CÔNG TẮC ĐIỆN ĐƯỢC ĐIỀU KHIỂN BẰNG ÂM THANH CÓ MICRÔ

KIỂM SOÁT ÂM THANH ĐIỆN TỬ

Kutay Kutlu1, Cagan SEL1, Asyalı2 H. Moses, Sở Sinead Öztayfun2 2Elektrik Điện tử Kỹ thuật, Đại học Ege, 35.100 Bornova, Cục Kỹ thuật 2Bilgisay Izmir, Đại học Yasar, 35.500 Bornova, Izmir

Việc mở và đóng các thiết bị điện tạo điều kiện cho cuộc sống hàng ngày thường được thực hiện thông qua một công tắc cơ khí. Tuy nhiên, trong một số trường hợp ( ví dụ như trong các rối loạn nhất định hoặc tuổi già, hoặc trong trường hợp một số yếu tố bên ngoài làm cho nó nguy hiểm để đạt được các thiết bị điện ) nó có thể thích hợp hơn biến thiết bị và tắt âm thanh. Trong công việc này, một mạch đã được phát triển để điều khiển các công cụ điện dễ dàng và an toàn hơn (để mở và đóng). Mạch này đã được thử nghiệm cho ánh sáng đơn giản (một âm thanh "mở" của một amp hoặc mở bằng lệnh). Các mạch được thiết kế trong công việc của chúng tôi là xa phức tạp và rất hiệu quả về chi phí.

Chủ đề của tác phẩm này là thiết kế mạch chuyển mạch được điều khiển bằng giọng nói . Bất kỳ đầu vào cho mạch sẽ được nghe và mạch sẽ phát hiện tín hiệu âm thanh này và thực hiện một hành động. Nó đã được lưu ý rằng mạch phát triển bao gồm ít yếu tố mạch nhất có thể.

Đầu vào là tín hiệu âm thanh. Phổ tần số của âm thanh như "đói", "đóng" và "vỗ tay" ( đánh tay ) mà mọi người có thể sử dụng được kiểm tra và mạch được thiết kế theo cách sao cho nó có thể phản ứng với những tiếng nói này. Sự phản ánh của các yếu tố bên ngoài như tiếng ồn trong mạch giữa những khó khăn chính gặp phải trong việc thiết kế, tín hiệu âm thanh để xác định các yếu tố mà có thể tương thích với, dễ dàng để các yếu tố như đặc tính hiệu suất tốt của các yếu tố này và có thể phải được xem xét. 
Bước đầu tiên của nghiên cứu là nghiên cứu đặc tính của tín hiệu âm thanh. Đối với điều này, lệnh như "treo", "kapa" và cổ vũ được nói bởi loa khác nhau đã được chuyển giao cho môi trường máy tính với sự giúp đỡ của micro và card âm thanh. Chủ đề này sẽ được kiểm tra dưới tiêu đề kiểm tra tín hiệu âm thanh.

Bước tiếp theo là xác định micrô sẽ truyền tín hiệu âm thanh chính xác đến phần mạch tương tự được tạo. Các loại micrô khác nhau và các mạch khuếch đại trướcthích hợp đã được kiểm tra cho điều này. Phần này sẽ được giải thích dưới tiêu đề của các biến thể micrô và bộ khuếch đại trước.

KIỂM TRA TÍN HIỆU THOẠI CÓ THỂ ĐƯỢC SỬ DỤNG NHƯ MỘT LỆNH

Để có thông tin về tần số, biên độ và hình dạng của tín hiệu âm thanh, âm thanh "mở", "đóng" và "vỗ tay" được ghi lại trong môi trường máy tính bằng micrô và card âm thanh và sau đó được kiểm tra bằng chương trình Matlab. Ví dụ, trong Hình 1, hiển thị và phân tích phổ của giọng nói "hung" được hiển thị.

Hình 2.1. Hiển thị giọng nói "Mở" (bảng trên) và phân tích phổ (bảng dưới). Tần số lấy mẫu là 11025 Hz.

Nếu chúng ta thiết kế những tín hiệu âm thanh được ghi lại này là kết quả của phân tích quang phổ, thì nó đã được hiểu rằng mạch điện tử có thể phát hiện và xử lý các thành phần tần số lên tới 3 kHz. 3. Các loại micrô Đầu vào của giai đoạn thiết kế là tín hiệu âm thanh. Tín hiệu âm thanh này cần phải được lấy từ bên ngoài tốt để mạch có thể đủ nhạy cảm và bạn có thể đưa ra quyết định đúng. Trong trường hợp này, cần phải đưa ra quyết định tốt về loại micrô sẽ được sử dụng.

Ba loại micro chính có thể được kiểm tra.

1 - Micrô cuộn động hoặc di chuyển, 
2 micrô Ribbon, 
3 - Bộ tập trung hoặc micrô electret.

MICRÔ CUỘN ĐỘNG HOẶC DI CHUYỂN

Micrô cuộn động hay di chuyển có cơ hoành di chuyển với những thay đổi về áp suất âm ( giọng nói của người hoặc nhạc cụ ). Hành động này là kết quả của dòng điện. Dòng điện được tạo ra bởi sự thay đổi của từ trường gây ra bởi sự rung động của giọng nói vì có một vật liệu từ tính và cuộn cảm động trong cấu trúc của micro. Chuyển động của cuộn dây tạo ra từ trường thay đổi với vật liệu từ tính, cho phép dòng điện chạy qua cuộn dây.

Micro động không cần nguồn điện bên ngoài. Nó tạo ra dòng và công trình của riêng nó. Nó rất hữu ích trong cuộc sống hàng ngày, nhưng nó có thể không đúng cách cảm nhận âm thanh của một số nhạc cụ trong khi ghi âm trong môi trường phòng thu. Điều này có thể xảy ra ở tần số khoảng 16kHz-19kHz, 12-14 kHz có thể được coi là giới hạn cho micro động. Thật không may, những micro, được dễ dàng tìm thấy trên thị trường, không phải là quá rẻ. Họ là nam châm vật liệu từ tính trong micro năng động trên thị trường. Một khối lượng viên nang micro năng động cũng có thể lớn và vô dụng; đặc biệt khi được sử dụng trong mạch điện tử.

MICRÔ RUY BĂNG

micro như vậy, sự rung động của âm thanh tương tự như kết quả với micro năng động mà tạo ra một dòng chảy từ trường khác nhau. Tuy nhiên, sự khác biệt về cấu trúc của micro này, thay vì quanh co một cuộn dây của vật liệu từ tính, vật liệu của các cực từ giữa đó một dải ruy băng hoặc một kim loại sóng đặt một phần hẹp và hiện tại và do đó cùng một logic micro năng động được hình thành [3]. Tuy nhiên micro ribbon microphone năng động là nhạy cảm, và cho đến khi hơn. do đó nó phải được giữ cách xa so với mức áp suất âm thanh cao trong môi trường. Ngoài ra, micro này hoạt động là dữ liệu hiệu suất khá tốt trong ghi âm và chủ yếu được sử dụng trong các bản ghi âm nhạc cổ điển và buổi hòa nhạc.

TỤ ĐIỆN HOẶC MICRO ELECTRET

Có hai bề mặt kim loại nhỏ trong micro ngưng tụ, và có một khoảng cách giữa các bề mặt kim loại này. Các bề mặt kim loại này song song và có cấu trúc tụ điện. Nếu một trong hai bề mặt kim loại này được cố định và phần còn lại là bộ phận chuyển động di chuyển bởi độ rung của giọng nói. Khi có bất kỳ âm thanh nào, áp suất âm thanh trên bề mặt chuyển động sẽ thay đổi vị trí và điện tích tĩnh điện tích tụ trên bề mặt kim loại. Hiệu ứng này có thể được gọi là hiệu ứng điện dung. Các tín hiệu được tạo ra bởi hiệu ứng này là quá nhỏ mà nó không thể được nhập trực tiếp vào mạch trộn ghi âm. Điều này có nghĩa là bộ khuếch đại trước phải được lắp vào cấu trúc micrô. Người ta biết rằng một nguồn cung cấp năng lượng là cần thiết để vận hành một mạch khuếch đại trước. Trong trường hợp này, micrô cần được cấp nguồn với điện áp từ 1,5 đến 9 vôn sao cho nó có thể hoạt động tốt.

Micro bình ngưng rất nhạy cảm. Vì lý do này, nó nên tránh từ mức độ âm thanh rất cao và va chạm. Nó cho kết quả hoàn hảo trong môi trường studio cho tất cả các loại ghi âm. Nó cũng hoạt động ở chất lượng cao trong một dải rất rộng ( 20 Hz - 22 kHz ). Thông thường, máy ghi âm chuyên nghiệp sử dụng micrô bình ngưng. 
Micrô cũng được phân cách bằng trở kháng đầu ra:

1- micro trở kháng thấp: 600Ω hoặc ít hơn, 
2- emoedansl micro Medium 1 -6kω, 
3 cao trở kháng micro: 10k ohms hoặc cao hơn.

Theo đó, micro tinh thể có trở kháng cao, tụ điện hoặc mực electret với trở kháng thấp ( tụ điện làm tăng giá trị này nhưng làm giảm mạch tiền khuếch đại ), micro ribbon có trở kháng đầu ra thấp.

NHẬN THỨC GIỌNG NÓI

Một khi các đặc tính của tín hiệu âm thanh được hiểu rõ, nó được đảm bảo rằng tín hiệu âm thanh được nhận và khuếch đại một cách lành mạnh. Đầu tiên, mạch sau được lắp đặt sao cho có thể thu được tín hiệu âm thanh microfone bình ngưng.

Hình 4.1. Mạch đầu vào micrô.

Mạch preamplifier trong micro ngưng cần một nguồn cung cấp để hoạt động, và cần phải truyền một dòng điện 1mA qua micrô đã được đề cập. Để đảm bảo điều này, điện áp DC 12 volt từ nguồn được kết nối với chân dương của microphone ngưng thông qua điện trở 3.3k và chân âm được nối đất. Đầu ra của buck không nên tạo ra một điện áp không cần thiết có thể được tạo ra từ việc cho tín hiệu Vo vì đầu ra này sẽ đi vào bộ khuếch đại và sẽ được nâng lên không cần thiết. Nếu bộ khuếch đại là một opamp, độ bão hòa sẽ xảy ra và tín hiệu âm thanh biên độ nhỏ sẽ bị mất. Để ngăn chặn điều này, điện áp được lọc tốt bằng cách kết nối hai tụ 10 μF sau microfuse với cực phân cực (-_ + và + _-).

BỘ KHUẾCH ĐẠI VÀ MẠCH CHỈNH LƯU

Việc kiểm tra tín hiệu âm thanh đòi hỏi sự khuếch đại và chỉnh lưu tốt để sử dụng trong mạch sau tương tự. âm thanh; Micrô nhìn thấy trong Hình 2 được xem như một tín hiệu có giá trị trung bình bằng 0 ở đầu ra của mạch đầu vào với biên độ đỉnh là 1-2 mVolts. Tín hiệu này có biên độ rất thấp để nó có thể hoạt động trên các mạch tương tự. Trong trường hợp này, tín hiệu sẽ được nâng lên 1-2 volt. Ngoài ra, mức trung bình của tín hiệu này nên khác 0 và dương. Một bộ chỉnh lưu chính xác đã được sử dụng để đạt được hai hoạt động quan trọng này cùng một lúc một cách lành mạnh. Mạch này được hiển thị bên dưới.

Hình 5.1. Bộ chỉnh lưu chính xác

Tín hiệu từ phao microphone được nạp vào đầu vào của mạch này. Các động lực học có hai chức năng. 1,2MΩ / lkΩ = 1200, khi mức tăng của tăng cường được thể hiện trong mạch, bằng cách đảo ngược một trong số chúng và đẩy cái kia lên. Do đó, tín hiệu từ bộ khuếch đại vi sóng được nâng lên phạm vi 1-2 V. Thẳng cũng được thực hiện trong cùng một mạch. Một bộ chỉnh lưu nửa sóng diode cũng có thể được sử dụng cho hoạt động này. nhưng sẽ có điện áp giảm 0.7 V từ tín hiệu được chỉnh lưu. Đây sẽ là một mất mát lớn đối với các tín hiệu biên độ rất thấp như tín hiệu âm thanh. Một siêu diode, một bộ chỉnh lưu chính xác, được sử dụng để ngăn chặn điều này.

BỘ LỌC THÔNG THẤP

Bằng cách áp dụng tín hiệu được chỉnh lưu và nâng lên tới bộ lọc thông thấp, mức tín hiệu này cũng được tìm thấy. Điều này cũng cần thiết cho quá trình so sánh cấp độ diễn ra. Một mạch RC series được sử dụng làm bộ lọc thông thấp [2]. Mạch này được hiển thị bên dưới.

Hình 6.1. Bộ lọc thông thấp.

Mức DC này có thể khác nhau giữa 1 Volt và 3 Volts tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng của tín hiệu âm thanh. Những giá trị này rất quan trọng cho việc thiết kế mạch so sánh.

MẠCH SO SÁNH

Đầu ra của bộ lọc low-pass, có thể được phát hiện bởi micrô hoặc được phát ra bởi nhiễu, có thể đạt tới khoảng 1 vôn. Điện áp tham chiếu của mạch được xác định là 1 Volt sao cho mạch không bị ảnh hưởng bởi nhiễu này.

Hình 7.1. Chu kỳ so sánh.

Tín hiệu âm thanh thu được từ mức DC được đưa đến đầu vào dương của mạch so sánh [1]. Điện áp tham chiếu cũng được chọn là l V và được đưa vào đầu vào âm của amp op. Giá trị lV này được thiết kế sao cho các tín hiệu tiếng ồn được xác định trước đó không được coi là âm thanh. Tại đầu ra của mạch so sánh, có thể tạo ra điện áp ở mức + 12V khi âm thanh xuất hiện, nếu không thì OV ở âm thanh. Bởi vì mạch điều khiển relay sẽ được thiết kế kỹ thuật số. Đối với lý thuyết này, nguồn cung cấp op-amp nên được cung cấp dưới dạng + 12V và OV. Tuy nhiên, trên thực tế, các mức + 12V và + 2V được nhìn thấy khi thoát. Điều này liên quan đến bản chất của opamp được sử dụng. Để tránh tình trạng này, -2V đã được đưa ra thay vì OV là thức ăn tiêu cực.

Hình 7.2. Phần tương tự của chuyến đi được thiết kế.

RELAY MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Đầu ra của hệ thống lên đến đây là +12 Volt cho tín hiệu âm thanh, và O Volt cho thời điểm khác. Rơle sẽ được sử dụng làm phần tử khóa. Rơle hoạt động như một công tắc. Khi điện áp được áp dụng cho chân cung cấp, công tắc sẽ mở ra khi không có điện áp nào được áp dụng. Có hai loại rơle:

• Rơle tiếp điểm đơn: Miễn là loại rơle này được cho ăn, công tắc đóng và công tắc được mở khi nguồn cung cấp bị cắt.

• Rơle tiếp điểm kép: Loại rơle này tắt công tắc khi đạt được nguồn cung cấp dương; và mở công tắc khi phát hiện thấy nguồn cung cấp âm.

Được thiết kế cho những mong muốn mạch điều khiển công tắc, khi âm thanh đi kèm sẽ được mở khi âm thanh thứ hai được tắt. Vì vậy, chìa khóa sẽ chuyển sang trạng thái đối lập với mỗi địa điểm nơi âm thanh đi kèm. Khi hai kết quả đầu ra kiểu rơle trên mô tả kết nối trực tiếp đến các mạch không thể thực hiện chuyển đổi mong muốn. Đây là lý do tại sao một mạch điều khiển relay được thiết kế. 
Mạch điều khiển relay được hiển thị bên dưới.

Hình 8.1. Mạch điều khiển chuyển tiếp.

Tablo8.1. Biểu đồ chính xác tích hợp CD4013

Sự tàn phá nêu trên là cung cấp sự kiểm soát thích hợp của bất kỳ rơle nào trong thị trường dự định. Một rơle tiếp xúc đơn được sử dụng ở đây. Để điều khiển loại rơle này, mạch điều khiển relay ở trên, đến mức + 12V khi âm thanh xuất hiện và duy trì trạng thái này vì một lý do khác, được sử dụng. Để hiểu được hoạt động của hệ thống này, bảng tính chính xác của tích hợp CD4013 đã sử dụng cần được biết đến.

kết quả

Mạch được thiết kế có các đặc điểm định trước; các yếu tố được sử dụng là yếu tố giá rẻ có thể được tìm thấy thuận tiện trên thị trường và mạch không phức tạp. Mạch này giúp kiểm soát tất cả các loại thiết bị hoạt động bằng điện có âm thanh.

Một thiết bị như vậy có nhiều công dụng vì ngày nay các thiết bị chạy bằng điện là một phần của cuộc sống. Chẳng hạn một thiết bị như vậy có thể cung cấp nhiều cơ sở trong bệnh viện, nhà dưỡng lão hoặc những nơi người khuyết tật sinh sống. Ngoài ra, nó có thể thiết kế các công cụ có thể thực hiện một số hoạt động có thể được xác định bằng cách phát hiện cường độ âm thanh khác nhau bằng cách đi ra khỏi con đường của công việc này. Hoặc, các công cụ có thể cảm nhận các tín hiệu âm thanh rất khác nhau ( điều này có thể được thực hiện với bộ lọc tần số tách ) và có thể xử lý (chuyển đổi) khi những âm thanh đó có thể được thiết kế. Ngoài ra, các hệ thống an ninh có thể được thiết kế với các mạch như vậy thay vì các cảm biến chuyển động, thường được sử dụng trong lĩnh vực an ninh (mạch báo động).

Tài liệu tham khảo
[1] Boylestad, Robert và NASHELSKY, Louis (1994), linh kiện điện tử và lý thuyết mạch, (Translated by Hakan Özyılmaz và Unal Nhỏ), Bộ Giáo dục Ấn 
[2] Đánh N. HORENSTE của (1996), Micro Circuits điện tử và thiết bị, Prentice Hall. 
[3] http://www.ortyd.org.tr/teknik/mikrofonlar.html 
[4] Mano, M. Morris, KIMA, Charles R. (2003) Logic và Thiết kế máy tính cơ bản, Prentice Hall.

Nguồn: http://joy.yasar.edu.tr/makale/ucuncusayi/SinemOZTAYFUN.doc - Cảm ơn những người đã chuẩn bị