Хлопковый выключатель своими руками

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 04.10.2024

Хлопковый выключатель — схема очередного акустического выключателя — является забавным проектом для начинающих радиолюбителей. Устройство позволяет по звуку хлопка включать и выключать различные электрические приборы, в том числе и свет. На данной статье рассмотрим работу схемы (дистанционного выключателя света), реагирующая на двойной хлопок.

В звуковом выключателе применен электретный микрофон, который преобразует акустический сигнал хлопка в электрический. Далее он усиливается транзистором VT2, а затем уже поступает на вход микроконтроллера PIC12F683. Микроконтроллер посредством заложенной в ней программы, производит включение и выключение света через электромагнитное реле.

Когда нет звука, напряжение на коллекторе транзистора VT2 равно примерно 0,2 вольта. Когда микрофон обнаруживает звук хлопка, напряжение на нем резко падает. Поскольку выходное напряжение внутреннего конденсатора микрофона соединен с базой транзистора через конденсатор С1, напряжение база-эмиттер также снижается и, как следствие скачкообразно повышается напряжение на коллекторе (до 4 вольт).

Теперь мы знаем, как происходит преобразование акустического сигнала в электрический. Следующим этапом является подача данного сигнала на микроконтроллер PIC12F683 для осуществления включения/выключения света.

В данном микроконтроллере имеется встроенный модуль компаратора, который можно использовать для сравнения двух аналоговых сигналов и получить цифровую оценку их относительных величин. Как известно работа компаратора заключается в сравнении обрабатываемого сигнала, поступающего на один вход, с опорным напряжением, подающимся на другой его вход. В данном примере используется внутреннее опорное напряжение, величина которого устанавливается программно.

В прошивке установлено опорное напряжения равное 0,625 вольт (при условии что напряжение питания составляет 5,0 вольта).

Источником питания для данной схемы может послужить простой стабилизатор напряжения на микросхеме LM317. Это наиболее оптимальный вариант для питания различных устройств.

Таким образом, при нормальных условиях (отсутствие звука), опорное напряжение (0,625 вольт) больше, чем напряжение (0,2 вольта) на входе 6 микроконтроллера PIC12F683. Поэтому на выходе 2 микроконтроллера находится высокий уровень. При появлении звука, напряжение на входе 6 становится выше опорного и контроллер расценивает это как входящий сигнал. При двойном хлопке (интервал 1,5 сек), на выходе 2 появляется сигнал низкого уровня. По необходимости выход можно инвертировать в коде программы, установив инверсию выхода компаратора в регистре CMCON0.

В последние годы приобрели популярность системы дистанционного управления освещением. Звуковые команды принимает хлопковый выключатель. При достаточной силе хлопка происходит включение или отключения света. Устройство можно приобрести в магазине или, при достаточном владении азами электротехники, изготовить самостоятельно.

Применение

Выключатель света по хлопку включается и отключается в результате реакции на издаваемый шум. Алгоритм работы таков: первый хлопок — включение, второй — выключение.

Устройства подобного типа рекомендуется ставить только в нешумных помещениях. К помещениям такого типа относят спальни, кладовки, подсобные комнаты, подвалы. Нерационально устанавливать хлопковые устройства в помещениях, где бывает множество людей (офисы, гостиные, производственные территории), так как посторонние шумы приводят к ложным реакциям устройств.

Наиболее распространенное место для установки выключателя света по хлопку — спальня. Очень удобно управлять освещением, не вставая с постели. Популярны хлопковые системы в семьях с маленькими детьми, так как для включения или выключения света теперь не нужно дотягиваться до высоко расположенного выключателя.

Многие путают хлопковые и акустические устройства. Акустический выключатель срабатывает на любой шум, а хлопковый — только на хлопки.

Принцип работы

Устройство функционирует за счет установленного в нем микроконтроллера. Контроллер санкционирует включение и выключение света по хлопку. Данный прибор при желании можно использовать для контроля за другими электробытовыми устройствами (кондиционерами, вентиляторами и т. п.).

В составе обычного звукового выключателя света имеется электронный микрофон с предусилителем. Этот компонент усиливает поступающий в устройство звук, что позволяет фиксировать даже самые негромкие хлопки. Деятельность усилителя управляется с помощью транзисторов VT1 и VT2. Схема контролируется парой резисторов R2, а для выравнивания сигнала используются диоды VD1 и VD2.

Звук от хлопка проходит через микрофон, там усиливается и трансформируется электрический импульс. Далее происходит выравнивание звука благодаря работе выпрямляющих диодов. Звук находится под контролем резистора (если уровень громкости звука ниже заданного, резистор не допустит срабатывания прибора). Когда выравнивается сигнал на конденсаторе, возрастает напряжение, открывается транзисторный ключ VT3.

Свет отключается и включается после последовательной зарядки и разрядки конденсаторов. По окончании полного цикла деятельности (по еще одному хлопку) резистор и конденсатор C10 разряжаются за четыре секунды. Это приводит устройство к выключению.

Технические характеристики

Для примера разберем характеристики стандартного прибора по включению и выключению света по хлопку.

Электропитание подается от стандартной сети с напряжением 220 Вольт.
Максимальная общая мощность потребителей не превышает 300 Ватт.
Разброс регулирования звука в рамках 30 – 150 децибел.
Допустимый температурный режим: от 20 градусов ниже нуля до 40 градусов выше нуля.
Класс защиты корпуса — IP30.

В сети применяются разнообразные светильники:

Лампы накаливания и галогенные источники света.
Энергосберегающие или люминесцентные лампочки.
Светодиодные устройства.

Указанные характеристики соответствуют требованиям закона Российской Федерации под номером 261. Этот акт регулирует правила рационального использования электрической энергии.

По размеру оборудование схоже со спичечным коробком, то есть компактное. Это дает возможность установить его неподалеку от светильников. Фиксация прибора осуществляется на винты-саморезы или двусторонним скотчем.

Схема подключения и монтаж

Ниже показана схема выключателя света по хлопку. Основываясь на ней, можно подключить данное устройство.

Белые проводники, имеющиеся у прибора, подключают к сети. К черным проводам подключают нагрузку. Чтобы соединить медные проводники, понадобятся клеммы. Черные проводники соединяют с лампочкой светильника. Данные устройства подключаются по параллельной схеме.

Электропитание выключателя осуществляется через одноклавишный выключатель. Если нужно его отключить, понадобится просто нажать на выключатель.

Чувствительность звука контролируется соответствующим регулятором. Рекомендуется использовать среднее звуковое значение.

Испытания

Перед включением устройства следует его настроить, чтобы исключить ложные срабатывания на посторонние звуки. Например, хлопковый прибор не должен отзываться на удары молотка, стук посуды, звонящий телефон или включенный перфоратор.

Настройки осуществляются экспериментальным путем. Прибор считается настроенным, когда срабатывает только на хлопки.

Производители

Основные параметры прибора:

нагрузка — 300 Ватт;
разброс звукового сигнала — от 30 до 150 децибел;
уровень защищенности корпуса — IP30;
допустимый температурный режим — от 20 градусов ниже нуля до 40 градусов выше нуля;
стоимость — от 350 рублей.

Данная модель представляет собой одну из последних разработок, где звуковой сигнал обрабатывается продвинутым микропроцессором. Прибор реагирует только на хлопки, поэтому ложную информацию игнорирует. Обязательное условие для срабатывания — определенный характер передачи звуков, когда хлопки должны идти подряд.

Изготовление выключателя своими руками

Хлопковое устройство можно изготовить самостоятельно.

Для этого понадобятся 3 платы:

Arduino Nano;
звуковой модуль;
плата силового реле.

Кроме того, нужен компьютер, USB-шнур, 5-вольтовый блок питания. На компьютер следует поставить программу Arduino IDE, предназначенную для прошивки микроконтроллера.

После копирования данных скетча и вставки текста в окно Arduino IDE необходимо тут же сделать прошивку контроллера. При смене некоторых регулировок и перезаписи устройства есть возможность тонкой настройки звукового реле под собственные нужды.

На схеме видно, что контроллер имеет 4 провода. Пара из них идут на питание, желтый провод направлен на управление силовым реле (контакт 13), а зеленый — провод управления от микрофона, подключенный к А0 контроллеру.

