Semplice Schema di un Clapper, Interruttore Sonoro per Accendere o Spegnere un Dispositivo Grazie al Battito delle Mani…
INTRO
Prima di tutto si parte con l’analisi del segnale di un battito di mano. Questo viene fatto utilizzando Labview e il resultato è il seguente:
La frequenza del battito delle mani è nella banda 500-2000Hz e la distanza tra i picchi è circa 300mS. questa informazione ci serve per dimensionare il filtro in serie al microfono e per sapere la distanza tra i fronti di salita del segnale, infatti il battito di mani viene convertito in segnale digitale, dopo di che il segnale digitale attiva dei flip flop che attivano un relè per accendere ad esempio una luce o altro.
SCHEMA E RELIZZAZIONE
Lo schema è il seguente:
Partiamo parla dell’alimentazione. La tensione VCC è di 6,5V e serve per alimentare gli amplificatori operazionali, mentre si utilizzano due diodi (D2 e D3) per ottenere una tensione intorno ai 5V chiamata Vff utile per alimentare i flip flop.
La resistenza R1 pilota la capsula microfonica MIC e il condensatore C1 trasferisce il segnale acquisito all’ingresso non invertente dell’amplificatore operazionale U1A. Le resistenze R7 e R8 servono per polarizzare il nodo vista l’alimentazione non duale dell’operazionale. Le resistenze R2, R3 e RV1 vanno a formare la rete di retroazione dell’amplificatore non invertente insieme al condensatore C3, usato vista l’alimentazione non duale. Il condensatore C2 invece serve come filtro per le frequenze superiori ai 2000Hz. Il trimmer RV1 serve per regolare la sensibilità del dispositivo; se messo alla minima resistenza si riesce a rilevare battiti di mani lontani o delicati, se invece è alla sua massima resistenza il clapper avvertirà solo battiti molto vicini al microfono o molto forti.
Il diodo D1 con il condensatore C4 e la resistenza R4 vanno a formare un rilevatore di picco, infatti se si ha un picco di segnale, questi componenti mantengono la tensione a quel livello di tensione per un tempo che dipende dal valore di C4 e R4.
Dopo il rilevatore di picco si ha uno stadio buffer, necessario se si utilizza un flip flop a logica TTL come quello da me utilizzato, ovvero il SN74LS74, infatti gli ingressi di questo flip flop assorbono corrente, quindi serve un buffer per fornirla. Se si utilizzano flip flop con logica C-Mos (come il CD4013), invece, i buffer U1A, U3A e U3B non sono necessari, basta connettere agli ingressi il nodo che precedentemente era connesso al piedino non invertente dei buffer.
Se si ha un battito di mani di adeguata potenza, in uscita dal buffer vi sarà un segnale ad onda quadra, con ampiezza di circa 5V visto che l’uscita massima del buffer non è proprio VCC ma una tensione minore. Questo primo picco ad onda quadra serve per rendere sensibile il primo flip flop, e in particolare porta un livello alto sul pin di SET, in questo modo l’uscita Q negata non è sempre a livello basso. In particolare il segnale passa da D4 e carica C5, e finchè C5 è carico, il secondo battito di mano farà variare Q negato, quindi variando C5 e R5 si può decidere la velocità dei batti mano per accendere o spegnere, ad esempio se C5 è piccolo i batti mano devono essere molto veloci.
Il secondo battito di mano produce un nuovo impulso e se sul piedino SET vi è una tensione alta allora l’uscita Q negata passerà da 0 a 1 logico e questo passaggio farà variare il secondo flip flop in configurazione togle, visto che, l’uscita Q negata è il clock del secondo flip flop. Quindi il secondo batito di mani, nella sequenza fa cambiare stato all’uscita permettendo di accendere o spegnere qualsiasi dispositivo.
La resistenza R6 con il condensatore C6 e in questo caso il buffer U3B servono per far si che alla prima accensione del clapper, possibili picchi causati dall’accensione non facciano commutare l’uscita, infatti mantengono un livello logico basso sul pin RESET, facendo in modo tale che l’uscita sia 0 inizialmente.
Per quanto riguarda l’uscita, questa avrà un livello logico alto (5V) o basso (0V), se si vuole attivare una lampadina a 220V è necessario un relè e per pilotare un relè è necessario un transistor (2n2222, 2n3904, bc547 o equivalenti) con un diodo di ricircolo, che serve come protezione:
Nel mio caso ho utilizzato un semplice led con resistenza serie e ho montato il tutto su breadboard:
Purtroppo a vedere questo schema, mi accorgo della sua scarsa immunita’ ai rumori, infatti, tanti altri segnali potrebbero comandare questo clapper.
Sarebbe opportuno in ingresso porre un limitatore (A.G.C.) non veloce, in modo tale da far passare i segnali che fossero impulsivi. Anche cosi’ non sarebbe totalmente immune ai rumori, ma sarebbe un poco meglio. Un ulteriore miglioria potrebbe essre ottenuta ponendo, prima del Monostabile un trimmer con il centrale collegato a tre diodi 1N4148, in maniera da avere all’uscita dei tre diodi posti in serie una tensione pari a zero, (effetto del limitatore per segnali a rampa lenta) I segnali a rampa veloce, non essendo controllati dal limitatore, passerebbero e la loro ampiezza supererebbe i tre diodi 1N4148 posti in serie. Questi segnali uscenti, all’ottanta % sarebbero quelli giusti.
Nota bene, stiamo parlando di un’immunita’ dell’ OTTANTA % non assoluta.
Come ben precisato, lo schema è definito semplice, non ad alta precisione, anche se vi è una immunità al rumore.
Se analizziamo la differenza tra un battimano e un urlo si ha il seguente diagramma temporale:
https://www.ne555.it/wp-content/uploads/2018/01/battito-di-mano.jpg
Un agc va ad amplificare i segnali a basso livello maggiorente rispetto a segnali di livello alto, quindi un qualsiasi rumore viene amplificato molto, anche se non veloce potrebbe amplificare rumori successivi.
Come si può vedere il segnale di un battimano non è impulsivo, è una sinusoide esponenzialmente decrescente. nello schema non vi sono monostabili, quindi non capisco dove andrebbe messo il trimmer. in ogni caso tre diodi in serie vanno ad annullare segnali di basso livello ma non servono a nulla per rumori di alta intensità.
Più che lavorare sull’ampiezza bisogna lavorare sul tipo di segnale, una sinusoide con inviluppo esponenziale decrescente. Lo schema in figura è immune al rumore perchè si attiva solo se vi sono due compi di mano a distanza ravvicinata, per semplificare tutto si è lavorato solo sul tempo.
Mi scuso per aver menzionato il monostabile. E’ che ci sto lavorando e nel mio circuito, e’ presente un monostabile come comparatore della larghezza dell’impuso (battimano) e quello generato dal monostabile appunto.