Войти Регистрация

Войдите в свой аккаунт

Логин *
Пароль *
Запомнить меня
 
  • «Радиоконструктор» – ежемесячный журнал для радиолюбителей и профессионалов, которые занимаются конструированием и ремонтом электронной техники.  Объем 4.32 Мб
    Read More
  • Радио №7 2011Год: 2011 Страниц: 68Издательство: Редакция журнала "Радио"Язык: Русский Формат: PDFКачество: хорошее Размер: 18.5Mb     Ежемесячный научно-популярный технический
    Read More
  • Поглощение wavemeter является устройством, которое может сделать измерения на основании радио-эмиссии и таким образом, этот инструмент - существенный пункт для того,
    Read More
load more hold SHIFT key to load all load all
Пятница, 17 февраля 2017 21:50

Акустический коммутатор переменного напряжения

Автор
Оцените материал
(4 голосов)
Акустический коммутатор переменного напряжения - 4.0 out of 5 based on 4 votes

В теме представлено устройство акустического коммутатора переменного напряжения. Коммутатор предназначен для работы с нагрузками, управлять которыми удобнее дистанционно. К особенностям коммутатора можно отнести высокую чувствительность, обусловленную применением градиентного реле, и улучшенную защиту от ложных срабатываний. По команде коммутатор включит или отключит напряжение питания нагрузки. Подаваемые на коммутатор команды состоят из двух коротких звуковых сигналов, которые должны прозвучать друг за другом в течение одной секунды. Если прозвучал только один сигнал, то схемой коммутатора  этот сигнал будет воспринят как случайная помеха. Если последовательно прозвучат два сигнала с увеличенной длительностью или уровень громкости будет выше некоторого заданного порога, то эти сигналы также будут расцениваться как помеха. В обоих случаях коммутатор проигнорирует эти сигналы, но отобразит состояние схемы управления светодиодным индикатором соответствующего цвета. Звуковые сигналы могут быть любыми, но чаще всего, конечно же, это хлопки в ладоши, поэтому данный коммутатор напряжения можно отнести к выключателям клаперного типа (от англ. CLAPS – хлопки, хлопать в ладоши). Максимальный коммутируемый ток ограничен контактами применяемого в конструкции исполнительного реле.

Разберем подробнее работу коммутатора по принципиальной схеме, показанной на РИС.1:

схема голосового управления

Для увеличения схемы, нажмите на него мышкой 

1. Подключение коммутатора к сети переменного напряжения.

При подключении вилки XP1 к сети ~220V, напряжение поступит на источник питания коммутатора, условно обозначенный на схеме как «AC/DC adaptor». Источник питания может быть заводским или самодельным с выходным стабилизированным напряжением Uвых=5,0…5,3V и номинальным током не менее Iном=30mA. Через диодно-конденсаторный фильтр VD5-C9 напряжение поступит на все узлы схемы. Цепь начальной установки С14-R22 установит триггер DD2.2 в «нулевое» состояние, при котором на выходе 13DD2.2 – лог.0, а на выходе 12DD2.2 – лог.1. Диоды VD9, VD10 открыты, а диоды VD8, VD12 закрыты. С выхода 13DD2.2 уровень лог.0 закроет транзистор VT3. Светодиод оптрона VS1 останется обесточенным. На обмотку реле К1 напряжение ~220V не поступит, и его контактные группы К1.1/К1.2 и К1.3/К1.4 останутся в положении, показанном на схеме. Нагрузка, подключенная к розетке XS1, останется обесточенной. Одновременно через R17 заряжается конденсатор С11, поэтому с выхода 10DD1.4 через резистор R19 лог.1 поступает на вход 4DD2.1. Триггер DD2.1 устанавливается в «нулевое» состояние, при котором на выходе 1DD2.1 – лог.0, а на выходе 2DD2.1 – лог.1. Пока заряжается С11, с выходов 11DD1.2 и 10DD1.4 через диоды соответственно VD6 и VD7 уровнем лог.1 открыт транзистор VT4. Синий светодиод HL2 индицирует установку схемы коммутатора в исходное состояние. После заряда С11 транзистор VT4 закрывается (светодиод HL2 гаснет), поэтому закрывается и диод VD14. С выхода 2DD2.1 уровнем лог.1 через R25 открывается транзистор VT5. Зажигается зеленый светодиод HL3, индицирующий отключенное состояние розетки XS1.

