Помехоустойчивый акустический выключатель. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Освещение

 Комментарии к статье

Описан акустический выключатель лампы накаливания. Приведены электрическая принципиальная схема и разводка печатной платы устройства. В авторском варианте в качестве микрофона использован пьезоизлучатель ЗП-3. Схема не содержит дефицитных деталей, особое внимание при разработке акустического выключателя уделено стойкости к помехам в сети питания.

Идея акустического выключателя неновая, поэтому автор, задавшись целью изготовить себе такое устройство, пытался найти готовое решение, чтобы без лишних хлопот повторить конструкцию. Однако после ознакомления с найденными материалами [1-4], пришлось искать свое схемное решение.

Владелец кафе в одном из европейских городов оборудовал свое заведение необычно громоздкой мебелью. Взрослые посетители, заходя в кафе, видят столы и стулья такими, как 4-5-летние дети. Сделано это для того, чтобы родители на себе ощутили неудобства и задумались над детскими проблемами. Малышам и в самом деле приходится нелегко из-за их маленького роста. Например, не могут включить сами свет в туалете, каждый раз приходится обращаться к взрослым. Им может помочь акустический выключатель.

У меня была другая причина для установки такого выключателя. В коридоре квартиры еще строителями был когда-то установлен 4-позиционный выключатель со шнуром, работавший на одну лампочку, который в конце концов поломался. В настоящее время таких ни одинарных, ни многопозиционных выключателей в продаже я не вижу.

(нажмите для увеличения)

В качестве микрофона акустического выключателя я решил применить пьезоэлектрический излучатель. Схема первоначального варианта акустического выключателя (рис.1) содержит пьезодатчик типа ЗП-3, усилитель переменного напряжения (УПН) на микросхеме DА1, ждущий мультивибратор на микросхеме DD1.1, триггер DD1.2, усилитель мощности на транзисторе VT3. Питание схемы бестрансформаторное. Напряжение сети выпрямляется диодной сборкой VD1 и поступает на параметрический стабилизатор на стабилитроне VD2. Пульсирующее напряжение со стабилитрона подается на аналог двухбазового диода, собранного на транзисторах VT1 и VT2, а также через диод VD3 на конденсатор С5, который служит фильтром. Аналог двухбазового диода включает тиристор VS1 при условии, что конденсатор С5 не шунтирован транзистором VT3, а это зависит от состояния триггера. VS1 нагружен на лампу накаливания мощностью 15-100 Вт.

УПН построен по одной из типовых схем включения операционного усилителя от одного источника питания [5]. Усилитель содержит небольшое количество деталей и позволяет просто регулировать чувствительность выключателя изменением номинала резистора R4. При увеличении сопротивления резистора R4 чувствительность повышается и соответственно при уменьшении сопротивления R2 уменьшается.

В результате хлопка на выходе УПН получается пачка импульсов. Ждущий мультивибратор запускается одним из этих импульсов и формирует свой импульс, длительность которого превышает длительность хлопка. Поэтому триггер DD1.2 переключается при каждом хлопке, а не отдельными импульсами пачки.

Схема сразу отлично заработала. Хлопок в ладоши - лампа включается, второй хлопок - лампа выключается. Можно было бы на этом и остановиться, если бы не одно "но" лампа включается не только по принуждению, но и от случайных помех в сети питания.

Кроме того, устройство имеет еще один недостаток - при подаче напряжения на устройство лампа, как правило, зажигается. Это нежелательно, потому что при пропадании напряжения сети и последующей подаче электроэнергии лампу необходимо принудительно выключать. Если дома никого нет - лишний расход электроэнергии. Но этот недостаток довольно легко устранить - достаточно сделать принудительную установку триггера D1.2 по входу S при включении устройства. Со случайными же помехами в сети можно бороться долго и, возможно, безрезультатно.

Схема устройства разработана так, что не нуждается в настройке. Ее можно рекомендовать как основу для разработки аналогичного устройства с питанием от батарей или аккумулятора.

Проанализировав схемы устройств, описанных в литературе [1-4], я решил заимствовать схему аналога триггера со счетным входом на электромагнитном реле [2]. Старомодно? Зато надежно и просто. Ведь чтобы включить реле, необходимо затратить значительно больше энергии, чем переключить быстродействующий триггер с высокоомным входом.

