Акустический (хлопковый) выключатель

Оглавление

Компоненты устройства

Можно предложить несколько схем устройства прибора.

Комплектация по варианту 1

Это самая несложная схема. Она отличается применением микрофона при кратном усилении звукового сигнала. Для неё потребуется несколько транзисторов KT 315 и один мощный KT 818. С микрофона сигнал передаётся на KT 315, многократно усиливается и проходит в KT 818, контролирующий реле замыкания и размыкания контактов нагрузки, будь то лампочка или любой другой потребитель. Чувствительность устройства позволяет его срабатывание на включение/выключение на расстояние 4–5 метров, что вполне применимо для использования в бытового применения.

Оптимальным является выбор электретного микрофона, один из выводов которого соединяется с корпусом. Потребление электроэнергии невелико, напряжение составляет 4–16 вольт.

Транзисторы КТ315Транзисторы КТ818

Устройство по варианту 2

Схема прибора в этом случае посложнее, но она и надёжнее предыдущей. Для её реализации понадобятся:

  • резистор;
  • конденсатор;
  • стабилитрон;
  • управляемые тиристоры.

Транзисторный триггер нужно подключить на делитель напряжения и резистор. Триггер получает питание через диод и резистор. Конденсатор и стабилитрон предназначены для выравнивания напряжения.

Устойчивая работа триггера возможна при включении одного из двух управляемых тиристоров. Реагируя на звук от микрофона, делитель напряжения переводит их в другое состояние.

Нагрузка на выключатель не превышает 100 ватт. При необходимости увеличения этой характеристики нужно применить диоды более высокой мощности. Транзисторы устанавливаются с использованием радиаторов.

Принципиальная схема простейшего хлопкового выключателя

Где используется система трех выключателей?

Оборудование выключателя с управлением с трех разных точек обеспечивает практичность. Исчезает надобность идти через всю комнату или длинный коридор, чтобы включить или выключить свет.

Пример расположения проходных выключателей в спальне

Рационально использовать такую систему проводки для двора или приусадебного участка. Вышли из дома включили свет, подошли к строению выключили. Вышли снова включили, пошли к другому объекту.

Например, комната имеет несколько спальных мест. Первый прибор будет у двери, второй возле одной стороны, третий возле второй стороны кровати. То есть, нет необходимости вставать выключать свет.

Или освещение проема лестницы, для того чтобы не подниматься или спускаться в темноте. Один выключатель устанавливается вначале внизу, следующий посередине, а третий в конце, наверху лестницы.

Удобно использовать подключение с 3х мест в подъездах. На первом этаже включили светильник, на втором или третьем выключили. Это значительно экономит электроэнергию.

Актуально устанавливать выключатели на три точки в продолговатых коридорах и проемах, с несколькими входами в разные помещения. В начале коридора включили в середине или в конце выключили.

Схема контроля лампы используется как в одной комнате, так и для большого пространства.

Использовать такую систему освещения можно даже в проходных комнатах. В одной комнате включили, прошли комнату, в другой комнате выключили. Удобно и экономно.

Схемы сборки

  • Для получения сигнала (нескольких хлопков нужной громкости и частоты) применяется микрофон.
  • Передачей через каскад из деталей выполняется усиление сигнала.
  • Посредством компаратора на сигнал после усиления накладывается проверка по пороговому значению, чтобы отсеять шумы или посторонние звуки.
  • Для превращения сигнала в электрический импульс требуется его трансформация через конвертацию в длинный сигнал посредством компаратора.
  • При первом попадании в цепь выключателя на схеме будет засвечиваться светодиод при соответствии сигнала нужному хлопку. Это выполняется подведением к обнуляющемуся десятичному счётчику реле или светодиода.

Все схемы сборки и инструкции по установке таких выключателей, как инфракрасный, сенсорный, светодиодный, проходной и с подсветкой, вы найдете в отдельных статьях. Мы расскажем вам о принципе работы таких устройств, а также материалах и инструментах для монтажа.

