Акустический выключатель на микроконтроллере

Акустический выключатель на микроконтроллере

Автор: Flasher
Опубликовано 08.09.2011
Создано при помощи КотоРед.

Возникла необходимость в тамбуре сделать автоматический выключатель. Рядом живут злые соседи, которые экономят электричество, постоянно выключая лампочку 25Вт и при этом постоянно ругаясь. Это очень опасно, так как может распугать всех миролюбивых котов в округе. К тому же, сам процесс ужасен: открываешь одну дверь, нащупываешь на стене выключатель, закрываешь, открываешь другую дверь, потом выключаешь свет. Поэтому было решено модифицировать сам выключатель. Нет, не изменить схему подключения лампы, а именно заменить сам выключатель на что-то умное и доброе. Умное — значит, придется задействовать микроконтроллер. Микроконтроллер должен чем-то питаться, а вот тут главная проблема — если выключатель замкнется, то на нем не останется напряжения. Вторая проблема — необходимо плавно изменять яркость освещения и постоянно следить за фазой в сети, даже при включенной нагрузке. При плохом контакте в патроне, могут "выпадать" целые периоды в сети.

В данной конструкции применен блок питания с режимом отсечки и цифровая PLL, которая постоянно следит за фазой и управляет нагрузкой в не зависимости от помех. Точность определения фазы — менее 1% ошибки. В устройстве присутствует быстродействующая (время срабатывания меньше 100мкс) токовая защита от замыкания в нагрузке.

Управляется выключатель акустическим датчиком. Можно применить любой тип датчика, так как блок питания может обеспечить ток пару десятков миллиампер. Алгоритм работы устройства следующий. Постоянно происходит захват фазы. Как только рядом с устройством будет мяуканье шум определенного уровня (определяется R7) и длительности (определяется C10), в течение 1 секунды плавно включится лампа. Через 40 секунд она плавно погаснет. Если дикое мяуканье звуки будут продолжаться после 10-й секунды — время горения лампы будет каждый раз продлеваться. Если произойдет замыкание в цепи нагрузки — свет мгновенно отключиться. Выключатель проверен с лампами мощностью от 40 до 150 Вт.

Диодный мост можно применить на 4А 1000 вольт и вместо 2sk2996 можно использовать 2sk2545. Сопротивление R16 определяет уровень срабатывания токовой защиты. Мгновенное напряжение на нем не должно превышать уровень в 1,1 вольта. Есть тонкости в настройке блока питания. Необходимо выставить R2 на максимальное сопротивление, включить без микроконтроллера в сеть и медленно уменьшать R2, пока напряжение на конденсаторе С2 не станет 15-17 вольт. Примерная себестоимость устройства — около 7$.

Хлопковый выключатель — схема очередного акустического выключателя — является забавным проектом для начинающих радиолюбителей. Устройство позволяет по звуку хлопка включать и выключать различные электрические приборы, в том числе и свет. На данной статье рассмотрим работу схемы (дистанционного выключателя света), реагирующая на двойной хлопок.

В звуковом выключателе применен электретный микрофон, который преобразует акустический сигнал хлопка в электрический. Далее он усиливается транзистором VT2, а затем уже поступает на вход микроконтроллера PIC12F683. Микроконтроллер посредством заложенной в ней программы, производит включение и выключение света через электромагнитное реле.

Когда нет звука, напряжение на коллекторе транзистора VT2 равно примерно 0,2 вольта. Когда микрофон обнаруживает звук хлопка, напряжение на нем резко падает. Поскольку выходное напряжение внутреннего конденсатора микрофона соединен с базой транзистора через конденсатор С1, напряжение база-эмиттер также снижается и, как следствие скачкообразно повышается напряжение на коллекторе (до 4 вольт).

Теперь мы знаем, как происходит преобразование акустического сигнала в электрический. Следующим этапом является подача данного сигнала на микроконтроллер PIC12F683 для осуществления включения/выключения света.

В данном микроконтроллере имеется встроенный модуль компаратора, который можно использовать для сравнения двух аналоговых сигналов и получить цифровую оценку их относительных величин. Как известно работа компаратора заключается в сравнении обрабатываемого сигнала, поступающего на один вход, с опорным напряжением, подающимся на другой его вход. В данном примере используется внутреннее опорное напряжение, величина которого устанавливается программно.

В прошивке установлено опорное напряжения равное 0,625 вольт (при условии что напряжение питания составляет 5,0 вольта).

Источником питания для данной схемы может послужить простой стабилизатор напряжения на микросхеме LM317. Это наиболее оптимальный вариант для питания различных устройств.

Таким образом, при нормальных условиях (отсутствие звука), опорное напряжение (0,625 вольт) больше, чем напряжение (0,2 вольта) на входе 6 микроконтроллера PIC12F683. Поэтому на выходе 2 микроконтроллера находится высокий уровень. При появлении звука, напряжение на входе 6 становится выше опорного и контроллер расценивает это как входящий сигнал. При двойном хлопке (интервал 1,5 сек), на выходе 2 появляется сигнал низкого уровня. По необходимости выход можно инвертировать в коде программы, установив инверсию выхода компаратора в регистре CMCON0.

Скачать прошивку (47,5 Kb, скачано: 2 498)

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 выключатель

Алгоритм 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 выключателя

Существует 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 выключателя

Настройка 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.