Принцип действия, устройство и схема акустического выключателя

Устройство и работа выключателя с подсветкой

Многие выключатели сейчас оснащаются цепью подсветки. Она выполняет несколько функций:

• позволяет определить местонахождение включателя в темноте;
• служит индикатором отключенного состояния коммутационного прибора;
• в некоторых случаях свечение свидетельствует о целостности цепи освещения (а в случае применения ламп накаливания – и об исправности лампочки).

Цепь освещения собирается на приборе, для свечения которого достаточно очень малого тока – единицы миллиампер. Для использования в таких условиях пригодны светодиоды или миниатюрные неоновые лампы.

Цепь подсветки и схема ее работы.

Из схемы включения видно, что когда основной коммутационный прибор отключен, через светодиод идет ток, ограниченный резистором и сопротивлением светильника. Если выключатель замкнут, то цепь подсветки зашунтирована и LED не горит. Если отключить лампу, то свечения также не будет – цепь разрывается.

Устройство выключателей различного типа

Назначение любого коммутационного прибора – включать и выключать свет при воздействии на него. Но необходимое воздействие может отличаться в зависимости от конструкции.

Клавишный

Эта конструкция знакома всем. Обычный выключатель, в одном положении контакты замкнуты и свет включен, в другом – разомкнуты и освещение выключено. Бывают в одноклавишном, двухклавишном и трехклавишном исполнении.

Прибор с двумя клавишами.

Устройство выключателя клавишного типа почти не изменилось за много лет – за декоративными пластиковыми деталями скрывается подвижная панель, управляющая контактной группой. Все это собрано на несущей конструкции.

Кнопочный

Основой такого выключателя служит кнопка. Существует два варианта такого прибора:

1. С фиксацией. Работает подобно клавишному. При первом нажатии кнопка фиксируется в положении включено. При втором – отжимается в отключенное положение.
2. Без фиксации. При нажатии контакты замыкаются, при отпускании – размыкаются. Могут использоваться для электрических звонков и для схем с импульсными реле.

Первый тип приборов обычно встраивается в светильники. Второй – монтируется на вертикальную плоскость.

Шнуровой (веревочный)

Включатель веревочного типа («дергалка») выпускается как встроенным в настенные светильники, так и в качестве самостоятельного прибора для управления освещением в комнате. Управляется он посредством шнура, за который надо тянуть.

Устройство веревочного включателя.

Довольно сложный механизм работает по простому алгоритму – каждая манипуляция веревкой изменяет состояние контактов на противоположное:

• чтобы включить свет, надо один раз потянуть за шнур;
• выключить – потянуть второй раз;
• снова включить – третий раз и так по кругу.

Такой выключатель с определенной степенью допущения можно назвать механической реализацией импульсного реле. Контактная группа в большинстве случаев работает на замыкание-размыкание.

Поворотный

Поворотные выключатели замыкают и размыкают контакты при повороте рукоятки. Это довольно неудобно, поэтому такие аппараты сейчас применяют редко и только в дизайнерских целях.

Поворотный аппарат под «Ретро».

К этой же категории можно отнести и некоторые типы современных включателей, совмещенных с регуляторами яркости (диммерами). Для выключения рукоятку надо повернуть в сторону минимальной яркости и довернуть до фиксации. Для включения надо повернуть ручку в противоположном направлении.

Внутреннее устройство диммера-выключателя.

Акустический

Акустический выключатель реагирует на звук. Встроенный микрофон улавливает звук и преобразовывает его в электрический сигнал, который потом усиливается, фильтруется, сравнивается с установленным порогом.

Акустический прибор для управления освещением.

Если заданный уровень превышен, формируется команда на включение или отключение нагрузки. Такой прибор удобен, если в квартире есть человек с ограниченной подвижностью. Но помехоустойчивость таких аппаратов оставляет желать лучшего – возможны несанкционированные срабатывания от посторонних шумов.

Сенсорный

Устройство сенсорного выключателя света отличается тем, что для включения освещения достаточно дотронуться до панели не прикладывая усилия для нажатия

Главное достоинство – возможность встраивания дополнительных функций, что важно при применении в системах типа «Умный дом». В остальных случаях несет скорее эстетическую функцию для оформления помещений в стиле Хай-Тек

Сенсорный включатель.