Достоинства хлопкового выключателя

Высокотехнологичная начинка аппарата замыкает и размыкает гальванические цепи от произведённого звукового импульса, в том числе хлопка в ладоши. Таким способом управления можно охватить не только все домовые источники света, но и большинство бытовых приборов, которые питаются от электричества: музыкальные центры, климатическую технику, телеаппаратуру, подсветить флорариумы.

Изделие существенно сбережёт время его владельцу, выступая полноценной заменой или дубликатом обычного пульта ДУ/переключателя. Любые электропотребители, которые попадают в радиус действия акустического приёма аппарата, можно использовать с ним в паре.

Транзисторные корпусные изделия

Корпусной хлопковый выключатель света на транзисторах помещён в пластиковую коробку, защищённую от воды и пыли. Выключатели транзисторного типа, заключённые в корпус с успехом устанавливают в сети со слабым источником тока, например, в систему видеонаблюдения.

Габариты корпуса такого изделия не больше коробка для спичек. Однако туда умещается высокотехнологичная начинка, куда входят печатная плата с SMD-компонентами, электронное реле и пьезоэлектрический датчик.

Бескорпусные устройства

Когда требуется встроить переключатель внутрь домашнего электроприбора, целесообразно использование модели без корпуса.

Печатная плата, где зафиксированы компоненты изделия с акустическим датчиком, закрепляется под корпусом кондиционера либо внутри ножки вентилятора. Такой вид сборки акустического выключателя более компактный и стоит намного дешевле, чем корпусный вариант.

Изделие по типу «вилка-розетка» 

Съёмные модели электроустановочного изделия в корпусе из синтетических полимеров могут оснащаться сетевой вилкой и одной-тремя выходными розетками. Предназначены они для напольных или настенных светильников, бытовой техники, музыкальных центров, гаджетов, различных энергопотребляющих устройств. В этом случае акустический выключатель выполняет роль переходника от источника тока от сети 220 В к нагрузке, оснащённого платой, управляющей звуком.

Сложных электромонтажных манипуляций не понадобится. Блок с акустическим датчиком начнёт работать после простейшей пристыковки выключателя по типу «вилка-розетка».

Ничего сложного нет в том, чтобы оснастить стационарные комнатные розетки необходимым количеством выключателей для сопряжения с осветительной и бытовой техникой или группой потребителей, имеющих «двойники», «тройники» на выходе.

Схема работы хлопкового переключателя 220В будет выглядеть так:

  • выключатель №1 подключит/отключит розетку от трёх хлопков,
  • №2 среагирует от четырёх;
  • №3 управляется шестью ударами в ладоши;
  • №4 сработает после пяти хлопков.

Акустический модуль, интегрированный в «вилку-розетку» функционирует от хлопков, используя метод селективной фильтрации, которая выделяет характерные звуки среди других шумов.

Плюсы и минусы

Звуковой или хлопковый выключатели сами по себе являются довольно уникальными аппаратами. Их главное преимущество перед стандартными моделями заключается в том, что человеку не нужно каждый раз прикладывать усилия, чтобы отключить или выключить свет. Кроме того, сделать это можно, находясь в любой части комнаты. Все плюсы у подобных выключателей становятся интуитивно понятны из одного только названия. Голосовые и хлопковые модели на протяжении своего существования являются неотъемлемой частью любого умного дома, и приятным дополнением к обычной квартире. Их основной минус для радиолюбителей будет в трудновоспроизводимой схеме. Все-таки, конструкция таких аппаратов куда сложнее, а значит и сделать их своими руками далеко не так просто. Если же найти и использовать простенькие схемы, то этот недостаток плавно отходит на второй план. Кроме того, хлопковый выключатель, также как и звуковой, имеет ряд небольших недостатков, которые будут заметны абсолютно всем:

Они могут реагировать на похожие звуки, особенно этим грешит голосовой вариант. Естественно, если произнести кодовую фразу в контексте, к примеру, обычного разговора, то свет в помещении среагирует на это.
Мелкие недоработки могут стать причиной «заторможенности» реакции у данных аппаратов. Такое часто встречается, когда акустический выключатель, у которого конструкция несколько сложнее, был изготовлен своими руками

