Piezogeneratoare în circuitele de microcontroler. Generatoare piezo în circuitele de microcontroler Experiență personală de utilizare

Publicat 21.10.2014

În electronică, sunt adesea folosite difuzoare de sunet piezoelectrice sau sonore piezoelectrice. Cunoscuți în mod popular ca tweetere sau tweetere piezo. Acestea pot avea dimensiuni diferite, dar ideea este aceeași: folosirea efectului piezo invers pentru a genera sunet. Astfel de tweetere piezo pot avea un generator încorporat. Este suficient să le aplicați tensiune și vor scârțâi monoton. Dar majoritatea nu au generator. Vom vorbi despre ele. Principala problemă cu utilizarea unor astfel de tweetere este creșterea volumului acestora. Trebuie să înțelegeți că vorbim despre generarea sunetului de la o ieșire discretă în circuite digitale, nu despre creșterea puterii unui semnal audio analogic.

Dacă conectați un astfel de tweeter piezo la un microcontroler, așa cum se arată în diagramă, volumul va fi slab.

De fapt, pentru a obține un volum normal al unui tweeter piezo, trebuie îndeplinite trei condiții principale:

• tensiune optimă furnizată tweeter-ului piezo (aproximativ 20 V);
• frecvența ar trebui să fie aproape de rezonanță. Pentru mulți - în intervalul 2500..3500 Hz;
• volumul rezonant selectat corect.

Apropo, aproape nimeni nu vorbește despre acest lucru, deși selecția corectă a geometriei volumului afectează efectiv creșterea volumului. Probabil ați observat că tweeterele „de marcă” sunt vândute într-o carcasă. Această carcasă creează un volum optim de rezonanță și are o deschidere optimă pentru ieșirea sunetului.

Circuit de creștere a tensiunii

Există diverse scheme de creștere a tensiunii. Am trecut prin mai multe dintre ele și m-am hotărât pe cel cu care am obținut cele mai bune rezultate:

Acest circuit produce impulsuri monopolare, dar este destul de simplu și compact. Cea mai mare parte ca dimensiune este clapeta de accelerație. Circuitul funcționează după cum urmează: când tranzistorul se deschide, curentul începe să circule prin inductor. Curentul din inductor nu poate crește brusc; curentul din inductori crește treptat. Când tranzistorul se închide, curentul scade, iar tensiunea la ieșirea inductorului crește brusc. Nivelul acestei tensiuni depinde de valoarea nominală a inductorului, tensiunea de alimentare de intrare și alți parametri ai circuitului. În această schemă sunt implicate următoarele elemente:

• tweeter piezo – cu diametrul de 27 mm;
• sufocare – RCH855NP-332K 3,3 mH;
• tranzistor – cu efect de câmp IRLML2402. Puteți folosi și alte tranzistoare care pot rezista la o tensiune de 20 V și un curent de 100 mA;
• diodă - orice;
• condensator - orice, de preferință tantal sau electrolitic, conectat în paralel cu unul ceramic, cu o capacitate totală de 100 mF.

Trebuie avut grijă să vă asigurați că tranzistorul nu se deschide singur. Prin urmare, nu porniți acest circuit atunci când poarta tranzistorului este „atârnată în aer”.

Frecvență

Pentru a obține un sunet puternic, frecvența semnalului trebuie să se potrivească cu frecvența de rezonanță a tweeter-ului. De obicei este indicat în documentație și pentru majoritatea tweeterelor piezo se încadrează în intervalul de 2500..3500 Hz. Dacă doriți, îl puteți selecta experimental. Dacă frecvența sunetului dintr-un dispozitiv trebuie să se schimbe în funcție de parametrii măsurați, frecvența sunetului nu va cădea aproape niciodată în cea rezonantă. În astfel de cazuri, trebuie să încercăm să păstrăm gama de frecvență audio cât mai aproape de frecvența de rezonanță.

Volum rezonant

Alegerea volumului acustic potrivit este cel mai important lucru despre care nu se scrie aproape niciodată. Ce este și de ce este nevoie? Ați văzut cu toții vreodată o chitară? Mă refer la chitară acustică. Are și o cutie care amplifică sunetul. Daca il scoti si lasi doar gatul cu corzi, sunetul va fi mult mai silentios. Un volum similar este necesar pentru tweeterul nostru. De obicei, tweeterele sunt montate în corpul dispozitivului, astfel încât elementele corpului vor forma volumul necesar. L-am implementat folosind un inel care este lipit în interiorul carcasei. În fotografie, inelele sunt imprimate pe o imprimantă 3D. Îl poți face din orice material rezistent - plastic, lemn, etc. Sunetul iese printr-o gaură din corp. Dimensiuni inel și gaură:

Diametrul inelului - aproximativ 28 mm
Înălțimea inelului - 2,6 mm
Diametrul ieșirii este de 5 mm.

1 Schema de conectare a emițătorului piezo la Arduino

Un emițător piezo, sau emițător piezoelectric sau „tweeter piezo” este un dispozitiv electroacustic de reproducere a sunetului care utilizează efect piezoelectric invers. Principiul său de funcționare se bazează pe faptul că, sub influența unui câmp electric, are loc o mișcare mecanică a membranei, care provoacă undele sonore pe care le auzim. De obicei, astfel de emițători de sunet sunt instalați în echipamentele electronice de uz casnic ca alarme sonore, în carcasele computerelor personale, în telefoane, în jucării, în difuzoare și multe altele.

Emițătorul piezo are 2 ieșiri, iar polaritatea contează. Prin urmare, conectăm pinul negru la masă (GND), iar pinul roșu la orice pin digital cu funcție PWM. În acest exemplu, terminalul pozitiv al emițătorului este conectat la pinul „D3”.

Diagrama pentru conectarea unui emițător piezo la Arduino și a unui circuit asamblat pe o placă

2 folosind funcția analogWrite().

Tweeter-ul piezo poate fi folosit în diferite moduri. Cel mai simplu este să folosești funcția analogWrite(). Un exemplu de schiță este în cutie. Această schiță activează și oprește alternativ sunetul cu o frecvență de 1 dată la fiecare 2 secunde.

/* Declarați o variabilă cu numărul pinului la care este conectat elementul piezoelectric: */ int soundPin = 3; void setup() (// setați pinul „3” la modul de funcționare „Ieșire”: pinMode(soundPin, OUTPUT); } void loop() ( analogWrite(soundPin, 50); // pornește emițătorul piezo delay(1000); // timp de 1000 ms (1 sec), analogWrite(soundPin, 0); // dezactivează întârzierea sunetului (1000); // timp de 1 sec. }

Setăm numărul pin și îl definim ca o ieșire. Funcţie analogWrite() ia drept argumente numărul pin și nivelul, care pot fi de la 0 la 255, deoarece Pinii Arduino PWM au un DAC pe 8 biți. Această valoare va modifica volumul tweeter-ului piezo în limite mici. Pentru a opri tweeter-ul piezo, trebuie să trimiteți valoarea „0” la port.

Folosind funcția analogWrite(), nu puteți schimba tonul sunetului, din păcate. Emițătorul piezo va suna întotdeauna la o frecvență de aproximativ 980 Hz, ceea ce corespunde frecvenței ieșirilor de modulare a lățimii impulsului (PWM) de pe plăcile Arduino UNO și altele asemenea.

3 Extragerea sunetului dintr-un emițător piezo folosind funcția tone().

Dar frecvența sunetului poate fi schimbată diferit. Pentru a face acest lucru, extragem sunetul din emițătorul piezo folosind funcția încorporată ton(). Un exemplu de schiță simplă este prezentat în insert.

Int soundPin = 3; /* declarăm o variabilă cu numărul pinului la care am conectat elementul piezoelectric */ void setup() ( pinMode(soundPin, OUTPUT); //declar pin 3 ca ieșire. Serial.begin(9600); // vom scoate frecvența curentă către port } void loop() ( for (int i=20; i

Funcţie ton() ia ca argumente numărul de pin Arduino și frecvența audio. Limita inferioară de frecvență este de 31 Hz, limita superioară este limitată de parametrii emițătorului piezo și ai auzului uman. Pentru a opri sunetul, trimiteți comanda către port nici un().

Și așa va arăta diagrama de timp a semnalului generat de funcție: ton(). Se poate observa că la fiecare 100 ms frecvența crește, ceea ce auzim:

După cum puteți vedea, folosind un emițător piezo de la Arduino puteți extrage sunete. Puteți chiar să scrieți o compoziție muzicală simplă setând notele la frecvențele corespunzătoare și, de asemenea, determinând durata fiecărei note folosind funcția întârziere().

Vă rugăm să rețineți că dacă la Arduino sunt conectate mai multe emițătoare piezo, doar unul va funcționa la un moment dat. Pentru a porni emițătorul pe alt pin, trebuie să întrerupeți sunetul pe cel curent apelând funcția nici un().

Punct important: funcția ton() suprapus semnalului PWM pe pinii „3” și „11” ai Arduino. Adică, funcția numită, de exemplu, pentru pinul „5” ton() poate interfera cu funcționarea pinii „3” și „11”. Țineți cont de acest lucru atunci când vă proiectați dispozitivele.

În această experiență, vom face din nou puntea dintre lumea digitală și cea analogică.
Vom folosi un BUZZER, un beeper sau un buzzer, după cum doriți, care face un mic „clic” dacă îi atingeți pentru scurt timp contactele la sursa de alimentare de +5 volți și „-” GND, încercați!
În sine, acest lucru nu este foarte interesant, dar dacă îi aplicați tensiune și îl opriți imediat și așa mai departe cu o viteză de 100 de ori pe secundă
soneria va începe să sune. Și dacă puneți sute de șiruri de tonuri împreună, aveți muzică!

Atenție, Arduino Starter KIT conține de obicei un tweeter și un emițător piezo-ceramic care sunt la fel de asemănătoare cu două mazăre într-o păstăi; deși sunt similare, principiile de funcționare sunt diferite. Soneria (buzzerul) are un cerc alb lipit pe partea de sus, unde este gaura, dar emițătorul nu are nimic lipit pe el.

În acest experiment, Arduino va reda melodia, sau așa sperăm!
Circuitul este foarte simplu, aproape oricine îl poate asambla, nu sunt necesare cunoștințe sau experiență speciale.

Mai sus, vedeți o diagramă schematică pentru această lecție; repet încă o dată, nu ar trebui să apară dificultăți în timpul asamblarii.

Pentru această experiență veți avea nevoie de:

1. Arduino UNO - 1 buc.

2. Buzzer (scârțâit) - 1 buc.

6. Fire de conectare.

Dacă soneria nu se potrivește în găurile de pe placă, încercați să-l întoarceți puțin, astfel încât cablurile sale să se potrivească în găurile adiacente, ca în diagonală.

Schema de conectare pentru lecția 11. Arduino și tweeter

Descărcați codul pentru experimentul 11. Schiță și descriere detaliată (Asigurați-vă că citiți întreaga schiță!):

Kit de experimente ArduinoKit
Cod program pentru experiența nr. 11:

Vedere a lecției create pe diagrama de aspect:

Arduino și sonerie. Lecția 11

Ca rezultat al experienței, ar trebui să vezi, dar ceea ce ar trebui să vezi este nimic. Trebuie sa auzi!!!

Ar trebui să auzi melodia electronică „Twinkle, Twinkle Little Star” sau similar, nu este atât de important, principalul lucru este că o auzi.

Codul este scris astfel încât să puteți adăuga cu ușurință propriile tonuri de apel.

Dificultăți posibile:

Nici un sunet
Având în vedere dimensiunea și forma tweeter-ului, este ușor să ratezi gaura dorită din placă.
Încercați să verificați din nou plasarea acestuia.
Tot nu merge, nu inteleg de ce
Încercați să scoateți soneria din placă și să-l conectați la loc, apoi încărcați codul programului pe placa Arduino.

Noroc tuturor! Așteptăm comentariile dumneavoastră la LECȚIA 11 ARDUINO - BUZZER.

În acest articol vă vom spune ce este un buzzer, domeniile sale de aplicare și cum să îl conectați.

Boozer, Buzzer, emițător piezoelectric, Squeaker sau altceva? - există un număr mare de nume pentru această mică infecție care scârțâie, ceea ce indică faptul că s-a întâmplat ceva nu foarte bun. De câte ori am urât pur și simplu acest buzzer cu sunetul lui urât de scârțâit. Probabil că nu sunt singur în această dorință. Sigur ai auzit un sunet extrem de neplacut placut pe care sistemul ti l-a dat gresit (sau nu atat de mult) la intrarea/iesirea din magazin. De acord că acesta este un sunet extrem de neplăcut. Într-un articol viitor, le voi numi tuturor buzzer, deoarece sunt obișnuit cu acest nume.

Un buzzer este un dispozitiv care vă permite să generați un sunet de o anumită frecvență. În mod obișnuit, intervalul de frecvență este în intervalul de la 1 la 10 kHz, iar dacă întâlniți o sonerie sonoră, atunci iese un sunet caracteristic: „piiiiiiip”.

Este cel mai simplu mod de a scoate un scârțâit care poate fi auzit bine și departe. Soneria face acest lucru din urmă deosebit de bine, deoarece soneriele standard creează unde sonore cu un coeficient de atenuare de 85-90 dB la 30 cm. Ca urmare, un sonerie mic este suficient pentru un hangar mic.

Am primit personal această copie (modelul sl1i-12fsp):

Mi-am făcut toate testele sonore cu el. S-a dovedit că este clar audibil chiar și într-o mulțime de copii care țipă, deoarece semnalul conține o frecvență înaltă, care nu este suficientă în vocea umană. Acest lucru vă permite aproape întotdeauna să spuneți dacă funcționează sau nu. Dacă nu aveți o mulțime de copii, dar aveți un ventilator/motor/ceva asemănător, atunci fiți siguri că se va auzi foarte bine.

Conexiune buzzer.

Conexiunea la circuit se realizează ca o baterie sau o diodă. Dispozitivul are simbolurile „+” și „-”. Le conectăm la o tensiune de alimentare de 3 până la 20 de volți și ne bucurăm de sunetul rezultat. Soneria are o ușoară inerție, iar după oprirea alimentării va suna pentru ceva timp. Prin urmare, nu va fi posibil să se simuleze sunetul pe acesta, dar va funcționa ca un sistem de alarmă.

Ele sunt de obicei controlate folosind un amplificator folosind tranzistori bipolari cu un emițător comun. Acest lucru vă permite să faceți chiar un sunet polifonic din MK (ARDUINO/SMT32/MSP430). Dar este necesar să țineți cont de faptul că există sunete cu un generator încorporat. Ele scârțâie intermitent, cu o anumită frecvență. Acest lucru vă permite să utilizați diferite semnale sonore care vorbesc despre diferite evenimente. Costă mai mult, dar dacă asamblați ceva fără microcontroler, atunci acesta este un truc excelent cu urechile.

Domenii de aplicare a soneriei.

Îmi propun să aplic această schemă în următoarele direcții:

1) sisteme de securitate

2) senzori care semnalizează impacturi de orice fel.

3) aparate electrocasnice (de exemplu, în cuptoarele cu microunde, unde semnalul despre sfârșitul lucrului este dat de un sonerie).

4) jucării.

5) în orice dispozitive în care este necesară notificarea sonoră.

Experiență personală de utilizare.

Am întâlnit sunete cu diverse modele și caracteristici. Întotdeauna scârțâiau foarte stabil și nu necesitau practic niciun amplificator audio scump. Mulți dezvoltatori le iubesc, dar am identificat o serie de dificultăți când lucrez cu ei:

1) Sunet extrem de dezgustător în timpul testării. Desigur, dacă operați această piesă o dată la câteva zile, atunci nimic, dar în timpul testelor va emite un bip constant, ceea ce vă va afecta inevitabil sensibilitatea și dorința de a lucra.

2) Consum suficient de energie pentru electronicele portabile. Cu siguranță nu merită să pariezi că vei purta așa ceva cu tine.

3) Inerție suficientă. La un moment dat, am petrecut mult timp făcând o tastatură midi bazată pe un sonerie ieftină. După toate eforturile mele, transmisia bună a sunetului nu a funcționat, dar am reușit să refac muzica de pe vechiul SEGA, de care clientul meu a fost extrem de mulțumit.

Dacă adăugați un auto-oscilator cu tranzistor la un emițător piezoceramic și îl plasați într-o carcasă, veți obține un oscilator piezoelectric activ. Numele englezesc este „buzzer” („buzz” - to buzz), în argo „buzer”, deși mai precis „bazer”. Pentru a funcționa generatorul piezoelectric, este suficient să-i aplicați o tensiune constantă de polaritate corectă, sunetul va fi generat automat.

Parametri tipici generatoarelor piezoelectrice: tensiunea de lucru 3; 5; 6; 9; 12; 24 V (Tabelul 2.8), gama de frecvență a tonului de generare fundamentală 1700…3500 Hz, presiunea sonoră 75…90 dB(A), cost mai mare decât cel al emițătorilor piezo.

Tabelul 2.8. Parametrii generatoarelor piezoelectrice Kepo Electronic

Tensiunea nominală a generatorului piezoelectric este ușor recomandată, deoarece există o anumită „marjă de siguranță”. De exemplu, generatorul piezoelectric SC235 (Sonitron), în loc de 12 V, permite funcționarea la o tensiune de 2...35 V. Funcționarea cu o sursă de alimentare redusă va fi însoțită de o scădere a volumului și este mai bine să nu permit deloc furnizarea de tensiuni ultra-înalte. Media de aur este tocmai domeniul sigur de tensiune al „microcontrolerului” de 3...5 V.

Generatoarele piezo sunt produse sub formă de capsule din următoarele soiuri:

Ieșire dublă cu o singură frecvență, generând sunetul unui ton în intervalul de frecvență de aproximativ 2,5...4 kHz cu o răspândire din fabrică de ±15...20%;

Două ieșiri, două frecvențe, al cărei sunet seamănă cu o sirenă de poliție, cu un sonerie de telefon sau cu trilul unui greier;

Multifrecventa cu trei terminale, reglabila in frecventa prin instalarea unui condensator extern de potrivire.

Este necesar să se distingă „buzzerele piezo” de „buzzerele magnetice”, care conțin un sistem electromagnetic cu o diafragmă și un auto-oscilator cu tranzistor. Manualul de utilizare al generatorului de sunet Tehnologie acustică avansată conține următoarele caracteristici distinctive:

Tensiunile de funcționare pentru „buzzerele magnetice” sunt 1,5…24 V, iar pentru „piezobusere” -

3...220 V, în timp ce randamentul acestuia din urmă este de 2...3 ori mai mare;

Curenții de funcționare pentru „boomer-urile magnetice” sunt de la zeci până la sute, iar pentru „piezobusere” - câțiva până la zeci de miliamperi;

Diametrele carcaselor pentru „boomer magnetic” sunt 7...25 mm, iar pentru „piezobusere” -

12...50 mm. Și cel mai important, magneții sunt atrași de „sonorii magnetici”.

În fig. 2.51, a...3 prezintă diagrame pentru conectarea generatoarelor piezoelectrice la MK. Polaritatea bornelor lor trebuie să fie marcată pe carcasă. Dacă semnele „+” și „-” nu sunt vizibile, atunci cel mai probabil este un emițător piezo. Nu are un generator încorporat, așa că atunci când se aplică o tensiune constantă, va fi „tăcut, ca un pește”.

Orez. 2.51. Diagrame pentru conectarea generatoarelor piezoelectrice la MK (început):

a) atunci când conectați generatorul piezoelectric A1 direct la MK, trebuie să monitorizați curentul de sarcină admisibil. Pentru a evita „stresul” pentru linia portului, instalați un rezistor de protecție cu rezistență scăzută R1, care, totuși, reduce oarecum volumul sunetului;

b) similar cu Fig. 2.51, a, dar cu generatorul piezoelectric A1 conectat nu la firul comun, ci la sursa de alimentare. Ca A1 puteți folosi „boosere” cu o tensiune de 3...12 V;

c) comutatorul S1 în starea deschis vă permite să opriți sunetul, dar nu complet. Datorită condensatorului C/, generatorul piezoelectric A1 produce un sunet care amintește de un ceas care ticăie liniștit;

d) generatorul piezoelectric de „înaltă tensiune” A1 este conectat printr-un comutator cu tranzistor. Curentul maxim de colector al tranzistorului VT1 trebuie să fie mai mare decât curentul de funcționare A1 cu o marjă. Dioda de protecție VD1 vă permite să conectați un „boozer magnetic”;

e) un generator piezoelectric cu trei terminale multifrecvență D/ începe să funcționeze atunci când linia MK este comutată în modul de intrare în starea Z. Când nivelul de ieșire MK este LOW, generarea se oprește. Condensatorul C1 modifică frecvența sunetului de la 100 Hz (0,033 μF) la 2,4 kHz (100 pF);

e) similar cu Fig. 2,51, g, dar cu o sursă de joasă tensiune și cu prezența a două rezistențe: R1 (limitator de curent) și R3 (închide tranzistorul VT1 când MK repornește); DESPRE

Despre Fig. 2.51. Scheme de conectare pentru generatoarele piezoelectrice la MK (capăt):

g) o gamă completă de măsuri de protecție pentru reducerea interferențelor de impuls și a emisiilor radio. Dioda VD1 previne pătrunderea supratensiunii în circuitul de alimentare de +3,6 V;

h) sunetul intermitent al generatorului piezoelectric A1 este furnizat de LED-ul intermitent HL1, care el însuși nu se aprinde vizual din cauza curentului mic care trece prin el.