Виды звуковых выключателей

Акустические выключатели могут реагировать на голосовые команды и хлопки

Существуют следующие типы акустических выключателей:

• Приборы, реагирующие на хлопок. Заранее программируется, при каком количестве хлопков будет выполняться та или иная команда.
• Приборы, реагирующие на голос или заранее поставленную команду.
• Комбинированные устройства (например, светоакустический выключатель). В них могут устанавливаться звуковые, световые датчики или сенсоры движения. Это наиболее технологичные устройства, у которых риск ложного срабатывания максимально снижен.
• Устройства для слаботочных систем. Используются для подключения видеокамеры или передачи команды охране.

Акустические выключатели стали популярными благодаря удобству применения. Они полезны для пожилых людей, лежачих больных и маленьких детей. Приборы такого класса уже активно используются в системе «Умный дом».

Выключатель по хлопку с микроконтроллером

Микроконтроллер — это маленький кусочек кремния, покрытый пластиком и имеющий металлические выводы, который не выполняет никаких функций без программного обеспечения. Применение его в любой техничке делает её умной и предполагает использование в системе «Умный дом».

Отличие от стандартного звукового выключателя:

• уменьшенное время срабатывания до 100 микросекунд;
• возможности перепрограммирования, установки индивидуальных параметров;
• увеличенный радиус действия;
• возможность изменения порогового значения сигнала (для устранения помех и исключения реагирования на ложные команды);
• плавное изменение яркости освещения;
• меньшее количество составных частей;
• защита от замыкания.

Диммерный акустический выключатель

Оптико-акустический выключатель для скрытой проводки

Диммирование – это регулировка нагрузки, которую потребляет прибор. С помощью диммеров можно плавно включать свет, регулировать яркости светодиодной лампы или лампочки накаливания. Не применяется для люминесцентной лампы. Также диммерные устройства могут применяться для регулировки температурного режима в утюгах, паяльниках, чайниках и других бытовых приборах.

Оптико-акустический выключатель нужен для диммерного включения электричества. Принцип работы микросхемы следующий:

• сигнал в виде звука попадает на микрофон;
• звук переводится в импульс;
• импульс отправляется на микроконтроллер и проходит через усилитель, заряжая конденсатор;
• достигается заряд большой величины, после чего переключается компаратор;
• ноль на выходе меняется на импульс;
• активируется транзитный генератор, который направляет импульсы;
• открывается симистор, через который проходит питание на светильник;
• конденсатор теряет уровень напряжения;
• на симистор подается сигнал с возрастающим фазовым замедлением;
• плавно включается свет.

Если правильно подобрать все номиналы компонентов, светильник выключается с паузой до 3 минут. Для работы диммера нужна лампа с мощностью не ниже 40 Вт. Напряжение на оптико-акустическом переключателе плавно изменяется в диапазоне от 0 до 220 В.

Преимущества:

• благодаря плавному включению увеличивается срок службы лампы;
• возможность создания освещения нужной яркости в определенном месте;
• возможность управления светом с помощью интеллектуальных систем.

К недостаткам можно отнести невозможность размыкать сеть в случае короткого замыкания и отсутствие защитной функции от перегрузок.

Как выбрать

Перед покупкой нужно заранее решить, с какой целью покупается акустический выключатель. Приборы для домашнего использования, для гаража, подъезда или улицы разные, так как в каждых условиях свой уровень внешнего шума. Неправильный выбор приведет к тому, что устройство либо не будет срабатывать, либо будет реагировать на любой звук.

Хлопковые выключатели можно установить на 4 прибора. Например, за включение света будет отвечать один хлопок, за вентилятор – два, и так далее. Хлопки нужно делать подряд.

Для люстр с большим числом ламп можно купить переключатель с несколькими кнопками. Такие приборы имеют несколько каналов, и их можно подключить к определенной группе источников света.

Как сделать хлопковый выключатель

Проходной выключатель: схема подключения устройства из разных мест – Советы, схемы и ошибки

Выключатель с подсветкой: установка, подключение, схема

Как подключить выключатель с регулятором яркости

Схема подключения выключателя

Принципиальная схема сенсорного выключателя

Как работают акустические датчики управления освещением

Основная цель акустического реле — экономия электроэнергии

Держать включенным освещение нужно только в том случае, если в помещении или на площадке, где оно смонтировано, присутствуют люди. Исключение составляют только дежурные светильники, предназначенные для того, чтобы можно было заметить несанкционированное проникновение на территорию.

Дома оно не применяется. Для того чтобы зафиксировать появление людей, и чтобы лампы работали только в их присутствии, и предназначены датчики акустические для освещения.

Условно датчики можно разделить на два типа:

1. срабатывающие на любой шум, это подавляющие большинство акустических реле промышленного изготовления;
2. реагирующие на звуковые команды, таких реле меньше и чаще они самодельные.

