Меню

А5с 12d1 03 датчик звука

Описание и разновидности датчиков звука, как сделать своими руками

Датчик, реагирующий на наличие звука — чудо техники, предназначенное для упрощения жизни и экономии ваших денег. Что это такое, и как его сделать, можно детально изучить в этом материале.

Введение

Датчики звука появились достаточно недавно, их основная функция – это включение света. В основном их используют в помещениях, где не всегда удобно или не стерильно искать выключатель. Это могут быть как больницы – где по правилам асептики небезопасно касаться сторонних предметов, так подъезды и жилые дома, тем самым экономя электроэнергию и время на поиски выключателя.

Описание и назначение

Датчики звука появились в начале 90-х годов и использовались в системах безопасности. Изначально они прославились низкой чувствительностью и ложными срабатываниями. Современные модели исправили эти недостатки и теперь они очень чувствительные и срабатывают только в подходящий момент.

Нынешние датчики владеют возможностью распознавать звука на основе записанного в него эталона, который записан в само устройство. Простые датчики не могут анализировать и реагируют на любой шум, чуть дороже – на хлопок, а лучшие образцы запрограммированы на огромное количество команд, поэтому стоят намного дороже.

Назначение это чудо техники получило в осветительных приборах, выполняя функцию включения и выключения света, когда приближается человек и образуется шум, то свет включается через 1-2 секунды, когда звук пропадает, проходит 15-0 секунду и происходит выключение света. Их используют в подъездах, жилых комплексах, больницах, туалетах. Они являются отличным выходом для семей, где есть дети. Очень часто, ребенок боится темноты, а такой датчик сможет решить проблему темных коридоров и страхов детей.

Конструкция и принцип действия

Датчик состоит из нескольких деталей: Микрофон, усилитель, реле и электроника, для анализа поступившего звука.
Звуковые датчики – это акустические устройства, поэтому, работают они по принципу поиска акустических волн. Когда звуковая волна попадает в устройства – происходит анализ, в соответствие с определенным параметром тишины. Контрольным пунктом выступают скорость и амплитуда звуковой волны, то-есть прибор реагирует на шумовой диапазон. Когда устройство получило эти данные, оно сравнивает их с запрограммированными, после отправляя команду на реле, что в свою очередь замыкает электрическую цепь и включает таймер, по истечению которого – зажигается свет.

Освещение включается на определенное время, в течении которого датчик не анализирует звуки, потом все начинается сначала, и если шума нет – то свет гаснет.

Датчики обладают слишком высокой чувствительностью и, чтобы минимализировать ложные срабатывания, нужно его настроить. Поэтому на датчике есть кнопки или колесики, которые настраивают границы предельного шума. Обычно выставляют 50 дБ – это равносильно хлопку в ладоши. Второй регулятор отвечает за время, через которое должен включиться свет.

Разновидности

В наше время, датчики делятся на три типа:

  • Стандартные датчики – реагируют на любой шум или команду.
  • Оптико-акустические модели. Если взять в расчет стандартный датчик, который может реагировать только на звук, то эти приборы работают совсем по-другому. Они не только ловят звук, но также ориентируются в уровне освещения в помещении, это позволяет не включать освещение в светлое время суток и этим экономить электроэнергию и деньги предприятия. Их строение отличается наличием фотоэлемента, с помощью которого и производится анализ освещенности помещения.
  • Звуковые датчики с обнаружением движения. Они способны реагировать не только на происходящий шум, но и включать свет, при появлении живых существ. Но их использование не всегда является удобным из-за множеств ложных срабатываний, которые происходят из-за грызунов, домашних животных и прочей живности.

Сферы применения

Звуковой датчик применяют в подъезд, что удобно в темное время суток, для людей которые возвращаются с работы. В больницах по причине стерильности, не очень удобно хирургу, который следует на операцию включать в коридоре или в любом другом месте свет. Последнее время, эти устройства широко используются в системах “умный дом”. В помещениях, жилых комплексах для людей с ограниченными возможностями.

Также на складах, где нет возможности включить сет, по причине занятости рук другими предметами и различных предприятиях, в последних принято использовать функцию “Хлопка”. И, конечно, в жилых домах, куда люди практически не заходят, к ним относятся кладовые, чердаки и подвалы, из-за их расположения и кромешной темноты, поиски выключателя могут закончится травмой.

Как изготовить своими руками

Существует несколько способов изготовления датчика звука, ниже мы рассмотрим основные из них.

