Как сделать стробоскоп реагирующий на звук

Обновлено: 05.07.2024

Проект представляет собой простой стробоскоп для управления светодиодами высокой мощности. Выходной драйвер обеспечивает ограничение тока, подходящее для использования либо со светодиодами 350 мА / 1 Вт, либо со светодиодами 700 мА / 3 Вт, но можно с небольшой доработкой подключить и более мощные. Четыре перемычки обеспечивают возможность изменения ширины импульса, интервала повтора строба и одиночной или двойной стробоскопической вспышки. Также имеется вход запрета стробоскопа, который можно использовать для остановки импульса с помощью переключателя. Готовый код имеет тайминги по умолчанию, которые легко настраиваются путем редактирования значений в EEPROM PIC во время программирования.

Схема стробоскопа на микроконтроллере PIC

В схеме предусмотрена функция стробоскопа с возможностью выбора режимов работы перемычкой. Прошивка обеспечивает точное управление выходным импульсом строба, в то время как вход запрета позволяет внешнему сигналу или переключателю запрещать работу.

Интервал стробирования можно настроить с помощью 4 перемычек на 1, 2, 3 или 4 секунды; время включения строба 30 мс или 100 мс, а также одиночный или двойной стробоскопический импульс. Данные хранятся в PIC EERPOM и могут быть настроены по мере необходимости.

Светодиоды высокой мощности нуждаются в питании от источника тока, чтобы поддерживать постоянный фиксированный ток через светодиод. Здесь использовался простой линейный ограничитель тока на Q1 и Q2. Поскольку светодиод управляется очень короткими импульсами и относительно длинными интервалами между ними, средняя рассеиваемая мощность мала, и ни светодиод, ни выходной MOSFET не требуют радиаторов.

Резисторы R2 + R3 устанавливают ограничение по току. При R2 = 1 Ом и перемычке для R3 ток установлен на 700 мА. Использование резистора 1 Ом для R2 и R3 (всего 2 Ом) устанавливает ограничение на 350 мА.

LED подключается между положительным источником питания и стоком полевого МОП-транзистора Q2 логического уровня. Исток Q2 подключается к земле через R2 + R3. Когда Q2 включается, ток, проходящий через резисторы R2 + R3, вызывает падение напряжения на них. Закон Ома V = I x R. База Q1 подключена к резисторам, и когда напряжение достигает примерно 0,7 В, Q1 начинает включаться. Коллектор Q1 подключен к затвору Q2, так что при включении он подтягивает напряжение на затворе Q2 к земле, что начинает отключать Q2. Это устанавливается в точке, где постоянный ток проходит через R2 / R3. Светодиод может быть установлен на печатной плате или вне платы через разъем CN3. Конденсатор C1 используется для развязки шины питания 5 В. Конденсаторы C2 и C4 требуются стабилизатору напряжения для стабилизации выхода. В оригинальной конструкции используется стабилизатор LDO LM2931-5.0, разработанный для автомобилей. Он выдерживает подключение с обратной полярностью и скачки напряжения 60 вольт на входе. Конечно можете заменить на другие, например 78L05. Если используете 78L05, минимальное входное напряжение должно составлять 7,5 В.

Вольтаж должен быть в пределах от 5,5 до 9 вольт. Блок питания должен обеспечивать ток свыше 700 мА, поэтому подходит любой БП с номиналом 1 А или больше. Можете использовать батареи для питания схемы, но они должны будут обеспечивать высокие токи, необходимые для светодиода. Перезаряжаемые литиевые аккумуляторные батареи на 7,2 В, используемые с радиоуправляемыми моделями, идеально подходят для этого стробоскопа.

Перемычки выбора режима

Режимы работы стробоскопа выбираются с помощью блока перемычек JP1. Если создаете стробоскоп для конкретного устройства, то можете захотеть подключить входы к земле по мере необходимости, а не вставлять коннектор перемычек.

Конструкция будет работать со светодиодами 350 мА или 700 мА. Если используется светодиод 350 мА, установите в R2 / R3 резисторы 1 Ом, 0,25 Вт, 1%. Если используется светодиод на 700 мА, замените один из резисторов перемычкой и используйте резистор 1 Ом, 0,6 Вт и 1% для другого.