Схема триггера на реле (рис.2) работает следующим образом. В исходном состоянии конденсатор С1 заряжен через контакты реле К2.1, а резистор R2 - до напряжения питания, обмотка реле К2 обесточена. Под воздействием акустического сигнала кратковременно замыкаются контакты реле К1.1.

Энергией конденсатора включается реле К2, его контакты переключаются на самоудержание. После воздействия акустического сигнала контакты контактной группы К1.1 размыкаются, и конденсатор С1 разряжается через резисторы R2 и R3. С последующим приходом акустического сигнала контакты группы К1.1 кратковременно замыкаются. Через резистор R1 заряжается конденсатор С1, шунтируя обмотку реле К2, вследствие чего она обесточивается, и реле К2 выключается.

Запускается ждущий мультивибратор (рис.1) через дифференцирующую цепочку C3R7. Дифференцирующие цепочки не являются помехоустойчивыми, в отличие от интегрирующих. Решение напрашивается само собой. В результате экспериментов появился окончательный вариант устройства (рис.3).

(нажмите для увеличения)

Устройство содержит все тот же УПН, классический диодный амплитудный детектор (VD1,VD2 и С5), усилитель постоянного тока на составном транзисторе (VT1 и VT2) и подробно описанный выше триггер на электромагнитных реле. В помехоустойчивой схеме акустического выключателя импульсы с выхода УПН детектируются амплитудным детектором. Во время хлопка на конденсаторе С5 появляется постоянное напряжение, поступающее на базу составного транзистора, нагруженного на обмотку реле К1.

При использовании радиоэлементов, указанных на схеме, акустический выключатель в настройке не нуждается и имеет хорошую повторяемость. Реле К1 типа РЭС49 имеет следующие паспортные данные: сопротивление обмотки Rоб 1900 Ом, ток срабатывания I не более 8 мА, т.е. по паспорту для этого реле напряжение срабатывания U=RобI= 15,2 В. Паспортные данные реле К2 типа РЭС47 следующие: сопротивление обмотки 650 Ом, ток срабатывания не более 21,5 мА.

Аналогично по паспортным данным для РЭС47 напряжение срабатывания 14 В. При замене реле следует проверить, чтобы напряжение питания устройства было на несколько вольт больше напряжения срабатывания примененных реле. Для питания схемы использован силовой трансформатор с выходным напряжением 2х15 В. Выпрямленное постоянное напряжение примерно 17 В. Потребление постоянного тока устройством не превышает 30 мА. При большом разбросе параметров реле от примененных, в случае их замены, может появиться необходимость в изменении номинальных значений остальных элементов триггера.

Акустический выключатель может работать и с другими источниками звуковых сигналов. Была проверена работа устройства с динамическим микрофоном МД-201. В связи с тем что УПН возбудился, возможно, из-за шнура микрофона, пришлось добавить конденсатор емкостью 0,1 мкФ параллельно входу микрофона для этого случая. На схеме этот конденсатор не показан, но в конструкции печатной платы для него оставлено место, обозначенное С`.

В акустический выключатель можно встроить устройство двухступенчатого включения лампы накаливания с целью повышения ее долговечности [6]. Один вариант такого устройства показан на рис.4, а второй - на рис.5.

(нажмите для увеличения)

Печатная плата акустического выключателя размерами 85х120 мм приведена на рис.6, расположение элементов на печатной плате - на рис.7.

Печатная плата разработана с учетом подключения устройства двухступенчатого включения лампы накаливания по схеме рис. 5. Печатный монтаж односторонний с применением перемычек из изолированного провода. В устройстве без изменении рисунка печатной платы вместо микросхемы К140УД6А можно применить К140УД7, К140УД8, К544УД1, К544УД2. Керамические конденсаторы С2С5 типа КМ3, КМ4, КМ5, КМ6 или К10-17, К10-47. Электролитические конденсаторы С1, С6-С8 типа К50-16, К50-35. Трансформатор Т1 - любой маломощный на вторичное напряжение 15-20 В. Если трансформатор имеет одну обмотку, то для выпрямителя следует использовать диодный мостик. После сборки платы необходимо убедиться в правильности монтажа деталей, затем приступить к проверке работоспособности устройства.

Внимание! К печатной плате подводится опасное для жизни напряжение 220 В переменного тока, поэтому необходимо соблюдать повышенную осторожность и следующие рекомендации. Вначале проверьте работоспособность акустического выключателя без устройства двухступенчатого включения лампы накаливания. Омметром измерьте сопротивление нагрузки выпрямителя на отсутствие короткого замыкания. Затем на сетевые выводы силового трансформатора, не подключая их к плате, подайте 220 В, предварительно изолировав места соединения изолентой или полихлорвиниловой трубкой. Проверьте срабатывание реле К2 от хлопков в ладони на достаточном удалении от датчика звука. Если все в порядке, тогда подайте напряжение 220 В на плату, подключите лампу накаливания и произведите проверку в комплексе.

На последнем этапе впаяйте сетевые выводы трансформатора в плату и вмонтируйте ее и датчик звука в подходящий корпус. После этой операции при необходимости можно подбором резистора R4 установить требуемую чувствительность устройства.

При применении устройства необходимо учитывать, что для шумных мест, например, кузнечного цеха, оно не годится. Не стоит его устанавливать и возле громкого телефонного звонка. Эксплуатация акустического выключателя в течение примерно полугода показала, что срабатывает он только от звуковых сигналов.

Литература:

1. Ференци О. Электроника в нашем доме/Пер. с венг. -М.: Энергоатомиздат, 1988.
2. Сергеев Б. Акустический выключатель//Радио.-1985.-№2.-С.49, 50.
3. Дробниця А.М. Автоматичні пристрої в побуті.-К.:Техніка.- 1978.
4. Кузев Г. Звуков превключвател//Радио, телевизия, електроника.-1988.-№12.-С.28.
5. Нестеренко Б.К. Интегральные операционные усилители. Справочное пособие по применению.-М.: Энергоатомиздат.1982.
6. Ковпак А.А. Устройство двухступенчатого включения ламп накаливания//Радіоаматор.-1994.-№8.-С.23.

Автор: В. Самелюк

Смотрите другие статьи раздела Освещение.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Случайная новость из Архива Дешевый способ производства наночастиц 28.08.2012 Неудачный опыт студентов Университета Центральной Флориды привел к неожиданному открытию, которого так давно ждала фармацевтическая промышленность. Аспиранты Соруш Шабаханг и Джошуа Кауфман нашли способ дешевого массового производства наночастиц, что может в корне изменить технологию изготовления лекарственных препаратов. Суть открытия заключается в использовании тепла для разделения тонких волокон на одинаковые наночастицы. Тепло попросту разделяет расплавленные волокна на сферические капли - как вода, капающая из крана. Открытие было сделано случайно: ученые многие годы ищут способ создания сверхчистого стекловолокна для оптических кабелей. Студенты расплавляли и растягивали стекловолокно в ходе обычных руинных экспериментов, но заметили, что вместо тонкого идеального стекловолоконного кабеля получились микроскопические сферы. Этот новый нехимический метод позволяет создавать большое количество одинаковых частиц любого размера. Таким образом, впервые нанотехнологии можно запустить в массовое производство. В ближайшей перспективе ученые собираются с помощью новой технологии создать наночастицы, способные доставлять лекарственные препараты. В частности, одним из самых перспективных направлений является создание частиц, способных доставлять препараты, убивающие определенные раковые клетки. В это же время группа ученых из Массачусетского технологического института разрабатывает "заготовки" для новой технологии - специальные волокна, из которых получатся наночастицы с заданными характеристиками. Уже известно, что новым нехимическим способом можно создать наночастицы, состоящие из нескольких материалов, а также полые наночастицы сферической формы. Кроме того, на наносферах можно закрепить дополнительные материалы, в результате чего можно производить частицы со сложной внутренней структурой. Такие частицы можно использовать в самых различных областях. В медицине, теоретически, из них можно производить вакцины и "адресные" препараты, атакующие определенные патогены.

Другие интересные новости:

▪ Дым коромыслом

▪ Роботизированная нога сама учится ходить

▪ Игровая ретро-консоль ODROID-GO Advance

▪ Усовершенствование сухих электродов для литий-ионных аккумуляторов

▪ Мирные существа превращаются в хищников

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Мобильная связь. Подборка статей

▪ статья Ушастая лопата. Советы домашнему мастеру

▪ статья Как возникло представление о Санта Клаусе? Подробный ответ

▪ статья Слесарь механосборочных работ, занятый креплением рамки с пружинным набором. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Защита микросхемы номеронабирателя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Форсирование Двойной оборот. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025