Главная » Автоматика в быту
Призовой фонд
на сентябрь 2017 г.
1. 1000 руб
PCBWay
2. Осциллограф DSO138
Паяльник
3. Тестер компонентов MG328
Паяльник
4. 100 руб.
От пользователей

Похожие статьи:


Акустический автомат управления освещением по двум хлопкам в ладоши

Аннотация. В последнее время среди радиолюбителей и профессионалов получило широкое распространение, так называемое, направление «малой автоматизации» домов и приусадебных участков. В составе таких систем часто используются акустические автоматы, включающие нагрузку по определённой звуковой команде. С одним из вариантов такого автомата, включающего освещение по двум хлопкам в ладоши, читателей знакомит предлагаемая статья.

Общие сведения. Большинство известных конструкций акустических автоматов, доступных в литературных источниках и Интернет анализируют появление звуковой команды только по амплитудному признаку и по количеству звуковых образцов, реализуя управление одной или несколькими нагрузками. Существенным недостатком таких конструкций являются ложные срабатывания, поскольку наличие звукового сигнала определяется в относительно широком частотном диапазоне. Как результат – срабатывание не только на заданную звуковую команду, к примеру, акцентированный хлопок, свист, но также на непрерывный речевой или шумовой сигнал.

Чтобы существенно повысить достоверность распознавания управляющего звукового образца и полностью исключить ложные срабатывания, необходимо анализировать входящий сигнал не только по амплитудному, но и по частотному признаку. Для этого необходимо дополнить автомат полосовым фильтром, выделяющим анализируемый управляющий сигнал в определённом диапазоне частот и подавляющий побочные составляющие за его пределами.

Спектр звукового сигнала хлопков в ладоши располагается примерно в диапазоне частот от 300 Гц до 6 кГц, но максимум спектральных составляющих данного звукового образца приходится всё же на диапазон 3,2-3,6 кГц. Этот максимум может изменяться в небольших пределах, поэтому полосовой фильтр необходимо дополнить регулятором резонансной частоты, позволяющим производить оперативную настройку под конкретного пользователя. Подробнее ознакомиться с расчётом и практической реализацией полосовых аналоговых фильтров можно в [1] и [2].

Базовым схемотехническим решением, используемым в составе предлагаемого автомата, является симисторный регулятор мощности, рассмотренный в [3], с некоторыми изменениями, позволяющий выбирать максимальную яркость лампы накаливания, а также обеспечить её плавное включение в течение 0,5…1 сек, после появления звуковой команды, что позволяет защитить нить лампы от разрушения и, тем самым, значительно увеличить срок её службы. Применение симистора в качестве коммутирующего элемента позволило сократить число силовых элементов, устанавливаемых на теплоотвод, с пяти до одного.

Схема электрическая принципиальная. Схема электрическая автомата приведена на рис.1. Автомат содержит: параметрический стабилизатор на элементах C1…C3, R1, VD1…VD3; стабилизаторы «минус 5В» – DA1 и «минус 10В» – DA2; формирователь отрицательных импульсов при переходе сетевого напряжения через ноль – VT1, VT2, R2…R4; симисторный регулятор мощности VT3…VT7, DD4, C5, C6, R5…R13, усилитель звукового сигнала DA3.1-DA3.2, полосовой фильтр DA4.1…DA4.4; выпрямитель переменного напряжения звуковой частоты – VD6, VD7; интегрирующий конденсатор C16; одновибратор на элементах DD1.1, DD1.2; формирователь временного интервала опознавания, в составе которого: генератор на элементах DD1.3, DD1.4 и счётчики DD2.1, DD2.2; схему совпадения «2И-НЕ» на диодах VD8, VD9 и элементе DD1.6; интегрирующую цепь сброса C19-R32 и D-триггер состояний «включено-выключено».