Нет необходимости использования радиаторов на светодиодах и выходном полевом МОП-транзисторе за счет очень короткого рабочего цикла. Важно не позволять светодиоду оставаться включенным постоянно либо из-за неисправности, либо из-за изменения на максимум ширины импульса / частоты повторения.

Типы полевых МОП-транзисторов

Эта схема разработана на основе полевого МОП-транзистора с логическим уровнем Q2, который имеет пороговое напряжение затвора около 2,5 В. Стандартные МОП-транзисторы без логического уровня с более высокими пороговыми напряжениями затвора не могут включиться в достаточной степени, чтобы обеспечить ток 700 мА для светодиода. Хотя светодиод будет гореть и может казаться очень ярким, он не будет работать при желаемом токе 700 мА.

Тестировалась схема с STP36NF06L, STP20NF06L и NTD5867NL. NTD5867NL поставляется в корпусах IPAK-369D со сквозным отверстием и DPAK smd, поэтому не подходит для компоновки данной печатной платы.

Режимы работы стробоскопа

Ширина импульса, интервал и режим строба выбираются пользователем с помощью блока перемычек JP1. Есть два режима стробирования, одиночный и двойной импульс. Двойной режим имеет (по умолчанию) время паузы 175 мс между двумя импульсами. Как показано на диаграмме, интервал измеряется от конца одной группы импульсов до начала следующей группы.

Все таймеры для ширины импульса, интервала и двухрежимного интервала настраиваются путем редактирования значений в EEPROM PIC перед записью HEX в PIC. Это легко сделать, просто загрузите HEX-файл из раздела загрузки прошивки в приложение-программатор. Отредактируйте значения в EEPROM, как показано ниже, а затем запишите код и данные EEPROM в PIC.

Предположим, нужна ширина импульса 40 мс (40 x 1 мс) и интервал 1,3 секунды (13 x 100 мс), установим данные в адресе от 00 до 28 (40 десятичных = 28 шестнадцатеричных). Для интервала 1,3 секунды измените данные в адресе 03 на 0D (13 десятичное = шестнадцатеричное 0D).

Значения, показанные в приведенном примере, являются значениями по умолчанию при загрузке прошивки. Если не измените их, схема будет использовать эти тайминги.

Преобразование десятичных значений в шестнадцатеричные

В зависимости от программатора значения, которые нужно ввести, вероятно, будут в шестнадцатеричном формате. Самый простой способ преобразовать десятичные значения в шестнадцатеричный – через Google. Префикс 0x в результате просто говорит, что значение является шестнадцатеричным.

Прошивка контроллера

С этой схемой можно использовать микроконтроллер PIC 12F629 или 12F675. Один и тот же код прошивки используется с любым из них. Загрузите необходимые файлы из архива. Файл HEX готов к программированию прямо в PIC. Файл asm – это исходный код, который можете изменить или просто просмотреть как он работает.

Сборка стробоскопа

Когда соберете плату в соответствии со схемой, подключите питание к плате и проверьте напряжение между контактами 1 и 8 разъема IC1. Должно быть от 4,9 до 5,1 вольт, если не будет работать – выясните причину и устраните неисправность.

Светодиод припаян к медной стороне печатной платы. Убедитесь, что клеммы анода и катода правильно подключены. Не смотрите прямо на светодиод при тестировании и эксплуатации. Интенсивный световой поток может повредить глаза.

А это полностью собранная плата с питанием, подключенным к CN1, и герконовым переключателем, подключенным к входу блокировки стробоскопа CN2.

Для схемы светодиодного стробоскопа в идеале требуется источник питания постоянного тока в диапазоне от 5,5 до 9 вольт и рассчитанный на 1 ампер или более. С указанным регулятором LDO можете использовать 4 батареи AA большой емкости по 1,5 В (не перезаряжаемые NiMH, поскольку выходного напряжения 4,8 В недостаточно для правильной работы). Схему более сложного стробоскопа с ЖК дисплеем смотрите по ссылке.

Процесс регулировки начального момента зажигания в значительной мере упрощается при использовании специальных устройств. В основе их работы лежит стробоскопический эффект. Смысл этого физического явления заключается в следующем: если осветить движущийся объект короткой световой вспышкой, то возникнет визуальная иллюзия, что он остался в том же положении, в котором его застала эта вспышка.

