Schéma akustického senzoru v amatérských rádiových provedeních

V prvním uvažovaném schématu je snímač akustického typu sestaven na bázi piezoelektrického zvukového emitoru a reaguje na různé vibrace v povrchu, ke kterému je nakloněn. Základem dalších provedení je standardní mikrofon.

Tento senzor bude účinný, pokud povrch, který sleduje, je dobrým vodičem akustických vln (kov, keramika, sklo atd.). Akustický měnič v tomto radioamatérském provedení je typický piezoelektrický zvukový emitor z čínského multimetru typu M830. Jedná se o zaoblené plastové pouzdro, ve kterém je umístěna mosazná deska. Na jeho povrchu proti tělu je piezoelektrický prvek, jehož vnější strana je postříbřená. Dráty vycházejí z postříbřeného povrchu az mosazného plechu. Snímač musí být instalován na ovládanou plochu tak, aby jeho plastové tělo bylo v dobrém kontaktu s ovládanou plochou. Při instalaci akustického měniče na sklo můžete pro zvýšení citlivosti vyjmout vysílač z pouzdra a připevnit jej tak, aby jeho hladký mosazný povrch byl přitlačen ke sklu.

Při vystavení povrchu, se kterým je převodník B1 v kontaktu, v něm vznikají elektrické oscilace, které zesilují předzesilovač a jsou převedeny na logické impulsy komparátorem na operačním zesilovači A1. Citlivost zařízení se nastavuje ladícím odporem R3. Pokud generované napětí objevující se v převodníku překročí práh citlivosti operačního zesilovače. Na jeho výstupu se tvoří logické impulsy, které jsou chaotické povahy.

Logické zařízení je postaveno na mikrosestavě K561LA9. Implementace obvodu je typický jednorázový RS-spouštěcí obvod s blokováním vstupu. Když je přivedeno napětí z napájecího zdroje, spoušť se přepne do jednoduchého stavu a zůstane imunní vůči vstupním impulsům tak dlouho, dokud se kondenzátor C2 nabíjí přes odpor R6. Jakmile se tato kapacita nabije, spoušť se odblokuje.

S příchodem prvního impulsu z akustického senzoru se spoušť přepne do nulového stavu. Tranzistorový spínač VT1-VT2 odblokuje a připojí zátěž relé nebo sirénu ze systému poplašné zařízení proti vloupání. (Zátěž je zapojena paralelně s diodou VD2). Tím se začne nabíjet kapacita C3 přes rezistor R13. Zatímco toto nabíjení probíhá, spoušť je udržována v nulovém stavu. Poté se resetuje na single a zátěž se vypne.

Aby nedošlo k zacyklení obvodu kvůli jeho vlastnímu akustické vibrace, vytvořený sirénou, je zde řetězec C4-R11, který zablokuje vstup logického zařízení a otevře jej až po krátkém časovém intervalu po odpojení zátěže. Logický obvod můžete zablokovat stisknutím přepínače S1. Konstrukce se vrátí do provozního režimu 10 sekund po uvolnění pákového spínače S1. Napájecí napětí Up by mělo být v rozsahu 5-15 Voltů.

K předzesilování signálu dochází na levé straně obvodu. VT1 typ KT361 nebo jeho modernější analog, na jehož základnu jde signál z mikrofonu M1 přes kapacitu C2, která spolu s odporem R4 tvoří jednostupňový mikrofonní zesilovač. Tranzistor VT2 typu KT315 je typický emitorový sledovač a plní funkci dynamické zátěže prvního stupně. Proud, který spotřebovává, by neměl překročit 0,4-0,5 mA.

Další zesílení signálu provádí mikroobvod DA1 typu KR1407UD2 s nízkou spotřebou proudu. Je zapojen podle obvodu diferenciálního zesilovače. Tím je dokonale potlačeno běžné rušení indukované ve spojovacích vodičích. Faktor potlačení společného režimu pro vstupní napětí je 100 dB. Signál odebraný ze zatěžovacích odporů R6 a R7 jde přes kondenzátory C3 a C4 na invertující a neinvertující vstupy operačního zesilovače DA1. Faktor zesílení signálu lze upravit změnou hodnot odporů R8 a R9. Rezistory R10, R11 a kapacita C5 vytvářejí umělý střed, ve kterém se napětí rovná polovině napětí napájecího zdroje. Pomocí odporu R13 nastavíme požadovaný proudový odběr mikroobvodu.

