با سلام خدمت دوستان امروز ما یک سنسور صدای آنالوگ را جمع آوری خواهیم کرد که با میکروکنترلرها، آردوینو و سایر دستگاه های مشابه کاملاً کار می کند. از نظر ویژگی ها و فشردگی آن، مطلقاً از همتایان چینی خود کم نیست و می تواند به خوبی از عهده این کار برآید.
پس بیایید شروع کنیم. ابتدا باید در مورد قطعات و مدار تصمیم بگیرید. اصل کار مدار ساده است: یک سیگنال ضعیف از میکروفون تقویت شده و به پین آنالوگ آردوینو ارسال می شود. به عنوان یک تقویت کننده من از تقویت کننده عملیاتی (مقایسه کننده) استفاده خواهم کرد. در مقایسه با یک ترانزیستور معمولی، بهره بسیار بالاتری را ارائه می دهد. در مورد من، این مقایسه کننده تراشه LM358 خواهد بود که به معنای واقعی کلمه در هر کجا یافت می شود. و بسیار ارزان است.
اگر نتوانستید دقیقا LM358 را پیدا کنید، می توانید آن را با هر تقویت کننده عملیاتی مناسب دیگری جایگزین کنید. به عنوان مثال، مقایسه کننده نشان داده شده در عکس روی برد تقویت کننده سیگنال گیرنده مادون قرمز تلویزیون قرار داشت.
حال بیایید مدار سنسور را بررسی کنیم.
علاوه بر op-amp، به چند قطعه دیگر که به راحتی در دسترس هستند نیاز خواهیم داشت.
رایج ترین میکروفون اگر قطبیت میکروفون نشان داده نشده است، فقط به مخاطبین آن نگاه کنید. کابل منفی همیشه به بدنه می رود و بر این اساس در مدار به "زمین" متصل می شود.
بعد ما به یک مقاومت 1 کیلو اهم نیاز داریم.
سه مقاومت 10 کیلو اهم.
و یک مقاومت دیگر با مقدار اسمی 100 کیلو اهم - 1 مواهم.
در مورد من، یک مقاومت 620 کیلو اهم به عنوان "میانگین طلایی" استفاده شد.
اما در حالت ایده آل باید از یک مقاومت متغیر با مقدار مناسب استفاده کنید. علاوه بر این، همانطور که آزمایش ها نشان داده اند، یک مقدار اسمی بالاتر تنها حساسیت دستگاه را افزایش می دهد، اما در عین حال "صدای" بیشتری ظاهر می شود.
جزء بعدی یک خازن 0.1 µF است. این علامت "104" است.
و یک خازن دیگر، 4.7 µF.
حالا بیایید به مونتاژ بپردازیم. من مدار را با استفاده از نصب دیواری مونتاژ کردم.
مونتاژ کامل است. مدار را در محفظه ای که از یک قطعه کوچک لوله پلاستیکی ساخته بودم نصب کردم.
بیایید به آزمایش دستگاه برویم. من آن را به یک برد آردوینو UNO وصل خواهم کرد. به محیط توسعه آردوینو رفته و نمونه AnalogReadSerial را در قسمت Basics باز کنید.
void setup() ( Serial.begin(9600);//اتصال سریال با فرکانس 9600 baud) void loop() ( int sensorValue = analogRead(A0)؛ /*مقدار را از پین آنالوگ صفر بخوانید و ذخیره کنید آن را به متغیر sensorValue*/ Serial.println(sensorValue) // خروجی مقدار به تاخیر انداختن پورت (1)؛
قبل از بارگذاری در برد، تاخیر را به 50 میلی ثانیه تغییر دهید و بارگذاری کنید. پس از این، یک پنبه آزمایشی درست می کنیم و خوانش ها را زیر نظر می گیریم. در لحظه کف زدن آنها می پرند، سعی کنید تقریباً این مقدار را به خاطر بسپارید و به طرح بازگردید.
چند خط به طرح اضافه کنید.
if (sensorValue > X) (Serial.print ("CLAP")؛ تاخیر (1000)؛ )
به جای "X"، همان مقدار را وارد کنید، آن را بارگذاری کنید و دوباره کف بزنید. این راه را تا زمانی که مقدار پاسخ بهینه را انتخاب کنید ادامه دهید. اگر مقدار بیش از حد بالا باشد، شرط فقط هنگام کف زدن در فاصله بسیار نزدیک برآورده می شود. اگر مقدار خیلی کم باشد، با کوچکترین سر و صدا یا صدای پا، شرط برقرار می شود.
در اینجا ما سنسورهای صدا و لمس را در نظر خواهیم گرفت که اغلب به عنوان بخشی از سیستم های هشدار استفاده می شوند.
ماژول حسگر لمسی KY-036
ماژول در اصل یک دکمه لمسی است. همانطور که نویسنده درک می کند، اصل کار دستگاه بر این واقعیت استوار است که با لمس تماس سنسور، فرد به آنتنی برای دریافت تداخل در فرکانس شبکه AC خانگی تبدیل می شود. این سیگنال ها به مقایسه کننده LM393YD ارسال می شود
ابعاد ماژول 42 x 15 x 13 میلی متر، وزن 2.8 گرم، صفحه ماژول دارای سوراخ نصب به قطر 3 میلی متر است. نشانگر برق توسط LED L1 ارائه می شود.
هنگامی که سنسور فعال می شود، LED L2 روشن می شود (چشمک می زند). مصرف جریان در حالت آماده به کار 3.9 میلی آمپر و در حالت فعال 4.9 میلی آمپر است.
کاملاً مشخص نیست که آستانه حساسیت سنسور باید توسط یک مقاومت متغیر تنظیم شود. این ماژول ها با مقایسه کننده LM393YD استاندارد هستند و سنسورهای مختلفی به آن ها لحیم می شود، بنابراین ماژول هایی برای اهداف مختلف به دست می آیند. پایانه های برق "G" - سیم مشترک، "+" - منبع تغذیه + 5 ولت. در ورودی دیجیتال "D0" سطح منطقی پایینی وجود دارد، هنگامی که سنسور فعال می شود، پالس هایی با فرکانس 50 هرتز در خروجی ظاهر می شوند. در پین "A0" یک سیگنال نسبت به "D0" معکوس شده است. به طور کلی، ماژول به صورت گسسته مانند یک دکمه کار می کند که با استفاده از برنامه LED_with_button قابل تایید است.
سنسور لمسی به شما امکان می دهد از هر سطح فلزی به عنوان دکمه کنترل استفاده کنید، عدم وجود قطعات متحرک باید تأثیر مثبتی بر دوام و قابلیت اطمینان داشته باشد.
ماژول حسگر صدا KY-037
ماژول باید توسط صداهایی فعال شود که حجم آنها از حد مشخص شده بیشتر است. عنصر حساس ماژول یک میکروفون است که با یک مقایسه کننده روی تراشه LM393YD کار می کند.
ابعاد ماژول 42 x 15 x 13 میلی متر وزن 3.4 گرم مشابه مورد قبلی، برد ماژول دارای سوراخ نصب به قطر 3 میلی متر است. قدرت با LED L1 نشان داده می شود. پایانه های برق "G" - سیم مشترک، "+" - منبع تغذیه + 5 ولت.
مصرف جریان 4.1 میلی آمپر در حالت آماده به کار و 5 میلی آمپر در هنگام راه اندازی است.
در پین "A0" ولتاژ مطابق با سطح صدای سیگنال های دریافتی توسط میکروفون تغییر می کند، با افزایش صدا، خوانش ها کاهش می یابد، این را می توان با استفاده از برنامه AnalogInput2 تأیید کرد.
یک سطح منطقی پایین در ورودی دیجیتال "D0" وجود دارد که از آستانه مشخص شده فراتر رود، سطح پایین به بالا تغییر می کند. آستانه پاسخ را می توان با یک مقاومت متغیر تنظیم کرد. در این حالت LED L2 روشن می شود. با صدای بلند تیز، 1-2 ثانیه تاخیر در هنگام تعویض وجود دارد.
به طور کلی، یک سنسور مفید برای سازماندهی یک خانه هوشمند یا سیستم هشدار.
ماژول حسگر صدا KY-038
در نگاه اول، ماژول شبیه به ماژول قبلی است. عنصر حساس ماژول میکروفون است. لازم به ذکر است که اطلاعات زیادی در مورد این ماژول در شبکه وجود ندارد.
ابعاد ماژول 40 x 15 x 13 میلی متر وزن 2.8 گرم مشابه مورد قبلی، برد ماژول دارای سوراخ نصب به قطر 3 میلی متر است. نشانگر برق توسط LED L1 ارائه می شود. پایانه های برق "G" - سیم مشترک، "+" - منبع تغذیه + 5 ولت.
هنگامی که سوئیچ نی فعال می شود، LED L2 روشن می شود. مصرف جریان در حالت آماده به کار 4.2 میلی آمپر و در صورت فعال شدن تا 6 میلی آمپر است.
در پین "A0"، هنگامی که سطح صدا افزایش می یابد، قرائت ها افزایش می یابد (برنامه AnalogInput2 استفاده شد).
هنگامی که سنسور فعال می شود، سطح منطقی پایینی در پین "D0" وجود دارد. آستانه پاسخ با استفاده از یک مقاومت اصلاح (با استفاده از برنامه LED_with_button) تنظیم می شود.
این سنسور واقعاً هیچ تفاوتی با سنسور قبلی ندارد، اما قابلیت تعویض آنها همیشه امکان پذیر نیست، زیرا هنگامی که سطح صدا تغییر می کند، ماهیت تغییر سطح باعث می شود که ولتاژ در خروجی آنالوگ متفاوت باشد.
نتیجه گیری
این بررسی مجموعه بزرگی از سنسورهای مختلف برای پلتفرم سخت افزاری آردوینو را به پایان می رساند. به طور کلی، این مجموعه تأثیر متفاوتی بر نویسنده گذاشت. این مجموعه شامل سنسورهای کاملاً پیچیده و طراحی های بسیار ساده است. و اگر مقاومت های محدود کننده جریان، نشانگرهای LED و غیره روی برد وجود داشته باشد، نویسنده آماده است تا به سودمندی چنین ماژول ها اعتراف کند، سپس بخش کوچکی از ماژول ها یک عنصر رادیویی منفرد روی تخته است. چرایی نیاز به چنین ماژول هایی مشخص نیست (ظاهراً نصب بر روی تخته های استاندارد هدف یکسان سازی را انجام می دهد). به طور کلی، این کیت راه خوبی برای آشنایی با اکثر سنسورهای رایج مورد استفاده در پروژه های آردوینو است.
لینک های مفید
- http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-kasaniya
- http://www.zi-zi.ru/module/module-ky036
- http://robocraft.ru/blog/arduino/57.html
- http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-zvuka
- http://www.zi-zi.ru/module/module-ky037
- http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-zvuka_
- http://smart-boards.ml/module-audiovideo-4.php
نمودار سنسور آکوستیک در طرح های رادیویی آماتور
در طرح اول در نظر گرفته شده، یک سنسور نوع آکوستیک بر اساس یک ساطع کننده صدای پیزوالکتریک مونتاژ می شود و به ارتعاشات مختلف در سطحی که به آن تکیه می کند پاسخ می دهد. اساس طراحی های دیگر یک میکروفون استاندارد است.
این سنسور در صورتی موثر خواهد بود که سطحی که نظارت می کند رسانای خوبی برای امواج صوتی (فلز، سرامیک، شیشه و غیره) باشد. مبدل آکوستیک در این طرح رادیویی آماتور یک پخش کننده صدای پیزوالکتریک معمولی از یک مولتی متر چینی نوع M830 است. این یک جعبه پلاستیکی گرد است که یک صفحه برنجی را در خود جای داده است. روی سطح آن در مقابل بدنه یک عنصر پیزوالکتریک وجود دارد که قسمت بیرونی آن با روکش نقره است. سیم ها از سطح نقره اندود و از صفحه برنج خارج می شوند. سنسور باید روی سطح کنترل شده نصب شود تا بدنه پلاستیکی آن به خوبی با سطح کنترل شده تماس داشته باشد. هنگام نصب مبدل آکوستیک روی شیشه، برای افزایش حساسیت، می توانید قطره چکان را از محفظه جدا کرده و آن را به گونه ای وصل کنید که سطح برنجی صاف آن به شیشه فشرده شود.
هنگامی که در معرض سطحی قرار می گیرد که مبدل B1 با آن در تماس است، نوسانات الکتریکی در آن ایجاد می شود که توسط پیش تقویت کننده تقویت شده و توسط مقایسه کننده در op-amp A1 به پالس های منطقی تبدیل می شود. حساسیت دستگاه با تنظیم مقاومت R3 تنظیم می شود. اگر ولتاژ تولید شده در مبدل از آستانه حساسیت آپ امپ فراتر رود. در خروجی آن، تکانه های منطقی شکل می گیرد که ماهیت آشفته دارند.
دستگاه منطقی بر روی ریز مونتاژ K561LA9 ساخته شده است. پیاده سازی مدار یک مدار RS-تریگر معمولی یک شات است، با مسدود کردن ورودی. هنگامی که ولتاژ از منبع تغذیه اعمال می شود، ماشه به حالت تک سوئیچ می شود و تا زمانی که خازن C2 از طریق مقاومت R6 شارژ می شود، در برابر پالس های ورودی مصون می ماند. هنگامی که این ظرفیت شارژ کامل شد، ماشه باز می شود.
با رسیدن اولین پالس از سنسور آکوستیک، ماشه به حالت صفر سوئیچ می کند. سوئیچ ترانزیستور VT1-VT2 بار رله یا آژیر را از سیستم هشدار امنیتی باز کرده و وصل می کند. (بار به موازات دیود VD2 متصل می شود). این شروع به شارژ ظرفیت C3 از طریق مقاومت R13 می کند. در حالی که این شارژ ادامه دارد، ماشه در حالت صفر نگه داشته می شود. سپس به واحد بازنشانی می شود و بار خاموش می شود.
برای جلوگیری از چرخش مدار به دلیل ارتعاشات صوتی خود که توسط آژیر ایجاد می شود، یک زنجیر C4-R11 وجود دارد که ورودی دستگاه منطقی را مسدود می کند و تنها پس از یک فاصله زمانی کوتاه پس از قطع بار آن را باز می کند. با فشار دادن کلید S1 می توانید مدار منطقی را مسدود کنید. ساختار 10 ثانیه پس از رها کردن کلید S1 به حالت کار باز می گردد. ولتاژ تغذیه U p باید در محدوده 5-15 ولت باشد.
سنسور آکوستیک مبتنی بر میکروفون |
پیش تقویت سیگنال در سمت چپ مدار اتفاق می افتد. نوع VT1 KT361 یا آنالوگ مدرن تر آن، که سیگنال میکروفون M1 از طریق ظرفیت C2 به پایه آن می رسد، که همراه با مقاومت R4، یک تقویت کننده میکروفون تک مرحله ای را تشکیل می دهد. ترانزیستور VT2 نوع KT315 یک دنبال کننده امیتر معمولی است و عملکرد بار دینامیکی مرحله اول را انجام می دهد. جریان مصرف شده توسط آن نباید از 0.4-0.5 میلی آمپر تجاوز کند.