Сделать своими руками стробоскоп на светодиодах очень просто. Есть схемы простых устройств, повторить которые сможет даже малоопытный радиолюбитель.

Светодиодный стробоскоп на таймере NE555

Главным компонентом в данной схеме стробоскопа является интегральный таймер NE 555. Это распространенная микросхема часто используемая в электронных самоделках.

В качестве светового излучателя применена готовая сборка из шести светодиодов от китайского фонарика.

Следует учитывать, что в момент вспышки, ток, проходящий через излучатель, превышает два ампера. Это обстоятельство заставляет использовать ограничительный резистор с мощностью рассеивания не менее 2Вт. Поводов для беспокойства относительно выхода из строя светодиодов нет. Сверхкраткое время работы в подобных режимах не причинит урон полупроводникам.

Вместо транзистора, указанного на схеме, можно применять его ближайшие аналоги: IRFZ44, IRF3205, КП812Б1 и другие.

Требования к диоду VD1 – высокое быстродействие. 1N4148 с успехом заменяется отечественным вариантом КД522. Также хорошо подойдут любые диоды Шоттке.

Емкость конденсаторов можно увеличивать на один порядок. Это никак не отразится на работоспособности схемы.

Вот так выглядит собранный прибор, с тремя сверхмощными светодиодами.

Стробоскоп в сборе

Небольшое количество деталей позволяет выполнить стробоскоп из светодиодов навесным методом или при помощи специальных монтажных панелек. Если в процессе пайки не будет допущено ошибок, схема заработает сразу, без дополнительной наладки.

Стробоскоп на ШИМ-контроллере TL494

Другая вариация сбора своими руками автомобильного стробоскопа на светодиодах построена на базе драйвера ШИМ TL494. Стоимость микросхемы лежит в пределах 10 – 20 рублей за штуку, поэтому дефицитной ее не назовешь. Кроме этого, извлечь требуемый компонент можно из старого блока питания ATX от персонального компьютера.

Схема светодиодного стробоскопа на ШИМ-контроллере TL494

Как и в предыдущем случае, излучателем управляет MOSFET-транзистор. Здесь он может быть любого типа, отвечающего двум требованиям:

Номинальный ток – от 2А;
внутренняя структура – N-типа.

Примеры подходящих полевиков: AP15N03GH или IRLZ44NS.

Подстроечным резистором VR1 устанавливается скважность работы (длительность вспышек), а VR2 – их частота. Удобнее применять потенциометры с линейной зависимостью, так процесс настройки выполнять гораздо проще.

Источником света на данной схеме стробоскопа выступает один мощный светодиод. Чтобы подключить 12 вольтную светодиодную ленту, резистор R6 необходимо удалить, установив вместо него перемычку.

Остальные элементы схемы светодиодного стробоскопа могут быть любыми с указанными номиналами.

Печатная плата устройства

Образец реализации печатной платы светодиодного стробоскопа показан на рисунке.

Образец печатной платы для стробоскопа

Здесь применен двухсторонний метод разводки. Сверху устанавливаются крупные радиоэлементы: микросхема, клеммники и электролитические конденсаторы, снизу резисторы и конденсаторы типоразмера 1206, светодиоды типоразмера 0805, MOSFET-транзистор в корпусе DPAK. Регулирующие резисторы заменены на подстроечные. Это было сделано для уменьшения конструкции.

Внешний вид платы готового устройства с обоих ракурсов представлен ниже. Для переноса на фольгированный текстолит рисунка с дорожками, применялся метод ЛУТ. Травление производилось в водном растворе хлорного железа.

Рассмотрение в статье схемы стробоскопов отличаются простотой и низкой стоимостью электронных компонентов. Общая стоимость материалов обойдется в десятки раз меньше, если приобретать готовый стробоскоп на светодиодах. Кроме того, пользоваться самодельным прибором намного приятнее, а полученный в процессе работы опыт незаменим и бесценен.

Не хотите добавить в свой следующий проект возможность слышать? Эти звуковые датчики недороги, просты во взаимодействии и способны обнаруживать звуки голоса, хлопки или стук в дверь. Вы можете использовать их для различных проектов, реагирующих на звуки, например, чтобы активировать освещение.