Рассмотрим каждый тип по отдельности.

Реагирующие на шум

Чаще всего для освещения акустический датчик монтируют на лестничных площадках и коридорах. В доме их устанавливать бесполезно, кроме комбинации с реле задержки отключения в санузлах и ванных (этот вариант мы рассмотрим тоже).

Если человек передвигается, то он обязательно издает звуки, пусть даже и негромкие, конечно, если нет задачи пройти бесшумно. Это стук открывающейся или закрывающейся двери, шум шагов разговоры (и даже сработавшего замка). Их и фиксирует датчик.

Совместная работа с освещением его основана на следующем принципе. Например, датчик шумовой для освещения смонтирован на лестничной площадке (о том, где их лучше устанавливать, а где нежелательно расскажем ниже), возможны два варианта.

Первый вариант

1. Человек вошел в двери.
2. Акустический датчик услышал шум и дал приказ на включение освещения.
3. Пока мы идем (если только стараемся не скрывать свои шаги как ниндзя), он слышит шум и оставляете свет включенным.
4. Последний звук — закрытая дверь, освещение отключено.

Второй вариант

1. Реле слышит звук (шаги, замок, скрип двери, разговор), подается команда на реле задержки времени и одновременно включается освещение.
2. После того как прошло заложенное в реле задержки время (одно должно быть достаточным для того, чтобы пройти коридор или лестничную площадку) освещение выключается.

Функция задержки может быть встроена как в само акустическое реле (большинство моделей), так и выполнятся с помощью дополнительных узлов.

Надо отметить, что и в первый вариант работы реле может включаться реле задержки, но только не выключения, а включения. Это делается для того чтобы защититься от ложных срабатываний. То есть освещение не включается от кратковременного шума (например, удара грома на улице или сигнала автомашины), необходимо чтобы звук продолжался в течение некоторого времени.

Реле, реагирующее на шум, имеет как достоинства, так и недостатки.

Достоинства

1. Реле, как правило, несложное, а значит цена на него небольшая.
2. В отличие от датчиков движения оно не срабатывает при передвижении домашних животных и грызунов и на электромагнитные наводки.

Минусы

Чтобы избежать включения в светлое время суток освещение его нужно включать либо вручную, либо с помощью таймера. Возможен вариант установки датчика освещенности на улице.

• Акустическое реле нельзя установить в жилых комнатах, так как освещение будет выключаться, например, после того, как вы устроитесь с книгой на диване и не будете издавать никаких звуков.
• Реле плохо работает, точнее, постоянно включается, если большой уровень фонового шума. Например, нельзя его установить в подъезде, который выходит на шумную улицу.

Реле, реагирующее на команды

В простейшем случае это может быть звук гораздо громче, чем те, которые могут быть слышны при обычном присутствии людей в комнате. Например, хлопок в ладоши.

Автор этой статьи собирал подобную конструкцию в детстве, посещая дом пионеров. Такое реле фактически представляет собой обычное реле шума, только порог его срабатывания выше и оно различает минимум две команды.

Например, хлопнули один раз, свет зажегся, два раза погас. Его вполне можно устанавливать в жилых помещениях, правда, все-таки наверно удобнее пользоваться обычным выключателем, чем постоянно хлопать.

В более сложном варианте можно собрать устройство, которое будет различать голосовые команды. То есть реле будет различать речь, так как браузер различает «О’ Кей Гугл». Правда, промышленных вариантов этого реле пока нет в продаже.

Как правильно использовать

Перед тем как приобретать и устанавливать звуковой выключатель, необходимо проанализировать уровень внешнего шума. К примеру, если предполагается оборудовать устройством гараж, то рекомендуется приобретать выключатель с низкой или регулируемой чувствительностью. Гараж — это не то место, где нужно соблюдать тишину. Можно хлопнуть в ладоши погромче, зато от случайных звуков освещение не включится.

Для спален и других жилых помещений уже необходимо устройство с более высокой чувствительностью.

Обратите внимание! Монтируется акустический выключатель так же, как и обыкновенный, в разрыв фазного провода. Если конструкция предназначена для подключения нескольких приборов, то на входную клемму подается фазный провод, а на выходные соответствующие коммутируемые приборы

Вместо приборов освещения допустимо устанавливать выключатель для управления другой техникой, например, телевизором или кондиционером.

Важно! Выключатель, комбинированный с регулятором яркости, диммером, допустимо использовать только для управления лампами накаливания или специальными светодиодными. Снижение стоимости устройств позволяет практически повсеместно заменять простые конструкции на более сложные с дополнительными удобными функциями

Это не только повышает удобство пользования, но и положительно влияет на экономичность в целом

Снижение стоимости устройств позволяет практически повсеместно заменять простые конструкции на более сложные с дополнительными удобными функциями. Это не только повышает удобство пользования, но и положительно влияет на экономичность в целом.

Голосовое реле

Предлагаю простой акустический автомат для включения различных исполнительных устройств. Суть работы схемы (рис.1) заключается в следующем. При определенном уровне акустических шумов вблизи высокочувствительного датчика-микрофона ВМ1, пороговый уровень включения которого устанавливается подстроечным резистором R1, усиленный операционным усилителем DA1 сигнал поступает на транзисторный ключ VT1-VT2, который подает питание на реле К1. Реле своими контактами (на схеме они не показаны) замыкает цепь питания нагрузки. После прекращения шумов нагрузка выключается.

Рис.1. Принципиальная схема акустического автомата

Данный способ используется в микродиктофонах, которые автоматически включаются в режим записи при наличии звукового сигнала. Мною эта схема используется для автоматического включения УЗЧ домофона.

Данная схема хорошо послужит в автомате освещения. Тогда ее стоит дополнить оконечным каскадом с задержкой выключения на 3…4 минуты. Если установить такой автомат, например, в прихожей, то свет будет загораться автоматически при наличии малейшего шума (открывающейся двери или голоса) и гаснуть по прошествии нескольких минут при полной тишине.

В исходном состоянии оба входа микросхемы DA1 находятся в состоянии равновесия, и на базу транзистора VT1 поступает очень слабый сигнал, порядка нескольких милливольт, недостаточный для открывания транзистора. При звуковом воздействии на микрофон переменное напряжение подается на вход 2 ОУ. Многократно усиленный сигнал с вывода 6 ОУ, еще усиленный транзистором VT1, попадает на электронный ключ на транзисторе VT2, который, в свою очередь, коммутирует исполнительное устройство — реле К1.

От номиналов С5 и R2 зависит задержка выключения реле при пропадании звукового воздействия на микрофон. Если задержка не нужна — эти элементы из схемы исключают. Когда нужна большая задержка выключения, номинал С5 следует увеличить. При номиналах, указанных на схеме, задержка выключения при питании схемы 12 В составит 1 мин ±10%. Если емкость конденсатора С5 увеличить до 2000 мкФ, задержка выключения при том же напряжении питания возрастет до 10 минут. Однако в последнем случае теряется точность времени выдержки и возрастает зависимость от длительности первоначального воздействия звуковых колебаний на микрофон.

Диод VD1 служит для устранения дребезга контактов реле К1. К1 — маломощное реле типа РЭС10, РЭС15 на напряжение срабатывания 9…11 В. Для коммутирования мощных цепей нагрузки с большим напряжением питания необходимо соблюдать меры безопасности и использовать реле с соответствующим допустимым током через контакты. Микрофон ВМ1 представляет собой капсюль ДЭМШ или аналогичный с сопротивлением обмотки 200…250 Ом и выше. Хорошие результаты получаются при использовании в качестве микрофона электретного капсюля МКЭ различных модификаций (ранее использовался в качестве встроенного микрофона кассетных магнитофонов).

Для устранения наводок и прочих помех микрофон необходимо соединить с устройством коротким экранированным кабелем длиной не более 20 см. При жестком креплении корпуса устройства к другим конструкциям (например, к вертикальной стене) следует обернуть микрофонный капсюль поролоном и не привинчивать к корпусу устройства, чтобы помехи при различных ударах (например, хлопаниях соседней двери) не воздействовали на микрофон.

В качестве VT2 можно использовать кремниевые транзисторы средней мощности КТ603, КТ630 или их аналоги с любыми буквенными индексами. В качестве VT1 подойдет КТ361 с любым буквенным индексом.

Правильно собранное из исправных деталей устройство в настройке практически не нуждается. Нужно только подстроечным резистором R1 подобрать порог срабатывания устройства.

Как действует акустический выключатель

Микрофон или акустический датчик преобразует звуковые колебания в электрический сигнал. После усилителя звуковой частоты ЗЧ сигнал детектируется, постоянное напряжение подается на базу транзисторного ключа, в нагрузку которого включена обмотка реле. После превышения порогового уровня на базе ключ срабатывает, и реле замыкает контакты питания 220 В электроприемника. При повторной звуковой команде схема автоматически отключается и прекращается протекание тока в светильнике или электроприборе.

