Пьезоэлектрический излучатель нового поколения usound mems

Подключение пьезоизлучателя к Ардуино

Для занятия нам понадобятся следующие детали:

• плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
• макетная плата;
• пьезоизлучатель звука (Arduino buzzer);
• провода «папа-папа».

Подключение пищалки (буззера) к Ардуино на схеме

После того, как вы собрали схему и подключили пьезоизлучатель и Arduino, как на картинке выше, загрузите следующий скетч в микроконтроллер Arduino Uno. Воспроизведение звука на Ардуино выполняется функцией , где в скобках указывается номер пина и частота звука. Чтобы отключить звук на зуммере (пьезодинамике Ардуино) необходимо использовать функцию .

Скетч включения пьезодинамика функцией tone

void setup() {
   pinMode(11, OUTPUT); // объявляем пин 11 как выход
}

void loop() {

   tone (11, 600); // включаем на пьезодинамик 600 Гц

   delay(1000); // ждем 1 секунду

   tone(11, 900); // включаем на пьезодинамик 900 Гц

   delay(1000); // ждем 1 секунду

   noTone(11); // отключаем пьезодинамик на пин 11

   delay(1000); // ждем 1 секунду

}

Пояснения к коду:

1. процедуры setup и loop Ардуино должны присутствовать в любой программе (скетче), даже если вам не нужно ничего выполнять в них — пусть они будут пустые, просто не пишите ничего между фигурными скобками;
2. каждой открывающей фигурной скобке всегда соответствует закрывающая . Они обозначают границы некого логически завершенного фрагмента кода. Следите за вложенностью фигурных скобок в программе.

Скетч плавного изменения частоты зуммера

void setup() {
   pinMode(11, OUTPUT); // объявляем пин 11 как выход
}

void loop() {
   // увеличиваем частоту звука
   for (int x = 0; x tone (11, x);
     delay(1);
     }
   // уменьшаем частоту звука
   for (int x = 500; x > 0 ; x--){
     tone (11, x);
     delay(1);
     }
}

Пояснения к коду:

1. для изменения частоты активного зуммера Ардуино используется цикл for, с помощью которого мы перебираем частоту звука от 0 до 500 и обратно.

Заключение. Мы рассмотрели, как включить пьезодинамик (пищалку) от Ардуино. Данная информация пригодится при создании проектов, в которых требуется звуковой сигнал при включении устройства на плате Arduino или при других случаях. Для уменьшения громкости сигнала активного пьезодинамика Ардуино можно использовать резисторы с разным номиналом, включая их в электрическую цепь.

Модели с однопереходными конденсаторами

Устройства этого типа способны обеспечивать проводимость на уровне 5 мк. У них довольно высокая чувствительность. Стержни на ультразвуковой излучатель устанавливаются диаметром от 2 см. Обмотки используются только с кольцами из резины. В нижней части устройств применяются дипольные клеммы. Общий уровень сопротивления при загруженности составляет 5 Ом. Конденсаторы разрешается устанавливать на излучатели через расширители. Для продления низких частот используются переходники.

При необходимости можно сделать модификацию на два конденсатора. Для этого клеммы устанавливаются с проводимостью от 2,2 мк. Стержень подбирается небольшого диаметра. Также надо отметить, что потребуется короткая подставка из сплава алюминия. В качестве изоляции для клемм применяется изолента. В верхней части излучателя крепится два кольца. Непосредственно конденсаторы монтируются через дипольный расширитель. Общий уровень сопротивления не должен превышать 35 Ом. Чувствительность зависит от проводимости клемм.

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.

Схема подключения зуммера

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

Достоинства

• Наличие гидростата, который позволяет в ручном режиме регулировать показатели влажности.
• Автоматическое управление приборов: поддержание указанных параметров влажности, отключение при полном испарении воды.
• Возможность устанавливать параметры влажности вплоть до 70%.
• Низкая шумность в включенном состоянии: значительно меньше допустимых 40 Дб.
• Высокая производительность: до 16 л пара в сутки при емкости до 5 л.
• Потребляет малое количество электроэнергии: до 50 Вт.
• Оснащаются современной системой фильтрации жидкости.
• Безопасное использование, достигаемое за счет отсутствия горячего пара.
• Современный дизайн, возможность выбора цвета, функциональности, габаритов.

