Spínač reagující na tlesknutí

Stanislav Bílý, Václav Mecerod
xbilys00@stud.feec.vutbr.cz
xmecer01@stud.feec.vutbr.cz

Obsah:

1. Úvod
2. Hardware
3. Software
4. Závěr
5. Fotodokumentace
6. Literatura


Úvod:

Zadáním projektu bylo realizovat spínač reagující na tlesknutí, jako náhrada za běžný vypínač ve standartní elektromontážní krabici. Tlesknutí je zaznamenáno elektretový mikrofonem. Signál je dále upraven aktivní horní propustí s mezním kmitočtem 4,8kHz. Dále je zpracován AD převodníkem mikroprocesoru ATmega8. Po zpracování signálu z mkrofonu a splnění podmínek tlesknutí, je sepnuta výstupní periferie (LED, relé). Zařízení je napájeno stejnosměrným napětím 5V získané ze sítového napětí 230V, 50Hz po galvanickém oddělení a stabilizaci.


Obr.1 Blokové schéma zařízení

Hardware:

V rámci projektu jsme navrhli schéma zapojení (Obr. 2) a desku plošných spojů v programu Eagle5.6.0.


Obr.2 Schéma zapojení

Na schématu je podle blokového zapojení elektretový mikrofon s bias odporem 10k (R12). Následuje aktivní horní propust s operačním zesilovačem v invertujícím zapojení. Mezní kmitočet je nastavený na frekvenci 4,8kHz. Průběh simulace prvního návrhu s mezním kmitočtem 2,34kHz v programu LTSpice je na obrázku 3.


Obr.3 Simulace aktivní horní propusti

Na desce plošných spojů jsou vyvedeny pin headers pro přímé připojení ISP progamátoru a další dva pro pro výstupní periferii. Tou byl zvolen hotový modul s relé umožňující spínat 250V 50Hz a až 10A. Pro ladění programu byl využit USB/UART převodník a 3 osazené LED. Mikrotlačítka umístěné na protilehlých stranách desky mohou sloužit pro zachování funkce vypínače. Tuto funkci lze lehce upravit v programu. Napájecí zdroj využívá transformátor 230V/15V/200mA. Stabilizaci napětí na 5V zajištuje obvod LF50. Návrh desky plošných spojů v poměru 1:1 je v příloze.

Obr.4 Relé modul

Software:

Program v nekonečné smyčce vykonává výpočet plovoucího průměru z hodnot vzorků ADC a prověření doby trvání překročeníi tresholdu příslušnými proměnnými reprezentujícími aktuální stav. S pomocí převodníku USB/UART a výpisem těchto proměnných na UART byly vytvořeny grafy v excelu, které znázorňují aktuální stav proměnných a příznaků.
Obr.5 Graf reprezentující odměření času po překročení tresholdu.

Červený průběh ukazuje průběh plovoucího průměru po překročení tresholdu. Plovoucí průměr zamezí vnášení chyb vlivem špičkových hodnot vzorků ADC Modrý průběh ukazuje aktuální stav registru TCNT1 čítače/časovače1. Registr je nulován při zaznamenání překročení tresholdu. Při poklesnutí pod treshold je sejmuta nová hodnota, která ukazuje jak dlouho byly vzorky průměru v mezích tresholdu.

Schéma zapojení,návrh desky, osazovací plán plošného spoje a zdrojové kódy, jsou přiloženy k dokumentaci.
Zdrojový kód (.c)
Schéma (.png)
Návrh DPS (.pdf)

Soupiska součástek (.pdf)

Závěr:

Zařízení bylo realizováno podle návrhu. Přiložený program byl laděn pomocí LED. Zařízení bez problémů reagovalo na vzdálenost 2m. V další verzi je třeba zvýšit citlivost mikrofonu a zesílení aktivní HP.

Fotodokumentace:

Obr.6 Strana bottom prototypu s prográmatorem


Obr.7 Strana top prototypu s programátorem


Obr.8 Strana top prototypu s relé modulem


Obr.9 Strana bottom prototypu s programátorem

Literatura

[1] ATMEL CORPORATION. 8-bit Microcontroller ATmega8. Atmel [online]. 2013. Dostupné z: http://www.atmel.com/images/doc2486.pdf