Так что, на этот фактор следует обратить особое внимание, прежде чем начать воспроизводить какие-либо схемы.
Если сигнал — хлопок или команда, будут недостаточно громкими, то аппарат, скорее всего, не среагирует. Низкая чувствительность у подобных выключателей нужна для того, чтобы человек реже сталкивался с первой проблемой этого списка.. В принципе, бороться с этими минусами можно, но полностью устранить их вряд ли сможет даже профессионал — поскольку, если, к примеру, повысить чувствительность, акустический выключатель начнет реагировать на «ложные» команды куда чаще

В принципе, бороться с этими минусами можно, но полностью устранить их вряд ли сможет даже профессионал — поскольку, если, к примеру, повысить чувствительность, акустический выключатель начнет реагировать на «ложные» команды куда чаще.

Принцип работы диммерного акустического выключателя

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

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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

Простой акустический выключатель

Схема данного акустического выключателя была найдена на одном из буржуйских сайтов. После проверки стало ясно, что схема не рабочая, после недолгих опытов и переделки схемы — о чудо! она заработала! Почти все номиналы используемых компонентов были заменены, чтобы схема была более доступной для начинающих радиолюбителей, и в итоге получилось вот что.

Пожалуй, эта самая простая схема из всех, что может существовать, в ней использовано минимальное количество компонентов, которые доступны всем. В следствии переделки были использованы отечественные детали, что значительным образом облегчает подбор. Микрофон был взят из китайского магнитофона, можно также использовать отечественные, типа сосна.

Микрофонный усилитель собран на двух транзисторах КТ315, но для повышения чувствительности микрофона желательно использовать транзисторы типа КТ368 или его импортные аналоги, в общем, транзисторы не критичны.

Силовая часть схемы — мощный биполярный транзистор, который управляет нагрузкой, а для того чтобы управлять большими нагрузками было использовано реле (на 12 24 или 220 вольт).

Сигнал от микрофона усиливается и подается на базу мощного ключа, переход открывается и именно в этот момент срабатывает реле, микрофон реагирует на громкие звуки (например хлопок), чувствительность такой схемы 4-5 метров. При втором хлопке, схема автоматическим образом отключается, следовательно, прекращается подача тока на нагрузку.

Конденсаторы электролитические, напряжение не так уж и важно, можно использовать соответствующие емкости с напряжением на 10, 16, 25, 50 вольт. Диапазон питающих напряжений тоже достаточно широкий — от 3,5 до 14 — 16 вольт, ток потребления в холостом режиме (когда схема выключена ) практически нулевой. Схему можно собрать как на макетной плате, так и навесным монтажом, номиналы деталей не критичны и могут отклоняться в ту или иную сторону на 20%, но емкости используемых конденсаторов старайтесь не заменять, поскольку наилучшие параметры получаются именно с указанными на схеме конденсаторами

Схему можно собрать как на макетной плате, так и навесным монтажом, номиналы деталей не критичны и могут отклоняться в ту или иную сторону на 20%, но емкости используемых конденсаторов старайтесь не заменять, поскольку наилучшие параметры получаются именно с указанными на схеме конденсаторами

