от датчика в виде единицы { digitalWrite(diod, HIGH); // включаем светодиод delay(4000); // делаем паузу, чтобы светодиод горел 4 секунды } if (sensorValue == 0) // если приходит сигнал от датчика в виде нуля digitalWrite(diod, LOW); // выключаем светодиод }
Пробуем хлопнуть в ладоши. Видим, что светодиод загорелся, проработал 4 секунды и потух. Каждая строка подробно прокомментирована и где изменить время горения светодиода, думаю понятно.
Давайте загрузим новый скетч, который по хлопку будет включать или выключать наш светодиод. Светодиод мы взяли для примера, нет ни каких проблем подсоединить вместо него модуль реле и тем самым включать или выключать любые бытовые приборы.
const int sensorD0 = 5; // Пин Arduino к которому подключен выход D0 датчика const int diod = 2; // Пин Arduino к которому подключен светодиод int diodState = LOW; // Статус светодиода "выключен" void setup () { pinMode(diod, OUTPUT); // устанавливаем цифровой пин 2 в режим выхода } void loop () { int sensorValue = digitalRead(sensorD0); // получаем сигнал с датчика if (sensorValue == 1 && diodState == LOW) //если порог громкости достигнут и светодиод был ВЫКЛЮЧЕН { digitalWrite(diod, HIGH); // включаем светодиод diodState = HIGH; // устанавливаем статус светодиода "включен" delay(100); // небольшая задержка для фильтрации помех } else // иначе { if (sensorValue == 1 && diodState == HIGH) // если порог громкости достигнут и светодиод был ВКЛЮЧЕН { digitalWrite(diod, LOW); // выключаем светодиод diodState = LOW; // устанавливаем статус светодиода "выключен" delay(100); // небольшая задержка для фильтрации помех } } }
Хлопаем теперь один раз в ладоши, свет зажигается. Хлопаем повторно в ладоши, светодиод тухнет.
Давайте усложним задачу и напишем код для работы датчика звука KY-037 по двойному хлопку. Тем самым сократим возможные случайные срабатывания от побочных звуков, которые могут возникать в режиме на один хлопок.
const int sensorD0 = 5; // Пин Arduino к которому подключен выход D0 датчика const int diod = 2; // Пин Arduino к которому подключен светодиод int diodState = LOW; // Статус светодиода "выключен" long soundTime=0; // время первого хлопка void setup () { pinMode(diod, OUTPUT); // устанавливаем цифровой пин 2 в режим выхода } void loop () { int sensorValue = digitalRead(sensorD0); // получаем сигнал с датчика if (sensorValue == 1 && diodState == LOW) //если порог громкости достигнут и светодиод был ВЫКЛЮЧЕН { long diodTime=millis(); // записываем текущее время //если текущее время хлопка больше времени последнего хлопка на 100 миллисекунд //и хлопок произошел не позже чем через 1000 миллисекунд после предыдущего //считаем такой хлопок вторым УСПЕШНЫМ if((millis()>soundTime) && ((diodTime-soundTime)>100) && ((diodTime-soundTime)<1000)) { digitalWrite(diod, HIGH); // включаем светодиод diodState = HIGH; // устанавливаем статус светодиода "включен" delay(100); // небольшая задержка для фильтрации помех } soundTime=millis(); //записываем время последнего хлопка } else // иначе { if (sensorValue == 1 && diodState == HIGH) // если порог громкости достигнут и светодиод был ВКЛЮЧЕН { digitalWrite(diod, LOW); // выключаем светодиод diodState = LOW; // устанавливаем статус светодиода "выключен" delay(100); // небольшая задержка для фильтрации помех } } }
Пробуем два раза хлопнуть в ладоши, светодиод зажигается. Выключаем светодиод одинарным хлопком. Все хорошо срабатывает без всяких глюков. Код максимально прокомментирован, читайте, должно быть более чем понятно. Сделать, чтобы свет выключался тоже в два хлопка, думаю трудностей не составить. Теперь можете перекидывать провода с линии D2, к примеру, на релейный модуль и управлять освещением в комнате либо другими бытовыми приборами.
