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.
С помощью описываемой конструкции можно определить работает или нет механизм, расположенный в другом помещении или здании. Информацией о работе является вибрация самого механизма. Конструкция достаточно проста и содержит минимум деталей.
В системах автоматизации часто приходится определять состояние какого либо устройства или механизма просто на уровне «включено - выключено», или «работает - не работает». Достаточно реальный и наглядный пример - это насос в миникотельной.
Сам котел с устройством управления (контроллером) может быть расположен в одном помещении, а насос, создающий давление в системе отопления, в другом. И даже не просто в разных комнатах, а вообще в соседних зданиях.
Как же сообщить контроллеру о том, что насос включен и работает? Конечно, в более простых системах может использоваться не контроллер, а простой и дешевый сигнализатор для привлечения внимания оператора.
Способов тут можно найти несколько. Например, используя дополнительный контакт пускателя, включающего насос: контакт замкнут, следовательно, насос работает. Хотя, по каким-то причинам, может и не работать. К тому же на пускателе не всегда есть незадействованный контакт. Это является еще одним недостатком такой схемы.
Кроме этого способа можно получить сигнал о работе насоса, применив токовый датчик. Такой сигнал будет более объективно отражать работу устройства в целом, нежели вышеупомянутый контакт. Недостатком данного способа является вмешательство в схему электропривода.
Как же проконтролировать работу установки не вмешиваясь в ее схему? Оказывается достаточно просто, если вспомнить о том, что упомянутый насос при работе создает шум и вибрацию. Такими же свойствами обладают и многие другие устройства: электромагниты, мощные трансформаторы, просто механические части электропривода. На этих «вредных» свойствах и основана работа описываемого ниже датчика работы механизмов. Подобными датчиками также можно контролировать состояние устройства оснащенного двигателем внутреннего сгорания или дизелем.
В работе датчика в большей степени, нежели шум, используется вибрация, поэтому при его установке следует найти место механизма, где вибрация достаточна для срабатывания датчика. При этом в месте установки датчика не желательна повышенная температура. Принципиальная схема датчика показана на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема датчика работы механизма (чтобы увеличить схему кликните по рисунку).
Схема достаточно проста и содержит всего 3 транзистора. Принцип ее работы очень напоминает работу схемы автостопа в магнитофонах: пока идут импульсы с датчика движения магнитной ленты, сигнал остановки механизма не вырабатывается. Лента замялась или кончилась - механизм остановился.
В нашем случае датчиком вибраций является электретный микрофон М1, сигнал с которого через конденсатор С2 подается на усилитель, выполненный на транзисторе VT1. Через конденсатор С3 переменная составляющая усиленного сигнала подается на выпрямитель, выполненный по схеме удвоителя напряжения. Выпрямленное напряжение заряжает конденсатор С4, поэтому транзистор VT2 будет открыт (на коллекторе низкий уровень напряжения). Этот низкий уровень удерживает в закрытом состоянии транзистор VT3, поэтому реле Р1 отключено и сигнал тревоги на контроллер или сигнализатор не поступает. В эмиттере транзистора VT3 установлен диод VD4. Это так называемый фиксатор уровня, который обеспечивает более надежное закрытие транзистора.
В случае остановки механизма вибрации прекращаются, и микрофону улавливать становится просто нечего. Поэтому импульсы на коллекторе транзистора VT1 прекращаются, и конденсатор С4 разряжается. Поэтому транзистор VT2 закрывается, а VT3 открывается и включает реле Р1, контакты, которого сообщают контроллеру об аварийной ситуации.
Налаживание устройства
Налаживание устройства несложно. Прежде всего, с помощью резистора R2 на коллекторе транзистора VT1 следует установить напряжение примерно около половины напряжения питания. В этом случае транзистор VT1 будет работать в линейном режиме, т.е. как усилитель сигнала.
Второй этап настройки это установка уровня чувствительности всего датчика в целом при помощи переменного резистора R4. Для этого следует перевести его движок в нижнее по схеме положение. Это минимальная чувствительность датчика, реле в это случае будет включено. Затем, поместив микрофон в том месте, где он будет установлен, вращением подстроечного резистора R4 добиться выключения реле. При выключении механизма реле должно включиться вновь.
Детали и конструкция
Если предполагается изготовление нескольких экземпляров датчика, то лучше всего схему собрать на печатной плате. Наиболее просто ее изготовить по лазерно - утюжной технологии. Если требуется всего один экземпляр, то его вполне приемлемо собрать навесным монтажом. Собранную плату следует поместить в пластмассовый корпус с элементами крепления.
Транзисторы VT1, VT2 можно заменить на КТ3102 с любым буквенным индексом, КТ503 на КТ815 или КТ972. Все диоды можно заменить любыми высокочастотными маломощными, например КД521, КД503.
Все резисторы типа МЛТ-0,25 или импортные. Электролитические конденсаторы также проще купить импортные на рабочее напряжение не менее 25В.