2. Работа аналогового узла – градиентного реле.

От источника питания через фильтр R2-С1 и резистор R1, задающий рабочий ток, напряжение поступает на акустический датчик коммутатора - электретный микрофон BM1. Через разделительный конденсатор С3 принятый микрофоном сигнал поступает на предварительный УНЧ, выполненный на транзисторе VT1. Резистором R3 на коллекторе транзистора задана половина Uпит для достижения максимальной амплитуды усиливаемого сигнала. С коллектора VT1 усиленный сигнал через разделительный конденсатор С4 поступает на два идентичных канала градиентных реле. Первый канал на компараторе DA1.1 отслеживает сигналы подаваемой команды, а второй канал на компараторе DA1.2 определяет длительность сигналов и превышение шумового порога в помещении, в котором установлен коммутатор. В исходном состоянии без сигналов команды на выходах 7DA1.1 и 1DA1.2 установлен высокий уровень напряжения. С появлением команды на не инвертирующих входах 5DA1.1 и 3DA1.2 значение потенциала изменяется мгновенно, тогда как на инвертирующих входах, соответственно 6DA1.1 и 2DA1.2, из-за конденсаторов C7 и С8 изменение потенциала происходит с задержкой во времени.  Выходы компараторов принимают значение низкого уровня напряжения, причем для этого достаточно разницы напряжения между входами в единицы милливольт (градиентные реле имеют очень высокую чувствительность к изменению контролируемых величин). Емкость конденсатора С7 (С=15nF) много меньше емкости конденсатора С8 (С=2,2mF), поэтому первый канал градиентного реле срабатывает на более высокую составляющую, а второй канал на более низкую составляющую частоты принятого сигнала. Подстроечными резисторами R9 и R11 можно настроить чувствительность каждого канала. Чем больше сопротивление этих резисторов (движок перемещают вниз по схеме), тем больше чувствительность градиентных реле. Резисторы R6 и R7 заметно снижают взаимное влияние регулировок друг на друга. Выходы компараторов, представляющие собой схему «открытый коллектор», подключены через цепи R14-C10-R16 и R15-С11-R17 к Uпит. Ёмкость конденсатора С11 (С=10mF) много больше емкости конденсатора С10 (С=1mF), поэтому время заряда этих конденсаторов через резисторы соответственно R17 и R16 разное. Дополнительно время разряда конденсатора С11 регулируют резистором R15, тем самым настраивают порог реакции на фоновый шум.

3. Работа цифрового узла – счетчика управляющих сигналов.

Элемент DD1.1 формирует крутые фронты сигналов команды, а элемент DD1.3 инвертирует эти сигналы, чтобы коммутатор срабатывал не в момент прихода команды, а после неё. После первого звукового сигнала триггер DD2.1 установится в «единичное» состояние (на 1DD2.1 – лог.1, на 2DD2.1 – лог.0), а триггер DD2.2 своего состояния не изменит. Через резистор R24 откроется VT2 и желтый светодиод HL1 укажет на приём первого управляющего сигнала команды. После второго звукового сигнала триггер DD2.1 своего состояния не изменит (светодиод HL1 останется включенным), а триггер DD2.2 переключится в «единичное» состояние (на 13DD2.2 – лог.1, на 12DD2.2 – лог.0). Таким образом, после прозвучавшей команды «ВКЛЮЧИТЬ» (после двух звуковых сигналов) оба триггера должны находиться в «единичном» состоянии. С выхода 13DD2.2 уровень лог.1 открывает транзистор VT3 и светодиод оптрона VS1 зажигается. На обмотку реле К1 поступит питание и его контактные группы переключатся. На розетке XS1 появится напряжение и нагрузка включится. Точно по такому же принципу будет происходить отключение напряжения от нагрузки. После первого звукового сигнала команды «ОТКЛЮЧИТЬ» в «нулевое» состояние переключится триггер DD2.1 (желтый светодиод HL1 погаснет, а зеленый светодиод HL3 включится), а после второго переключится и триггер DD2.2, т.е. после команды на отключение (после двух звуковых сигналов) оба триггера должны находиться в «нулевом» состоянии.