Взаимодействие Arduino с датчиком звука и управление устройствами с помощью хлопков

Вы знаете, как работают электретные микрофоны?

Внутри микрофона находится тонкая диафрагма, которая на самом деле представляет собой одну из пластин конденсатора. Вторая пластина – это задняя стенка, которая расположена близко к диафрагме и параллельна ей.

Рисунок 1 – Работа электретного микрофона

Когда вы говорите в микрофон, звуковые волны, создаваемые вашим голосом, ударяют диафрагму, заставляя ее вибрировать.

Когда в ответ на звук диафрагма начинает вибрировать, по мере того, как пластины становятся ближе друг к другу или дальше друг от друга, начинает изменяться и емкость.

При изменениях емкости изменяется и напряжение на пластинах, что позволяет измерить амплитуду звука.

Обзор аппаратного обеспечения

Звуковой датчик представляет собой небольшую плату, которая объединяет микрофон (50 Гц – 10 кГц) и схему обработки для преобразования звуковых волн в электрические сигналы.

Этот электрический сигнал подается на встроенный высокоточный компаратор LM393 для его оцифровки и выводится на выход (вывод OUT).

Рисунок 2 – Регулировка чувствительности датчика звука и компаратора

Для регулировки чувствительности выходного сигнала модуль содержит встроенный потенциометр.

С помощью этого потенциометра вы можете установить пороговое значение. Таким образом, когда амплитуда звука превысит это пороговое значение, модуль выдаст низкий логический уровень, в остальных случаях будет выдаваться высокий логический уровень.

Эта настройка очень полезна, когда вы хотите запустить какое-то действие при достижении определенного порога. Например, когда амплитуда звука пересекает пороговое значение (при обнаружении стука), вы можете активировать реле для управления освещением. Вот вам идея!

Совет: поворачивайте движок потенциометра против часовой стрелки, чтобы увеличить чувствительность, и по часовой стрелке, чтобы ее уменьшить.

Рисунок 3 – Светодиодные индикаторы питания и состояния

Помимо этого, модуль имеет два светодиода. Индикатор питания загорится, когда на модуль подается напряжение питания. Светодиод состояния загорится, когда на цифровом выходе будет низкий логический уровень.

Распиновка звукового датчика

У данного датчика звука только три вывода:

Рисунок 4 – Распиновка модуля звукового датчика

Вывод VCC подает питание на датчик. Рекомендуется питать датчик напряжением от 3,3 до 5 В.

GND для подключения земли.

Вывод OUT выдает высокий логический уровень, когда тихо, и низкий логический уровень, когда обнаруживается звук. Вы можете подключить его к любому цифровому выводу Arduino или напрямую к 5-вольтовому реле или другому подобному устройству.

Подключение звукового датчика с Arduino

Давайте подключим звуковой датчик к Arduino. Подключение довольно простое. Для начала подключите вывод VCC на модуле к выводу 5V на Arduino, а вывод GND на модуле – к выводу GND Arduino. Теперь подключите вывод OUT к цифровому выводу 7 на Arduino. Вот и всё!

На следующем рисунке показана схема соединений.

Рисунок 5 – Подключение датчика звука к Arduino

Калибровка датчика звука

Для получения точных показаний с вашего звукового датчика, рекомендуется сначала его откалибровать.

Для калибровки цифрового выхода (OUT) модуль содержит встроенный потенциометр.

Поворачивая движок потенциометра, вы можете установить пороговое значение. Таким образом, когда уровень звука превышает пороговое значение, светодиод статуса загорается, а на цифровой выход (OUT) выдается низкий логический уровень.

Теперь, чтобы откалибровать датчик, хлопайте рядом с микрофоном и подстраивайте потенциометр, пока вы не увидите, что светодиод состояния на модуле мигает в ответ на ваши хлопки.

Теперь ваш датчик откалиброван и готов к использованию.

Простой пример: обнаружение звука

Теперь, когда всё подключено, вам понадобится скетч, чтобы проверить эту схему в работе.

Если всё в порядке, то при обнаружении хлопка вы должны увидеть вывод в мониторе последовательного порта, похожий на приведенный ниже.

Рисунок 6 – Вывод работы скетча обнаружения хлопков

Объяснение

Скетч начинается с объявления вывода Arduino, к которому подключен вывод OUT датчика.