В принципе основные возникающие вопросы с датчиком звука KY-037 мы разобрали. Остается только напомнить, что на плате есть так же аналоговый вывод A0 , который подсоединяется к любому аналоговому выводу платы Ардуино, например, к выводу A1 . Принимается аналоговый сигнал строкой sensorValue = analogRead(A1); . Напряжение на аналоговом выходе датчика изменяется в зависимости от изменений окружающих шумов. Такой сигнал дает нам возможность применять программную обработку этих самых шумов, анализируя характер колебаний. Это может позволить реагировать не просто на шум в данный момента времени, а создавать даже свою базу различных шумов, опираясь на какие-то ключевые моменты в характерных изменениях показаний сигнала на выходе A0 . В итоге сверки с такой базой шумов, можно реализовать различную реакцию на разные шумы. Но это для тех кто хочет больше погрузиться в программирование и тема скорей всего другой статьи.
В первой рассмотренной схеме датчик акустического типа собран на основе пьезоэлектрического звукового излучателя, реагирует на различные вибрации в поверхности, к которой он прислонен. Основа других конструкции - типовой микрофон.
Этот датчик будет эффективен в том случае, если контролируемая им поверхность является хорошим проводником акустических волн (металл, керамика, стекло и т.п). Акустическим преобразователем в данной радиолюбительской конструкции является типовой пьезоэлектрический звуковой излучатель от китайского мультиметра типа М830. Он представляет собой округлый пластмассовый корпус, в котором размещается латунная пластина. На её поверхности, противоположной корпусу имеется пьезоэлектрический элемент, наружная сторона которого посеребрена. Провода выходят от посеребренной поверхности и от латунной пластины. Датчик, на контролируемую поверхность необходимо установить так, чтобы его пластмассовый корпус хорошо контактировал с контролируемой поверхностью. При установке акустического преобразователя на стекло для увеличения чувствительности можно вытащить излучатель из корпуса и прикрепить так, чтобы к стеклу была прижата его гладкая латунная поверхность.
При воздействии на поверхность, с которой контактирует преобразователь В1 в нем генерируются электрические колебания, которые усиливаются предварительным усилителем и преобразуются в логические импульсы компаратором на ОУ А1. Чувствительность устройства регулируют подстроечным сопротивлением R3. Если генерируемое напряжение, появляющееся в преобразователе превышает порог чувствительности ОУ. На его выходе образуются логические импульсы носящие хаотический характер.
Логическое устройство построено на микросборке К561ЛА9. Схемотехническая реализация представляет собой типовой одновибратор по схеме RS-триггера, с блокировкой входа. При подаче напряжения, от источника питания триггер переключается в единичное состояние и остается невосприимчивым к входным импульсам в течении времени пока идет зарядка конденсатора С2 через резистор R6. После завершения зарядки этой емкости триггер разблокируется.
С поступлением первого импульса от акустического датчика триггер переключается в нулевое состояние. Транзисторный ключ VT1-VT2 отпирается и подсоединяет нагрузку реле или сирену из системы охранной сигнализации. (Нагрузку подсоединяют параллельно диоду VD2). При этом начинается зарядка емкости С3 через резистор R13. Пока эта зарядка идет триггер удерживается в нулевом состоянии. Затем, он сбрасывается в единичное и нагрузка отключается.
Для исключения зацикливания схемы из-за собственных акустических колебаний, созданных сиреной существует цепочка C4-R11, которая будет блокировать вход логического устройства, и откроет его только через небольшой временной интервал после отключения нагрузки. Заблокировать логическую схему можно нажатием тумблера S1. Конструкция вернется в рабочий режим через 10 секунд после отпускания тумблера S1. Напряжение питания U п должно лежать в интервале 5-15 Вольт.
Акустический датчик на основе микрофона |
Предварительное усиление сигнала происходит в левой части схемы. VT1 типа КТ361 или его более современный аналог, на базу которого через емкость С2 следует сигнал с микрофона M1, который вместе с сопротивлением R4 образует однокаскадный микрофонный усилитель. Транзистор VT2 типа КТ315 является типовым эмиттерным повторителем и осуществляет функцию динамической нагрузки первого каскада. Ток им потребляемый, не должен превышать 0,4-0,5 мА.