Обратите внимание! Микрофон конденсаторного типа можно заменить на электретный микрофон, в котором в качестве фиксированной обкладки конденсатора и источника постоянного напряжения применяется пластинка из электрета. Отличительное свойство материала — способность сохранения поверхностного заряда на протяжении больших отрезков времени.

В составе микросхемы есть 8 аналоговых входов и 14 цифровых входов и выходов. В рассматриваемом примере используются А0 и D13, поскольку с ними включается светодиод на плате Arduino.

При замене показателя AnalogRead определяется пороговая чувствительность. Наибольшее значение — 1024. Если изменить значение Delay, скорректируется время на исполнение скетча. Таким образом достигается желаемое время готовности к переключению. Так же определяется порог, защищающий от помех и ложных срабатываний. Чувствительность микрофона меняется еще и переменным регулятором, расположенным на плате. Настройка и отработка схем осуществляется на плате Arduino UNO.

Выключатели света, виды освещения

В радиолюбительской литературе последних лет редко встречаются описания акустических выключателей. Однако интерес к подобным конструкциям существует. Предлагаемая конструкция не претендует на новизну схемных решений, но, несмотря на простоту и доступность элементной базы, показала хорошие практические результаты.

Акустический выключатель может использоваться в качестве выключателя освещения либо для коммутации других электрических цепей. Реагируя на громкий звук, например хлопок в ладоши, акустический выключатель переходит из одного состояния в другое, включая или выключая нагрузку.

Схема акустический выключатель

Акустический выключатель состоит из:

микрофонного усилителя на транзисторах VT1 и VT2;
одновибратора на триггере DD1.1;
триггера DD1.2;
схемы коммутации, состоящей из транзистора VT3 и симистора VS1.

В качестве датчика звука используется малогабаритный громкоговоритель 0,25ГДШ-2 с сопротивлением звуковой катушки 50 Ом. Вместо него можно использовать капсюль ДЭМ-4М либо телефонный капсюль. Конденсатор С2 ограничивает высокочастотную составляющую сигнала, улучшая помехоустойчивость акустического выключателя. Усиленный сигнал с микрофонного усилителя поступает на вход триггера DD1.1, работающего в режиме одновибратора, который вырабатывает одиночный импульс длительностью около 0,5 с.

Этот импульс поступает на вход триггера DD1.2, который имеет два устойчивых состояния. После каждого входного импульса триггер изменяет состояние на противоположное. Сигнал с выхода триггера управляет транзистором VT3, который, в свою очередь, отпирает симистор VS1, в цепи которого включена нагрузка.

Конструкция и детали

Вместо транзисторов VT1-VT3 можно использовать любые п-р-п транзисторы (от коэффициента усиления h2l3 VT1-VT2, если он менее 40, будет зависеть чувствительность акустического выключателя). Стабилитрон VD2 – любой из серии Д814А- Д814Д, либо других серий, с напряжением стабилизации от 8 до 12 В. Конденсатор С7 должен быть с рабочим напряжением не менее 400 В.

Мощность резистора R10 не более 0,25 Вт, он выполняет защитную функцию, в случае пробоя С7 резистор перегорает, защищая схему от повреждения. Вместо конденсатора С7 можно установить резистор 7,5 кОм 7,5 Вт, как показано на рисунок.2, при этом диод VD4 необходимо исключить. При отсутствии такого мощного резистора его можно собрать из четырех последовательно соединенных резисторов ОМЛТ-2 1,8 кОм.

Вместо симистора можно использовать тиристор, в этом случае схема коммутации будет иметь другой вид (изображение 2). В этой схеме использовать гасящий конденсатор вместо резистора не получится из-за наличия диодного моста в цепи питания. Диоды моста выбирают в зависимости от тока нагрузки. Для диодов КД105 нагрузка не должна превышать 60 Вт. Ввиду большого разброса параметров используемых в схеме приборов КУ208 и КУ201 симистор или тиристор необходимо подобрать по минимальному управляющему току включения (максимальной чувствительности).

Определить чувствительность можно, измеряя сопротивление управляющего перехода омметром, чем больше сопротивление, тем чувствительнее прибор. При малой чувствительности силового прибора вырабатываемого схемой тока управления будет недостаточно для отпирания прибора. Чтобы увеличить ток управления, пришлось бы в схеме изображение 1 уменьшить резистор R8 и увеличить емкость С7 (уменьшить R9 в схеме рисунок 2), что привело бы к увеличению потребляемой мощности.