Технические характеристики

Типовые технические характеристики акустического устройства с эксплуатацией в жилом объекте:

• вес нетто (без упаковки) 30 – 60 г;
• габаритные размеры 40*40*15 –86 *86 *26 мм;
• напряжение бытовой сети 220 В;
• максимальный ток нагрузки 5A;
• мощность нагрузки200–1100Вт;
• регулировка звуковой чувствительности 20 –150 дБ;
• класс защиты корпуса IP30 – IP34;
• относительная влажность от 20% до 60%;
• температура эксплуатации от 0°С до +40°С;
• срок гарантии изделий 12–24 месяца.

Составляющие детали

Стандартный акустический выключатель состоит из следующих деталей, запаянных на печатной плате:

• транзисторов и диодов;
• диодного моста и стабилитрона;
• микросхем триггера и компаратора;
• резисторов и конденсаторов;
• микрофона и реле.

Плата помещается в крепкий пластиковый корпус защелками.

Отличия между хлопковым и звуковым (голосовым) выключателем

Голосовые управляющие устройства сложнее переключателей «хлопкового» типа. В них задействованы специальные активные фильтры на микросхемах, выполняющие функции декодера команд. Они распознают  последовательность гласных звуков определенной частоты и длительности, игнорируя акустические помехи.

Монтаж и схема подключения выключателя света по хлопку

Как я уже говорил выше, устанавливать хлопковый выключатель я планирую в своей спальной комнате. Там у меня установлен светильник с двумя лампами КЛЛ.

На данный момент светильник подключен через одноклавишный выключатель. Схема имеет следующий вид:

Вот схема подключения дистанционного выключателя  «Экосвет‑Х‑300-Л», реагирующего на хлопки.

Белые провода нужно подключить в сеть 220 (В), причем строго соблюдать полярность при этом не требуется. К черным проводам подключается нагрузка — в моем случае это две лампы КЛЛ.

В настоящее время с распределительной коробки на светильник приходит фаза (через одноклавишный выключателя) и ноль. Вот их нам и нужно соединить с белыми проводами.

Черные провода нужно подключить непосредственно на лампы светильника, которые подключены параллельно друг с другом.

Вот схема питания светильника с хлопковым выключателем:

Питание хлопкового выключателя идет через существующий одноклавишный выключатель. Если мы хотим временно вывести его из работы, то достаточно отключить этот одноклавишный выключатель.

С помощью регулятора чувствительности звука выставим нужный нам уровень.

Настроим регулятор так, чтобы хлопок был и не слабым (исключим ложные срабатывания при легких случайных хлопках), и не сильным (чтобы руки не отбить).

Испытания и эксперименты (видео)

Проверим этот выключатель на действие следующих посторонних громких и звонких звуков от:

• ударов молотка
• работающего пылесоса
• звонка телефона
• работы перфоратора
• стука посуды (кружка с ложкой)

Попробуем спровоцировать ложные срабатывания путем воздействия на выключатель звуками от вышеперечисленных приборов и устройств. Алгоритм работы выключателя, а также проведенные мной эксперименты я снял на видео:

Сделаем вывод из экспериментов: выключатель ложно реагирует на звуки от работы перфоратора и на очень звонкие звуки от стука ложки о кружку. В остальных случаях ложных срабатываний замечено не было.

После часа работы я проверил нагрев его корпуса. Могу Вас обрадовать — корпус слегка теплый, что в пожарном отношении является безопасным.

Применение акустических (хлопковых) выключателей

Такие устройства набирают популярность ввиду удобства применения и практической полезности

Достаточно обратить внимание на замызганные пятна вокруг традиционного выключателя, появляющиеся на стене уже скоро после ремонта. Бесконтактный прибор избавляет от этого неприятного эффекта. Полезен он и для младшего поколения, если приборы управления освещением установлены на традиционном для России месте, а не внизу, как это принято в Европе

Просто хлопком в ладоши ребёнок легко включит и выключит свет в комнате

Полезен он и для младшего поколения, если приборы управления освещением установлены на традиционном для России месте, а не внизу, как это принято в Европе. Просто хлопком в ладоши ребёнок легко включит и выключит свет в комнате.

Таким же образом акустический выключатель будет полезен для инвалидов — колясочников и лежачих больных. Кроме того, он может стать для них сигнальной системой, чтобы при необходимости просить о помощи. Небольшая переделка схемы позволит подавать не только световой, но и звуковой сигнал.

Популярное наименование устройства «хлопковый», скорее всего, является случайным, ведь прибор может срабатывать и на другие резкие звуки, включая свист, стук и прочие сигналы.

Можно полагать, что приборы такого класса станут непременными принадлежностями системы управления жилищем под названием «умный дом».