Датчик шума (Troyka-модуль)
Датчик шума используется для слежения за уровнем шума или обнаружения громких сигналов: хлопков, стуков или свиста.
Элементы платы
Микрофон и электронная обвязка модуля
Микрофон преобразует звуковые колебания в колебания электрического тока. Если этот сигнал напрямую подключить к аналоговым входам микроконтроллера, такого как Arduino, результат скорее всего будет неудовлетворительным. Сигнал с микрофона предварительно необходимо усилить, избавиться от отрицательной полуволны и сгладить сигнал. Все эти действия выполняет электронная обвязка модуля.
Почему мы не можем просто взять любой микрофон? Этому есть несколько причин.
Во-первых, сигнал от микрофона очень слаб. Настолько, что, если мы подключим его к аналоговому входу Arduino, то analogRead всегда будет возвращать 0 . Перед тем как использовать, сигнал с микрофона необходимо усилить.
Во-вторых, даже усиленный звуковой сигнал — это всегда колебания. Поэтому показания микрофона очень зависят от того, в какой момент времени произошло измерение напряжения микроконтроллером. Даже при самом громком хлопке analogRead может вернуть 0 .
Как видим, даже измерение максимальных значений амплитуды не даст четкую информацию об уровне громкости. Чтобы получить эту информацию, нужно делать измерения максимально часто и подвергать эти данные математической обработке. Численной характеристикой громкости является площадь под графиком звуковой волны. Именно её и «считает» электронная обвязка микрофона.
Потенциометр регулировки чувствительности
Потенциометр регулирует коэффициент усиления усилителя сигнала с микрофона. Он бывает полезен, если необходимо изменить условия срабатывания вашего устройства без изменения его прошивки. Чем выше чувствительность модуля, тем выше доля помех в полезном сигнале датчика. Мы рекомендуем начинать работу с модулем при среднем положении потенциометра. В таком случае чувствительность модуля будет легко изменить в любую сторону.
Контакты подключения трёхпроводного шлейфа
Модуль подключается к управляющей электронике двумя трёхпроводными шлейфами.
Назначение контактов трёхпроводного шлейфа:
Вторым шлейфом с пина S снимается сигнал аналогового микрофона.
Видеообзор
Пример использования
Отобразим показания датчика шума и микрофона на экране компьютера. В качестве управляющего микроконтроллера возьмём Arduino.
Источник
Датчики акустические схемы.
Среди радиолюбительских конструкций акустических датчиков встречаются простые конструкции. Их отличает набор элементов, уровень усиления и чувствительность к акустическим колебаниям. На основе чувствительных акустических датчиков, управляющих различными устройствами нагрузки, можно создавать автоматические устройства. Большое (определяющее) значение в этом случае имеет чувствительность и возможность ее регулировки.
Одним из таких устройств, реагирующем на малейший шум и даже ветерок (об этом ниже), является чувствительный акустический датчик. Электрическая схема датчика представлена на рис.1.
Усилитель слабых звуковых сигналов датчика выполнен на высокочувствительном микрофонном усилителе DA1. Чувствительность микросхемы — операционного усилителя (далее ОУ) такова, что он воспринимает входной сигнал амплитудой 1 мВ. Корректировкой сопротивления резистора R7 чувствительность усилителя можно изменять в широких пределах. Суммарный коэффициент усиления при указанных на схеме номиналах элементов составляет более 3000 и может быть еще более увеличен с помощью увеличения сопротивления R7 и емкости конденсаторов С5 и С6 до 10000 пФ каждого. Эти конденсаторы компенсационной цепочки введены для устранения возможного самовозбуждения на высоких частотах усилителя при максимальном режиме усиления.
Для увеличения общего коэффициента усиления также рекомендуется увеличить емкость разделительных конденсаторов С6 и С8 до 2мкФ и 50мкФ соответственно. При этом уменьшение сопротивления R7 до 50 кОм (в 10 раз) чувствительность ОУ уменьшится так, что акустический датчик будет реагировать только на голос человека (хлопок в ладоши или другой громкий звук) на расстоянии до 1 м от микрофона ВМ1.
Усиленный сигнал переменного напряжения с выхода ОУ DА1.1 через разделительный конденсатор С8 поступает на выпрямитель, реализованный на диодах VD1, VD2. Выпрямленное напряжение сглаживается оксидным С9 и шунтируется резистoром R9. Цепь С9, R9 одновременно является узлом задержки.
