Подключение бипера к ардуино. Динамик

Пьезоэлектрический датчик используется для измерения изменений параметров, таких как давление, температура, ускорение и сила, путем преобразования их в электрический заряд. Этот датчик работает по принципу пьезоэлектрического эффекта.

Такой датчик может быть очень полезен в различных радиолюбительских и инженерных проектах, поэтому в данном материале мы рассмотрим, как подключить пьезоэлектрический датчик к Arduino и организовать их совместную работу.

Взаимодействие пьезоэлектрического датчика с платой Arduino довольно простое и не требует особых усилий для его организации. Прежде чем мы узнаем о процессе взаимодействия, необходимо понять, что такое пьезоэлектрический эффект. Итак, эффект, при котором механическая энергия с приложенным давлением преобразуется в электрическую форму, называется пьезоэлектрическим эффектом. При приложении давления к поляризованному кристаллу механическая деформация приводит к возникновению электрического заряда.

И наоборот, когда напряжение подается на пьезоэлектрический кристалл, тогда давление будет создаваться на атомах кристалла, что в свою очередь будет приводить к деформации.

Создадим с помощью пьезодатчика и Arduino простой проект, в котором датчик будет выдавать напряжение, когда он будет подвергаться любому физическому напряжению. Этот датчик может использоваться для создания схемы, которая реагирует на стук и включает или выключает нагрузку. Для этой схемы помимо пьезоэлектрического датчика мы подключим светодиод к микроконтроллеру Arduino. Когда датчик будет реагировать на физическое воздействие, плата Arduino будет включать светодиод на определенное время и затем выключать его. Пьезочувствительный датчик представляет собой поляризованный компонент с положительными и отрицательными выводами. Красный провод – положительный вывод, а черный провод – отрицательный вывод. Положительный вывод подключен к аналоговому выводу A0 платы Arduino, в то время как отрицательная клемма заземлена на клемме GND Arduino. Анод светодиода подключен к цифровому контакту 13, а его катоду к GND платы Arduino. Схема подключения Arduino и пьезоэлектрического датчика приведена ниже.

Далее приведен код (скетч), который позволяет считывать прикладываемое к пьезоэлектрическому датчику физическое воздействие и управлять нагрузкой, то есть в данном случае просто включать и отключать светодиод.

const int sensorPin=0; const int ledPin= 13; const int threshold= 100; void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT); } void loop() { int val= analogRead(sensorPin); if (val >= threshold) { digitalWrite(ledPin, HIGH); delay(5000); digitalWrite(ledPin, LOW); } else digitalWrite(ledPin, LOW); }

Амплитудно-частотная характеристика пьезоизлучателя не равномерна и имеет выраженный максимум (или несколько максимумов) на частотах от 2000 до 5000 Гц (в зависимости от конструкции излучателя). Именно на частоте максимума, называемой резонансной частотой, от пьезоизлучателя можно добиться наибольшей громкости.

Обычно пьезоизлучатель подключают к микроконтроллеру по самой простой схеме. Один вывод излучателя сажают на землю, другой через резистор подсоединяют к микроконтроллеру. Резистор ограничивает ток перезарядки емкости пьезоизлучателя. В макетах им можно пренебречь, по крайней мере, я всегда так делаю, и ни одного контроллера пока не спалил.

Для получения двойной амплитуды сигнала (то есть где-то 9-10 вольт при напряжении питания микроконтроллера 5 вольт) можно включить пьезоизлучатель между двумя выводами микроконтроллера. При этом не нужно забывать, что у пьезоэлектрического преобразователя есть такие параметры как номинальное и предельное входные напряжения. Понятно, что превышать эти значения не желательно.
Сигналы, подаваемые на выводы микроконтроллера в таком включении должны быть противофазными (на одном выводе 0, на другом 1 и наоборот).

Получить двойную амплитуду сигнала, не используя дополнительный вывод микроконтроллера, можно с помощью такой нехитрой схемы. Когда на выводе PC0 единица – транзистор открыт, правый контакт пьезоизлучателя подключен к земле, а на левом напряжение логической единицы. Когда на выводе PC0 ноль – транзистор закрыт, правый контакт пьезоизлучателя подключен к плюсу питания (VCC должно быть равно напряжению питания микроконтроллера), а левый посажен на землю.