Дальнейшее усиление сигнала осуществляется микросхемой DA1 типа КР1407УД2 с малым током потребления. Он включен по схеме дифференциального усилителя. Поэтому синфазные помехи наводимые в соединительных проводах отлично подавляются. Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений составляет 100 дБ. Сигнал снимаемый с нагрузочных сопротивлений R6 и R7 следует через конденсаторы С3 и С4 на инвертирующий и неинвертирующий входы ОУ DA1. Коэффициент усиления сигнала можно регулировать путем изменения номиналов сопротивлений R8 и R9. Сопротивления R10, R11 и емкость С5 создают искусственную среднюю точку, в которой напряжение равно половине напряжения блока питания. Сопротивлением R13 задаем необходимый ток потребления микросхемы.
Акустический датчик на транзисторах |
На рисунке ниже показана схема простого высоко чувствительного звукового датчика, который управляет нагрузкой при помощи реле. В разработке применен электретный микрофон, при использовании ECM необходим резистор R1 сопротивление от 2,2 кОм до 10 кОм. Первые два биполярных транзистора представляют собой предварительный микрофонный усилитель, R4 С7 в данной схеме устраняют нестабильность усилителя.
После усилителя на BC182B акустический сигнал поступает на выпрямитель на диодах 1N4148 и конденсаторе С5, полученное постоянное напряжение после выпрямителя управляет работой транзистора BC212B, который в свою очередь управляет реле.
Вариант 2
Схема проста и в наладке не нуждается, к недостаткам можно отнести следующее: реле реагирует на любые громкие звуки, особенно на низких частотах. Кроме того наблюдалась нестабильная работа конструкции при минусовой температуре.
Используется для слежения за уровнем шума или обнаружения громких сигналов: хлопков, стуков или свиста.
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 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.
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.
Отобразим показания датчика шума и микрофона на экране компьютера. В качестве управляющего микроконтроллера возьмём Arduino.
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:
Рассмотрим каждый тип по отдельности.
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.
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.
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.
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.
Рассмотрим несколько моделей акустических реле, которые можно приобрести.
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:
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.
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).
Теперь перейдем к схемам для сборки своими руками. Приведем несколько вариантов разной сложности.
Начнем с простейшей схемы из двух блоков собственно акустического реле и триггера для управления нагрузкой.
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.
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.
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:
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:
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.
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:
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:
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.
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.
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:
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.
Эти же сигналы формируются и на выходах питания. Триггер работает следующим образом:
Теперь подробнее о том, как работает схема:
Конденсаторы С1 и С2 служат для развязки микрофона с усилителем и обоих транзисторов между собой. Конденсатор С3 защищает усилитель от наводок по сети питания.
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)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Поэтому, естественно, лучше перейти на подачу для нагрузки переменного тока. Сделать это можно тремя способами.
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.
Приветствую, друзья. Сегодня мы соберем аналоговый датчик звука, который отлично будет работать с микроконтроллерами, Ардуино и другими подобными устройствами. По своим характеристикам и компактности он совершенно не уступает своим китайским аналогам и может отлично справляться с поставленной задачей.
Итак, приступим. Для начала стоит определиться с компонентами и схемой. Принцип работы схемы прост: слабый сигнал с микрофона усиливается и отправляется на аналоговый пин Ардуино. В качестве усилителя я буду использовать операционный усилитель (компаратор). Он обеспечивает гораздо больший коэффициент усиления по сравнению с обычным транзистором. В моем случае этим компаратором будет служить микросхема LM358, ее можно найти буквально где угодно. И стоит она довольно дешево.
Теперь давайте рассмотрим схему датчика.
Самый обычный микрофон. Если полярность микрофона не обозначена, то достаточно взглянуть на его контакты. Минусовой всегда уходит на корпус, а в схеме, соответственно, соединяется с «землей».
Но в идеале нужно использовать переменный резистор соответствующего номинала. При чем, как показали опыты больший номинал лишь повышает чувствительность устройства, но при этом появляется больше «шумов».