Простейшая схема

Самая простая схема состоит из акустического реле в количестве двух штук и триггера.

Акустическое реле

Проще этой схемы вы не сможете найти, ведь это реле собрано на одном транзисторе.

Выбор пал на МП 39 – это довольно старый германиевый транзистор. Их, обычно, полно в древней технике прошлого века. Микрофон мы тоже берем со старого телефона – это обычный угольный микрофон. Их можно достать из старого телефона, где номера набираются диском. Этот радиомикрофон обладает повышенной очень чувствительный наделен минимальной частотой диапазанного пропуска. Последнее уменьшает вероятность срабатывания от обычных шумов.

Читайте также:  Датчик уровня охлаждающей жидкости бмв е39 м52ту где находится

Принципы работы данной схемы:

  • Появился шум — упало сопротивление у микрофона. Далее вступает в силу конденсатор C1, который направляет переменный ток в транзистор.
  • После получения тока, транзистор отвечает за усиление сигнала
  • Далее принимает участие C2, с помощью коллектора транзистора происходит удвоение напряжения.
  • Теперь обращаем внимание, что через R3 проходит уже удвоенное напряжение на базу транзистора.
  • После этих действий наблюдаем, что транзистор открыт и работает в роли усилителя
  • Потом ток направляется на P1 и происходит замыкание контактов KP1.
  • Переменный ток пропадает, если звук отсутствует, а транзистор находится в полуоткрытом виде.

Схему можно собрать по разному, например на печатной или макетной плате и используют блок питания, вольтаж которого равняется 9-12 единицам.

Триггер для управления освещением

Триггер даст возможность запускать и отключать свет при появлении звука.

  • Зашли и хлопнули в ладоши – свет включился.
  • Выходите и снова хлопаете – свет выключается.

Здесь лучше всего брать в расчет мощные диоды. Которые смогут выдержать напряжение в 220 единиц вольтажа и проходящий сквозь лампы ток. Обратите внимание, что конденсатор C1, который используется в этой схеме, обязан выдержать такое же напряжение.

  • Появился звук – замкнулся контакт KP1.
  • Напряжение заряжает конденсатор C1.
  • Проходимый электрический ток, который конденсатор проводит, изменяет положение якоря в другое место и Л1 включается.
  • D1 блокирует реле.
  • При этом D2 стоит в состоянии полной готовности.
  • Когда звук образуется снова — проводит ток сквозь диод D2, после чего якорь возвращается в начальное состояние и свет гаснет ( Л1 выключается).

Чтобы триггер включал и выключал лишь одну лампу, нужно конденсатор и резистор поставить взамен Л2.

Схема на трех транзисторах

Давайте посмотрим на схему посложнее. Которая может работать сама и включать свет по первому звуку, а по второму выключать.

Посмотрев на эту схему, мы видим транзисторы KT315 и KT818 – они продаются в любом спец магазине.

Чувствительность этого чуда техники, при питании 9B – является 2 метра. Соответственно, если увеличивать напряжение – то увеличиваем и восприимчивость, если уменьшать – ну, вы поняли.

Микрофон берем электродинамический. Вольтаж, которое должно выдержать реле равняется 220 единицам, не забываем и про проходимый ток.

Если хотите запитать акустическое реле нужно взять блок питания. В данном случае подойдет абсолютно любой с диапазоном 9-15B. Реле собирается на макетной или печатной плате.

С использованием микросхем

Более сложный, но очень интересный вариант. В нем используется микросхема. А чем именно он интересен – так это тем, что в не нужно дополнительно устанавливать блок для питания, так-как он уже есть в нем. И еще одно отличие – здесь стоит тиристор взамен электромагнитного реле.

Что же нам это дает?

Реле имеет ограниченное количество срабатываний, а тиристор – нет. Так же тиристор уменьшает габариты устройства, что тоже идет нам на руку. Аппарат что представлен ниже, имеет чувствительность 6 метров и работает с лампами 60-70 Вт, и конечно – защиту от помех.

Увеличение

Как вы могли заметить выше, что реле рассчитано на ограниченную нагрузку в размере 60-70 Вт. Для обычного освещения в подъезде или туалете этого вполне достаточно. Но в некоторых случаях, этого будет мало, тогда диоды VD2-VD5 и тиристор VS1 – закрепляют на радиаторы, чтобы те уменьшали их нагрев.

Места, где соприкасаются радиатор с другими деталями, должны быть хорошо отшлифованными. Это позволит получить нужный контакт. В этом случае теплопроводная паста будет вашим спасением от перегрева.

Обратите внимание, что нужно изолировать радиаторы.

Использование датчиков звука в режиме шума

Изначально реле реагирует на команды, которые подает человек. В нашем случае – это хлопок. Но в некоторых ситуациях, нам нужна реакция на шум, для этого, нужно немного переделать реле. И самое интересное, что не нужно ничего усложнять. Схема требует небольших изменений.

К транзистору VT3 нужно подключить выход первого триггера(То-есть вывод 13 микросхемы соединяем с R7) и выходит так, что вторая часть микросхемы теряет свою необходимость.

Теперь одновибратор создает импульс всего на 0.5 секунды(на этот промежуток времени включается свет) Его будет недостаточно. Чтобы решить эту проблему, мы повышаем емкость конденсатора C4 и резистора R6. И смотрим на отклик, пока она не будет нас устраивать.

Вы можете долго и нудно настраивать нужную задержку, то увеличивая, то уменьшая емкости. Но желательно воспользоваться простой формулой T=CxR

Преимущества и недостатки

Все в нашем мире имеет свои плюсы и минусы, и датчики имеют свои преимущества и недостатки. К положительным качествам можно отнести:

  • Небольшая стоимость позволяет использовать их любой категории людей.
  • Радиус действия достаточно велик, что позволяет услышать появление человека и включить свет в нужное время.
  • Датчик окупается тем, что уменьшает затраты на электроэнергию и покупку новых ламп.
Читайте также:  Векторный датчик узи что это

Также свет выключается не сразу, а через определенный промежуток времени. Это позволяет пройти нужные комнаты и не оказаться в полной темноте.

Но и недостатки у этого устройства тоже есть. К ним относится невозможность монтажа в шумных местах и постоянные срабатывания дешевых моделей. Поэтому, китайские бюджетные датчики не рекомендуется использовать.

Источник

Подключаем датчик звука к Arduino

Физическое окружение человека все время «умнеет», подстраиваясь под запросы и требования хозяина. Речь, конечно же идет об автоматизированных и роботизированных вещах, облегчающих труд и выполняющих все те функции, которые существу разумному делать слишком долго, тяжело или нудно. Большая часть техники такого рода работает с управлением на основе микроконтроллеров, которые в свою очередь, можно назвать миниатюрными компьютерами, ориентированными на контроль другого, более простого оборудования.

Одним из наиболее распространенных на текущий момент, за счет удобства применения и ширины возможностей, можно назвать Arduino, недостатков у которого попросту не существует в качестве системы управления и DIY-проектов, и профессиональной техникой, используемой на крупных и серьезных производствах.

Единственный вопрос становящийся перед проектировщиками «умных» устройств, использующих микроконтроллеры – легкое ими управление человеком, то есть обеспечение простого интерфейса контроля. Одно из наиболее логичных из приходящих на ум решений – человеческий голос, отдавая команды, которыми пользователь абсолютно вербальным образом сможет управлять работой логического выключателя, конечно в рамках заложенной в того программы. Только сразу встает проблема получения голосовых последовательностей устройством. Что ж, есть и решение – платы захвата звука, среди которых в разрезе технологии Arduino сразу вспоминаются KY-037 и KY-038, унифицированные и отличающиеся только размером микрофона.

Конечно, не стоит ждать от них записи MP3 или его полнофункциональной обработки. Но в нише восприятия голосовых команд названые платы-дополнения имеют полное право на существование.

Характеристики

Характеристики у обоих устройств KY-037 и KY-038 достаточно скромные, и отличающихся, как было сказано ранее, между собой только размером микрофона.

  • питание — 3,5–5В;
  • цифровой выход — есть, однобитный, работающий в режиме индикации наличия звука или тишины;
  • аналоговый — присутствует, с градацией получаемого сигнала в 1024 уровня;
  • вес — в среднем 12..13 грамм;
  • предел чувствительности — до 5 метров;

Принципиальная схема и выводы устройства:

Сразу хочется заметить, что названые детекторы, регистрируют только достаточно громкие звуки и не очень чувствительны к их переходным состояниям, к примеру, используемым в словах или фразах. То есть, сделать выключатель или активатор реагирующий на хлопок и свист гораздо проще, чем запрограммировать систему распознавания голосовых команд с применением KY-037 или KY-038. Некоторые идеи по осуществлению требуемой функциональности будут представлены далее.

Обратите внимание на «регулятор чувствительности» отмеченный на фото платы. С его помощью можно варьировать значение характеристики, улучшая «слух» детектора, в установленных пределах.

Простые схемы использования

Чтобы продемонстрировать работу датчиков звука с Arduino можно собрать простую схему:

Резистор используемый в ней, берется номиналом в 220 Ом. Основная функциональность выражается в зажигании светодиода при обнаружении громких звуков и гашения его в случае тишины. Скетч:

// Диапазон минимальных и максимальных показателей, устанавливается
// для определения значения аналогового сигнала в тишине у платы
// захвата звука, все что будет отличаться служит указателем
// наличия изменений звукового фона. Определяется опытным путем.
const int SilenceMin = 625;
const int SilenceMax = 637;
// Задание портов IN_DIG цифровой вход с KY-037/038,
// IN_ANALOG аналоговый с нее же и OUT_LED пин управляющий светодиодом
const int OUT_LED = 9;
const int IN_ANALOG = A3;
const int IN_DIG = 1;
void setup() <
pinMode(OUT_LED, OUTPUT);
pinMode(IN_ANALOG, INPUT);
pinMode(IN_DIG, INPUT);
>
void loop() <
// Примечание от составителя: если использовать нижеприведенную
// конструкцию, светодиод будет включаться при любом изменении
// звукового фона. Для определения наличия именно команды
// стоит изменить строку на if (AnalogRead(IN_ANALOG) > SilenceMax) <
if (AnalogRead(IN_ANALOG) > SilenceMax || AnalogRead(IN_ANALOG)
Изменяя время задержки, между включением и гашением светодиода, а также пробным путем выведя значения «тишины» SilenceMax и SilenceMin, можно добиться работы приведенной схемы в роли детектора движения по звуку. Конечно, качество определения у него будет низкое, но вполне позволяющее применять конструкцию в цепях управления освещением темных мест. Достаточно добавить фоторезистор для определения текущего уровня видимости, в роли которого можно использовать специальную плату Arduino или обычный радиоэлектронный компонент, подключаемый через делитель.

Как видно по схеме, в ней используются два резистора – R1 на 10 кОм и R2 220 Ом. Светодиод LED в финальном варианте можно заменить на релейную группу, для подачи питания на «взрослые» лампы 220В. Скетч, управляющий всем перечисленным хозяйством:

#DEFINE D1 1
#DEFINE D3 3
#DEFINE A2 2
#DEFINE A4 4
// Характеристики «тишины»
const int SilenceMin = 625;
const int SilenceMax = 637;
// Задание портов: IN_DIG цифровой вход с KY-037/038, IN_ANALOG аналоговый с нее же
// OUT_LED пин управляющий светодиодом, IN_FLASH сигнал от фоторезистора.
const int IN_DIG = D1;
const int OUT_LED = D3;
const int IN_LIGHT = A2;
const int IN_ANALOG = A4;
void setup() <
pinMode(OUT_LED, OUTPUT);
pinMode(IN_ANALOG, INPUT);
pinMode(IN_DIG, INPUT);
pinMode(IN_LIGHT, INPUT);
>
void loop() <
if ( DigitalRead(IN_DIG) == HIGH && DigitalRead(IN_LIGHT) == LOW ) <
// При подключении фоторезистора, как на схеме в темноте он будет давать
// минимальный сигнал, так-как его сопротивление во мраке максимально.
// На свету будет поступать высокий уровень на вход Ардуино и этот
// блок кода не сработает
DigitalWrite(OUT_LED, HIGH);
delay(10000); // долгая задержка
DigitalWrite(OUT_LED, LOW);
>

Читайте также:  Датчик омывателя жидкости хендай солярис

Задержка подбирается экспериментально, в зависимости от конкретной чувствительности KY-037 или KY-038, а также их настроек, производимых регулятором на плате устройства.

Некоторая информация о голосовом распознавании

Здесь будут представлены общие идеи, позволяющие впоследствии создать систему голосового командного управления, естественно с ограничениями, накладываемыми мощностью Arduino.

Первое, что нужно учесть при проектировании – обращение к самому конкретному устройству, чтобы его функционирование не начиналось или прерывалось от случайно сказанного слова. То есть, перед отдачей команды нужно будет произносить не похожий на нее идентификатор конкретного контролера. К примеру: «К7 Включение». Описанное, кстати хорошо тем, что нет похожести согласно произносимых звуков.

