Звуковой датчик к роботу схема. Акустический датчик работы механизма. Скетч для считывания показаний электретного микрофона
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.
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.
Если вам не удалось найти именно LM358, то на ее место можно поставить любой другой подходящий операционный усилитель. К примеру, представленный на фотографии компаратор, стоял на плате усилителя сигнала инфракрасного приемника в телевизоре.
Теперь давайте рассмотрим схему датчика.
Кроме операционного усилителя нам понадобится еще несколько легкодоступных компонентов.
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».
Далее нам потребуется резистор на 1 кОм.
Три резистора на 10 кОм.
И еще один резистор номиналом 100 кОм – 1 МОм.
В моем случае в качестве «золотой середины» применен резистор на 620 кОм.
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».
Следующим компонентом является конденсатор на 0.1 мкФ. Он имеет маркировку «104».
И еще один конденсатор, на 4.7 мкФ.
Теперь переходим к сборке. Я собирал схему навесным монтажом.
Сборка завершена. Схему установил в корпусе, который изготовил из небольшого обрезка пластиковой трубки.
Переходим к тестированию устройства. Я подключу его к плате Arduino UNO. Переходим в среду разработки Ардуино и открываем пример AnalogReadSerial в разделе Basics.
void setup() { Serial.begin(9600);//подключаем Serial соединение на частоте 9600 бод } void loop() { int sensorValue = analogRead(A0); /*считываем значение с нулевого аналогово пина и сохраняем в переменную sensorValue*/ Serial.println(sensorValue); //выводим значение в порт delay(1); //ждем одну миллисекунду для стабилизации }
Перед загрузкой в плату изменяем задержку на 50 миллисекунд и вгружаем. После этого делаем пробный хлопок и следим за показаниями. В момент хлопка они подскакивают, постарайтесь примерно запомнить это значение и вернитесь к скетчу.
В скетч добавляем пару строк.
if (sensorValue > X){ Serial.print ("CLAP"); delay (1000); }
Вместо «Х» вставляете то самое значение, загружаете и снова хлопаете. Так продолжайте до тех пор, пока не подберете оптимальное значение срабатывания. При завышенном значении условие будет выполняться лишь при хлопке на очень близком расстоянии. При заниженном значении условие будет выполняться при малейшем шуме или звуке шагов.
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.
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
