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CD4013组成的高抗干扰声控开关

作者:dolphin时间:2016-10-09

声控开关是利用声波信号作为遥控指令,但由于周围环境存在着各种频谱的声音信息,要使声控开关可靠工作,首要解决各种杂声的干扰,以确保声控开关不受外界噪声信号影响而发生误动作。本文向读者介绍两款抗干扰能力极强的声控开关电路。图1是一个利用SK-Ⅳ型专用声控集成电路制作的声控开关,集成电路的特点是:(1)在特定的时间内(0.1~10s可调)需要连续发声三次后才能使电路输出端⑩脚电平发生翻转动作;(2)在特定的时间内连续发声三次后,其附加输出端脚可得到一个特定宽度(0~10min可调)的高电平输出用于负载延迟控制。
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图中BM为驻极体电容话筒,用来拾取控制的声波指令。S为声控灵敏度选择开关,当拨向①端时,声控指令经C1输入芯片的①脚,此时采用芯片内三级反相放大器,声控灵敏度最高,但容易产生自激;拨向②端,则用了芯片内两级反相放大器,灵敏度和稳定性均较好;拨向③时,只用了芯片内一级反相放大器,虽然声控灵敏度最低,但稳定性最好,读者可根据需要选择。电阻R4与电容C5决定电路的特定时间的长短,阻容值大,特定时间长,反之就短。如电路在特定的时间内使用人连续击掌三次,⑩脚就由原来的低电平突变为高电平,VT导通,继电器K得电吸合,其常开触点闭合,接通被控电器的电源,使其通电工作;如果在特定时间内再连续击掌三次,电路又翻转,⑩脚输出低电平,VT截止,K失电释放,被控电器停止工作。由于本开关采用特定时间内连续发声三次,电路才翻转动作,否则开关毫无反应,所以显著提高了电路的抗干扰性能。利用SK-Ⅳ型专用声控集成电路也可以制作一个声控延迟开关,方法是采用芯片的附加输出端脚。具体电路如图2所示,当电路在特定时间内连续接收到三次声波控制信号后,附加输出端即脚可输出一个宽度为0~10min可调的正脉冲以供控制使用。本电路用这个正脉冲控制三极管8050的导通与截止,图中R、C用来设定脚输出脉冲的宽度,RC时间常数愈大,脉宽愈长,反之就短。
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SK-Ⅳ型集成电路的调整要点是要求输入端电平略高于电源电压的1/2,即调整RP阻值使S点电平略高于1/2VDD就可以了,见图1。图3是一个采用SK-Ⅳ型集成电路制作而成的实用声控开关。集成电路工作电源由变压器T降压、VD2半波整流、VD1稳压和C1、C7滤波供给,声控信号由BM拾取,经集成电路内部两级反相放大器放大,以获得合适的声控灵敏度与工作稳定度。灯EL1处于延迟工作方式,EL2为双稳工作方式,在电路设计的特定时间内连续击掌三次,集成电路的⑩脚与脚都输出高电平,发光管VD3、VD4发光,VT1、VT2导通,VS1与VS2均转为开通态,灯EL1与EL2点亮。EL1点亮时间受电路R4与C6时间常数控制,延迟时间一到,脚恢复低电平,VD3熄灭,VS1关断,EL1也随之熄灭。但EL2则始终点亮发光,要关闭EL2,必须在特定时间内再击掌三次,才能使开关动作。因电路与220V交流电源相连接,在调试时需注意安全。
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图4是一个采用通用集成电路制作而成的声控开关,电路主要设置了L与C2选频网络来提高电路的抗干扰性能。
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本开关是利用18kHz声波作为遥控指令,人耳听觉范围虽然是20Hz~20kHz,但18kHz声波已在可闻声波高端的边缘,接近超声波范围,人耳对此听觉已很迟钝,采用这种高端声波作为遥控指令,既不会影响别人,也不会造成对电视机等其他家用电器的干扰。它的另一个特点是发射器是无源的,使用时,只要用手捏一下发射气囊,插在插座X的电器就通电工作,再捏一下发射气囊,被控电器就停止工作。发射气囊可取用市售声控玩具汽车里所带的发声橡胶球。集成电路IC为双D触发器CD4013,分别组成一个单稳态电路和一个双稳态电路。单稳态电路主要用于控制信号进行脉冲展宽整形,保证每次控制动作可靠。当接收到一次声波信号时,经VT放大由C4送入集成电路1CP端,单稳电路翻转,其1Q端输出高电平,经脚送入2CP端使双稳态电路计数翻转,其2Q端电平高低发生一次改变,若原来是低电平,现变为高电平,VS由R6获得正向触发电流而开通,插在X里的电器通电工作。若再发射一次声波信号,双稳态电路又翻转一次,2Q端变为低电平,VS失去触发电流,当交流电过零时即关断,X停止对外送电,使被控电器断电停止工作。声波接收电路由话筒BM和三极管VT等组成,BM接收到18kHz声波信号后即输出相应的电信号,经C1加到VT的基极进行放大。VT的集电极回路里接有L、C2选频网络,因L、C2谐振在18kHz频率上,所以非18kHz信号,它无输出,因而不会有误动作。只有18kHz的遥控指令信号,它才有输出通过C4加到IC的1CP端。本开关笔者已使用了数年至今,主要用于夜间开关灯控制,一直工作正常可靠,人的谈话声、组合音响播放的音乐声以及街道上行驶的汽车声甚至打雷声对它都不会造成误动作。本电路的调试要点是选频网络,由于各人使用的发声橡胶气囊来源不同,所以发声频率也会有差异。此时可调整电容C2的容量,使与发声频率谐振。读者可多备几个容量不等的电容器,逐个替换C2,最后选定一个接收灵敏度最高的接入电路即可。L可采用市售色码电感器。


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