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.
Акустическое реле на симисторе
Акустическое реле способно включать и выключать нагрузку, мощностью до 500Вт, с помощью звуковой команды (голос, хлопок, свист). Основным коммутирующим элементом является симистор BTA06-600, который может быть заменен на более мощный, без пересчета номиналов схемы. Таким образом, мощность коммутируемой нагрузки акустического реле может быть расширена до 1-2кВт.
Ранее я публиковал подобную схему в статье «Акустический выключатель», но преимущество описанного здесь реле заключается в том, что питание схемы осуществляется от напряжения сети 220В переменного тока. Вследствие чего, устройство не требует трансформаторного блока питания или импульсного источника питания.
Само же акустическое реле потребляет всего около 10Вт.
Схема акустического реле на симисторе
Конденсатор C11 металлопленочный на напряжение 630В. Остальные неполярные конденсаторы — керамические. Стабилитрон VD2 напряжением 12В. Микрофон должен быть электретного типа. Транзистор VT1 может быть заменен на MPSA42 или на S9013 (но у S9013 другая цоколевка).
Питание схемы осуществляется напряжением 12В постоянного тока. Оно организуется с помощью гасящего конденсатора C11, выпрямительных диодов VD3, VD4, стабилитрона VD2 и сглаживающего пульсации электролитического конденсатора C10.
Сигнал с микрофона поступает на усилитель низкой частоты, выполненный на транзисторе VT1. Усиленный и смещенный (делителем напряжения R5R6) сигнал поступает на вход таймера U1 (вывод 2). При достижении определенного уровня сигнала таймер формирует один прямоугольный импульс, который поступает на вход синхронизации (вывод 3) триггера U2. При этом, триггер переводится в противоположное состояние и на его прямом выходе (вывод 1), низкий уровень сменяется высоким уровнем или наоборот. Работа этой цепочки более подробно описана в статье «Акустический выключатель».
Высокий уровень сигнала (примерно +5В) с прямого выхода триггера поступает на микросхему U3 управления симистором VS1, который в свою очередь подключает или отключает нагрузку.
Чувствительность акустического реле устанавливается подстроечным резистором R4.
На симистор необходимо установить радиатор с применением теплопроводной пасты. Площадь поверхности теплоотвода должна быть не менее 200см2. Без радиатора мощность коммутируемой нагрузки не должна превышать 100Вт.
Силовые дорожки, по которым протекает ток нагрузки необходимо выполнить шире и покрыть слоем олова. Если производится замена VS1 на более мощный вариант, то дорожки печатной платы нужно лудить толстым слоем олова, а при необходимости пропаять вдоль них медную жилу.
Внимание! При запуске схемы, а также при ее эксплуатации запрещается прикасаться к элементам акустического реле, так как устройство гальванически не развязано от напряжения сети. Это необходимо для исключения поражения электрическим током.
Печатная плата акустического реле на симисторе
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.
Тюльгин Ю. М. РК-2016-04.
Принцип работы
Этот акустический выключатель работает на специальном микроконтроллере, который позволяет отключать свет по хлопку в ладоши. Конечно, такой управляющий прибор можно использовать не только для контроля лампы, но и многих других электрических устройств: вентиляторов, кондиционеров, трансформаторов.
Фото — хлопковая модель ЭВ-01Л
Простейший звуковой выключатель состоит из электронного микрофона, в котором установлен предусилитель. Благодаря этой детали, любой звук, который поступает в устройство, в несколько раз усиливается, за счет чего чувствительным элементом воспринимаются даже самые незначительные хлопки. Работа самого усилителя дополнительно контролируется при помощи транзисторов VT1 и VT2. Схема регулируется двумя резисторами R2, для выравнивания сигнала установлены выпрямляющие диоды VD1 и VD2.
Фото — схема
Когда звучит хлопок, сигнал проходит через микрофон и усиливается, после он преобразовывается в электрический импульс. Этот импульс выравнивается за счет выпрямляющих диодов. Звук, по которому загорается свет, контролируется резистором, т. е., если звучание хлопка не превышает предустановленный показатель, то лампочка или другой прибор, подключенный к выключателю, не включится. После выравнивания сигнала на конденсаторе (на схеме обозначен С8) увеличивается напряжение, далее открывается транзисторный ключ VT3.
Отключение и включение света производится за счет поочередной разрядки и зарядки конденсаторов. После полного цикла работы по повторному хлопку резистор и конденсатор С10 разрядится в течение 4 секунд, прибор перейдет в выключенное состояние.
Устройство акустического выключателя
Микрофонный усилитель собран на двух биполярных транзисторах серии КТ 315. Для того чтобы увеличить чувствительность микрофона, можно использовать транзисторы типа КТ 368 или их импортные аналоги (SS 9018).
Силовой частью схемы является мощный транзистор КТ 818, он и управляет нагрузкой. Если вы хотите управлять большой нагрузкой, можно воспользоваться реле, напряжением питания от 3.5 до 15 вольт.
При управлении нагрузками с питанием до 12 вольт из цепи можно убрать реле и вместо него подсоединить нагрузку. Если нужно управлять нагрузками с питанием от сети, то обязательно нужно реле. Во время хлопка микрофон принимает волну, и подает на усилитель мощности, они по очереди усиливают сигнал, полученный от микрофона.
Уже усиленный сигнал поступает на базу ключа, его величина позволяет, чтобы сработал транзистор, и в этот момент открывается переход транзистора, и проводит ток. Он питает подключенную нагрузку или реле. При повторном хлопка генерация обрывается и реле обесточивается.
Простейшая схема акустического выключателя
Самую простую эффективную схему акустического выключателя сможет собрать любой человек, имеющий желание и время. Такой выключатель можно использовать для различных целей, например, для включения и выключения освещения в комнате при помощи хлопка, такой же принцип работы и управления любой аппаратуры. В общем, этот акустический выключатель, очень полезная вещь в домашнем обиходе.
Этот датчик даёт возможность с помощью хлопка включать и выключать цепи питания. Такое устройство можно использовать для включения света.
Оно достаточно чувствительно, из-за наличия двукратного усилителя на транзисторах с малой мощностью. Хорошо реагирует на хлопок с расстояния пяти метров от микрофона.