Когда в точке А (на выходе схемы) появится высокий уровень напряжения (амплитудой 3,6.. .3,8 В), то благодаря заряженому конденсатору С9, этот уровень будет присутствовать в точке А не менее, чем 4 мин. Высокий уровень в точке А является управляющим по отношению к исполнительнoму узлу (на схеме не показан), который включает или выключает любую электронную нагрузку. Это может быть, к примеру, лампа накаливания на 220 В, установленая на лестничной клетке.
В этом случае акустический датчик будет полезен как автомат — включатель освещения при приближении жильцов к микрофону ВМ1. Когда вблизи ВМ1 наступит тишина, по истечении выдержки 4 мин лампа освещения автоматически погаснет до следующего акустического воздействия на микрoфон.
Если шум вокруг ВМ1 сохранится во время отсчета времени после первоначального звукового воздействия, то выдержка времени увеличится и лампа освещения будет гореть до тех пор, пока шум не прекратиться плюс еще 4 мин. Если задержка выключения не нужна, ее можно отключить. Для этого управляющий сигнал берут напрямую с вывода 7 микросхемы DA1.
Есть и еще одна интересная особенность усилителя сигналов на микросхеме DA1. Если изменить (увеличить емкость) номиналы элементов в цепи обратной связи ( С5, С7 и разделительные конденсаторы С6, С8 — об этом написано выше), чувствительность акустического датчика оказывается такова, что управляющий выходное напряжение появится на выводе 7 элемента DА1.2 не после звукового воздействия на микрофон, а даже при слабом ветерке, потоке воздуха, направленного на ВМ1 с расстояния 0,5. 1 м. Для получения такого эффекта потребуется полностью изолировать помещение от посторонних звуков (что в больших городах сделать в бытовых условиях средней квартиры почти невозможно, ибо уровень шума с улицы превышает все мыслимые пределы).
Этот авторский эксперимент с акустическим датчиком проводился ночью, поэтому в связи с вышеизложенным можно рекомендовать данную разработку тем радиолюбителям, кто сможет найти для нее другое рациональное применение (взяв за основу), например, для создания шумомера — устройства, фиксирующего, измеряющего уровень шума и индуцирующего превышение этого уровня. В больших городах, а так-же в производственных помещениях такой прибор сегодня оказывается весьма актуальным, ибо позволяет сберечь людям здоровье, нервы и, как следствие, продлить жизнь.
Кроме того, рекомендованную на рис. 1 схему можно с успехом применить как составную часть других радиолюбительских конструкций в качестве высокочувствительного акустического датчика.
Самым дорогим элементом в предлагаемом датчике является микросхема DA1. Ее можно заменить на близкий по электрическим характеристикам ОУ ТL072 или ТL082. У них идентичное расположение выводов.
Вторым по значимости в датчике является пассивный злектретный микрофон ВМ1. В отличие от активного микрофона, пассивный микрофон не имеет внутреннего усилителя и отдельного питания. Микрофон CZN-15Е широко распространен в продаже и телефонных аппаратах различных марок и стоит недорого. Вместо него с не меньшим успехом можно применить отечественные электретные микрофоны МКЭ-332, МКЭ-333, МКЭ- 387, МКЭ-389.
Оксидный С2, типа К50-24, К50-29, сглаживает пульсации напряжения источника питания. Остальные оксидные конденсаторы могут быть К50-29, К50-35.
Конденсатор С9 своей емкостью определяет время задержки выключения оконечного узла, поэтому нужно применить конденсатор с малым током утечки, например, К50-35, К53-1, К53-10 и аналогичные.
Неполярные конденсаторы — типа К10-17, КМб и аналогичные.
Все постоянные резисторы — типа МЛТ-0,125, МЛТ-0,25, МF-25 и аналогичные.
Оконечный (исполнительный) узел подбирается таким, чтобы реагировал на положительный фронт импульса в точке А.
Налаживание датчика заключается в подборе уровня чувствительности ОУ (корректировкой сопротивления R7). Для этого во время настройки этот резистор лучше заменить подстроечным, например, СПЗ-29В — с линейной характеристикой изменения сопротивления, а затем, когда оптимальный уровень будет установлен, выпаять резистор из схемы, замерить омметром его сопротивление и установить вместо него постоянный соответствующего сопротивления.
Источник питания трансформаторный, стабилизированный, выдающий напряжение в диапазоне 5. 8 В.
Аналогичным по функциональности является акустический датчик как на рис.2, который представляет собой усилитель слабых сигналов.
Датчик исполнен на двух однотипных кремниевых транзисторах n-р-n проводимости, обладающих высоким коэффициентом усиления h21e (80. 100 по току).