Obrázek níže ukazuje obvod jednoduchého, vysoce citlivého zvukového senzoru, který ovládá zátěž pomocí relé. Při vývoji je použit elektretový mikrofon, při použití ECM je potřeba rezistor R1 s odporem 2,2 kOhm až 10 kOhm. První dva bipolární tranzistor jsou předmikrofonní zesilovač, R4 C7 v tomto obvodu eliminují nestabilitu zesilovače.

Za zesilovačem na BC182B je akustický signál odeslán do usměrňovače pomocí diod 1N4148 a kondenzátoru C5, výsledné konstantní napětí za usměrňovačem řídí činnost tranzistoru BC212B, který zase ovládá relé.

Možnost 2

Obvod je jednoduchý a nevyžaduje seřízení, nevýhody zahrnují následující: relé reaguje na jakékoli hlasité zvuky, zejména nízké frekvence. Navíc bylo pozorováno nestabilní práce konstrukce při teplotách pod nulou.

Pomocí popsané konstrukce můžete určit, zda mechanismus umístěný v jiné místnosti nebo budově funguje nebo ne. Informace o provozu jsou vibrace samotného mechanismu. Design je vcelku jednoduchý a obsahuje minimum dílů.

V automatizačních systémech je často nutné určit stav zařízení nebo mechanismu jednoduše na úrovni „zapnuto – vypnuto“ nebo „funguje – nepracuje“. Dost skutečné a jasný příklad- jedná se o čerpadlo v minikotelně.

V jedné místnosti může být umístěn samotný kotel s ovládacím zařízením (regulátorem) a v druhé čerpadlo, které vytváří tlak v otopném systému. A to nejen v různých místnostech, ale obecně v sousedních budovách.

Jak poznáte ovladač, že je čerpadlo zapnuté a běží? Samozřejmě ve více jednoduché systémy nelze použít ovladač, ale jednoduché a levné signalizační zařízení k upoutání pozornosti operátora.

Existuje několik způsobů, jak to udělat. Například pomocí přídavného kontaktu spouštěče, který zapíná čerpadlo: kontakt je sepnutý, proto čerpadlo běží. I když to z nějakého důvodu nemusí fungovat. Startér navíc nemá vždy nevyužitý kontakt. To je další nevýhoda tohoto schématu.

Kromě této metody můžete přijímat signál o provozu čerpadla pomocí proudového snímače. Takový signál bude objektivněji odrážet činnost zařízení jako celku než výše zmíněný kontakt. Nevýhodou této metody je, že zasahuje do elektrického obvodu pohonu.

Jak můžete ovládat provoz zařízení, aniž byste zasahovali do jeho obvodů? Ukázalo se, že je to docela jednoduché, pokud si pamatujete, že zmíněné čerpadlo během provozu vytváří hluk a vibrace. Stejné vlastnosti má mnoho dalších zařízení: elektromagnety, výkonné transformátory, prostě mechanické části elektrického pohonu. Činnost snímače činnosti mechanismu popsaného níže je založena na těchto „škodlivých“ vlastnostech. Podobné senzory mohou také sledovat stav zařízení vybaveného motorem. s vnitřním spalováním nebo diesel.

Senzor využívá vibrace ve větší míře než hluk, proto byste při jeho instalaci měli v mechanismu najít místo, kde vibrace stačí ke spuštění senzoru. Zároveň není žádoucí zvýšená teplota v místě instalace čidla. Schematický diagram senzor je znázorněn na obrázku 1.

Obrázek 1. Schéma snímače činnosti mechanismu (pro zvětšení klikněte na obrázek).

Obvod je poměrně jednoduchý a obsahuje pouze 3 tranzistory. Princip jeho činnosti je velmi podobný funkci stopovacího obvodu u magnetofonu: zatímco impulsy přicházejí z pohybového senzoru magnetické pásky, není generován signál k zastavení mechanismu. Páska se zasekla nebo došla - mechanismus se zastavil.

V našem případě je snímačem vibrací elektretový mikrofon M1, jehož signál je přiváděn přes kondenzátor C2 do zesilovače vyrobeného na tranzistoru VT1. Přes kondenzátor C3 je střídavá složka zesíleného signálu přiváděna do usměrňovače vyrobeného podle obvodu zdvojovače napětí. Usměrněné napětí nabíjí kondenzátor C4, takže tranzistor VT2 bude otevřený (u kolektoru nízká úroveň Napětí). Tato nízká úroveň udržuje tranzistor VT3 uzavřený, takže relé P1 je vypnuto a signál alarmu není odeslán do ovladače nebo alarmu. V emitoru tranzistoru VT3 je instalována dioda VD4. Jedná se o tzv. úrovňovou svorku, která zajišťuje spolehlivější uzavření tranzistoru.

Pokud se mechanismus zastaví, vibrace ustanou a mikrofon prostě nemá co snímat. Proto se impulsy na kolektoru tranzistoru VT1 zastaví a kondenzátor C4 se vybije. Tranzistor VT2 se proto uzavře a VT3 se otevře a sepne relé P1, jehož kontakty informují regulátor o nouzové situaci.

Nastavení zařízení

Nastavení zařízení je snadné. Nejprve pomocí rezistoru R2 na kolektoru tranzistoru VT1 nastavte napětí přibližně na polovinu napájecího napětí. V tomto případě bude tranzistor VT1 pracovat v lineárním režimu, tzn. jako zesilovač signálu.

Druhou fází nastavení je nastavení úrovně citlivosti celého senzoru jako celku pomocí proměnného rezistoru R4. Chcete-li to provést, přesuňte jeho motor do nejnižší polohy podle schématu. Toto je minimální citlivost snímače, v tomto případě bude relé sepnuto. Poté umístěte mikrofon na místo, kde bude instalován, otočením trimovacího rezistoru R4 vypněte relé. Po vypnutí mechanismu by se relé mělo znovu zapnout.

Detaily a design

Pokud máte v úmyslu vyrobit několik kopií senzoru, pak je nejlepší sestavit obvod na desce s plošnými spoji. Nejjednodušší způsob výroby je pomocí technologie laserového žehlení. Pokud je vyžadována pouze jedna kopie, je docela přijatelné ji sestavit závěsnou instalací. Sestavená deska by měla být umístěna v plastovém pouzdře s upevňovacími prvky.

Tranzistory VT1, VT2 lze nahradit KT3102 s libovolným písmenným indexem, KT503 KT815 nebo KT972. Všechny diody lze nahradit libovolnými vysokofrekvenčními nízkovýkonovými diodami, například KD521, KD503.

Všechny rezistory jsou typu MLT-0.25 nebo importované. Je také jednodušší koupit dovážené elektrolytické kondenzátory s provozním napětím alespoň 25V.

Jako relé P1 je přípustné použít libovolné malé relé, případně i dovezené, s provozním napětím 12V. Zařízení lze napájet ze zdroje s nízkou spotřebou, například z čínského síťového adaptéru.

Na samovýroba K napájení bude potřeba transformátor o výkonu maximálně 5 W, s napětím sekundárního vinutí cca 15 V. Nejjednodušší způsob sestavení takového zdroje je na podstavci integrovaný stabilizátor 7812. Podobný obvod se dá celkem snadno najít, proto zde jeho popis neuvádíme.

CMA-4544PF-W nebo podobný;

1 Elektretová kapsle mikrofon CMA-4544PF-W

Použijeme připravený modul, který obsahuje mikrofon a také minimální potřebnou kabeláž. Takový modul si můžete zakoupit.

2 Schéma zapojení mikrofon do Arduina

Modul obsahuje elektretový mikrofon, který vyžaduje napájení od 3 do 10 voltů. Při připojování je důležitá polarita. Zapojme modul podle jednoduchého schématu:

• výstup "V" modulu - napájení +5V,
• kolík "G" - na GND,
• pin "S" - k analogovému portu "A0" Arduina.

3 Náčrt pro čtení čtení elektretový mikrofon

Pojďme napsat program pro Arduino, který bude číst hodnoty z mikrofonu a vyvádět je na sériový port v milivoltech.

Const int micPin = A0; // nastavte pin, ke kterému je připojen mikrofon void setup() ( Serial.begin(9600); // inicializace sekvence přístav } void loop() ( int mv = analogRead(micPin) * 5,0 / 1024,0 * 1000,0; // hodnoty v milivoltech Serial.println(mv); // výstup na port }

Proč možná budete muset připojit mikrofon k Arduinu? Například pro měření hladiny hluku; k ovládání robota: postupujte podle tlesknutí nebo zastavení. Některým se dokonce podaří „vytrénovat“ Arduino k detekci různých zvuků a vytvořit tak inteligentnější ovládání: robot bude rozumět příkazům „Stop“ a „Go“ (jako například v článku „Rozpoznávání hlasu pomocí Arduina“).

4 "ekvalizér" na Arduinu

Sestavme si jakýsi jednoduchý ekvalizér podle přiloženého schématu.

5 Skica"ekvalizér"

Pojďme si skicu trochu upravit. Přidejme LEDky a prahy pro jejich provoz.

Const int micPin = A0; const int gPin = 12; const int yPin = 11; const int rPin = 10; void setup() ( Serial.begin(9600); pinMode(gPin, OUTPUT); pinMode(yPin, OUTPUT); pinMode(rPin, OUTPUT); } void loop() ( int mv = analogRead(micPin) * 5,0 / 1024,0 * 1000,0; // hodnoty v milivoltech Serial.println(mv); // výstup na port /* Prahové hodnoty odezvy LED upravujete sami experimentálně: */ if (mv )

Ekvalizér je připraven! Zkuste mluvit do mikrofonu a uvidíte, že se LED diody rozsvítí, když změníte hlasitost řeči.

Prahové hodnoty, po kterých se příslušné LED rozsvítí, závisí na citlivosti mikrofonu. U některých modulů je citlivost nastavena trimrový odpor, není na mém modulu. Prahové hodnoty se ukázaly být 2100, 2125 a 2150 mV. Pro svůj mikrofon si je budete muset určit sami.

Používá se ke sledování úrovně hluku nebo detekci hlasitých signálů, jako je praskání, klepání nebo pískání.

Prvky desky

Mikrofon a elektronika modulu

Mikrofon převádí zvukové vibrace na vibrace elektrického proudu. Pokud je tento signál přímo připojen k analogovým vstupům mikrokontroléru, jako je Arduino, výsledek bude s největší pravděpodobností neuspokojivý. Signál z mikrofonu je třeba nejprve zesílit, odstranit negativní půlvlnu a signál vyhlazovat. Všechny tyto akce se provádějí elektronický postroj modul.

Proč si prostě nemůžeme vzít žádný mikrofon? Důvodů je několik.

Za prvé, signál z mikrofonu je velmi slabý. Natolik, že pokud jej připojíme k analogovému vstupu Arduino, analogRead vždy vrátí 0. Před použitím je nutné signál z mikrofonu zesílit.

Za druhé, dokonce vylepšené zvukový signál- vždy jde o výkyvy. Proto jsou údaje z mikrofonu velmi závislé na okamžiku, kdy bylo napětí naměřeno mikrokontrolérem. I při nejhlasitější ráně může analogRead vrátit 0 .

Jak vidíme, i měření maximální hodnoty amplituda neposkytne jasnou informaci o úrovni hlasitosti. Pro získání těchto informací je potřeba co nejčastěji provádět měření a podrobit tato data matematickému zpracování. Číselná charakteristika hlasitosti je plocha pod grafem zvukové vlny. To je přesně to, co elektronické obvody mikrofonu „počítají“.

Potenciometr pro nastavení citlivosti

Potenciometr upravuje zesílení zesilovače signálu mikrofonu. To může být užitečné, pokud potřebujete změnit podmínky spouštění vašeho zařízení, aniž byste změnili jeho firmware. Čím vyšší je citlivost modulu, tím vyšší je podíl rušení v užitečném signálu snímače. Práce s modulem doporučujeme začít s potenciometrem ve střední poloze. V tomto případě bude citlivost modulu snadno měnitelná v libovolném směru.

Kontakty pro připojení třívodičové smyčky

Modul je spojen s řídicí elektronikou dvěma třívodičovými smyčkami.

Účel třívodičových smyčkových kontaktů:

Napájení (V) - červený vodič. Měl by být napájen napětím 3 až 5 V.

Zem (G) - černý drát. Musí být připojen k zemi mikrokontroléru.

Signál snímače hluku (E) - žlutý vodič. Přes něj je mikrokontrolérem čten signál ze snímače úrovně šumu.

Druhá smyčka z pinu S snímá signál analogového mikrofonu.

Video recenze

Příklad použití

Na obrazovce počítače zobrazíme údaje ze snímače hluku a mikrofonu. Vezměme Arduino jako řídicí mikrokontrolér.

Domácí senzory

Na Obr. Obrázek 1 ukazuje zařízení pro zesilovač slabého signálu. Zařízení je implementováno na dvou identických křemících tranzistory p-p-p vodivost, s vysokým ziskem (80-100 proud). Když je zvuk aplikován na mikrofon VM1, střídavý signál vstupuje do báze tranzistoru VT1 a je jím zesílen. Výstupní signál, který ovládá periferní nebo akční zařízení se zápornou hranou, je odstraněn z kolektoru tranzistoru VT2.

Elektrický obvod citlivého akustického senzoru využívající bipolární tranzistory

Oxidový kondenzátor C1 vyhlazuje zvlnění napájecího napětí. Rezistor zpětná vazba R4 chrání malý zesilovač signálu před samobuzením.

Výstupní proud tranzistoru VT2 umožňuje ovládat nízký výkon elektromagnetické relé s provozním napětím 5 V a reakčním proudem 15...20 mA. Rozšířený obvod akustického senzoru je znázorněn na Obr. 3.9. Na rozdíl od předchozího schématu je to jiné další funkce nastavení zesílení a inverze výstupního signálu.

Pokročilý obvod akustického senzoru

Zesílení slabých signálů z mikrofonu VM1 se nastavuje pomocí proměnného rezistoru R6 (viz obr. 2). Čím nižší je odpor daného rezistoru, tím větší je zesílení tranzistorový stupeň na tranzistoru VT1. Dlouholetou praxí v provozování doporučené jednotky bylo možné zjistit, že když je odpor rezistoru R6 roven nule, je možné samobuzení kaskády. Aby se tomu zabránilo, je další zapojen do série s R6 omezovací odpor odpor 100-200 Ohm.

Elektrický obvod akustického snímače se schopností invertovat výstupní signál a upravovat zesílení

Schéma ukazuje dva výstupy, ze kterých je odváděn řídicí signál pro následující obvody a koncové elektronické součástky. Z bodu "OUTPUT 1" je odstraněn řídící signál se zápornou hranou (která se objeví, když je zvuk aplikován na mikrofon VM1). Z bodu "VÝSTUP 2" je inverzní signál (s kladnou hranou).

Díky použití tranzistoru s efektem pole KP501A (VT2) jako koncového zesilovače proudu zařízení snižuje spotřebu proudu (ve srovnání s předchozím obvodem) a má také schopnost ovládat výkonnější zátěž, například výkonné relé se spínacím proudem až 200 mA. Tento tranzistor lze vyměnit za KP501 s libovolným písmenným indexem i za výkonnější tranzistor s efektem pole vhodnou konfiguraci.

Tyto jednoduché konstrukce není třeba upravovat. Všechny jsou testovány při napájení ze stejného stabilizovaného zdroje napětím 6 V. Proudový odběr provedení (bez odběru reléového proudu) nepřesahuje 15 mA.