Сигнализатор Динг-Донг

Звук сигнализатора не обязательно должен быть неприятным для уха писком или жужжанием. Эта простая система издает звук классического перезвона «дин-дон» с помощью пьезоэлектрического зуммера, что облегчает ее миниатюризацию и снижает потребность в электроэнергии.

Рекомендации: сигнализатор можно использовать, например, как дверной звонок.

Основные параметры:

• Питание 12 В постоянного тока.
• Потребляемый ток в активном режиме до 50 мА, в дежурном режиме около 10 мА.
• Собран на микроконтроллере ATtiny13.
• Акустический эффект, созданный с помощью программного обеспечения.
• Печатная плата 30x30 мм.

В описываемой конструкции сигнализатора за формирование соответствующей формы волны, управляющей пьезоэлектрическим элементом, отвечает миниатюрный микроконтроллер ATtiny13. Благодаря этому он также может издавать другие звуки, снижая при этом стоимость компонентов.

Принципиальная схема

Принципиальная схема предлагаемого решения сигнализатора представлена на рис. 1. Вверху расположен несложный блок питания, подающий напряжение на микроконтроллер и исполнительную систему. Диод D1 защищает устройство от повреждения при переполюсовке питания. Конденсаторы С2 и С3 предотвращают возбуждение стабилизатора US1.

Рисунок 1. Принципиальная схема сирены

Транзистор T1 и связанные с ним компоненты образуют входную триггерную схему. Возможны два типа триггерного сигнала: либо положительный (напряжение больше 1 В, например, соединение с цепью питания), либо отрицательный (например, замыкание на землю). Это входы TRG+ и TRG- соответственно. Это дает пользователю большую свободу в том, как активировать сигнализатор. Триггерный вход, активный в течение длительного времени, вызывает циклические звуковые сигналы.

Резистор R1 насыщает вход потенциалом земли, когда на него не подается другое напряжение. R2 ограничивает ток базы Т1 - после подачи напряжения на вход TRG+ этот транзистор насыщается и тянет потенциал линии TRIGGER почти до нуля. Вход TRG- защищен резистором R4 на случай непредвиденной ситуации, например, короткого замыкания этого входа на источник питания. Диоды D2 и D3 открываются, когда потенциал линии TRIGGER выходит за пределы ожидаемого диапазона, а роль резистора R5 заключается в ограничении тока диодов на входе микроконтроллера. Такой входной каскад обеспечивает эффективную защиту от последствий неправильного подключения проводов или электростатических разрядов.

Пьезоэлектрический преобразователь работает с параллельным резонансным контуром, одновременно увеличивая свою мощность. Транзистор Т1 циклически открывается и закрывается, что вызывает - за счет самоиндукции катушки L1 - появление на выходе преобразователя импульсов напряжения значительно выше напряжения питания. Резистор R6 снижает добротность этого резонансного контура, что снижает громкость, но субъективно улучшает звучание сигнализатора, он становится менее «металлическим».

Неиспользуемые выводы микроконтроллера Attiny13A подтянуты к плюсу питания резисторами 10 кОм, что повышает устойчивость системы к электростатическим зарядам.

Монтаж и наладка

Рисунок 2. Макет печатной платы сирены

Система сигнализатора собрана на односторонней печатной плате 30x30 мм, схема сборки которой представлена на рис. 2. Показан вид собранного прототипа (со стороны SMD компонентов) на фото 3. В плате имеется одно отверстие диаметром 3 мм, что достаточно для ее постоянного крепления.

Фото 3. Вид собранного прототипа со стороны SMD компонентов

Флэш-память микроконтроллера следует запрограммировать готовым файлом и изменить биты защиты: включить тактирование от внутреннего генератора частотой 9,6 МГц, отключить деление тактовой частоты на 8 и установить Brown-Out Detector на 4,3 В. Установка битов конфигурации показаны на рисунке 4.

Рисунок 4. Скриншот окна настройки битов безопасности AVR.

Правильно собранная и запрограммированная система готова к работе после припайки пъезоэлемента. На него должно подаваться напряжение около 12 В (9…15 В) – чем выше напряжение, тем громче будут звуки. Потребляемый ток составляет около 10 мА в простое и до 50 мА при издании звука (при напряжении 12 В).

Рис. 5. Осциллограмма изменения напряжения на клеммах пьезопреобразователя.

Для любопытных

Программа была написана на языке C в среде WinAVR. Звук генерируется прерываниями, генерируемыми с частотой 37,5 кГц. Здесь реализовано очень простое программное управление импульсным заполнением (ШИМ) для регулировки громкости. Чем выше разрешение ШИМ, тем ниже частота. Здесь допускается использование задержек типа delay(), т.к. это единственная задача микроконтроллера и временные зависимости не критичны.