Схема акустического автомата управления освещением по двум хлопкам в ладоши

При включении питания интегрирующая цепь C19-R32 формирует короткий отрицательный импульс, устанавливающий D-триггер DD3.1 в исходное единичное состояние, соответствующее выключенной лампе. При этом транзисторы VT3, VT4 закрыты, а VT5, VT6 открыты, конденсатор C5 разряжен, и яркость лампы определяется параметрами цепи C6-R13. Схема на транзисторах VT1, VT2 формируют короткие отрицательные импульсы в моменты близкие к переходу сетевого напряжения через ноль. Эти импульсы, инвертируясь элементом DD4.1, открывают эмиттерный повторитель VT7 и быстро заряжают конденсатор C6. Положительный перепад напряжения, дважды инвертируясь элементами DD4.2, DD4.3, перезаряжает конденсатор C7, а когда С6 разряжается через R13 до порогового напряжения переключения элемента DD4.2, на выходе элемента DD4.3 формируется отрицательный перепад, который после ограничения по длительности до 12 мкс цепочкой C7-R14 и инвертирования элементом DD4.4 открывает транзистор VT8, а вслед за ним – и симистор VS1. При этом лампа EL1 полностью выключена, если сопротивление резистора R13 достаточно велико и соответствует номиналу, указанному на схеме.

При появлении звукового образца (хлопка в ладоши), переменное напряжение амплитудой в несколько милливольт с выхода микрофона M1, после усиления ОУ DA3.1 в 100…200 раз, поступает на вход полосового фильтра DA4.1…DA4.4. Его задача, как отмечено выше, выделить сигнал в узкой полосе частот 3,2…3,6 кГц и подавить побочные спектральные составляющие за пределами этого диапазона. С выхода полосового фильтра переменное напряжение поступает на вход второго усилителя – ОУ DA3.2, с помощью которого усиливается ещё в 50 раз и поступает на диодный выпрямитель VD6-VD7. После сглаживания конденсатором C16 постоянное напряжение через резистор R26 поступает на вход одновибратора DD1.1-DD1.2, который, каждый раз при достижении напряжением на конденсаторе C16 порогового напряжения элемента DD1.1, формирует на выходе DD1.2 короткий положительный импульс.

Выходные импульсы одновибратора сбрасывают счётчик DD2.1, который разрешает работу DD2.2, и одновременно являются счётными для DD2.2. Первый же выходной положительный импульс одновибратора сбрасывает счётчик DD2.1 в нулевое состояние. Уровень лог.«0» с выхода его старшего разряда (вывод 14), инвертируясь элементом DD1.5, запирает диод VD10 и разрешает работу генератора на элементах DD1.3-DD1.4 с частотой 8…16 Гц, что соответствует интервалу опознавания 0,5…1 сек. Режим счёта DD2.1 индицирует мигающий светодиод HL1, по которому удобно контролировать появление звукового сигнала.

При поступлении двух акцентированных хлопков в ладоши, счётчик DD2.2 устанавливается во второе состояние и на его выходе второго разряда (вывод 4) появляется лог.«1». Если хлопков больше не последует, то через некоторое время (0,5…1 сек – определяется частотой генератора) счётчик DD2.1 перейдёт в восьмое состояние и на выходе его старшего разряда (вывод 14) появится лог.«1». Этот логический уровень запретит работу генератора и одновременно сбросит счётчик DD2.2 в нулевое состояние. Но после этого ещё некоторое время (около 100 нс – определяется задержкой распространения сигнала в DD2.2) на его выходе второго разряда (вывод 4) будет поддерживаться уровень лог.«1», который в сочетании с таким же уровнем, приходящим с выхода старшего разряда счётчика DD2.1 (вывод 14) на катод VD8, приведёт к появлению на входе элемента DD1.6 уровня лог.«1» и на выходе последнего будет сформирован короткий отрицательный импульс. Состояние триггера DD3.1 изменится на противоположное, что приведёт к закрыванию транзисторов VT6, VT5 и открыванию VT3 и VT4. Теперь яркость лампы накаливания будет определяться сопротивлением подстроечного резистора R9 и постоянного R10, включенных параллельно R13 через открытый транзистор VT4. Время включения лампы определяется параметрами интегрирующей цепи C5-R6 и может быть выбрано в пределах 0,5…1 сек. Включение лампы индицирует светодиод HL2. В таком состоянии автомат будет оставаться до момента повторного появления двух последовательных хлопков в ладоши.

Если на вход устройства поступят один или три хлопка в ладоши, то счётчик DD2.2 установится в первое или третье состояние, соответственно, по прошествии интервала опознавания. При поступлении новых звуковых сигналов интервал опознавания будет автоматически продлеваться.