Диапазон питающих напряжений тоже достаточно широкий — от 3,5 до 14 — 16 вольт, ток потребления в холостом режиме (когда схема выключена ) практически нулевой. Схему можно собрать как на макетной плате, так и навесным монтажом, номиналы деталей не критичны и могут отклоняться в ту или иную сторону на 20%, но емкости используемых конденсаторов старайтесь не заменять, поскольку наилучшие параметры получаются именно с указанными на схеме конденсаторами.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
Биполярный транзистор КТ315А 2 Поиск в магазине Отрон В блокнот
Биполярный транзистор КТ818А 1 Поиск в магазине Отрон В блокнот
Выпрямительный диод 1N4007 1 Поиск в магазине Отрон В блокнот
Электролитический конденсатор 1 мкФ 2 10-50В Поиск в магазине Отрон В блокнот
Резистор 10 кОм 2 Поиск в магазине Отрон В блокнот
Резистор 3 МОм 1 Поиск в магазине Отрон В блокнот
Резистор 48 кОм 1 Поиск в магазине Отрон В блокнот
Резистор 1.8 кОм 1 Поиск в магазине Отрон В блокнот
Резистор 330 Ом 1 Поиск в магазине Отрон В блокнот
Микрофон Сосна 1 Поиск в магазине Отрон В блокнот
Rel1 Реле 1 Зависит от нагрузки Поиск в магазине Отрон В блокнот
Добавить все

Выключатель света по хлопку — как это работает?

Есть один контакт (6) микроконтроллера Attiny13 для микрофона (цифровой выход из модуля детектора звука) и один контакт (5) для светодиода (для отображения процесса включения / выключения).

Для проверки состояния микрофона используется внешнее прерывание (INT0). В основном цикле есть алгоритм, который заботится о процессах обнаружения хлопков, счетчиков, сброса состояний и переключения светодиода.

Пользователь выключателя света по хлопку имеет широкий временной интервал от  0,1 до 1 секунды между первым и вторым хлопком. На мой взгляд, достаточно времени для двойного хлопка, но не стесняйтесь экспериментировать с другими значениями!

Одиночный хлопок/шум не должны влиять на процесс обнаружения двойного хлопка (такова была цель!). Этот проект можно легко расширить, добавив дополнительные компоненты, такие как, например, реле для управления высоковольтными устройствами. Код находится на Github.

Требуемые компоненты

  1. ATtiny13
  2. Модуль датчика микрофона (на базе LM393)
  3. Резистор — 220 Ом (см.  Расчет резистора светодиодов)
  4. Светодиод

Плата разработки Attiny13
Attiny13A, кнопка сброса, две отдельные кнопки, два светодиода, потенциометр, 5В или 3,3 В…

Подробнее

Код программы

Этот код  написан на C и может быть скомпилирован с помощью avr-gcc. Вся информация о том, как скомпилировать этот проект, находится здесь.

/**
* Copyright (c) 2019, Łukasz Marcin Podkalicki <lpodkalicki@gmail.com>
* ATtiny13/050
* Clap-Clap Switch.
*/
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <util/delay.h>
#define           LED_PIN PB0
#define           MIC_PIN PB1
static volatile uint8_t state = 0;
int
main(void)
{
uint8_t reset = 0, claps = 0;

/* setup */
DDRB |= _BV(LED_PIN); // устанавливаем вывод светодиода как выход
MCUCR &= ~(_BV(ISC01)|_BV(ISC00)); // запускаем прерывание INT0 при обнаружении низкого уровня
GIMSK |= _BV(INT0); // разрешить прерывание INT0
sei(); // разрешаем глобальные прерывания

/* loop */
while (1) {
/* если обнаружен одиночный хлопок, запускаем процедуру */
if (state) {
claps++; // увеличиваем количество хлопков
if (claps == 1) { // если это первый хлопок,
reset = 0; // обнуляем счетчик сброса
} else if (claps == 2) { // если это второй хлопок,
PORTB ^= _BV(LED_PIN); // включение / выключение светодиода
claps = reset = 0; // и устанавливаем начальные значения
}
state = 0; // для каждого обнаружения хлопка сбрасываем состояние
_delay_ms(200); // и ждем 0,2 с.
}
/* если счетчик отдыха равен макс (1 с), то устанавливаем начальные значения */
if (++reset >= 10) {
claps = state = reset = 0;
}
_delay_ms(100); // задержка цикла
}
}
ISR(INT0_vect)
{
state = 1;
}

Цифровой мультиметр AN8009
Большой ЖК-дисплей с подсветкой, 9999 отсчетов, измерение TrueRMS…

Подробнее

Разновидности акустических датчиков

При внимательном рассмотрении обнаруживается, что все акустические датчики, с присущим им многообразием, условно можно разделить на три большие группы. Хотя просматривая ассортимент специальных магазинов с подобной техникой, можно легко впасть в заблуждение и решить, что разновидностей гораздо больше:

  1. В квартиру небольшой площади, или в функциональное помещение относительно маленького размера, приобретают стандартные датчики. Это приборы, реагирующие только на звук. Самый простой будет включаться от любого звука или шума, но они постепенно выходят из быта, из-за высокого уровня погрешностей, причиняемого беспочвенного беспокойства. Хлопковый срабатывает от эталонного шума, входящего в общее программирование прибора – погрешности в определении объекта и ненужное включение света в этом случае исключаются устройством конструкции. Свет по хлопку может заменяться на любой другой характерный шум достаточной степени интенсивности.
  2. Оптико-акустические датчики – усовершенствованная система, в которой используется не только пойманный шум, но и общий уровень освещенности. В этих приборах вмонтирован фотоэлемент, блокирующий включение света в дневное время. Это дает возможность экономить электроэнергию. Принцип работы диммерного акустического выключателя тоже позволяет анализировать шум и уровень освещенности окружающего пространства, но вместо полного выключения он приглушает искусственное освещение, если отсутствие шума сигнализирует о том, что яркий свет никому не нужен.
  3. Менее востребованным стал и третий вид звукового датчика, скомбинированного с датчиком движения. Он реагирует на шум и включает свет при обнаружении перемещений живых существ. на дачном или приусадебном участке, торговых площадях и производствах, применение такого устройства приводит к постоянным включениям света, если по периметру бегают кошки, собаки, полевые грызуны и летают ночные птицы.

Хлопковый выключатель света

Для того чтобы привести в действие подобный выключатель, нужно просто хлопнуть в ладоши. В результате, произойдет включение или выключение прибора. Обычно эти устройства устанавливаются в помещениях с минимальным уровнем шума – в спальнях, подсобках, кладовых, подвалах и т.д. Не рекомендуется использовать хлопковые выключатели в шумных местах с большим количеством людей, поскольку излишний шум может снизить качество работы прибора. Для установки совершенно не подходят офисы, производственные площадки и мастерские.

Нередко эти устройства путают с акустическими выключателями. Основное отличие между ними заключается в том, что акустическое устройство срабатывает на любой шум, а хлопковый выключатель по хлопку. Данные приборы хорошо зарекомендовали себя в семьях с маленькими детьми, которые не могут дотянуться до обычного выключателя. Теперь ребенку достаточно хлопнуть в ладоши, чтобы включить или выключить свет.

Это интересно: Как установить уличный выключатель самостоятельно?

Плюсы и минусы

Важнейшим преимуществом звукового переключателя перед классическими является простота и удобство использования. Пользователю не нужно думать, куда установить выключатель.

Основные преимущества:

  • работают с любыми электроприборами или источниками света;
  • возможность включить и выключить бытовой прибор или свет, находясь в любой точке комнаты;
  • отсутствие лишних проводов;
  • надежность и длительный срок службы;
  • бесшумность;
  • безопасность.

Недостатки:

  • Современные датчики умеют распознавать звук, который нужен для включения и выключения. Пользователю нужно точно знать, на какой именно сигнал отреагирует сенсор.
  • Зона чувствительности ограничена. В большой по площади комнате придется хлопать громко или подходить ближе к сенсору. Если увеличить чувствительность, датчик может ложно среагировать на аналогичные звуки.

В корпусе на транзисторах

Выключатель в корпусе на транзисторах размещается в пластиковой коробке со степенью защиты от пыли и влаги ≥ IP30.Благодаря применению печатных плат с SMD-элементной базой,пьезоэлектрического датчика и твердотельного реле, размеры современного акустического выключателя в корпусе на транзисторах не превышают габаритов спичечного коробка.

Транзисторные устройства успешно локализуются в слаботочные сети (сигнализации, видеонаблюдения и т.п.).