Акустический выключатель собирают на печатной плате размерами 100×40 мм (изображение З). Печатная плата рассчитана на установку симистора КУ208. При работе с акустическим выключателем не забывайте, что схема находится под напряжением сети 220 В / 50 Гц, поэтому необходимо соблюдать меры безопасности, любые действия необходимо выполнять только при отключенном от сети устройстве!

Акустический (или хлопковый) выключатель — это электронный прибор, которым удобно пользоваться в быту. Он представляет собой устройство для удалённого управления источниками освещения. Включить и выключить освещение можно по хлопку в ладоши за счёт передачи акустическому прибору звукового сигнала. Такое оборудование имеет некоторые особенности, но его возможно собрать и собственноручно.

Применение хлопкового выключателя

Акустический (или хлопковый) выключатель создан для управления электричеством в различных помещениях дистанционно, то есть не прикасаясь непосредственно к тумблеру. Данное приспособление действует по хлопку в ладоши. Помимо источников освещения акустический регулятор может активировать катушки контакторов, преобразователи тока, климатические системы и иное электрическое и электронное оборудование — главное, чтобы хватало мощности.

Акустические выключатели в жилых помещениях

Звуковые выключатели оптимально подходят для сравнительно тихих помещений в доме: спален, библиотек, кабинетов, кладовых, погребов. Установка подобного устройства в спальне позволит вам не вставать с кровати для выключения света после того, как вы почитаете на ночь любимую книгу и удобно устроитесь под одеялом. Чтобы комната погрузилась в уютный, обволакивающий мрак, нужно просто похлопать в ладоши.

Установка хлопкового выключателя в спальне позволяет не вставать с кровати для выключения света

Монтировать подобные приборы в шумных местах и помещениях нецелесообразно, поскольку посторонние звуки будут регулярно провоцировать несанкционированную активацию устройства. В связи с этим звуковой выключатель не подходит для офисных и рабочих помещений, для кухонь, столовых и гостиных.

Хлопковый выключатель очень пригодится в быту людям, передвигающимся на инвалидной коляске, также он будет полезен детям. Как правило, в целях безопасности в детских комнатах электроустройства располагают на высоте 1,7 м. Для того чтобы самостоятельно включить или выключить свет, ребёнку приходится вставать на табуретку, а это также небезопасно: малыш может потерять равновесие и упасть. Если вы установите хлопковый выключатель, ребёнок не будет каждый раз к вам обращаться с просьбой включить или погасить свет. Он просто хлопнет в ладоши и от этого свет зажжётся или погаснет.

Освещение межэтажного пространства

При помощи выключателя, реагирующего на хлопок, можно контролировать свет на площадке между этажами. Для этого он должен быть снабжён фотореле. Восприимчивость датчика движения контролируется делителем напряжения с резистором, создающим фотодиод. Если использование датчика движения не принципиально, его можно отключить. Для этого необходимо выставить резистор на самое низкое значение.

При помощи выключателя, реагирующего на хлопок, можно контролировать свет на площадке между этажами

При освещении межэтажного пространства можно использовать микросхему К176ЛА7. При её применении автомат активации электричества не дребезжит на верхних и нижних показателях. С помощью электретного микрофона принимается акустическая волна и трансформируется в электрический импульс. Затем за счёт применения трехэлектродных транзисторов импульс принимают логические участки микрочипа, производящие сигнал продолжительностью до 10 секунд. В эти 10 секунд лампа находится в активированном, т. е. включённом состоянии. Чтобы её отключить на светлое время суток, нужно подать сигнал с выхода элемента.

Как действует акустический выключатель

Порядок работы хлопкового устройства, весьма прост: первый хлопок включает нагрузку, второй — выключает. Довольно чувствительный микрофон принимает акустическую волну и в форме сигнала подаёт на усилитель мощности звуковой частоты. Далее интенсивный сигнал попадает на базу ключа, величина которого позволяет активировать транзистор. В миг получения импульса базой ключа электронно-дырочный переход транзистора открывается и проводит электрический ток, питающий подсоединённый осветительный прибор либо реле, управляющее нагрузками.