تقویت بیشتر سیگنال توسط یک میکرو مدار DA1 از نوع KR1407UD2 با مصرف جریان کم انجام می شود. مطابق مدار تقویت کننده دیفرانسیل متصل می شود. بنابراین تداخل حالت مشترک القا شده در سیم های اتصال کاملاً سرکوب می شود. ضریب رد حالت رایج برای ولتاژ ورودی 100 دسی بل است. سیگنال گرفته شده از مقاومت های بار R6 و R7 از طریق خازن های C3 و C4 به ورودی های معکوس و غیر معکوس Op-amp DA1 می رسد. ضریب تقویت سیگنال را می توان با تغییر مقادیر مقاومت های R8 و R9 تنظیم کرد. مقاومت های R10، R11 و ظرفیت C5 یک نقطه میانی مصنوعی ایجاد می کنند که در آن ولتاژ برابر با نصف ولتاژ منبع تغذیه است. با استفاده از مقاومت R13، جریان مصرفی مورد نیاز ریزمدار را تنظیم می کنیم.
سنسور آکوستیک ترانزیستوری |
شکل زیر مدار یک حسگر صوتی ساده و بسیار حساس را نشان می دهد که بار را با استفاده از یک رله کنترل می کند. در هنگام استفاده از ECM از یک میکروفون الکتریکی استفاده می شود، مقاومت R1 با مقاومت 2.2 کیلو اهم تا 10 کیلو اهم مورد نیاز است. دو ترانزیستور دوقطبی اول نشان دهنده تقویت کننده پیش میکروفون هستند، R4 C7 در این مدار ناپایداری تقویت کننده را از بین می برد.
پس از تقویت کننده در BC182B، سیگنال صوتی با استفاده از دیودهای 1N4148 و خازن C5 به یک یکسو کننده عرضه می شود، ولتاژ ثابت حاصل پس از یکسو کننده، عملکرد ترانزیستور BC212B را کنترل می کند، که به نوبه خود رله را کنترل می کند.
گزینه 2
مدار ساده است و نیازی به تنظیم ندارد. علاوه بر این، عملکرد ناپایدار سازه در دماهای زیر صفر مشاهده شد.
CMA-4544PF-W یا مشابه؛
1 کپسول الکتروتمیکروفون CMA-4544PF-W
ما از یک ماژول آماده استفاده خواهیم کرد که حاوی یک میکروفون و همچنین حداقل سیم کشی لازم است. شما می توانید چنین ماژولی را خریداری کنید.
2 نمودار اتصالمیکروفون به آردوینو
این ماژول دارای یک میکروفون الکتریکی است که به برق 3 تا 10 ولت نیاز دارد. قطبیت هنگام اتصال مهم است. بیایید ماژول را طبق یک نمودار ساده وصل کنیم:
- خروجی "V" ماژول - منبع تغذیه +5 ولت،
- پین "G" - به GND،
- پین "S" - به پورت آنالوگ "A0" آردوینو.
3 طرحی برای خواندنمیکروفون الکترت
بیایید برنامه ای برای آردوینو بنویسیم که قرائت ها را از میکروفن بخواند و آنها را بر حسب میلی ولت به پورت سریال ارسال کند.
Const int micPin = A0; // پین محل اتصال میکروفون را تنظیم کنید void setup() ( Serial.begin(9600); // مقدار دهی اولیه دنباله بندر } حلقه خالی() ( int mv = analogRead(micPin) * 5.0 / 1024.0 * 1000.0; // مقادیر به میلی ولت Serial.println(mv); // خروجی به پورت }
چرا ممکن است نیاز به اتصال میکروفون به آردوینو داشته باشید؟ به عنوان مثال، برای اندازه گیری سطوح نویز؛ برای کنترل ربات: کف زدن را دنبال کنید یا متوقف کنید. برخی حتی موفق می شوند آردوینو را برای تشخیص صداهای مختلف "آموزش دهند" و بنابراین کنترل هوشمندتری ایجاد می کنند: ربات دستورات "Stop" و "Go" را درک می کند (به عنوان مثال، در مقاله "تشخیص صدا با استفاده از Arduino").
4 "اکولایزر"در آردوینو
بیایید یک نوع اکولایزر ساده را طبق نمودار پیوست جمع کنیم.
5 طرح"اکولایزر"
بیایید طرح را کمی اصلاح کنیم. بیایید LED و آستانه برای عملکرد آنها اضافه کنیم.
Const int micPin = A0; const int gPin = 12; const int yPin = 11; const int rPin = 10; void setup() ( Serial.begin(9600); } حلقه خالی() ( pinMode (gPin، OUTPUT)؛
pinMode (yPin، OUTPUT)؛ pinMode (rPin، OUTPUT)؛
int mv = analogRead(micPin) * 5.0 / 1024.0 * 1000.0; // مقادیر به میلی ولت Serial.println(mv); // خروجی به پورت /* آستانه پاسخ LED توسط شما به صورت آزمایشی تنظیم می شود: */ if (mv )
اکولایزر آماده است!
سعی کنید با میکروفون صحبت کنید و هنگامی که صدای صحبت را تغییر می دهید LED ها روشن می شوند.
مقادیر آستانه پس از روشن شدن LED های مربوطه به حساسیت میکروفون بستگی دارد. در برخی از ماژول ها، حساسیت توسط یک مقاومت برش تنظیم می شود، اما در ماژول من اینطور نیست. آستانه ها 2100، 2125 و 2150 mV بودند. شما باید خودتان آنها را برای میکروفون خود تعیین کنید.
خازن اکسید C1 موج ولتاژ منبع تغذیه را صاف می کند. مقاومت فیدبک R4 از تقویت کننده سیگنال کوچک در برابر خود تحریک محافظت می کند.
جریان خروجی ترانزیستور VT2 به شما امکان می دهد یک رله الکترومغناطیسی کم توان با ولتاژ کاری 5 ولت و جریان عملیاتی 15 ... 20 میلی آمپر را کنترل کنید. مدار توسعه یافته سنسور صوتی در شکل نشان داده شده است. 3.9. برخلاف مدار قبلی، دارای قابلیت های اضافی برای تنظیم بهره و معکوس کردن سیگنال خروجی است.
مدار سنسور آکوستیک پیشرفته
بهره سیگنال های ضعیف از میکروفون VM1 با استفاده از مقاومت متغیر R6 تنظیم می شود (شکل 2 را ببینید). هر چه مقاومت این مقاومت کمتر باشد، بهره مرحله ترانزیستور در ترانزیستور VT1 بیشتر می شود. با تمرین طولانی مدت در عملکرد واحد توصیه شده، می توان مشخص کرد که وقتی مقاومت مقاومت R6 برابر با صفر است، خود تحریک آبشار امکان پذیر است. برای جلوگیری از این، یک مقاومت محدود کننده دیگر با مقاومت 100-200 اهم به صورت سری با R6 متصل می شود.
مدار الکتریکی سنسور صوتی با قابلیت معکوس کردن سیگنال خروجی و تنظیم بهره
نمودار دو خروجی را نشان می دهد که سیگنال کنترل برای مدارهای بعدی و قطعات الکترونیکی ترمینال از آنها حذف می شود. از نقطه "OUTPUT 1" یک سیگنال کنترلی با لبه منفی حذف می شود (که وقتی صدا به میکروفون VM1 اعمال می شود ظاهر می شود). از نقطه "OUTPUT 2" یک سیگنال معکوس (با لبه مثبت) وجود دارد.
به لطف استفاده از ترانزیستور اثر میدانی KP501A (VT2) به عنوان تقویت کننده جریان نهایی، دستگاه مصرف جریان را (نسبت به مدار قبلی) کاهش می دهد و همچنین توانایی کنترل بار قوی تر، به عنوان مثال، رله اجرایی را دارد. با جریان سوئیچینگ تا 200 میلی آمپر. این ترانزیستور را می توان با یک KP501 با هر شاخص حرفی و همچنین با یک ترانزیستور اثر میدان قوی تر با پیکربندی مناسب جایگزین کرد.
این طرح های ساده نیازی به تنظیم ندارند. همه آنها هنگام تغذیه از یک منبع تثبیت شده با ولتاژ 6 ولت آزمایش می شوند. مصرف جریان طراحی (به استثنای مصرف جریان رله) از 15 میلی آمپر تجاوز نمی کند.