В качестве реле Р1 допустимо применение любого малогабаритного реле, возможно также импортного, с напряжением срабатывания 12В. Питание устройства возможно от маломощного источника, например от китайского сетевого адаптера.
При самостоятельном изготовлении блока питания потребуется трансформатор мощностью не более 5 Вт, с напряжением вторичной обмотки около 15 В. Проще всего такой источник собрать на базе интегрального стабилизатора 7812. Подобную схему найти достаточно легко, поэтому ее описание здесь не приводится.
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.
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.
Здесь будут рассмотрены датчики звука и касания, чаще всего использующиеся в составе сигнализаций.
Модуль, по сути, представляет собой сенсорную кнопку. Как понимает автор, принцип действия устройства основан на том, что, прикасаясь к контакту датчика человек, становится антенной для приема наводок на частоте бытовой сети переменного тока . Эти сигналы поступают на компаратор LM393YD
Габариты модуля 42 х 15 х 13 мм, масса 2,8 г., в плате модуля имеется крепежное отверстие диаметром 3 мм. Индикация питания осуществляется светодиодом L1.
При срабатывании датчика загорается (мигает) светодиод L2. Потребляемый ток 3,9 мА в ждущем режиме и 4,9 мА при срабатывании.
Не совсем ясно, какой порог чувствительности датчика должен регулироваться переменным резистором. Данные модули с компаратором LM393YD являются стандартными и к ним припаивают различные датчики, получая, таким образом, модули различного назначения. Выводы питания «G» — общий провод, «+» – питание +5В. На цифровом входе «D0» присутствует низкий логический уровень, при срабатывании датчика на выходе появляется импульсы с частотой 50 Гц. На контакте «A0» присутствует инвертированный относительно «D0» сигнал . В целом модуль срабатывает дискретно, как кнопка, в чем можно убедиться с помощью программы LED_with_button .
Датчик касания позволяет использовать в качестве кнопки управления любую металлическую поверхность, отсутствие движущихся частей должно положительно сказаться на долговечности и надежности.
Модуль должен срабатывать от звуков, громкость которых превышает заданный предел. Чувствительным элементом модуля является микрофон, работающий вместе с компаратором на микросхеме LM393YD .
Габариты модуля 42 х 15 х 13 мм, масса 3,4 г., аналогично предыдущему случаю в плате модуля имеется крепежное отверстие диаметром 3 мм. Индикация питания осуществляется светодиодом L1. Выводы питания «G» — общий провод, «+»– питание +5В.
Потребляемый ток 4,1 мА в ждущем режиме и 5 мА при срабатывании.
На выводе «A0» напряжение изменяется в соответствии уровнем громкости сигналов, принимаемых микрофоном, с повышением громкости показания уменьшаются, в этом можно убедиться с помощью программы AnalogInput2.
На цифровом входе «D0» присутствует низкий логический уровень, при превышении заданного порога низкий уровень меняется на высокий. Порог срабатывания можно регулировать переменным резистором. При этом загорается светодиод L2. При резком громком звуке наблюдается задержка в 1-2 с при обратном переключении.
В целом полезный датчик для организации системы умного дома или сигнализации.
С первого взгляда модуль кажется аналогичным предыдущему. Чувствительным элементом модуля является микрофон, следует отметить, что по данному модулю в сети не так уж много информации .
Габариты модуля 40 х 15 х 13 мм, масса 2,8 г., аналогично предыдущему случаю в плате модуля имеется крепежное отверстие диаметром 3 мм. Индикация питания осуществляется светодиодом L1. Выводы питания «G» — общий провод, «+»– питание +5В.
При срабатывании геркона загорается светодиод L2. Потребляемый ток 4,2 мА в ждущем режиме и до 6 мА при срабатывании.
На выводе «A0» при повышении уровня громкости происходит увеличение показаний (использована программа AnalogInput2).
На контакте «D0» присутствует низкий логический уровень, при срабатывании датчика он меняется на высокий. Порог срабатывания настраивается подстроечным резистором (использована программа LED_with_button).
Этот датчик действительно практически не отличается от предыдущего, но взаимозаменяемость их возможна не всегда, т.к. при изменении уровня громкости характер изменения уровня напряжение на аналоговом выходе различается.
На этом автор заканчивает обзор большого набора из различных датчиков для аппаратной платформы Arduino. В целом данный набор произвел на автора смешанное впечатление. В набор входят как достаточно сложные датчики, так и совсем простые конструкции. И если в случае наличия на плате модуля токоограничительных резисторов, светодиодных индикаторов и т.п. автор готов признать полезность подобных модулей, то небольшая часть модулей представляет собой одиночный радиоэлемент на плате. Зачем нужны такие модули, остается непонятным (видимо крепление на стандартных платах служит целям унификации). В целом набор является неплохим способом познакомиться с большинством широко распространенных датчиков, применяемых в Arduino проектах.
