Описание и разновидности датчиков звука, как сделать своими руками

Electro_intelligence
Электроника / Arduino
Добавлен 1
комментарий

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.
Также при правильном подборе резистора R5 этот датчик может превратиться в цифровой и сможет использоваться в аппаратных прерываниях. Потенциал данной конструкции огромен, на ее основе можно собрать кучу всевозможных проектов, а ее простота делает устройство доступным каждому. В заключении предлагаю посмотреть видео, в котором все наглядно показано. Также гораздо более подробно объяснен процесс калибровки и сборка простейшего хлопкового выключателя. Надеюсь вам оно понравилось. Желаю удачной сборки!
Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Содержание

• Обзор
  
• Технические характеристики модуля
• Пример использования
• Часто задаваемые вопросы FAQ

Обзор датчика звука для Arduino

Датчик звука Arduino используется для слежения за уровнем шума или обнаружения громких сигналов: хлопков, стуков или свиста.

Датчик представляет собой небольшую плату с установленным на ней микрофоном, микрофонным усилителем, регулятором чувствительности в виде переменного резистора. Микрофон преобразует звуковые колебания в колебания электрического тока. Сигнал с микрофона необходимо усилить с помощью компаратора L293. Датчик имеет выход с логическим уровнем. Сработал датчик – на выходе появился логический 0.  Регулятором чувствительности можно выбирать, от какого звука будет срабатывать датчик — от слабого, громкого или очень громкого звука. Датчик имеет 3 вывода. Назначение выводов следующее:

• Vcc – питание датчика;
• GND – земля;
• OUT — цифровой выход;

Датчик имеет также светодиод, сигнализирующих о наличие низкого уровня на  выходе OUT. Наличие цифрового вывода OUT и светодиода уровня позволяет использовать модуль автономно, без подключения к контроллеру.

Технические характеристики модуля

• Напряжение питания: 4-6 В;
• Выход: цифровой;
• Максимальное расстояние обнаружения –5 м;
• Размер модуля: 32×17×15 мм;
• Общий вес: 12.5 г.

Пример использования

Рассмотрим использование датчика звука для управления лампой с помощью хлопков. При регистрации хлопка, датчик звука выдает на микроконтроллер сигнал низкого уровня. По получении сигнала микроконтроллер через реле переключает состояние лампы (включает/выключает). Для проекта нам понадобятся следующие детали:

• плата Arduino Uno;
• датчик уровня звука;
• блок реле;
• настольная лампа;
• соединительные провода.

Соберем схему, показанную на рисунке
Запустим Arduino IDE. Создадим новый скетч и внесем в него следующие строчки:

Часто задаваемые вопросы FAQ

• При любом уровне звука не горит светодиод уровня вывода OUT

1. Проверьте соединение датчика с входом микроконтроллера.
2. Отрегулируйте величину выходного сигнала с помощью потенциометра.

Датчики звука для включения света появились сравнительно недавно и были по достоинству оценены потребителями. Ими стали оснащать осветительные приборы в жилых домах и общественных зданиях, сокращая таким образом потребление электроэнергии и значительно экономя бюджет.

Что это такое?

Датчики звука пришли на современный рынок в начале 90-х годов и поначалу использовались в составе систем безопасности и сигнализации. Первые образцы отличались низкой чувствительностью и большим процентом ложных срабатываний. Современные модели стали более совершенными и характеризуются высокой точностью фиксации и сверхчувствительностью.

Главным элементом датчика является микрофон, работающий в паре со специальным усилителем.
Кроме этого, в конструкцию устройства входят электронные устройства, которые анализируют поступивший с усилителя сигнал, и в случае необходимости отправляют команду на электрическое реле. Распознавание звука происходит на основе сравнения с эталоном, который уже записан в памяти устройства. Самые простые датчики не способны к глубокому анализу и запрограммированы на любой шум, чуть более модернизированные – на хлопок, и самые совершенные образцы программируются на целый спектр команд, из-за чего стоят значительно дороже.

Назначение и сфера использования

Датчики звука предназначены для автоматического включения осветительных приборов при приближении к ним человека. Приборы получили широкое распространение в тамбурах зданий, общественных туалетах, подъездах многоквартирных домов и других местах общественного пользования. Кроме того, датчики часто устанавливают в системы охранной сигнализации. Устройства способны работать со всеми типами осветительных приборов, включая люминисцентные и светодиодные лампы.

Помимо мест общего пользования, датчики устанавливают в помещениях жилых домов
, в которых домочадцы бывают редко, например, в кладовые или другие подсобные помещения. Более того, датчик является оптимальным решением для освещения длинных и тёмных коридоров, что особенно актуально в домах с маленькими детьми. Часто бывает так, что ребёнок просто опасается выходить в тёмное пространство, а до выключателя ещё не дорос. Устройства очень востребованы в домах, где есть люди с ограниченными возможностями, которые передвигаются по дому в инвалидных креслах, а также на складах и базах, где не всегда есть возможность включить освещение с помощью рук. Датчики позволяют осуществлять загрузку и выгрузку товара, не выпуская тяжёлых коробок для того, чтобы включить свет.

Датчики часто устанавливают и в проходных коридорах, где они мгновенно включат свет при появлении человека, и незамедлительно выключат его, как только тот покинет коридор.
Ещё одной важной сферой использования датчиков звука являются медицинские учреждения, где отсутствие выключателя продиктовано требованиями гигиены. Используют устройства и в помещениях, в которых установка стандартного выключателя по техническим причинам невозможна. В более широких масштабах датчики используются в речных и морских портах, где после срабатывания тревожной сирены они мгновенно включают дополнительные прожекторы, освещающие акваторию.

В таких случаях автоматика часто приходит на помощь неуспевающим отреагировать людям и нередко предотвращает серьёзные инциденты.

Преимущества и недостатки

Как и любой другой электронный прибор, датчики звука имеют свои сильные и слабые стороны. К достоинствам приборов относят:

• невысокую стоимость, делающую устройства доступными для всех категорий населения;
• большой радиус действия, позволяющий издалека «слышать» звук приближающегося человека и вовремя включать освещение;
• значительное снижение затрат на электроэнергию и покупку лампы.

Кроме того, выключение света происходит не сразу, а спустя 20-30 секунд после ухода человека. Это позволяет ему не оказаться сразу в кромешной темноте, а спокойно уйти в другое помещение.

Недостатков у датчиков звука не так уж и много. К ним относят невозможность размещения в слишком шумных местах и вероятность ложных срабатываний более дешёвых моделей.

Принцип действия

Звуковые датчики для включения света относятся к группе акустических устройств. Основой принципа их работы является обнаружение и распознавание акустических волн. Волна проникает внутрь прибора и создаёт в нём отклонение от стандартного параметра тишины. В качестве контрольных точек выступают скорость звуковой волны и её амплитуда. Скорость, в свою очередь, регистрируется благодаря определению частоты и фазности.

Далее, после обработки звуковой волны и её сравнения с эталоном, прибор посылает команду реле, которое замыкает электрическую цепь, запускает таймер и включает освещение, например, на 50 секунд. В течение этого времени датчик не обращает внимания на звуковой фон помещения, а по завершении периода начинает вновь регистрировать наличие и скорость акустических волн.

Если фон не изменился и в помещении наблюдается шум, то свет продолжит гореть ещё 50 секунд.

Если же звуки стихли, и прибор перестал регистрировать акустическую волну, то реле разомкнётся и освещение будет автоматически отключено. После выключения датчик вновь готов к приёму и обработке акустической волны, и незамедлительно включит свет при её обнаружении. В качестве шумовой нагрузки может выступать открытие двери, человеческие шаги, голоса разной громкости, покашливание или хлопок в ладоши.

Из-за высокой чувствительности встроенного микрофона и риска ложных срабатываний, звуковые датчики нуждаются в грамотной настройке.
Для этих целей на корпусе имеются регуляторы, выполненные в виде колесиков либо кнопок. Один из них регулирует границы предельного шума, при которых прибор срабатывает. Оптимальным вариантом является настройка на срабатывание при уровне звука 50 дБ, что эквивалентно звуку от хлопка в ладоши взрослого человека. При помощи второго регулятора выставляют время, через которое прибор должен будет включиться после принятия им звуковой волны.

Разновидности

Современный рынок предлагает три вида звуковых датчиков, включающих освещение. Это стандартные звуковые и оптико-акустические модели, а также приборы, реагирующие ещё и на движение.

1. Если классические звуковые модели способны реагировать только на звуковую волну, то оптико-акустические приборы работают несколько по иной схеме. Помимо приёма и обработки звукового сигнала, они способны самостоятельно оценивать уровень освещённости помещения и не позволят включить лампу в светлое время суток, несмотря на присутствие шума. В конструкцию таких моделей входит чувствительный фотоэлемент, реагирующий на количество света в помещении.
2. Звуковые датчики с функцией движения способны включать свет как при прохождении звуковой волны, так и при появлении человека или животного. Однако такие модели не очень удобны в том плане, что часто реагируют на грызунов и домашних питомцев, повышая тем самым процент ложных срабатываний.
3. Стандартные звуковые модели подразделяются на два типа: приборы, срабатывающие от любого шума и командные образцы.

Датчики, реагирующие на общий шум, представляют более многочисленную группу устройств и выпускаются в широком ассортименте.

Такие модели устанавливают исключительно в общественные пространства, а в жилых помещениях не используют. Исключение составляют приборы, оснащённые реле задержки отключения, которые иногда используются в ванных комнатах и туалетах.

Образцы дополнены функцией задержки времени отключения и самостоятельно отключаются только через 50-60 секунд после стихания последнего шума. Некоторые модели данного вида оснащены дополнительной опцией задержки включения, которая не позволит прибору зажечь свет от короткого акустического удара
, например, раската грома или сигнала авто. Устройство включит свет только в том случае, если шум будет продолжаться в течение сколько-нибудь продолжительного времени. Параметры времени в большинстве случаев можно запрограммировать самому. Достоинствами вида является простота устройства и низкая цена. К недостаткам относят невозможность установки в подъезды, выходящие окнами на шумную магистраль, и использование в жилых помещениях.

Звуковое реле, реагирующее на конкретные команды, например, на хлопок в ладоши, позволяет использовать его в жилых пространствах и офисных коридорах. По своей сути данное устройство является тем же шумовым датчиком, но с более высоким порогом срабатывания, улавливающим одну или две команды.
Принцип его действия немного отличается от принципа работы шумового прибора и состоит в следующем: при одном хлопке в ладоши устройство замыкает цепь, свет включается и продолжает гореть до тех пор, пока не прозвучит команда на отключение света. Обычно в качестве команды выключения используют двойной хлопок.

Более сложные модели способны различать голосовые команды, состоящие из кодовых слов. Однако такие образцы больше являются творением домашних умельцев и на рынке присутствуют в ограниченном количестве. Достоинствами моделей этого вида является возможность их установки в места с умеренным шумом, на который датчик не реагирует. К недостаткам относят неудобство использования моделей, работающих по хлопку, при занятных руках.

В целом установка звуковых датчиков быстро оправдывает затраты на их приобретение, существенно экономит электричество и исключает вероятность порчи выключателей злоумышленниками в общественных местах.

О том, как выбрать датчик звука для включения света, смотрите в следующем видео.