Структура слова

Основное, на что нужно обратить внимание при проектировании систем распознавания звука – сама фонетика языка. В русском, есть гласные и согласные буквы. Последние еще и бывают шипящего, звонкого и глухого произношения. Устройства улавливающие звуковые волны, наиболее слышат, как раз, первые, вторые и третьи, а вот к последним «глуховаты». Поэтому, собственно и программировать конечный аппарат требуется именно на их определение, а не слова в целом. Опять же. Каждый человек обладает определенной дикцией и высотой тона голоса. Посудите сами, послушав, как одно и то же слово произносится мужчиной или женщиной. К тому же некоторые люди быстро проговаривают текст, другие медленнее. Все названые факторы требуется учесть при написании скетча обработки.

Еще одно ограничение, накладываемое платам KY-037 и KY-038 – падение уровня улавливаемого сигнала в зависимости от расстояния до его источника. То есть, нужно предусмотреть сравнение именно разниц поступающих пиков, а не конкретных значений.

Некоторые рекомендации

Определение лучше производить, выявив высоту тонов и длительность произношения в каждом конкретном случае, под индивидуальные характеристики голоса человека. Впоследствии, ввести в скетч усреднение полученных данных на аналоговом входе, алгоритмы которых легко можно найти через поисковые системы. Последнее действие нужно для случаев, когда оператор охрип, осип, устал или находится под действием еще каких-либо факторов, изменяющих вокальные характеристики.

Разбор последовательности звуков проводится не точным соответствием, а логическими условиями, по причине пропуска некоторых в разговорной речи. То есть, предположим, существует массив, содержащий последовательность значений гласных и шипящих, аналогичных используемым в самой команде. Тогда разбор голоса будет выглядеть следующим образом:

Просьба обратить внимание, что приведенный кусок кода служит только целям ознакомления и понимания принципов разбора. Разницу пиков, о которых говорилось ранее, алгоритм не проверяет, сравнивая только конкретные значения.

#DEFINE D1 1
#DEFINE D3 3
#DEFINE A2 2
#DEFINE A4 4
// Характеристики «тишины»
const int SilenceMin = 625;
const int SilenceMax = 637;
const int IN_DIG = D1;
const int IN_ANALOG = A4;
// команда «включение» последний байт для блокирования ошибки
const int command_on[]=<857, 704, 740, 720, 740, 0>;
int tPOS=0; // текущее положение в разбираемом слове
void loop() <
int flag=0, GFONEM=ReadAnalog(IN_ANALOG), FOUND_COMMAND_ON = 0;
if (GFONEM==command_on[0]) < // совпадение первого звука последовательности, разбираем
flag=1;
while (flag>0) <
Delay(50); // пауза между произносимыми звуками, подбирается экспериментально
GFONEM=ReadAnalog(IN_ANALOG);
if (GFONEM>MinFONEM) < // ограничитель уровня именно гласных и шипящих,
// они будут выше, чем согласные
if (GFONEM==command_on[tPOS] || GFONEM==command_on[tPOS+1]) <
// все ок, идем по команде «включение», проверяя
// текущий звук или возможно следующий
FOUND_COMMAND_ON = 1;
> else <
FOUND_COMMAND_ON = 0;
flag = 1;
>
if ( tPOS == 5 ) < flag = 1 ); // найден последний звук, можно выходить
tPOS++;
>
>
>
if (FOUND_COMMAND_ON == 1) <
// выполнение действий при команде «включение»
// .
>
>

Для качественного распознавания речи используют различные более сложные алгоритмы. Например нейросетевой с предварительным разложением в ряд Фурье:

  1. Разделить фразу на отдельные слова, отслеживая промежутки тишины;
  2. Разложить запись каждого отдельного слово в ряд Фурье — таким образом определятся коэффициенты, соответствующие отдельным частотным составляющим;
  3. Пропустить вычисленные в п.2 коэффициенты через нейросеть, которая на выходе даст значение слов.

Чтобы такая нейросеть могла «распознавать» слова, подаваемые на её вход, предварительно она должна быть обучена!

Для выполнения такого обучения на вход сети подают эталонное слово, а затем с помощью специальных алгоритмов (например, обратного распространения ошибки) подбирают значения структурных коэффициентов нейронной сети, при которых нейросеть выдаёт правильное значение на выход.

Видео по теме

Источник

Adblock
detector