Без корпуса

Применение изделия без корпуса оправдано в случае, если пользователь собирается встраивать изделие в корпус какого-то электроприбора. Например, предполагает закрепить печатную плату с компонентами и акустическим датчиком под кожухом кондиционера или в подставке вентилятора. Открытая сборка компактнее  и заметно дешевле, чем девайс в корпусе.

Выключатели и светильники «вилка-розетка»

Выключатель типа «вилка-розетка» представляет съемное электроустановочное изделие в пластмассовом корпусе с входной вилкой для включения в сеть. Изделие оснащается 1-3 выходными розетками для подключения торшеров, бра, сложной бытовой техники, аппаратуры, гаджетов и других энергопотребителей. Изделие является переходником на пути следования электрического тока от сети 220 В к нагрузке, оснащенным платой управлением звуком.Обыкновенная пристыковка выключателя типа «вилка-розетка» позволяет подсоединить модуль с акустическим датчиком без электромонтажных и установочных работ.

Очень просто вставить в стационарные розетки комнаты 1–4 выключателя и настроить на разных потребителей (или группы потребителей для устройств с выходами типа «двойник» или «тройник»). Например, 1-й выключатель будет подключать отключать сетевую розетку от 3 хлопков, 2-й сработает от 4, 3-й среагирует на 5 хлопков, 4-й будет управлять 6-ю хлопками в ладоши.

Встроенный в «вилку-розетку» акустический коммутатор срабатывает от хлопков в ладоши благодаря селективной фильтрации, выделяющей характерные звуки на фоне шумов.

Отличия между хлопковым и звуковым (голосовым) выключателем

Голосовые управляющие устройства сложнее переключателей «хлопкового» типа. В них задействованы специальные активные фильтры на микросхемах, выполняющие функции декодера команд. Они распознают  последовательность гласных звуков определенной частоты и длительности, игнорируя акустические помехи.

Детали схемы акустического выключателя

Блок питания акустического выключателя — бестрансформаторный, излишек сетевого напряжения погашается конденсатором С12 (его реактивным сопротивлением). После переменное напряжение выпрямляется диодным мостом на  VD7-VD10 и стабилизируется в районе 12 вольт посредством стабилитрона VD6. Транзисторы любые КТ315 либо КТ3102. Транзистор КТ815 можно поменять на КТ503 или КТ817. Конденсатор С11 должен быть на напряжение более 12В, а конденсатор С12   не менее 400В. Выпрямительные диоды VD7-VD10  любые выпрямительные, в частности могут быть КД209.

Цифровой мультиметр AN8009
Большой ЖК-дисплей с подсветкой, 9999 отсчетов, измерение TrueRMS…

Подробнее

Советы

При выборе дистанционного выключателя с акустическим датчиком следует обращать внимание на конструктивные особенности устройства. Наличие встроенного блока питания избавит от дальнейших затрат по приобретению низковольтного источника постоянного тока или батареек

Следует учитывать, что выключатели с диммером используются только с тем типом нагрузки, на которую они рассчитаны. Например, устройства на симисторах не «стыкуются» с энергосберегающими и светодиодными лампами.

Если в устройстве предусмотрено плавное возрастание напряжения, то с люминесцентными лампами такой акустический выключатель работать не будет.

Существующие акустические выключатели по возможностям функционала можно разделить на три основные группы:

  1. Самые простые шумовые только замыкают-размыкают сеть, реагируют на громкие звуки выше порогового значения и не обладают защитой от ложных срабатываний.
  2. Наиболее сложные хлопковые коммутируют цепь, управляют диммером и таймером, избирательно выделяют звуки определенной частоты и длительности, отфильтровывая акустические помехи.
  3. Самые «навороченные» голосовые выполняют все возможные действия, производят спектральный анализ звуков, распознавая с помощью встроенного интеллектуального блока команды и распоряжения, подаваемые голосом.

Стоимость акустических моделей на сегодняшний день вполне приемлема для большинства владельцев домов и квартир.