При звуковом воздействии на микрофон ВМ1 переменный сигнал поступает в базу транзистора VТ1 и усиливается им. С коллектора транзистора VТ2 снимается выходной сигнал, управляющий периферийными или исполнительными устройствами отрицательным фронтом. С1 сглаживает пульсации напряжения источника питания. Резистор обратной связи R4 предохраняет усилитель слабых сигналов от самовозбуждения.
Выходной ток VТ2 позволяет управлять маломощным электромагнитным реле с рабочим напряжением 5 В и током срабатывания 15. 20 мА.
Расширенная схема акустического датчика показана на рис.3. В отличие от предыдущей она отличается дополнительными возможностями регулировки усиления и инверсии выходного сигнала.
Регулировка усиления слабых сигналов с микрофона ВМ1 осуществляется переменным резистором R6. Чем меньше сопротивление данного резистора, тем больше усиление транзисторного каскада на транзисторе VТ1.
При длительной практике зксплуатации рекомендуемого узла удалось установить, что при сопротивлении резистора R6 равном нулю, возможно самовозбуждение каскада. Чтобы его избежать, последовательно с R6 включают еще один ограничительный резистор сопротивлением 100. 200 Ом.
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 ВМ 1), а с точки «Выход 2» — инверсный.
Благодаря применению в качестве оконечного токового усилителя полевoго транзистора КП501А (VТ2) акустический датчик 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 акустических датчиков в налаживании не нуждаются. Все они испытаны при питании от одного и того же стабилизированного источника напряжения 6 В. Потребляемый ток конструкции (без учета тока потребления реле) не превышает 15 мА. Все элементы датчиков, о которых не сказано особо, надлежит использовать тех же типов, которые описаны для схемы на рис.1.
Источник
Звук и шум
Это устройство предназначено для переключения четырех нагрузок, управляя им хлопками в ладоши или другими громкими резкими звуками. Нагрузки переключаются по кольцу. Число нагрузок можно увеличить до 8-й. Акустический сенсор — электретный микрофон М1. Его чувствительность в процессе налаживания .
Это пороговый индикатор шума впомещении, схема построена на ОУ КР140УД1208, CD4011. Его задача в том, чтобы при превышении шумом некоторого заданного при налаживании предела, включать на несколько секунд электрическое табло с надписью «Тише!». Датчиком звука служит электретный .
Уже много лет популярны волшебные выключатели света, реагирующие на хлопки в ладоши или другие громкие звуки. Их можно увидеть в художественных фильмах 70-80 годов, интересным такой выключатель может быть и сейчас. Здесь описывается как раз такой выключатель. Включение / выключение происходит .
Во многих устройствах автоматики и охраны используют акустические датчики, задача которых реагировать на превышение звуком определенного порога. При этом, в зависимости от конструкции, датчик может контролировать как на акустические волны в воздухе, так и на акустические волны, распространяющиеся .
В некоторых устройствах автоматики или охраны нужен акустический датчик,который будет реагировать на шум или другие звуки. На рисунке показана схема акустического датчика с возможностью установки чувствительности в очень широких пределах, и с формированием логических импульсов на выходе .
Схема датчика, реагирующего на стук по двери, можно использовать с сигнализатором или в охранной сигнализации. Это устройство может показаться странным и бесполезным. Однако, в нем есть определенный смысл. Если к вам кто-то приходит, то он либо нажимает звонковую кнопку, если таковая имеется, либо стучит в дверь. Данное устройство объединяет два этих способа «достучаться». Гость приходит .
Схема устройства для сравнительной оценки уровня шума или звукоизоляции в различных помещениях. Именно, сравнительной оценки, потому что никаких результатов в децибелах илидругих физических величинах этот прибор не дает. Только показывает. -больше или меньше. Например, с его помощью можно .
Этот датчик представляет собой несложный ультразвуковой локатор, его схема показана на рисунке. Для передачи и приема ультразвукового сигнала используются специализированные ультразвуковые микрофон и звуко-излучатель типа MA40S3R и MA40S3S, соответственно. Это устройства на основе пьезоэлемента .
Принципиальная схема самодельного акустического сенсора, выполнена на трех транзисторах КТ3102. Сейчас в схемах автоматики и охраны радиолюбители обычно используют инфракрасные датчики, действующие на отражение или пересечение луча. При этом, все как-то забыли о акустических датчиках, которые .
Схема самодельного выключателя, управляемого резкими всплесками звука, например хлопками. Это переключатель двух групп ламп люстры. На схеме с целью упрощения каждая группа обозначена как одна лампа. На самом деле это может быть несколько ламп, включенных параллельно (в зависимости от дизайна .
Источник
Простой аналоговый датчик звука для Ардуино своими руками
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».
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».
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.
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.
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.
Источник