Конструкция и детали. Все элементы автомата размещаются на трёх печатных платах (рис. 2…4) одинакового размера 50x85 мм из одностороннего (первая и третья платы) и двухстороннего (вторая плата) фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Платы размещаются «этажеркой» одна над другой в следующем порядке: нижняя плата – полосовой фильтр, средняя – блок цифровой обработки сигнала и верхняя – силовая часть. Платы фиксируются друг с другом и в корпусе с помощью металлических втулок и размещаются в пластмассовом корпусе подходящих размеров, к примеру, от блока питания, с сетевой вилкой. Для подключения лампы накаливания автомат снабжается сетевой розеткой, которая также закрепляется на корпусе устройства.

В устройстве применены резисторы типа МЛТ-0,125, МЛТ-0,5 (R1, R3), подстроечные – типа СП3-38б в горизонтальном исполнении, конденсаторы неполярные типа К10-17 и К73-17 (C1, на напряжение 630В), оксидные – типа К50-35 или импортные. Стабилитрон Д814Д заменим на Д814Г, КС512 или другой с напряжением стабилизации 12…14В. Диоды VD1, VD2 могут быть типа FR207, FR307 или другие средней мощности с минимально допустимым обратным напряжением не менее 400В. Маломощные диоды VD4…VD9 могут быть из серий КД521, КД522 с любой буквой; светодиоды – сверхъяркие красные, диаметром 5 мм. Симистор подойдет из серий BT137, BT138, BT139 в пластмассовом корпусе с минимально допустимым напряжением анод-катод не менее 400В. Его необходимо установить на небольшой теплоотвод с площадью поверхности около 10см2. Транзисторы КТ3102БМ и КТ3107БМ заменимы на любые из указанных серий, а также импортные – BC547 и BC557, соответственно.

Микросхемы серии КР1564 (74HCxx) заменимы на ИМС серии КР1554 (74ACxx), а серии К561 (CD40xxAN) – на ИМС серии К1561 (CD40xxBN). Однако следует заметить, что в сериях КР1564 и КР1554 существует полнофункциональный аналог ИМС К561ИЕ10 (CD4520AN) – КР1564ИЕ23 (74HC4520N) или КР1554ИЕ23 (74AC4520N), но он не применим из-за слишком высокого быстродействия. Для обеспечения чёткого срабатывания триггера DD3.1 счётчик DD2.2 должен обеспечивать достаточно большую задержку для формирования на выходе элемента DD1.6 отрицательного импульса необходимой длительности. Поэтому на месте DD2 должен работать счётчик К561ИЕ10 (CD4520AN) или КР1561ИЕ10 (CD4520BN).

Используемый в схеме микрофонного усилителя ОУ DA3 типа TL062 заменим на TL072 или TL082 и другие с полевыми транзисторами на входах. На месте ОУ DA4 типа LM324 полосового фильтра применим только ОУ с биполярными транзисторами на входах. Применение в схеме полосового фильтра ОУ с полевыми транзисторами на входах приводит к трудно устранимому самовозбуждению на резонансной частоте.

Настройка автомата заключается в установке необходимой чувствительности микрофонного усилителя (резистором R20), резонансной частоты (R42), добротности (R44), интервала опознавания (R29), времени задержки включения (R6) и максимальной яркости (R9) лампы накаливания.

При первом включении контролируют наличие отрицательных напряжений «минус 5В» и «минус 10В» на выходах DA1 и DA2 относительно катода стабилитрона VD3. Движки резисторов R20 (усиление), R42 (частота) и R44 (добротность) устанавливают в положение максимального сопротивления, а R6 (время включения) и R9 (яркость) – в положение минимального сопротивления. Произнося слова вблизи от микрофона, контролируют мигание светодиода HL1 и устанавливают частоту миганий резистором R29 в пределах 4…8 Гц, что соответствует интервалу опознавания 0,5…1 сек. При этом автомат должен срабатывать как на два последовательно произнесённых слова, так и на непрерывный разговор.

Далее, уменьшая сопротивление резистора R42 (частота), добиваются прекращения срабатывания на непрерывный разговор и два подряд произнесённых слова. Теперь, двухкратными хлопками в ладоши добиваются срабатывания автомата, подстраивая резистор R44. Добротность регулируют, увеличивая сопротивление R44 при более звонких хлопках в ладоши и уменьшая при более глухих. При необходимости подстраивают R29, изменяя интервал опознавания, в зависимости от частоты хлопков. После завершения настройки полосового фильтра, контролируют срабатывание триггера DD3.1 по зажиганию светодиода HL2. Необходимую задержку включения лампы накаливания устанавливают резистором R6, а максимальную яркость – резистором R9.

Внимание! При настройке автомата необходимо соблюдать правила техники безопасности! Конструкция имеет непосредственную гальваническую связь с сетью переменного тока! Все элементы находятся под напряжением 220 В. При настройке устройства необходимо использовать отвёртку с ручкой из изоляционного материала.

Отзывы и вопросы по усовершенствованию данного устройства читатели могут направлять на адрес электронной почты автора: A_Odinets@tut.by

Литература:
1. Козлов А. Графический эквалайзер. — Радио, 1988, №2, с.42-45.
2. Тишкунов А. Электроакустический датчик разбития стекла. — Схемотехника, 2002, №4, с.22-24.
3. Бирюков С.А. Симисторные регуляторы мощности. — Радио, 1996, №1, с.44-46.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
DD1 МикросхемаКР1564ТЛ21 74HC14NПоиск в LCSCВ блокнот
DD2 МикросхемаК561ИЕ101 CD4520ANПоиск в LCSCВ блокнот
DD3 МикросхемаК1554ТМ21 74AC74NПоиск в LCSCВ блокнот
DD4 МикросхемаК561ТЛ11 CD4093ANПоиск в LCSCВ блокнот
DA1, DA2 Линейный регулятор
LM79L05
2 Поиск в LCSCВ блокнот
DA3 Операционный усилитель
TL062
1 TL072, TL082Поиск в LCSCВ блокнот
DA4 Операционный усилитель
LM324
1 Поиск в LCSCВ блокнот
VT1-VT4, VT6, VT7 Биполярный транзистор
КТ3107Б
6 Поиск в LCSCВ блокнот
VT5 Биполярный транзистор
КТ3102
1 Поиск в LCSCВ блокнот
VT8 Биполярный транзистор
КТ815Б
1 Поиск в LCSCВ блокнот
VS1 Симистор
BT137-800
1 Поиск в LCSCВ блокнот
VD1, VD2 Выпрямительный диод
FR207
2 FR307Поиск в LCSCВ блокнот
VD3 Стабилитрон
Д814Д
1 Поиск в LCSCВ блокнот
VD4 Диод
КД521А
1 Поиск в LCSCВ блокнот
VD5-VD9 Диод
КД522Б
5 Поиск в LCSCВ блокнот
HL1, HL2 Светодиод2 Поиск в LCSCВ блокнот
C1, C2 Конденсатор0.47 мкФ2 Поиск в LCSCВ блокнот
C3 Электролитический конденсатор470 мкФ 16 В1 Поиск в LCSCВ блокнот
C4, C5, C10, C18, C25 Электролитический конденсатор100 мкФ 10 В5 Поиск в LCSCВ блокнот
C6 Конденсатор0.047 мкФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
C7 Конденсатор1000 пФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
C8, C20, C21, C24, C26 Конденсатор0.1 мкФ5 Поиск в LCSCВ блокнот
C9 Конденсатор0.033 мкФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
C11, C13 Конденсатор47 пФ2 Поиск в LCSCВ блокнот
C12 Электролитический конденсатор100 мкФ 16 В1 Поиск в LCSCВ блокнот
C14 Электролитический конденсатор2.2 мкФ 16 В1 Поиск в LCSCВ блокнот
C15 Конденсатор0.022 мкФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
C16, C17 Конденсатор0.22 мкФ2 Поиск в LCSCВ блокнот
C19 Электролитический конденсатор10 мкФ 10 В1 Поиск в LCSCВ блокнот
C22, C23 Конденсатор5600 пФ2 Поиск в LCSCВ блокнот
C27 Конденсатор2.2 мкФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
R1 Резистор
51 Ом
1 0.5 ВтПоиск в LCSCВ блокнот
R2 Резистор
1.1 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R3 Резистор
100 кОм
1 0.5 ВтПоиск в LCSCВ блокнот
R4 Резистор
510 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R5, R31, R32, R45 Резистор
10 кОм
4 Поиск в LCSCВ блокнот
R6, R29 Подстроечный резистор330 к2 СП3-38бПоиск в LCSCВ блокнот
R7, R11, R17, R24-R28, R34, R35 Резистор
100 кОм
10 Поиск в LCSCВ блокнот
R8 Резистор
220 Ом
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R9 Подстроечный резистор1 МОм1 СП3-38бПоиск в LCSCВ блокнот
R10 Резистор
4.7 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R12 Резистор
470 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R13, R23 Резистор
1 МОм
2 Поиск в LCSCВ блокнот
R14, R21 Резистор
22 кОм
2 Поиск в LCSCВ блокнот
R15 Резистор
750 Ом
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R16 Резистор
12 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R18, R36 Резистор
1 кОм
2 Поиск в LCSCВ блокнот
R19, R43 Резистор
2.2 кОм
2 Поиск в LCSCВ блокнот
R20 Подстроечный резистор470 к1 СП3-38бПоиск в LCSCВ блокнот
R22 Резистор
220 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R30 Резистор
3.3 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R33 Резистор
33 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R37, R38, R46 Резистор
47 кОм
3 Поиск в LCSCВ блокнот
R39-R41 Резистор
6.8 кОм
3 Поиск в LCSCВ блокнот
R42, R44 Подстроечный резистор15 кОм2 СП3-38бПоиск в LCSCВ блокнот
M1 Микрофон1 Поиск в LCSCВ блокнот
EL1 Лампа накаливания220 В1 Поиск в LCSCВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 1
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 3.9 Проголосовало: 1 чел.

Комментарии (6) | Я собрал (0) | Подписаться

+1
zeconir #
Что-то я не понял:
Для обеспечения чёткого срабатывания триггера DD3.1 счётчик DD2.2 должен обеспечивать достаточно большую задержку для формирования на выходе элемента...
Т.е. вы полагаетесь на то, что у какой-то из микросхем будет бОльшая задержка прохождения сигнала? А не проще добавить узел задержки на паре логических элементов, чем уповать на удачу? В целом статья ничего, но практического применения я не вижу.... Начинающий радиолюбитель не станет повторять из-за сложности, а опытный все соберет на МК.
Ответить
0

[Автор]
A_Odinets #
Речь идёт не просто об "удаче", а документированных различиях в задержке ИМС серий К561 и КР1564. Для серии К561 задержки распространения сигнала в сотни раз больше. Кроме того, в схеме уже реализован узел задержки. Что касается сложности, - здесь с Вами согласен. Статья является не просто инструкцией к повторению, а скорее стимулом к разработке варианта на МК.
Ответить
0
zeconir #
Я понял вашу мысль. Тогда вопрос - почему не захотели питать схему от 12-ти вольт? И в схему можно было добавить конденсатор фильтрации (ВЧ) по питанию, после стабилизатора.
Отредактирован 12.01.2014 17:05
Ответить
0

[Автор]
A_Odinets #
Во-первых, питание ОУ - двуполярное. Во-вторых, для серии КР1564 - специфицированный диапазон питающих напряжений составляет 2...6 В. Поэтому два источника питания просто необходимы. А по поводу конденсаторов, согласен, они были бы уместны по выходам обоих стабилизаторов: как "минус 5В " так и "минус 10 В", но, в принципе, фильтр есть на входе сразу обоих стабилизаторов. Пожалуйста, смотрите внимательно схему.
Отредактирован 12.01.2014 18:12
Ответить
0
zeconir #
Я ничего не имею против напряжения питания ИМС КР1564, но для ОУ можно было использовать бОльшее напряжение питания. Так же вы заметили, что конденсаторы фильтра на выходе не нужны, тут я не согласен! Конденсаторы на выходе стабилизатора - обязательное условие!
Ответить
0

[Автор]
A_Odinets #
Для питания ОУ можно было использовать и напряжения "плюс 15В" и "минус 15В", но тогда бы уже потребовались три стабилизатора, с учётом питания КР1564-й серии. Но вы же сами задавали вопрос по поводу питания от одного источника "12В", а оно лишь ненамного больше "10В" для питания ОУ. Насчёт того, что "конденсаторы на выходах фильтров не нужны" я ничего не говорил. Я сказал, что они были бы не лишними, а фильтр и так уже есть на входах сразу обоих стабилизаторов. Внимательно читайте комментарии и смотрите схему тоже внимательно!
Отредактирован 16.01.2014 17:16
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется напряжение?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Радиореле 220В
Радиореле 220В
ELM327 OBD II — адаптер с поддержкой CAN Набор 4WD Kit Bluetooth
вверх