Затем мы определяем переменную с именем lastEvent , которая хранит время с момента обнаружения хлопка. Это поможет нам устранить ложные срабатывания.

В функции setup() мы определяем сигнальный вывод, к которому подключен датчик, как входной. А также настраиваем последовательную связь с компьютером.

В функции loop() мы сначала читаем состояние цифрового вывода датчика.

Когда датчик обнаруживает какой-либо звук, достаточно громкий, чтобы пересечь пороговое значение, логический уровень выходного сигнала становится низким. Но мы должны убедиться, что звук вызван хлопками, а не случайным фоновым шумом. Итак, мы ждем 25 миллисекунд. Если логический уровень на выводе остается низким в течение более 25 миллисекунд, мы заявляем, что обнаружен хлопок.

Управление устройствами с помощью хлопков

В данном проекте для управления питанием устройств используется одноканальный модуль реле, который будет коммутировать переменное напряжение сети 220 В.

Схема соединений

Схема соединений в этом проекте очень проста.

Предупреждение:
Данная схема взаимодействует с ВЫСОКИМ переменным напряжением сети 220 В. Неправильное подключение или использование может привести к серьезным травмам или смерти. Поэтому данный проект предназначен для людей, имеющих опыт работы и знающих о мерах техники безопасности при работе с высоким переменным напряжением.

Сначала необходимо подать питание на датчик и модуль реле. Подключите их выводы VCC к выводу 5V на Arduino, и выводы GND к выводу GND на Arduino.

Затем подключите выходной вывод (OUT) звукового датчика к цифровому выводу 7 на Arduino, а управляющий вывод (IN) на модуле реле к цифровому выводу 8 Arduino.

Вам также необходимо поместить модуль реле в линию питания устройства, которым вы хотите управлять. Вам придется разрезать один провод в кабеле питания и подключить один конец отрезанного провода (идущий от вилки) к выводу COM (общий) модуля реле, а другой к выводу NO (нормально разомкнутый).

Схема соединений показана на следующем рисунке.

Рисунок 7 – Схема подключения датчика звука и модуля реле к плате Arduino

Код Arduino

Ниже приведен скетч для управления устройствами с помощью хлопков.

После того, как вы загрузили программу в Arduino, и всё включили, датчик должен включать или выключать управляемое устройство каждый раз, когда вы хлопаете.

Объяснение

Если вы сравните этот скетч с предыдущим, вы заметите много общего, кроме нескольких вещей.

В начале мы объявляем вывод Arduino, к которому подключен вывод управления реле (IN). Мы также определили новую переменную relayState для хранения состояния реле.

В функции setup() мы настраиваем вывод relayPin как выходной.

Исправление проблем

Если датчик звука работает неправильно, попробуйте выполнить следующие действия.

Устройство, воспроизводящее непрерывный световой поток в импульсном молниеподобном режиме, применяется в различных областях – от индикации системы зажигания до подсветки дискотек и сигнальных устройств спецавтомобилей.

Рассмотрим, как своими руками сделать стробоскоп на светодиодах, как выглядит его схема и печатная плата, какие необходимые инструменты и компоненты для этого понадобятся, из каких этапов состоит сборка электроники, а также какие другие дополнительные процедуры понадобятся для приведения устройства в работоспособное состояние.

Необходимые инструменты

Для изготовления стробоскопа на базе светодиодов своими руками понадобится следующий набор инструментов и приспособлений:

Измерительное устройство.
Набор отверток.
Плоскогубцы.
Паяльная станция или паяльник с необходимыми компонентами.
Дрель или шуруповерт.
Нож по дереву.
Фломастер.
Наждачка.

Важно! При внедрении в схему стробоскопа очень мощных светодиодов возникающие вспышки света могут негативно сказаться на зрении. Поэтому в ходе работы устройства нужно исключить прямой зрительный контакт с подобным светоисточником, например, установив матовый рассеиватель.

Схема и печатная плата

Сделать стробоскоп на светодиодах можно по нескольким схемам. Одной из самых простых и доступных является следующая:

В основе такой схемы используется таймер типа таймер LM555, либо его зарубежный аналог NE555. Он производит импульсы, параметры которых определяются потенциометром или резистором. Особенностью данной модели является то, что плата может включать и 3, и 10 и любое другое количество диодов. Главное преимущество такой схемы – стабильность импульсов и независимость их от потенциала АКБ.

Необходимые компоненты

К выше рассмотренной схеме стробоскопа на светодиодах понадобятся следующие основные компоненты с соответствующими характеристиками:

C1	1uF 50V
C2	1000uF 16V
D1	1N4148
IC1	LM555N
Q1	IRFZ44N
R1	100k
R2	10k
R3	56
R4	5,6 2W
RV1	1M (variable resistor or potentiometer)
LED1-LED60	5mm white water clear ultra bright LED

Для сборки схемы потребуется корпус. Можно использовать пластиковую или металлическую основу. Его размеры должны соответствовать пространственному расположению светодиодов, платы и электронной начинки в стробоскопе. Например, для 60-диодной модели его размеры будут около 100х70х30 мм.

Для того чтобы закрыть диоды сверху, понадобится фрагмент оргстекла или другого светопропускающего или матового материала, аналогичный по ширине и длине. Также потребуются винты на восемь М3, пара небольших винтов для фиксации выключателя, стальные держатели (отрезков трубки) размером – 5х22 и 5х10.

Еще потребуется холдер от элемента питания на девять вольт, отрезок проводника, разъем для подключения питания постоянного тока, выключатель и регулятор резистора для переменного тока.

Совет! Обязательными элементами схемы светодиодного стробоскопа являются резисторы. Измерить их основной рабочий параметр – сопротивление – можно мультиметром, а также определить по цветовой маркировке в таблице или вычислить на специальном онлайн-калькуляторе.

Сборка электроники

Сборка схемы стробоскопа осуществляется точно в соответствии с рассмотренной выше схемой. Лед-элементы спаиваются по принципу – катод к аноду соседнего и т. д. Крайние контакты припаиваются к проводникам с коннектором. Выключатель соединяется с холдером для элемента питания. Это позволит работать лампам прибора даже если он будет выключен – при воткнутом в разъем DC-адаптере, как показано на рисунке.

При выборе мощных светодиодов неизбежным результатом их работы будет производство тепла. Металлический корпус может послужить в этом случае в качестве радиатора.

Подготовка корпуса

Когда светодиоды, транзистор и прочие электронные компоненты собраны в одну схему, необходимо подготовить корпус будущего стробоскопа. Прежде всего нужно сделать крепежные отверстия и разъемы:

Для закрепления рассеивателя, платы и корпуса проделываются трехмиллиметровые отверстия для установки держателей и закручивания винтов.
Между платой для светодиодов и пластиковой пластиной устанавливаются держатели на 10 мм, а для скрепления всех деталей – на 22 мм.

Завершение работ

Когда вся схема стробоскопа на светодиодах собрана, его можно подключить к питанию и проверить на работоспособность. Рассмотренный пример позволяет использовать различные источники питания:

Блок питания от 6 до 12 вольт – создает разный уровень свечения и яркость в зависимости от требуемой задачи в разных помещениях.
Элемент питания на 9 вольт. Помешается непосредственно внутри корпуса и дает возможность использовать стробоскоп в автономном режиме вне помещения.

При использовании качественных фирменных компонентов стробоскоп будет работать достаточно долго и не потребует ремонта в ближайшие десятилетия.

Рекомендация! Чтобы стробоскоп излучал различными цветами, вместо обычных светодиодов в схему нужно внедрить RGB-элементы с контроллером. Как вариант, можно наклеить цветную пленку на рассеиватель.

Основные выводы

Чтобы изготовить своими руками стробоскоп на базе одноцветных или RGB светодиодов, необходимы следующие инструменты и компоненты:

Линейка, отвертки, плоскогубцы, наждачка.
Дрель или шуруповерт, винты, держатели.
Паяльник с набором принадлежностей.
Корпус, светодиоды, электронные компоненты, провода, оргстекло.

Собранная схема стробоскопа на простых светодиодах может работать от батареи в девять вольт, размещаемой в его корпусе, и от сетевого блока питания номиналом от 6 до 12 вольт, выдавая разную яркость светового потока.

Если вы знаете другую, простую или сложную схему стробоскопа на светодиодах для конкретной области применения, обязательно поделить этой информацией в комментариях.

Читайте также: