Акустический выключатель: как сделать простой и надежный хлопковый выключатель. Хлопковый выключатель и его особенности Хлопковый выключатель своими руками
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 , 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 . 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 .
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
Предлагаем вашему вниманию несколько интересных и несложных схем акустических реле, которые можно использовать дома, в подъезде или на улице для включения и выключения освещения и бытовой аппаратуры. Попробуйте собрать одно из них чтобы оценить удобство управления светом в комнате по хлопку.
Автомат включения освещения.
Вот первая схема, принцип ее работы таков: в исходном состоянии мы имеем уровень логического 0 на выходе 5 триггера DD1.1 и 9 триггера DD1.2 .Транзистор VT2 закрыт, реле К1 без напряжения.
При подаче звукового сигнала (можно хлопнуть в ладоши), звук микрофоном ВМ1 преобразуется в электрический импульс, который усилится транзистором VT1.
С коллектора транзистора усиленный сигнал приходит на вход 4 - триггера DD1.1, работающего по схеме одновибратора.
После чего с выхода 5 DD1.1 положительный импульс идет на тактовый вход триггера DD1.2, включенный по схеме Т - триггера, переключает его, транзистор VT2 открывается и выключает реле К1, своими контактами коммутируя нагрузку (на схеме не показаны).
ТриггерDD1.2 изменяет свое состояние после каждого нового звукового сигнала и на его выходе 9 происходит чередование уровней логического 0 и 1. Вследствие этого транзистор VT2 синхронно открывается или закрывается. Если последует второй звуковой сигнала - реле К1 выключится и обесточит нагрузку.
Настройка схемы заключается в необходимости подбора сопротивления резистора R1. Следует учитывать, что микрофон должен быть только угольным.
Чувствительное акустическое реле.
Устройство работает по принципу триггера с двумя устойчивыми состояниями, которые, реагируя на кратковременный звуковой сигнал, улавливаемый микрофоном переводит триггер в другое состояние, включая и выключая нагрузку таким образом.
Звуковой сигнал (хлопок в ладоши) попадает на угольный микрофон (типа МК16-У), после чего фильтруется цепью C1R2, (пропускает только сигнал с частотой звуковых колебаний хлопка в ладоши).
Этот сигнал усиливается транзистором VT1, рекомендуется использовать транзистор с высоким коэффициентом усиления по току. Усиленный сигнал с коллектора VT1 поступает на вход триггера собранного на транзисторах VT2,VT3.
Инверсное состояние на коллекторах VT2 и VT3 друг относительно друга обеспечивается обратной связью, проходящей через резистор R6. Cигнал с высоким уровнем c коллектора VT3 через VD3 и резистор R13 включает ключ на VT4 и реле К1, это реле своими контактами коммутирует нагрузку. Для нагрузки можно применять различные исполнительные устройства, но из-за конструктивных особенностей реле через его контакты, не стоит использовать мощную нагрузку. В случае мощной нагрузки (более 60Вт) следует применять соответствующее реле или заменить ключом на тиристоре оконечнный коммутирующий узел.
Микрофон ВМ1 можно взять из бычного телефонного аппарата. Диоды КД 522 или другие кремниевые или германиевые, Д220, Д9.
В качестве реле можно использовать РЭС 9 (паспорт РСТ.524.204.) напряжение срабатывания 10 В. При снижении напряжение источника питания, возможно использование РЭС 10, РЭС 15.
Данная схема проверена на практике и продемонстрировала хорошую стабильность, также положительным качеством этой схемы является хорошая чувствительность (реагирует с 10-15 м) и помехоустойчивость колебаний в сети. Можно использовать питание от 9 до 16 в, результаты показывают хорошую работоспособность. При изменении напряжения следует подобрать соответствующее реле.
Главная особенность звукового выключателя заключается в том, что они реагируют на звук. К примеру, самый простой вариант — на хлопок. То есть, человеку достаточно воспроизвести звуковую команду для того, чтобы управлять светом в комнате или даже во всей квартире. Звуковой выключатель, или так называемый хлопковый выключатель, практичен и может всегда приятно удивить ваших гостей.