На многих платах микроконтроллер запитывается от стабилизатора напряжения, на вход которого подается 7-12 вольт. Можно задействовать это напряжение для увеличения громкости звучания пьезоизлучателя, если подключить его к микроконтроллеру с помощью транзистора.

Ну и, наконец, двойную амплитуду сигнала на пьезоизлучателе можно получить с помощью логических микросхем – НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Эту схему выгодно использовать, если на плате остались не задействованные вентили логических микросхем.

Варианты включения пьезоизлучателя с использованием дросселей и повышающих трансформаторов рассматривать не стал, потому что не использую их.

Пищалка на Ардуино, которую часто еще называют зуммером, пьезодинамиком или даже баззером – частый гость в DIY проектах. Этот простой электронный компонент достаточно легко подключается к платам Arduino, поэтому вы можете быстро заставить вашу схему издавать нужные звуки – сигнализировать, пищать или вполне сносно проигрывать мелодию. В данной статье расскажем про отличие активных и пассивных зуммеров, разберем схему подключения пьезоэлемента к плате Ардуино и покажем пример скетча для управления пищалкой. А еще вы найдете пример мелодии, которыми cможете снабдить свой проект.

Зуммер, пьезопищалка – все это названия одного устройства. Данные модули используются для звукового оповещения в тех устройствах и системах, для функционирования которых в обязательном порядке нужен звуковой сигнал. Широко распространены зуммеры в различной бытовой технике и игрушках, использующих электронные платы. Пьезопищалки преобразуют команды, основанные на двухбитной системе счисления 1 и 0, в звуковые сигналы.

Пьезоэлемент “пищалка”

Пьезопищалка конструктивно представлена металлической пластиной с нанесенным на нее напылением из токопроводящей керамики. Пластина и напыление выступают в роли контактов. Устройство полярно, имеет свои «+» и «-». Принцип действия зуммера основан на открытом братьями Кюри в конце девятнадцатого века пьезоэлектрическом эффекте. Согласно ему, при подаче электричества на зуммер он начинает деформироваться. При этом происходят удары о металлическую пластинку, которая и производит “шум” нужной частоты.

Нужно также помнить, что зуммер бывает двух видов: активный и пассивный. Принцип действия у них одинаков, но в активном нет возможности менять частоту звучания, хотя сам звук громче и подключение проще. Подробнее об этом чуть ниже.

Модуль пищалки для Ардуино

Конструктивно модуль исполняется в самых разных вариантах. Самый рекомендуемый для подключения к ардуино – готовый модуль со встроенной обвязкой. Такие модули можно без особого труда купить в интернет-магазинах.

Если сравнивать с обыкновенными электромагнитными преобразователями звука, то пьезопищалка имеет более простую конструкцию, что делает ее использование экономически обоснованным. Частота получаемого звука задается пользователем в программном обеспечении (пример скетча представим ниже).

Где купить пищалку Ардуино

Наш традиционный обзор предложений на Aliexpress

	Громкий пьезодинамик – пищалка 3-24 Вольт, подходит для Ардуино	Простейшие пассивные пьезоизлучатели 12MM*8.5MM 3-12В, набор 5 штук
Модуль пьезодинамика с необходимой обвязкой для работы с Ардуино	Пищалки с разъемами для подключения к материнской плате компьютера	Набор из 10 активных спикеров – пьезопищалок

Отличия активного и пассивного зуммера

Главное отличие активного зуммера от пассивного заключается в том, что активный зуммер генерирует звук самостоятельно. Для этого пользователь должен просто включить или выключить его, другими словами, подав напряжение на контакты или обесточив. Пассивный зуммер же требует источника сигнала, который задаст параметры звукового сигнала. В качестве такого источника может выступать плата Ардуино. Активный зуммер будет выдавать более громкий звуковой сигнал в сравнении с его конкурентом. Частота излучаемого звука активного зуммера составляет значения 2,5 кГц +/- 300Гц. Напряжение питания для пищалки варьируется от 3,5 до 5 В.

Активный пьезоизлучатель предпочтительней еще из-за того, что в скетче не потребуется создавать дополнительный фрагмент кода с задержкой, влияющий на рабочий процесс. Также для определения того, что за элемент находится перед пользователем, можно измерить сопротивление между двумя проводами. Более высокие значения будут указывать на активный зуммер ардуино.

По своей геометрической форме пищалки никак не различаются, и отнести элемент к тому или иному виду по данной характеристике не представляется возможным. Визуально зуммер можно идентифицировать, как активный, если на плате присутствуют резистор и усилитель. В пассивном зуммере в наличии только маленький пьезоэлемент на плате.

Подключения зуммера к Arduino

Подключение модуля пьезоэлемента к Ардуино выглядит достаточно простым. Потребляемый ток маленький, поэтому можно просто напрямую соединить с нужным пином.

Подключение пищалки к Ардуино (порт 12)

Электрическая схема подключения пьезоэлемента без сопровождающих модулей выглядит следующим образом.

На некоторых вариантах корпусов зуммера можно найти отверстие для фиксации платы при помощи винта.

Зуммер arduino имеет два выхода. Следует обратить внимание на их полярность. Темный провод должен быть подключен к «земле», красный – к цифровому пину с PWM. Один вывод настраивается в программе как «вход». Arduino отслеживает колебания напряжения на выводе, на который подаётся напряжение с кнопки, резистора и датчиков.

Пищалка Арудино с названиями контактов

Напряжение на «вход» подается различное по значениям, система четко фиксирует только два состояния – вышеупомянутые 1 и 0 (логические ноль и единица). К логической единице будет относиться напряжение 2,3-5 В. Режим «выход» – это когда Arduino подает на вывод логический ноль/единицу. Если брать режим логического нуля, тут величина напряжения настолько мала, что ее не хватает для зажигания светодиода.

Схема подключения пищалки к Ардуино

Обратите внимание, что входы довольно чувствительны к внешним помехам разного рода, поэтому ножку пьезопищалки через резистор следует подключать к выводу. Это даст высокий уровень напряжения на ножке.

Пример скетча для пьезодимнамика

Для “оживления” подключенного к плате ардуино зуммера потребуется программное обеспечение Arduino IDE, которое можно .

Одним из простейших способов заставить заговорить пищалку является использование функции «analogwrite». Но лучше воспользоваться встроенными функциями. За запуск звукового оповещения отвечает функция «tone()», в скобках пользователю следует указывать параметры частоты звука и номера входа, а также времени. Для отключения звука используется функция «noTone()».

Пример скетча с функцией tone() и noTone()

//Пин, к которому подключен пьезодинамик. int piezoPin = 3; void setup() { } void loop() { /*Функция принимает три аргумента 1) Номер пина 2) Частоту в герцах, определяющую высоту звука 3) Длительность в миллисекундах. */ tone(piezoPin, 1000, 500); // Звук прекратится через 500 мс, о программа останавливаться не будет! /* Вариант без установленной длительности */ tone(piezoPin, 2000); // Запустили звучание delay(500); noTone(); // Остановили звучание }

Схема подключения для примера выглядит следующим образом:

Подключение пищалки к 3 пину Ардуино

Когда вы используете функцию tone(), то возникают следующие ограничения.

Невозможно одновременно использовать ШИМ на пинах 3 и 11 (они используют одинаковый внутренний таймер), а также нельзя запустить одновременно две мелодии двумя командами tone() – в каждый момент времени будет исполняться только одна.Еще одно ограничение: нельзя извлечь звук частотой ниже 31 Гц.

Вариант скетча для активного зуммера чрезвычайно прост. мы выставляем значение 1 в порт, к которому подключена пищалка.

Вариант скетча для зуммера без tone()

Пример скетча для варианта без функции tone() представлен на изображении внизу. Этот код задает частоту включения звука один раз в две секунды.

Для корректной работы устройства необходимо задать номер PIN, определить его как «выход». Функция analogWrite использует в качестве аргументов номер вывода и уровень, который изменяет свое значение от 0 до 255. Это все по причине того, что шим-выводы Arduino имеют ЦАП (цифроаналоговый преобразователь) 8-бит. Изменяя этот параметр, пользователь меняет громкость зуммера на небольшую величину. Для полного выключения следует пропитать в порте значение «0». Следует сказать, что используя функцию «analogwrite», пользователь не сможет изменять тональность звука. Для пьезоизлучателя будет определена частота 980 Гц. Это значение совпадает с частотой работы выводов с шим на платах Ардуино и аналогов.

Примеры мелодий для зуммера

Для того, чтобы разнообразить работу с новым проектом, добавить в него «развлекательный» элемент, пользователи придумали задавать определённый набор частот звука, делая его созвучным некоторым знаменитым композициям из песен и кинофильмов. Разнообразные скетчи для таких мелодий можно найти в интернете. Приведем пример мелодии для пьезопищалки для одного из самых узнаваемых треков «nokia tune»из ставших легендарными мобильников Nokia. Файл pitches.h можно сделать самим, скопировав его содержимое так, как указано в этой статье на официальном сайте.

При написании собственных мелодий пригодится знание частот нот и длительностей интервалов, используемых в стандартной нотной записи.

Частота нот для пищалки Ардуино

Заключение

В этой статье мы рассмотрели вопросы использования пищалки в проектах Arduino: разобрались с пассивным и активным зуммерами, осветили некоторые теоретические вопросы по строению пьезоэлемента. Узнали, как подключить пьезопищалку к ардуино и как запрограммировать скетч для работы с активными, пассивными модулями. Как видно, ничего особенно сложного в работе с зуммерами нет и вы сможете легко включить аудио возможности в свой проект. Причем помимо обычных гудков вы можете создавать целые музыкальные произведения.

Которые часто используются в электронике как индикаторы состояния. Самым простым примером может служить индикатор питания, с помощью которого прибор сообщает пользователю, что он включен. Очень часто вместе со световой индикацией, в устройствах применяется звуковая индикация. Во многих электронных приборах есть источник звука, который как и световой индикатор помогает пользователю в работе.

Обычно в электронике используются два типа источников звука:

• громкоговоритель (динамик);
• звукоизлучатель (зуммер).

В этом уроке мы поговорим о динамике. Разберем подробно его устройство и попробуем проиграть мелодию на Ардуино!

Громкоговоритель, он же динамик

Все громкоговорители можно разделить на два подтипа: электродинамический и пьезоэлектрический. Именно от названия первого подтипа пошло хорошо известное нам название динамик .

Наверное каждый из нас хотя бы раз в жизни разбирал какой-нибудь старый динамик. Внутри него обязательно есть постоянный магнит, который прочно склеен с металлическим диском и цилиндрическим якорем по середине.

Кроме магнита в динамике еще есть небольшая электромагнитная (или звуковая) катушка, намотанная тонким лакированным проводом. Катушка приклеена к гофрированному подвесу и к диффузору. Все эти части изображены на схеме разреза динамика.

Человеку, знакомому со школьным курсом физики не составит труда догадаться как работает это устройство. Мы знаем, что если подать на звуковую катушку напряжение, то в её витках возникнет электрический ток (ну это уж совсем очевидно). Согласно закону Ампера, на проводник с током, находящийся в магнитном поле будет действовать сила Ампера.

Направление этой силы можно легко вычислить с помощью правила левой руки: если вектор манитного поля направлен в ладонь, а пальцы направлены по току (вдоль витков провода), то большой палец будет указывать направление силы. Именно сила Ампера то притягивает катушку к основанию якоря, то отталкивает от него, в зависимости от направления электрического тока.

То есть подавая на катушку переменный ток, мы заставим её колебаться. Звуковая катушка прочно соединена с диффузором, так что он тоже начнет колебаться. Движение же большого диффузора приведёт к колебанию большой массы воздуха, что мы и называем звуковой волной!