Схема акустического датчика в радиолюбительских конструкциях

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.

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

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.

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.