Хлопковый выключатель практически для любого радиолюбителя будет сложен в самостоятельном исполнении, так как он действительно имеет довольно затейливую конструкцию.
Чтобы решить, устанавливать столь высокотехнологичный коммутационный аппарат в собственной квартире или нет, следует для начала разобраться – что это за выключатель, какие он имеет разновидности и особенности.
Ассортимент данных коммутационных аппаратов на сегодняшний день является достаточно обширным. Это распространяется не только на виды, но и на ценовые категории и некоторые особенности отдельных вариантов. Более того, существуют даже дизайнерские модели, которые предназначены для интерьеров все тех же «умных» домов.
Но, в целом, все современные выключатели делятся на следующие виды:
- Хлопковые;
- Акустические;
- С датчиком движения и звука.
Хлопковый выключатель, как уже было сказано, срабатывает, улавливая звуки определенного количества хлопков. Кстати, не все схемы именно этой модели сложно воспроизвести своими руками, так что любой радиолюбителей сможет попробовать сделать данный аппарат.
Акустический выключатель реагирует на голос, какую-либо команду. Кодовые фразы могут быть стандартными: «включить», «выключить», но некоторые обладатели звуковых моделей предпочитают задавать свои варианты, которые точно не выкрикнешь случайно. Правда, аппараты, поддерживающие функцию выбора кодового слова, стоят несколько дороже.
Последний вариант из общего ассортимента является наиболее технологичным. Его конструкция устроена таким образом, чтобы реагировать на движения человека и его голос одновременно . Они существуют для того, чтобы не было распространенных сбоев, о которых будет сказано позже.
Плюсы и минусы
Звуковой или хлопковый выключатели сами по себе являются довольно уникальными аппаратами. Их главное преимущество перед стандартными моделями заключается в том, что человеку не нужно каждый раз прикладывать усилия, чтобы отключить или выключить свет. Кроме того, сделать это можно, находясь в любой части комнаты.
Все плюсы у подобных выключателей становятся интуитивно понятны из одного только названия. Голосовые и хлопковые модели на протяжении своего существования являются неотъемлемой частью любого умного дома, и приятным дополнением к обычной квартире.
Их основной минус для радиолюбителей будет в трудновоспроизводимой схеме. Все-таки, конструкция таких аппаратов куда сложнее, а значит и сделать их своими руками далеко не так просто. Если же найти и использовать простенькие схемы, то этот недостаток плавно отходит на второй план.
Кроме того, хлопковый выключатель, также как и звуковой, имеет ряд небольших недостатков, которые будут заметны абсолютно всем:
- Они могут реагировать на похожие звуки, особенно этим грешит голосовой вариант. Естественно, если произнести кодовую фразу в контексте, к примеру, обычного разговора, то свет в помещении среагирует на это.
- Мелкие недоработки могут стать причиной «заторможенности» реакции у данных аппаратов. Такое часто встречается, когда акустический выключатель, у которого конструкция несколько сложнее, был изготовлен своими руками. Так что, на этот фактор следует обратить особое внимание, прежде чем начать воспроизводить какие-либо схемы.
- Если сигнал — хлопок или команда, будут недостаточно громкими, то аппарат, скорее всего, не среагирует. Низкая чувствительность у подобных выключателей нужна для того, чтобы человек реже сталкивался с первой проблемой этого списка.
В принципе, бороться с этими минусами можно, но полностью устранить их вряд ли сможет даже профессионал — поскольку, если, к примеру, повысить чувствительность, акустический выключатель начнет реагировать на «ложные» команды куда чаще.
Можно ли сделать выключатель своими руками?
Своими руками сделать звуковой коммутационный аппарат сможет только тот, кто уже имеет хоть какой-то опыт в работе с радиоаппаратурой. Новичку в этом деле лучше всего будет использовать самые простые схемы, найти которые тоже не так-то просто.
Если опираться на технические данные, то стандартный хлопковый и акустический выключатель работает при таких параметрах:
- Напряжение сети должно быть 220 (В) — то есть, подойдет обычная лампа накаливания;
- Мощность нагрузки не должна превышать 300 (Вт);
- Температура в помещении не ниже -20 градусов, и не выше +45;
- Звук регулируется от 30 до 150 децибелов;
- Защита корпуса IP-30.
Это описание характеристик для популярной модели «Экосвет‑Х‑300-Л», на них можно сделать главный упор, поскольку именно этот вариант идеально подходит для обычной квартиры.
Чтобы сделать акустический выключатель своими руками, нужно также просмотреть подходящие схемы. Внутренности аппарата должны воспроизводиться по отдельной микросхеме. Если же обходиться без особых затрат по времени, то лучше всего покупать целые детали, из которых, с помощью схемы, можно будет создать работающую конструкцию.
Звуковой, или же голосовой выключатель для обычного дома не будет иметь особенностей, кроме встроенного микрофона и несколько другой реализации. Для тех, кто уже делал своими руками коммуникативную или радиоуправляемую аппаратуру осуществление схемы и вовсе не займет много времени.
Куда устанавливается выключатель?
Хлопковый или же акустический выключатель, созданный по микросхеме, лучше всего устанавливать на стенах — там, . У варианта, сделанного своими руками, скорее всего будет очень низкая чувствительность, если конечно не браться реализовывать сложные схемы.
Голосовой выключатель, купленный в специальном магазине, можно установить в любом месте — даже на потолке. Только, перед этим, необходимо ознакомиться с его техническими характеристиками, и, опять же, обратить особое внимание на чувствительность. В этом случае, чаще всего действует правило о том, что чем дороже и технологичнее модель, тем больше ее функциональность.
Важно учитывать, что голосовой или хлопковый выключатель, купленный на китайском сайте за две копейки, вряд ли будет исправно работать.
Так что для того, чтобы сэкономить на этой покупке, ее лучше сделать самому из нужных деталей.
Итак, если все эти характеристики и нюансы полностью устраивают человека, то он вполне может позволить себе установить в квартиру хлопковый или голосовой выключатель. Эти модели просты в использовании, не требуют частой замены и, к тому же, добавляют любому помещению технологичности и уникальности, поскольку встречаются редко.
Пару недель назад была собрана светодиодная панель для комнатного освещения и было решено собрать к нему акустический выключатель и сегодня я хочу рассмотреть пожалуй самую простую схему акустического выключателя.
Схема была найдена на одном из буржуйских сайтов и незначительным образом переделана. Устройство позволяет хлопком включать и выключать цепи питания. Я намерен его использовать для включения света. Устройство достаточно чувствительное благодаря двукратному усилителю на маломощных транзисторах. На хлопок реагирует на расстоянии в 5 метров от микрофона. Все детали были заменены на отечественные.
В микрофонном усилителе использованы отечественные транзисторы серии кт 315 с любой буквой или индексом. В окончательном каскаде применен мощный транзисторный ключ на биполярном транзисторе серии кт 818, все остальные детали как в оригинальной схеме. Из цепи можно исключить реле и на его место подключить нагрузку, но это лишь в тех случаях, когда нужно управлять нагрузками с питанием до 12 вольт, если нужно управлять нагрузками с питанием от сети, тут уже без реле не обойтись. В момент хлопка микрофон принимает волну, и как сигнал подается на усилитель мощности, которые поочередно усиливают полученный от микрофона сигнал. Усиленный сигнал поступает на базу ключа, его величина достаточна для срабатывания транзистора, и в этот момент открывается переход транзистора и проводит ток, который питает подключенную нагрузку или реле.
При сборке соблюдайте все номиналы деталей, даже незначительный уклон может привести к ненормальной работе выключателя. Устройство реагирует не только на хлопки, но и на низкочастотные шумы (мощные басы и т,п).
Диапазон питающих напряжений от 4 – х до 16 вольт, питайте только от стабилизированных источников постоянного напряжение и не в коем случае не используйте импульсные источники питания, с ними устройство не заработает!
Для пробной версии устройство было выполнено навесным монтажом, потом будет перенесена на плату, главное, что все работает без отказов.
На рисунке изображена схема изготовленного мной акустического реле. Данная схема ранее нигде не печаталась. Особенностью конструкции является использование угольного микрофона. Такие микрофоны используются в телефонных аппаратах, в которых отсутствуют усилители не передаче и приеме (ТА-68, ТАН-70, ТАИ-43 и другие). Амплитуда электрических колебаний микрофона достаточна для связи на десятки километров без использования усилителей. Кроме того, он обладает невероятной чувствительностью. Недостатком является узкая полоса пропускания звукового частотного спектра. Но в нашем случае это является плюсом, так как отсекаются лишние звуки и помехи.
Работа схемы. При хлопке в ладоши или щелчке угольный порошок в микрофоне перемещается и меняет свое сопротивление. При этом в точке соединения ограничительного резистора R1 и микрофона появляется переменная составляющая, которая через разделительный конденсатор С 1 поступает на базу транзистора Т 1. Транзистор Т1 является одновременно усилителем переменного и постоянного напряжения. С помощью резистора R2 транзистор Т1 находится в приоткрытом состоянии. Переменная составляющая поступившая на базу, усиливается транзистором и, с коллектора через конденсатор С2, поступает на выпрямитель-удвоитель, собранный на элементах DD1, DD2, C3. Удвоенное постоянное напряжение накапливается на конденсаторе С3, который разряжается по цепи: минус конденсатора, резистор R1, база-эмиттер Т1, плюс конденсатора. Транзистор при этом лавинообразно открывается, срабатывает реле Р1, его контакты замыкаются на время действия звукового сигнала. При настройке работы схемы, иногда оказывается, что её чувствительность слишком велика, срабатывает от проходящих по улице автомашин или от взмаха руки вблизи микрофона. Всё зависит от типа используемого реле. Загрубить схему можно включив последовательно конденсатору С1 переменный резистор. Для того, чтобы переключать нагрузку (лампочки) с помощью хлопков, необходимо дополнить схему триггером. Схема такого триггера на поляризованном реле показана на рисунке 2 - ранее так-же нигде не печаталась.
При подаче звукового сигнала (хлопка, щелчка) временно замыкаются контакты реле КР1. Переменное напряжение 220 В через лампочку Л1 диод D1 положительным полупериодом прикладывается к концу второй обмотки реле РП-4 вывод 8, начало обмотки вывод 7, ограничитель тока резистор R1, конденсатор С1, замкнутые контакты реле КР1, вывод 220В. Зарядный ток конденсатора С1 переключает якорь реле в левое по схеме положение, лампочка Л1 загорается, а лампочка Л2 гаснет, диод D1 блокируется контактами реле, а диод D2 разблокирован и готов к работе. При поступлении следующего звукового сигнала, контакты реле Р1 КР1 замыкаются. Напряжение 220 В через лампочку Л2 и диод D2 прикладывается плюсом к началу первой обмотки контакт 5, с выхода обмотки контакт 6 поступает на резистор R1 и перезаряжает конденсатор С1. Поляризованное реле переключает якорь к правому по схеме контакту. Диод D2 блокируется, а диод D1 готов к работе в следующем цикле. Лампочка Л1 гаснет, а лампочка Л2 загорается. Таким образом при поступлении звуковых сигналов происходи поочерёдное переключение нагрузки. Для того, чтобы триггер выполнял функцию включения и выключения только одной лампочки, нужно исключить из схемы одну из лампочек, а вместо неё включить последовательную цепочку из конденсатора 0.33мкф х 300 В и резистора 5–10 кОм, 2 Вт. При настройке работы триггера необходимо отрегулировать якорь поляризованного реле так, чтобы он хорошо переключался и надёжно фиксировался в правом или левом положении.
Правильно определить начало и конец обмоток реле или поменять полярность включения одного из диодов. Конечно данная конструкция акустического реле на угольном микрофоне больше подходит для начинающих, поэтому в следующей статье будет описано на одной микросхеме, а в качестве датчика использован пьезоэлемент.
Обсудить статью ПРОСТОЕ АКУСТИЧЕСКОЕ РЕЛЕ