Технические характеристики устройства, работающего по хлопку

мощностью нагрузки — до 300 ватт;
силой звука — 30–150 децибел;
напряжением сети — 220 вольт.

В комплект кроме непосредственно выключателя входит коробка и инструкция по монтажу. Цена данного выключателя в сравнении с аналогичными приборами других изготовителей является вполне демократичной. Выключатель выпускается в защитном корпусе класса IP-30. Работать он может при температуре от -20 о С до +40 о С. Такое устройство сочетается фактически с любыми светильниками: галогенными, люминесцентными, энергосберегающими, LED и стандартными лампами накаливания. Размер устройства — не более спичечного коробка, поэтому его легко разместить в основании любого источника света. Крепится выключатель с помощью двустороннего строительного скотча или саморезов.

Составляющие компоненты звукового выключателя

Смонтировать акустический выключатель можно и самостоятельно. Приведём пример с использованием в микрофонном усилителе транзисторов КТ315 отечественного производства. В финишном каскаде применяется транзисторный ключ большой мощности на биполярном транзисторе КТ818. Если предполагается управление лампами с питанием выше 12 вольт, то в цепи необходимо реле. Если предполагаемые нагрузки меньше данного значения, то реле можно вычеркнуть. Медные провода соединяются при помощи клемм Wago 222, имеющих свои плюсы и минусы.

Медные провода можно соединить при помощи клемм Wago

Плюсы клеммников Wago:

быстрота, аккуратность и лёгкость соединения проводов;
электробезопасность;
отсутствие необходимости использовать специальный инструмент электрика;
надёжность;
эстетичность и красота.

Минусы клеммников Wago:

высокая цена;
не слишком удобное расположение гнёзда.

Схема подключения и установка хлопкового выключателя

Пошаговая инструкция по подключению акустического выключателя

Провода белого цвета подсоединяем к сети 220 В без жёсткого соблюдения полярности. К проводам чёрного цвета подключаем нагрузку — две компактные люминесцентные лампы.

К проводам чёрного цвета подключают нагрузку

Провода белого цвета подсоединяют к сети 220 В

Провода чёрного цвета подсоединяют к лампам осветительного прибора

Датчик на приборе настраивают с помощью регулятора восприятия

Принцип работы диммерного акустического выключателя

Для диммерного включения электричества применяется оптико-акустический выключатель. Он действует следующим образом:

Звуковой сигнал (в нашем случае это хлопок) поступает на чувствительную мембрану микрофона. Там звук конвертируется в электрический импульс. При проходе через операционный усилитель мощность импульса увеличивается и осуществляется зарядка конденсатора. При достижении зарядом большей величины, чем на ёмкости, происходит переключение компаратора. Ноль при этом на выходе заменяется импульсом от логического участка.
Такая цепочка последовательно активируется в выключателе после получения акустического сигнала от микрофона. Затем запускается транзисторный генератор, направляющий электрические импульсы, и открывается симистор. Через него происходит поступление электропитания на источник света.
Через некоторое время конденсатор теряет уровень напряжения. При этом симистор принимает управляющие электрические сигналы с постоянно увеличивающимся фазовым замедлением, вследствие чего происходит плавное выключение света. При оптимальном подборе номиналов световой источник выключается с паузой до трёх минут.

Для диммерного включения электричества применяется оптико-акустический выключатель

Испытание акустического устройства

Акустический датчик включения и выключения света испытывается на вероятность активации от любых резких звуков и шумов, кроме хлопков. В качестве подопытного прибора рассмотрим выключатель Claps Max отечественного производства. Проверим, будет ли он срабатывать на звуки — от ударов молотка по доске, включённого гайковёрта, лобзика и болгарки, цоканья отвёртки по металлу. Такие звуки могут спровоцировать активацию устройства.

Видео: испытание акустического выключателя Claps Max

В нашем варианте устройство не сработало ни на звук от включённых электроинструментов, ни на стук молотка, ни на цоканье отвёртки. При этом оно продолжало отвечать на хлопки в ладоши. Это можно назвать отличным результатом.

Самостоятельную сборку и монтаж акустического (или хлопкового) выключателя следует производить с соблюдением норм техники безопасности. После испытания прибора на восприимчивость можно внести коррективы в его настройки.

Читайте также: