Схема акустического датчика (звуковое реле) на микросхемах CD4069, CD4020
Этот датчик можно применить в системе автоматического управления освещением, чтобы по его сигналу включать свет, если в помещении кто-то ходит или разговаривает, по хлопку в ладоши, или в охранной системе, чтобы реагировать на шум в том месте, где шума быть не должно, да и много других применений ему можно найти.
Главной особенностью датчика является то, что его усилительные каскады выполнены на логических инверторах микросхемы CD4069, переведенных в аналоговый усилительный режим. Этот датчик – ещё одна демонстрация того, как логические микросхемы могут работать в аналоговом режиме.
Схема акустического сенсора
Чувствительный элемент датчика -микрофон М1. Здесь используется миниатюрный микрофон от диктофона, он электретный, к сожалению, тип его не известен (маркировка отсутствует), но с большой степенью достоверности можно утверждать, что здесь можно применить практически любой стандартный электретный микрофон с двумя выводами и встроенным усилителем.
Питание на микрофон поступает через блокирующую RC-цепочку R1-C1, резистор R2 служит нагрузкой его встроенного усилителя. Сигнал через конденсатор С2 поступает на подстроечный резистор R3, которым можно регулировать чувствительность датчика в целом.
Далее, сигнал поступает на усилитель НЧ, выполненный на логических элементах D1.1-D1.3 микросхемы CD4069. Для того чтобы данные элементы работали в усилительном аналоговом режиме цепь из трех последовательно включенных элементов охвачена обратной связью, состоящей из резисторов R4 и R5. Теоретически, коэффициент усиления этого усилителя будет равен делению R5 на R4.
На самом деле, он будет существенно ниже. На элементе D1.4 сделан еще один усилитель, данный элемент в аналоговый режим переведен цепью обратной связи, состоящей из резистора R6.
При наличии достаточного уровня громкости, этот усилитель переходит в режим ограничения и на его выходе появляются хаотические импульсы логической амплитуды, которые через конденсатор С5 поступают на вывод 11 счетчика D2. Цепь C5-R7 эти импульсы преобразует в положительные, и первый же из них устанавливает счетчик D2 в нулевое положение.
Исходным, является такое положение счетчика D2, в котором на его старшем выходе (вывод 3) присутствует логическая единица. При этом, высокий логический уровень с вывода 3 D2 через диод поступает на вывод 13 D1.5. А на элементах D1.5 и D1.6 выполнен мультивибратор, генерирующий импульсы, поступающие на счетный вход счетчика D2 (на его вывод 10).
Пока на вывод 13 D1.5 через VD1 проходит логическая единица, мультивибратор D1.5- 1.6 заблокирован, и импульсы не генерирует.
Если же, уровень звука достаточный для срабатывания датчика, то амплитуда импульсов с выхода D1.4 будет достаточной для обнуления счетчика D2. При этом, на его всех выходах, в том числе и на старшем, устанавливается логический ноль. При этом, диод VD1 закрывается и перестает влиять на вход логического элемента D1.5.
Мультивибратор D1.5-D1.6 запускается и генерирует импульсы, поступающие на вход «С» D2. А логический ноль на выводе 3 D2 зажигает индикаторный светодиод, и служит сигналом к тому, что датчик сработал.
Рис. 1. Принципиальная схема акустического датчика (звукового реле) на двух микросхемах.
Дальше ситуация может развиваться двумя путями. Если звук прекратился, то счетчик D2 посчитает импульсы, генерируемые мультивибратором D1.5-D1.6, и, примерно через 15 секунд, на его выводе 3 установится логическая единица. Светодиод погаснет, а диод VD1 выключит мультивибратор.
Если звук не прекращается, или повторяется чаще, чем один раз в 15 секунд, то счетчик D2 будет периодически обнуляться импульсами с выхода D1.4, и состояния с единицей на выводе 3 не достигнет.
Таким образом, ноль на выводе 3 D2 присутствует столько времени, сколько звучит звук, раздающийся с интервалами не реже чем 15 секунд, плюс еще 15 секунд. Например, если этот датчик должен управлять лампой по хлопку в ладоши, то после каждого хлопка свет будет гореть 15 секунд.
Время 15 секунд некритично, его можно изменить как угодно, для этого нужно изменить соответствующим образом частоту импульсов, генерируемых мультивибратором на D1.5-D1.6 подбором сопротивления R8 или емкости С6.
Детали и их замена
Светодиод HL1 нужен только для демонстрации работы датчика, в реальном устройстве его можно исключить из схемы.
Микросхему CD4069 можно заменить любой из «. 4069» или отечественным аналогом К561ЛН2. Микросхему CD4020 можно заменить любой из «. 4020» или отечественным аналогом К561ИЕ16.
Напряжение питания может быть от 5 до 15V, но нужно учитывать, что при увеличении напряжения питания усилительные свойства усилительных каскадов на основе инверторов микросхемы CD4069 снижаются.
ПРОСТОЕ АКУСТИЧЕСКОЕ РЕЛЕ
| На рисунке изображена схема изготовленного мной акустического реле. Данная схема ранее нигде не печаталась. Особенностью конструкции является использование угольного микрофона. Такие микрофоны используются в телефонных аппаратах, в которых отсутствуют усилители не передаче и приеме (ТА-68, ТАН-70, ТАИ-43 и другие). Амплитуда электрических колебаний микрофона достаточна для связи на десятки километров без использования усилителей. Кроме того, он обладает невероятной чувствительностью. Недостатком является узкая полоса пропускания звукового частотного спектра. Но в нашем случае это является плюсом, так как отсекаются лишние звуки и помехи.
Работа схемы. При хлопке в ладоши или щелчке угольный порошок в микрофоне перемещается и меняет свое сопротивление. При этом в точке соединения ограничительного резистора R1 и микрофона появляется переменная составляющая, которая через разделительный конденсатор С 1 поступает на базу транзистора Т 1. Транзистор Т1 является одновременно усилителем переменного и постоянного напряжения. С помощью резистора R2 транзистор Т1 находится в приоткрытом состоянии. Переменная составляющая поступившая на базу, усиливается транзистором и, с коллектора через конденсатор С2, поступает на выпрямитель-удвоитель, собранный на элементах DD1, DD2, C3. Удвоенное постоянное напряжение накапливается на конденсаторе С3, который разряжается по цепи: минус конденсатора, резистор R1, база-эмиттер Т1, плюс конденсатора. Транзистор при этом лавинообразно открывается, срабатывает реле Р1, его контакты замыкаются на время действия звукового сигнала. При настройке работы схемы, иногда оказывается, что её чувствительность слишком велика, срабатывает от проходящих по улице автомашин или от взмаха руки вблизи микрофона. Всё зависит от типа используемого реле. Загрубить схему можно включив последовательно конденсатору С1 переменный резистор. Для того, чтобы переключать нагрузку (лампочки) с помощью хлопков, необходимо дополнить схему триггером. Схема такого триггера на поляризованном реле показана на рисунке 2 – ранее так-же нигде не печаталась.
При подаче звукового сигнала (хлопка, щелчка) временно замыкаются контакты реле КР1. Переменное напряжение 220 В через лампочку Л1 диод D1 положительным полупериодом прикладывается к концу второй обмотки реле РП-4 вывод 8, начало обмотки вывод 7, ограничитель тока резистор R1, конденсатор С1, замкнутые контакты реле КР1, вывод 220В. Зарядный ток конденсатора С1 переключает якорь реле в левое по схеме положение, лампочка Л1 загорается, а лампочка Л2 гаснет, диод D1 блокируется контактами реле, а диод D2 разблокирован и готов к работе. При поступлении следующего звукового сигнала, контакты реле Р1 КР1 замыкаются. Напряжение 220 В через лампочку Л2 и диод D2 прикладывается плюсом к началу первой обмотки контакт 5, с выхода обмотки контакт 6 поступает на резистор R1 и перезаряжает конденсатор С1. Поляризованное реле переключает якорь к правому по схеме контакту. Диод D2 блокируется, а диод D1 готов к работе в следующем цикле. Лампочка Л1 гаснет, а лампочка Л2 загорается. Таким образом при поступлении звуковых сигналов происходи поочерёдное переключение нагрузки. Для того, чтобы триггер выполнял функцию включения и выключения только одной лампочки, нужно исключить из схемы одну из лампочек, а вместо неё включить последовательную цепочку из конденсатора 0.33мкф х 300 В и резистора 5–10 кОм, 2 Вт. При настройке работы триггера необходимо отрегулировать якорь поляризованного реле так, чтобы он хорошо переключался и надёжно фиксировался в правом или левом положении.
Правильно определить начало и конец обмоток реле или поменять полярность включения одного из диодов. Конечно данная конструкция акустического реле на угольном микрофоне больше подходит для начинающих, поэтому в следующей статье будет описано акустическое реле на одной микросхеме, а в качестве датчика использован пьезоэлемент. Автор: Валерий Иванов. Акустическое реле (схема, монтажная плата)Самый лучший акустический выключатель. Автор: Владислав Мясин Многим из вас приходилось подолгу нащупывать в темноте выключатель настольной лампы, натыкаясь на разные предметы. Этот процесс обычно сопровождается грохотом и нецензурными выражениями. Но теперь этому пришёл конец! Предлагаемый акустический выключатель выгодно отличается от всех подобных: не требует внешнего источника питания, собирается из распространённых деталей (в частности в нём нет реле), имеет неплохую чувствительность и защиту от сетевых помех, а главное – простоту конструкции и настройки.
Принцип действия
Сердцем устройства является триггер, выполненный на элементе DD1.2 той же микросхемы. Триггер – устройство, имеющее два устойчивых состояния и переключаемое из одного состояния равновесия в другое при каждом воздействии внешнего управляющего сигнала. Когда на выходе триггера (вывод 1 микросхемы) присутствует низкий уровень напряжения, транзистор VT3 закрыт и нагрузка обесточена. При высоком логическом уровне на выходе DD1 транзистор VT3 и тиристор (соответственно) находятся в открытом состоянии и на нагрузку (EL1) поступает напряжение питания. Использование устройства возможно только с лампой накаливания, т.к. на нагрузку подаётся выпрямленное четверкой диодов напряжение, включенных по мостовой схеме.
При монтаже элементов стремятся к тому, чтобы их выводы имели минимальную длину (для уменьшения влияния помех). Силовую часть монтируют так, чтобы корпуса тиристора и выпрямительных диодов (в случае применения дискретных диодов) не имели контакта с другими элементами (не санкционированного по электрической схеме). Не размещайте резистор R9 вблизи других компонентов во избежание их перегрева. Не устанавливайте выключатель на столе, т.к. тряска во время работы может привести к ложному срабатыванию. Cхема акустического выключателя светаВ данной статье приведена схема акустического выключателя света, благодаря которому вы будете чувствовать себя в собственном доме, словно в роскошной вилле — вы сможете включать и выключать, например, свет… хлопая в ладоши. Акустический выключатель реагирует на одиночные хлопки и при этом проявляет малую чувствительность к посторонним звукам. Каждое срабатывание устройства изменяет состояние реле, обозначая это свечением двухцветного светодиода. Схема оснащена электромагнитным реле с нагрузочной способностью контактов 8А/250В, благодаря этому она подходит для дистанционного управления освещением, управлением жалюзи, бытовой аудио техникой и любым другим устройством, работающим от сети. После подключения к источнику питания, схема будет сброшена и перейдет в состояние ожидания до тех пор, пока не раздастся хлопок. Потребление, независимо от состояния работы, составляет менее 1 Вт.
Печатная плата спроектирована так, чтобы все устройство поместилось в коробку скрытого монтажа с следующими размерами: диаметр 54мм толщина 25мм. Из-за своих небольших размеров, плата без проблем должна поместиться, например, в торшеры или люстры. Описание акустического выключателяСистема состоит из трех основных блоков:
Сигнал с электретного микрофона усиливается тремя транзисторами VT1 …VT3. Появление сильного сигнала, содержащего преимущественно более высокие частоты, вызывает реакцию системы: положительные полуволны сигнала с микрофона вызывают открытие транзисторов VT1 и VT3. Благодаря наличию буферного транзистора VT2, после хлопка на резисторе R8, а значит, и на тактовом входе 14 микросхемы 4017 возникает положительный импульс. Он вызывает изменение состояния счетчика, который переключает свечения светодиода с зеленого на красный цвет, а так же через транзистор VT4 включается реле.
Следует обратить внимание, что в данной схеме применен бестрансформаторный блок питания, то есть не имеющий гальванической развязки от сети 220В. Поэтому налаживание и ввод в эксплуатацию выключателя следует соблюдать предельную осторожность. Последовательный резистор R11 предназначен для защиты выпрямительного моста B1 в случае, если схема подключается к сети в момент, когда амплитудное значение напряжения превысит 300В. Без резистора R11, через диоды выпрямительного моста и не заряженные конденсаторы C5, C6 на короткое время может протекать очень большой ток, ограниченный лишь сопротивлением соединений. Резистор R11 ограничивает этот импульс до безопасного значения и защищает остальные электронные компоненты от повреждений. Для подключения схемы к электрической сети используются всего два разъема. К разъему IN, необходимо подать напряжение от сети (фазировка не имеет значения).
После хлопка и, следовательно, замыкания контактов реле на разъеме OUT появляется напряжение 220В, поэтому к этому разъему следует подключить управляемую нагрузку, например лампу. Все устройство собрано на двухсторонней печатной плате. Низковольтная часть элементов – SMD. После сборки нужно очень тщательно проверить, все ли элементы установлены правильно, не возникло ли короткое замыкание при пайке. Ошибка может привести к повреждению элементов. Как правило, безошибочно собранная схема из исправных элементов начинает работать сразу.
Разновидности акустических выключателей и схемы для сборки своими рукамиЕсли вы поклонник нестандартных идей для дома, то слышали об акустическом выключателе и наверняка хотели его купить либо изготовить своими руками. Готовый прибор дорогой, часто низкого качества. Как сделать такое чудо-техники самостоятельно, не потратив много денег и времени? В данной статье подробно описано как изготовить выключатель, даны схемы соединения и соответствующие разъяснения. Принцип работыПо первому хлопку свет включается, а по второму — выключается. Чувствительный микрофон улавливает звуковую волну и передаёт импульс на усилитель мощности. Затем сигнал поступает на базу ключа для подключения в работу транзистора, открывается P-N переход. В электрическую цепь начинает поступать ток. Если сказать проще, то подача и прерывание энергии происходят за счёт получения звуковых сигналов микрофоном. Используется в помещениях с минимальным уровнем шума. Варианты исполнения и особенности
С микроконтроллеромМикроконтроллер — это маленький кусочек кремния, покрытый пластиком и имеющий металлические выводы, который не выполняет никаких функций без программного обеспечения. Применение его в любой техничке делает её умной и предполагает использование в системе «Умный дом». Отличие от стандартного звукового выключателя:
Электрическая схемаВ интернете представлено много вариантов разной сложности в зависимости от конфигурации, но не все они работоспособны. Проявляются дефекты при изготовлении. Представленная электрическая схема проверена на практике.
Здесь VD1 предназначен для защиты транзистора VT3. Для использования реле необходима установка диода. Если будет решено установить лёгкую нагрузку, то советуем заменить диод на перемычку. Как собрать?
Выключатель будет функционировать от напряжения 9 вольт. В качестве источника питания подойдёт прямоугольная батарейка, но её можно заменить аккумулятором. При использовании понижающего трансформатора или DC–DC преобразователя можно работать от сети 220 Вт. Список деталейРезисторы: Транзисторы: Конденсаторы: Разное:
Печатная платаЗаготовка небольших размеров, предназначена для DIP компонентов. Подбор корпуса времени много не займёт. Процесс изготовления непростой, занимает не один час. Информации по этому вопросу в интернете достаточно. Проектирование выполняют в программе Spirint-layout 6.0. Изготовленная плата изображена на фото 1.
Обработайте дорожки оловом. Оно защитит поверхность от окисления. Пример произведённого покрытия — на фото 2.
Вариант сборкиРасположение элементов — на схеме 2. Если всё сделано правильно, детали и номиналы не перепутаны, то выключатель должен заработать сразу.
НастройкаРегулировка изделия производится двумя переменными резисторами. Цель — добиться такого уровня чувствительности, что выключатель не срабатывал на громкую музыку, голос или посторонний шум. Вид готового изделия показан на картинке 1.
Почему хлопок в ладоши используется, как сигнал? При ударе ладонями образуется звуковая волна большой амплитуды, хорошо улавливаемая микрофоном. Из-за высокой амплитуды управляющего сигнала вероятность несанкционированного срабатывания исключается. При использовании в схеме микроконтроллера можно заменить управляющую светом команду с хлопка на любой звук или слово. Все нюансы установки хлопкового выключателя вы найдете в отдельном материале. Применение определённого слова, как команды, вызывает трудности, так как его приходится произносить с определённой интонацией для получения нужной амплитуды. С полученными знаниями вы сможете изготовить этот прибор, который пригодится в хозяйстве. Акустический выключатель своими руками
Акустический выключатель довольно занимательное и интересное устройство, которое очень полезно собрать начинающему электронщику или радиолюбителю для совершенствования своих навыков. Рассмотрим, как сделать акустический выключатель своими руками из доступных радиоэлементов. Принцип работы такого устройства заключается в том, что звуковой сигнал, как правило, хлопок в ладоши, воспринимается микрофоном, после чего с помощью различных схемных решений происходит подключение или отключение нагрузки. Чаще всего нагрузкой служит лампа накаливания или светодиодная лампа. Как работает акустический выключательАлгоритм работы простейшего акустического выключателя выглядит так: когда раздается хлопок – лампа включается, при следующем хлопке – она гаснет и так повторяется все время. При этом в любом состоянии лампочка может находиться бесконечно долго. Мы же соберем более продвинутое устройство. Первый алгоритм работы нашего акустического выключателя функционирует таким образом: один хлопок – зажигается одна лампа, второй – вторая, третий – третья, четвертый – все лампы гаснут. Далее все повторится снова. Второй алгоритм – все происходит в обратной последовательности: первый хлопок – включаются три лампы, второй – одна гаснет и остаются светиться две лампы, третий – остается светиться одна лампа, четвертый – все лампочки выключаются. Такой вариант хорошо подходит для «ночника», поскольку с каждым хлопком свет становит тусклее, а затем гаснет. Схема акустического выключателяСуществует огромное множество схем акустических выключателей (АВ): на транзисторах, логических микросхемах, триггерах и т.п., но мы будем собирать наш аппарат на микроконтроллере. Применяя микроконтроллер можно довольно просто реализовать алгоритмы различной сложности с минимальной переделкой схемы либо вовсе без переделок. Первый и неотъемлемый элемент любого акустического выключателя – это микрофон. Микрофон преобразует сигнал звуковой частоты в переменное напряжение. Нам подойдет самый простой электретный микрофон. Одним выводом микрофон подключается к минусу, а вторым через подстроечный резистор R1, сопротивлением 510 кОм, – к плюсу. С помощью R1 регулируется чувствительность микрофона. Далее переменный сигнал с выхода микрофона через разделительный конденсатор C1, емкостью 1 мкФ, подается на усилитель, выполненный на одном транзисторе BC547. Эмиттер транзистора соединен с минусом, а коллектор посредством резистора R2, сопротивлением 1 кОм, — с плюсом. Настройка усилителя осуществляется с помощью подстроечного резистора R3, сопротивлением 1 МОм.
Далее усиленный сигнал подается на вход микроконтроллера ATmega8. В зависимости от количества поступивших импульсов, что соответствует количеству хлопков, микроконтроллер выдает высокий или низкий потенциал на соответствующие выводы. В данной схеме у нас применяются три вывода микроконтроллера МК, которые работают на выход. Они питают три аналогичные цепи. Рассмотрим работу одной цепи. Когда на выводе МК высокий потенциал (+5 В) транзистор VT2 серии 2N2222, соединенный с МК резистором R4 (1 кОм), открывается и получает питание катушка реле К1. При срабатывании реле К1 замыкаются его контакты в цепи питания лампы и таким образом она засвечивается. Катушку реле К1 следует шунтировать обратным диодом VD1 для защиты от перенапряжения, поскольку катушка обладает некоторой индуктивностью, и при разрыве цепи может возникнуть бросок напряжения, хотя и не значительный в данном случае, но лучше перестраховаться. Подойдет практический любой диод с током не менее 100 мА, можно применить 1N4148. Реле можно применять любое, но следует ориентироваться на такие параметры: напряжение питания 5 В, напряжение замыкающих контактов – переменное, 230 В. Ток контактов определяется нагрузкой цепи, которую будут замыкать-размыкать контакты. Я применял реле следующего типа: HW32-005VDC-A. Если найдете реле с током питания катушки не более 20 мА, то можно обойтись без транзисторного ключа. Питание схемы акустического выключателя осуществляется от стабилизированного источника питания, напряжением 5 В. Можно взять любой готовый блок питания либо собрать его самому, как рассказано в этой статье. Настройка акустического выключателяНастройка устройства осуществляется с помощью двух переменных резисторов. Я добивался такой чувствительности, что выключатель не реагировал на музыку, речь и легкие удары дверью, но при этом отлично срабатывал по хлопку с противоположного конца комнаты. Следует учитывать, что микрофон нужно располагать в направлении хлопка. Вы наверняка задавались вопросом, почему именно хлопок? Дело в том что амплитуда звуковой волны, вызванная хлопком, гораздо больше, чем при обычном разговоре или музыке, поэтому усилитель можно настроить таким образом, чтобы отсеять другие источник звука, тем самым исключить ложное срабатывание устройства. Теперь, надеюсь, вы убедились, что сделать акустический выключатель своими руками довольно просто. Данное устройство я собрал на макетной плате, но если применять SMD компоненты и твердотельные реле, то размеры акустического выключателя не превысят спичечный коробок. Всем удачной сборки! Скачать прошивки для трех разных вышеописанных алгоритмов работы акустического выключателя.  (пока оценок нет) Загрузка... Сохранить себе в: |
Скачать рисунок печатной платы (289,1 KiB, скачано: 1 363)
Чтобы изготовить чудо-техники самостоятельно, необходимы навыки и знания:
