Ηχοδιακόπτης

Ηχοδιακόπτης
ΗχοδιακόπτηςΗλεκτρονικός ηχοδιακόπτης
4 5 1 Product


Ο ηχοδιακόπτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση φωτισμού, συσκευών καταγραφής, για άνοιγμα θυρών, ενεργοποίηση συναγερμού ή γι’ άλλες ηλεκτρικές συσκευές. Η ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση επιτυγχάνεται με τον ήχο της φωνής σας, με ένα χειροκρότημα, με σφύριγμα ή με θόρυβο. Το κύκλωμα βασίζεται σε έναν μανταλωτή R-S, κατασκευασμένο από NOR πύλες. Ο μανταλωτής δύναται να λειτουργεί είτε ως δισταθής είτε ως μονοσταθής πολυδονητής, ανάλογα με την επιλογή του χρήστη.

Χρησιμοποιώντας έναν μανταλωτή RS

Πριν από την παρουσίαση της κατασκευής του ηχοδιακόπτη, θα θέλαμε πρώτα να εξηγήσουμε πώς μπορούμε να μετατρέψουμε έναν συνηθισμένο μανταλωτή RS (RS Flip / Flop ) σε δισταθή ή μονοσταθή (one-shot) πολυδονητή.

Κανονικά, για τον έλεγχο της κατάστασης της εξόδου του ενός μανταλωτή RS θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε δύο πλήκτρα (βλέπε σχήμα 1). Πατώντας το πλήκτρο Set ή το πλήκτρο Reset, η έξοδος A μεταπίπτει σε λογική κατάσταση 1 ή 0, αντίστοιχα. Η έξοδος Β βρίσκεται πάντοτε στην αντίθετη λογική κατάσταση από αυτή της NOR A. Αν πατήσουμε το κουμπί Set για δεύτερη, τρίτη, τέταρτη φορά ή περισσότερο, η λογική κατάσταση των εξόδων του Flip Flop δεν θα αλλάξει. Ο μόνος τρόπος για να αλλάξει και πάλι την κατάσταση των εξόδων είναι πατώντας το κουμπί επαναφοράς (Reset). Προκειμένου να μην υπάρχει αβεβαιότητα ως προς την κατάσταση στην οποία θα βρεθεί το κύκλωμα κατά την εφαρμογή της τροφοδοσίας, χρησιμοποιούμε τον C1. Ο C1 συνδέεται σε μία είσοδο της πύλης Α και εξαναγκάζει την έξοδο της πύλης να βρεθεί σε λογική κατάσταση 0, κατά την εφαρμογή της τροφοδοσίας.

Ένας μανταλωτής R-S
Σχήμα 1. Ένας μανταλωτής R-S με πύλες NOR

Οι λειτουργίες Set και Reset μπορούν να επιτευχθούν και με τη χρήση ενός και μόνο πλήκτρου. Ένα τέτοιο κύκλωμα που χρησιμοποιεί μόνο ένα πλήκτρο, παρουσιάζεται στο σχήμα 2. Διαφέρει από τον απλό μανταλωτή του σχήματος 1, επειδή χρησιμοποιεί δύο πυκνωτές (C2 και C3) που συνδέονται με τις εισόδους των πυλών και δύο διόδους (D2 και D3) που συνδέονται μεταξύ μίας εισόδου και της εξόδου σε κάθε NOR. Το κύκλωμα του σχήματος 2 είναι ουσιαστικά ένας δισταθής πολυδονητής. 

Κατά την εφαρμογή της τροφοδοσίας, όπως και στον απλό μανταλωτή, η έξοδος Α βαίνει σε λογικό 0 και η έξοδος Β σε λογικό 1. Μόλις πατηθεί το πλήκτρο, οι C2 και C3 στέλνουν ένα θετικό παλμό σε δύο εισόδους έκαστης πύλης NOR. Ωστόσο, η δίοδος D2, η οποία συνδέεται μεταξύ της εισόδου και της εξόδου της πύλης Α, βραχυκυκλώνει αυτόν το θετικό παλμό, επειδή το pin 1 είναι σε λογικό 0. Κατά συνέπεια, ο παλμός διεγείρει μόνο την είσοδο της πύλης Β, θέτει την έξοδο της Β σε λογικό 0 και την έξοδο της Α σε λογικό 1. 

Μανταλωτής R/S μίας εισόδου
Σχήμα 2. Μανταλωτής R/S μίας εισόδου

Αν πατηθεί το κουμπί για δεύτερη φορά, στέλνει πάλι ένα θετικό παλμό και στις δύο πύλες NOR. Ωστόσο, η D1 βραχυκυκλώνει τον παλμό διότι η λογική στάθμη στον ακροδέκτη 13 είναι στο 0. Οπότε, ο παλμός εξωθεί την πύλη Α, επαναφέροντας την έξοδό της σε λογικό 0 και την έξοδο της πύλης Β σε λογικό-1. Πατώντας το κουμπί για τρίτη, τέταρτη φορά, ή περισσότερο, θα αλλάζει συνεχώς η κατάσταση του μανταλωτή από λογικό 0 σε 1, πίσω στο 0, και το αντίστροφο. 

Υπάρχει επίσης η δυνατότητα της μετατροπής του κυκλώματος με το ένα πλήκτρο, σε ένα νέο κύκλωμα στο οποίο η έξοδος να επιστρέφει αυτόματα στην αρχική της κατάσταση μετά από κάποιο χρονικό διάστημα από την διέγερση. Δηλαδή, μπορούμε να μετατρέψουμε το δισταθές κύκλωμα του σχήματος 2 σε μονοσταθές. Για να το πετύχουμε, αρκεί να συνδέσουμε έναν πυκνωτή (τον C4) στην έξοδο της Β πύλης NOR, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3. Ο C4 θα μετατρέψει τον  δισταθή πολυδονητή σε one-shot (μονοσταθή) (βλέπε σχήμα 3).

Κύκλωμα μίας βολής
Σχήμα 3. Κύκλωμα μίας βολής

Κατά την εφαρμογή της τροφοδοσίας, ο C4 δεν θα είναι σε θέση να φορτιστεί, διότι συνδέεται μεταξύ της εξόδου της πύλης Β και μίας εισόδου της Α, και θα έχει την ίδια θετική τάση και στους δύο ακροδέκτες του. Ο ένας ακροδέκτης θα είναι σε θετική τάση, λόγω της εξόδου της πύλης Β και ο άλλος ακροδέκτης θα είναι επίσης στην ίδια θετική τάση από την R5. 

Με το πάτημα του πλήκτρου S1, η έξοδος της πύλης Α τίθεται σε λογικό 1 και η έξοδος της Β σε λογικό 0. Σε αυτές τις συνθήκες, ο ηλεκτρολυτικός πυκνωτής C4 θα αρχίσει να φορτίζεται μέσω της R5, διότι ο ένας του ακροδέκτης συνδέεται στη γη (λογικό 0 στην έξοδο της πύλης Β) και ο άλλος στη θετική τροφοδοσία (μέσω της R5). 

Κατά τη διάρκεια της φόρτισης του C4, η τάση στο θετικό ακροδέκτη του θα αυξηθεί σταδιακά και τελικά θα φέρει την είσοδο της Α πύλης σε λογικό 1. Με αυτό τον τρόπο, η έξοδος της NOR Α θα επιστρέψει σε λογικό 0 μετά από κάποιο χρονικό διάστημα από την αρχική διέγερση (πάτημα του S1). Κάθε φορά που πιέζεται ο S1, οι λογικές στάθμες των εξόδων των δύο πυλών NOR θα μεταπίπτουν σε μία ασταθή κατάσταση και μόλις φορτιστεί ο ηλεκτρολυτικός πυκνωτής C4, οι έξοδοι των πυλών θα επανέρχονται στην σταθερή τους κατάσταση. Ο χρόνος που απαιτείται για την επιστροφή πίσω στην σταθερή κατάσταση εξαρτάται από τη σταθερά χρόνου RC (η τιμή τουC4, πολλαπλασιαζόμενη με την τιμή της R5). 

Για να επιτευχθεί ένα σχετικά μεγάλο χρονικό διάστημα, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένας μεγάλος σχετικά πυκνωτής και μια αντίσταση υψηλής τιμής. Για να επιτύχουμε το χρόνο λίγων δευτερολέπτων, είναι βολικό να χρησιμοποιήσουμε έναν πυκνωτή πολυεστέρα περίπου 2.2uF και μια αντίσταση, περίπου ίση με 1 MΩ. Για ρυθμιζόμενη σταθερά χρόνου, αντί της σταθερής R5, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μία μεταβλητή αντίσταση (περίπου 1ΜΩ), σε σειρά με μια σταθερή αντίσταση 470K. Αυτή είναι τελικά και η συνδεσμολογία που αποφασίσαμε να χρησιμοποιήσουμε στον ηχοδιακόπτη (βλ. ηλεκτρονικό σχηματικό).


Ηχοδιακόπτης 
(βλ. ηλεκτρονικό σχηματικό)

Για τη σύλληψη του περιβάλλοντα ήχου χρησιμοποιούμε μια πυκνωτική κάψουλα μικροφώνου (δύο επαφών) και ένα μικρό προενισχυτή μικροφώνου. Το σήμα από το μικρόφωνο εφαρμόζεται (μέσω του C1) στη μη αναστρέφουσα είσοδο (ακροδέκτης 3) του τελεστικού ενισχυτή IC1. Το IC1 χρησιμοποιείται ως ενισχυτής και συγχρόνως ως ανορθωτής ακριβείας μισού κύματος. Η ανόρθωση επιτυγχάνεται μέσω της D2. Η μεταβλητή αντίσταση R5, η οποία συνδέεται μεταξύ της αναστρέφουσας εισόδου του IC1 (ακροδέκτης 2) και της καθόδου της D2, επιτρέπει τη ρύθμιση της απολαβής του προενισχυτή, για να καθιστά το μικρόφωνο περισσότερο ή λιγότερο ευαίσθητο σε ήχους ή θορύβους. 

Απουσία σήματος εισόδου (ήχου), η τάση στην κάθοδο της D2 είναι περίπου ίση με 6 βολτ. Αυτή η τάση εφαρμόζεται στη μη αναστρέφουσα είσοδο (pin 3) του δεύτερου τελεστικού ενισχυτή (IC2). Μια τάση περίπου 6,5 volts εφαρμόζεται επίσης επί της εισόδου αναστροφής του ίδιου τελεστικού. Το IC2 χρησιμοποιείται ως συγκριτής και καθόσον η αναστρέφουσα είσοδος του είναι σε χαμηλότερη τάση από ότι η μη αναστρέφουσα, η έξοδος στον ακροδέκτη 6 παραμένει σε λογική στάθμη 0. Για να αλλάξει η έξοδος του τελεστικού σε λογικό-1, η τάση στο ακροδέκτη 3 θα πρέπει να υπερβεί την υπάρχουσα τάση στην αναστρέφουσα είσοδο. Αυτό συμβαίνει με την παρουσία ενός σήματος ήχου.

Κάθε ηχητικό σήμα που λαμβάνεται από το μικρόφωνο ενισχύεται και ανορθώνεται από το IC1 και αυξάνει την τάση στην κάθοδο της D1. Παρουσία ισχυρού σήματος ήχου, η τιμή της τάσης στην μη αναστρέφουσα είσοδο του IC2 γίνεται μεγαλύτερη από 6.5V και η έξοδος του IC2 αλλάζει σε λογικό-1. Η μετάπτωση στέλνει ένα θετικό παλμό στις εισόδους του flip-flop και θέτει λογικό 0 στην έξοδο της πύλης B. Τότε, η βάση του Τ1 γειώνεται μέσω της R16 και το Τ1 μεταβαίνει στον κόρο και ενεργοποιεί τον ηλεκτρονόμο (ρελέ). Αν ο διακόπτης S1 ρυθμιστεί έτσι ώστε να βραχυκυκλώνει τον C11, το ρελέ απενεργοποιείται μόνο εάν το μικρόφωνο λάβει έναν νέο ήχο ή θόρυβο κατάλληλης έντασης. Απεναντίας, εάν ο διακόπτης S1 παραμείνει ανοιχτός, ο πυκνωτής C11 θα δημιουργήσει μία συμπεριφορά μίας βολής (one-shot) και το ρελέ θα επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση (κατάσταση ηρεμίας) μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα από τη διέγερση. Αυτό το συγκεκριμένο χρονικό διάστημα μπορεί να ρυθμιστεί από το τρίμερ R18. 


Κατασκευή του ηχοδιακόπτη 

Για να απλοποιήσουμε την κατασκευή, έχουμε σχεδιάσει ένα κατάλληλο τυπωμένο κύκλωμα. Τα   εξαρτήματα θα πρέπει να τοποθετηθούν στο τυπωμένο βάσει των οδηγιών συναρμολόγησης που παρέχονται μαζί με την πλακέτα. 

Όλα τα εξαρτήματα τοποθετούνται πάνω στην πλακέτα εκτός από τους διακόπτες, τα LEDs, και το μικρόφωνο. Αυτά, προβλέπεται να συνδέονται στην πλακέτα μέσω καλωδίων προκειμένου να μπορούν εύκολα να τοποθετηθούν στην πρόσοψη ενός κουτιού. Συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα πλαστικό κουτί κατασκευών. Στο ίδιο κουτί μπορείτε να συμπεριλάβετε και ένα μικρό τροφοδοτικό 12V για την τροφοδοσία του κυκλώματος.  

Οι συσκευές που επιθυμείτε να ελέγχονται μέσω του ηχοδιακόπτη, μπορούν να συνδεθούν στο ρελέ μέσω της κλέμας πλακέτας (τριών ακροδεκτών) Ρ1 . 

 
Οι αρχικές ρυθμίσεις

Μόλις τροφοδοτήσετε το κύκλωμα με 12V, θα χρειαστεί να ρυθμίσετε το ποτενσιόμετρο ευαισθησίας R5. Η ρύθμιση μπορεί να γίνει αν σταθείτε μπροστά από το μικρόφωνο σε απόσταση 60cm περίπου και προκαλέσετε ένα κρότο με τα χέρια (χειροκρότημα) ή σφυρίξετε δυνατά. Λογικά, με τον ήχο θα πρέπει να ενεργοποιηθεί το ρελέ και να ανάψει το LED D7. Αν όχι, ρυθμίστε το τρίμερ R5 για να αυξήσετε την ευαισθησία. 

Μόλις ενεργοποιηθεί το ρελέ (και ανάβει το LED D7) αν ο διακόπτης S1 είναι κλειστός, με ένα νέο σφύριγμα ή κρότο το ρελέ θα απενεργοποιηθεί. Αν ο S1 είναι ανοικτός (off), το ρελέ θα απενεργοποιηθεί αυτόματα μετά από λίγο και το LED D7 θα σβήσει. Σε αυτό το σημείο μπορείτε να ρυθμίστε το τρίμερ R18 για να επιμηκύνετε ή να συντομεύσετε το χρονικό διάστημα που απαιτείται για να επιστρέψει το flip-flop στη σταθερή κατάσταση.


Συνημμένα

Ηλεκτρονικό σχηματικό του ηχοδιακόπτη
Το τυπωμένο κύκλωμα του ηχοδιακόπτη