Если при выключенной нагрузке поступит только один звуковой сигнал, то через R21 и выход 2DD2.1 начнет разряжаться конденсатор С13. Через время Т=1сек. напряжение на С13 достигнет порогового значения Uпорог низ.=2,0V для входа 8DD1.4 и выход 10DD1.4 переключится из лог.0 в лог.1 (включится синий светодиод HL2). Через резистор R19 уровень лог.1 поступит на вход 4DD2.1 и вернет триггер в «нулевое» состояние. Если при включенной нагрузке поступит только один звуковой сигнал, то через R20 и выход 1DD2.1 начнет разряжаться конденсатор С12. Через время Т=1сек. напряжение на С12 достигнет порогового значения Uпорог низ.=2,0V для входа 13DD1.2 и выход 11DD1.2 переключится из лог.0 в лог.1 (включится синий светодиод HL2). Через резистор R18 уровень лог.1 поступит на вход 6DD2.1 и вернет триггер в «единичное» состояние. Таким образом, если вслед за первым звуковым сигналом в течение секунды не прозвучит второй, то схема подсчета управляющих сигналов вернется в предыдущее состояние.

Случайные звуковые сигналы могут быть частыми и (или) громкими (например, работа перфоратора - короткие паузы между сигналами; звуковое сопровождение телевизионного канала) или могут иметь увеличенную длительность (например, включена музыка). В этом случае конденсатор С11 успевает разрядиться через R15 и выход 1DA1.2. На одном из двух входов элементов DD1.2 – DD1.4 появится низкий уровень напряжения, значит, на выходах этих элементов сформируются уровни лог.1. В итоге тактовые входы «С» обоих триггеров будут заблокированы и, в зависимости от состояния диодов VD8 и VD9, уровень лог.1 через резисторы R18 или R19 поступит на вход «S» или вход «R» триггера DD2.1. Через диоды VD6 и VD7 уровень лог.1 откроет транзистор VT4. Через диоды VD13 и VD14 на затворы транзисторов VT2 и VT5 поступит лог.0. Светодиоды HL1 или HL3 погаснут, а светодиод HL2 включится и будет постоянно светиться, пока напряжение на С11 не достигнет порога Uпорог верх=3,0V (когда стихнет или исчезнет сигнал помехи). Резистором R15 настраивают шумовой порог, превышение которого будет восприниматься коммутатором как помеха. Чем меньше сопротивление R15, тем ниже шумовой порог.

4. Режимы по постоянному току и детали.

На схеме красным цветом показаны напряжения в узлах питания микрофона BM1 и предварительного УНЧ на VT1 . Розовым цветом показаны напряжения, измеренные в узлах градиентных реле на сдвоенном компараторе DA1. Полученные уровни напряжения зависят от сопротивления резисторов R9 и R11 и приведены в качестве примера. Так же показан ток потребления аналоговым и цифровым узлами коммутатора при Uпит=5,0V без учета используемых светодиодов. Как видно, измеренный ток не превышает Iпотр=1mA. Конденсаторы С2, С5 и С6, выделенные на схеме синим цветом, подавляют помехи, могущие возникнуть, если схема устройства будет запитана от импульсного AC/DC-преобразователя. Если схему запитать, например, от трансформаторного источника питания с линейным стабилизатором (Uвых.стаб=5,0V), то эти конденсаторы, а также диодно-конденсаторный фильтр VD5-С9 из схемы можно исключить.

В устройстве применяются «трёхвольтовые» сверхяркие светодиоды HL1 - HL2 с диаметром линзы D=5мм. Полевые транзисторы КП501А можно заменить на «телефонные» токовые ключи типа КР1014КТ1А(В) в корпусе DIP-8. Микромощный сдвоенный компаратор LM393N можно заменить двумя одноканальными компараторами LM311 или отечественными К554СА3 в корпусе DIP-14 с учетом увеличения тока потребления. Коммутация выходного напряжения осуществляется контактами механического реле К1. Это сделано специально, чтобы коммутатор мог управлять различным типом ламп – дневного света, «энергосберегалок», светодиодных и т.п. Если коммутатор будет работать с нагрузкой, не требовательной к типу контактов (например, с лампой накаливания, допускающей некоторый ток утечки разомкнутых контактов) и ток нагрузки не превысит Iнагр=1А, то реле К1 можно исключить, а нагрузку включить последовательно с контактами оптронного реле VS1. При этом нельзя забывать, что после отключения нагрузки в зависимости от того, как подключена вилка XP1, на одном контакте выходной розетки XS1 может «дежурить» фазное напряжение. При показанном включении контактов механического реле К1 напряжение с розетки XS1 снимается полностью.

5. Практическая конструкция.

На ФОТО показаны этапы сборки коммутатора. Сначала схема устройства отрабатывалась на макетной плате:

голосовое управление светом

Конструкция выполнена в виде сетевого удлинителя. Выходная розетка XS1 и корпус устройства расположены на основании из толстого органического стекла, в котором просверлены отверстия под винтовые соединения:

схема голосового управления нагрузкой

На стойках с помощью винтов-саморезов крепится плата устройства. Плата заводская с металлизированными отверстиями:

внешний вид устройства

В качестве источника питания был опробован дешёвый китайский импульсный AC/DC – адаптер с выходным напряжением Uвых=5,2V и заявленным максимальным током Iвых.макс=1А. На ФОТО показан адаптер в сборе и отдельно от корпуса его плата с выходным USB-разъёмом:

источник питания устройства

Размещение силовых элементов схемы на основании корпуса. Все элементы фиксируются термоклеем:

схема управления нагрузкой

Далее на плате были распаяны все элементы схемы. Плата установлена на стойках корпуса:

 

внешний вид устройства

Плата закрыта корпусом. Подключение к сети ~220V и проверка работоспособности собранного коммутатора:

устройство в корпусе

В качестве источника питания коммутатора был опробован самодельный блок питания с балластным конденсатором и диодно-стабилитронным выпрямительным мостом. Выходное напряжение блока дополнительно стабилизируется микросхемой линейного стабилизатора типа 78L05. С ёмкостью балластного конденсатора С1=1mF такой источник может отдать в схему ток до Iвых=40mA. Схема показана на РИС.2:

источник питания

На ФОТО показан изготовленный источник питания в составе устройства:

готовое устройство

Ниже показаны испытания коммутатора (крышка снята) с настройкой чувствительности и шумового порога:

Устройство в бою

 Полезная литература.

1. «LOW POWER DUAL VOLTAGE COMPARATORS LM193, LM293, LM393» даташит компании «ST» 1998г.

2. Сборник «В ПОМОЩЬ РАДИОЛЮБИТЕЛЮ» Выпуск-97, ДОСААФ, 1987г. Рубрика «радиолюбителям-конструкторам». Статья: Б. Успенский. «Интегральные компараторы напряжения».

3. Сборник «В КОПИЛКУ РАДИОЛЮБИТЕЛЯ. Популярные схемы и конструкции» Под редакцией А. Грифа. Москва, СОЛОН-ПРЕСС, 2005г. Статья: С. Бирюков. «Блоки питания с балластным конденсатором». Стр.74 – 84.

Прочитано 6988 раз

Добавить комментарий


 

Топ

ТЕЛЕФОННАЯ…

Приставка-спикерфон предназначена для громкоговорящей телефонной связи. Занятие линии АТС…

Управление…

Автор разработал программу и устройство для управления различными электро и…

Импульсный…

Импульсный преобразователь сетевого напряжения Применение импульсного преобразователя…

Вольтамперметр на…

Pахотел повторить, но буржуй просил за прошитый МК 14 евро, было принято решения догнать…

Программатор PicKit2

PICkit 2 это простой USB программатор для микроконтроллеров PIC, микросхем памяти и…

Импульсный блок…

Импульсный блок питания 180Вт Мощность блока питания — около 180 Вт, выходное напряжение…

Эмулятор ключей…

Назначение. Устройство предназначено для считывания, хранения и эмуляции ключей домофонов…

Ремонт импульсного…

Вскрытие корпуса БП:Начинаем проверку, особо обращая внимание на поврежденные, изменившие…

ЛЕГЕНДАРНАЯ «СДУ С…

В 1984 году журнал РАДИО опубликовал схему СДУ, в которой использовался принцип цифрового…

ИНДИКАТОР УРОВНЯ…

Принципиальная схема индикатора показана на рисунке. Эта схема использовалась для…

Голосовой монитор…

Голосовой монитор (далее – монитор) предназначен для контроля телефонной линии или…

ТАЙМЕР, УПРАВЛЯЮЩИЙ…

В теме представлено таймерное устройство, управляющее освещением багажника ВАЗ-2114, но…