Типы увлажнителей воздуха

По своему устройству и принципу работы можно выделить пять основных видов увлажнителей:

Приборы холодного пара.

Это самый традиционный вид увлажнителей. Функционирование данного устройства заключается в холодном испарении жидкости. Вода заливается в бак, затем она направляется в поддон, а оттуда в испарительные картриджи. Самые простые модели имеют сменные бумажные фильтры. Из испарительных элементов воздух, увлажняясь, проходит в комнату.

Такие приборы не только увлажняет воздух, но и очищают его. Вся грязь скапливаются в картриджах и фильтрах. Для холодных увлажнителей используется дистиллированная вода. Преимущество таких устройств заключается еще и в том, что они очень экономят электроэнергию. Важным является и то, что они работают практически без шума. Данный вид увлажнителей принято устанавливать в детской комнате и спальне, а также в офисах. Недостаток такого прибора заключается только в том, что они обладают небольшой мощностью.

Приборы горячего пара.

Функционирование данных устройств основывается на испарение жидкости с помощью ее нагревания. Такие устройства работают по принципу электрического чайника. Если вода в испарителе полностью выкипела, то прибор сам отключается. Поэтому такие приборы совершенно пожаробезопасны. Данный тип увлажнителей имеет гидростат, который позволяет прибору контролировать влажность воздуха и самостоятельно выключаться, когда данный показатель достигнет нужного значения.

Паровой или ультразвуковой увлажнитель лучше всего использовать в создании комфортного климата в оранжереях. Положительными качествами паровых приборов являются легкость эксплуатации и использование их для ингаляции. Нужно просто добавить в устройство настой из лекарственных компонентов или ароматических масел. Ароматические масла позволяют применять прибор, еще и как освежитель воздуха.

Ультразвуковые устройства

Принцип действия ультразвукового увлажнителя воздуха заключается в переходе частичек воды в состояние «водяного облака». Это происходит не за счет кипения жидкости, а за счет высокочастотных колебаний. Сухой воздух проходит в увлажнитель. Потом с помощью вентилятора выводиться в помещение в виде холодного тумана. Такие увлажнители не нагревают воду, поэтому их можно использовать в помещениях, где находятся маленькие дети.

Ультразвуковые увлажнители подходят для комнат, в которых находятся предметы, нуждающихся в поддержании определенного уровня влажности. К таким предметам относится антиквариат, старинная мебель, музыкальные инструменты. Также ультразвуковой увлажнитель можно установить и в жилой комнате.

Принцип работы ультразвукового увлажнителя воздуха позволяет осуществлять очень точный контроль влажности. Конечно, такие приборы достаточно дорогостоящие, но их достаточно просто сделать самостоятельно.

Климатические комплексы

Такие увлажнители помогают не только увлажнить, но и очистить воздух от любых загрязнений. Процесс увлажнения проходит по принципу работы паровых приборов. Фильтр, вставленный в устройство, чаще всего является противоаллергенным и антибактериальным. Если прибор оснащен угольным фильтром, то он поможет избавить комнату от плохих запахов и табачного дыма. Данные комплексы можно устанавливать в офисах и детских комнатах. В некоторые модели можно вставить капсулы для ароматерапии.

Хотя все эти виды увлажнителей обладают своими преимуществами, но все же особой популярностью пользуются ультразвуковые увлажнители, которые можно сделать самостоятельно. Помочь в этом может пошаговая инструкция, описываемая ниже.

Увлажнители распылительного типа.

Такие увлажнители распыляют водяную взвесь, которая представляет собой мельчайшие частички воды. Вылетая из увлажнителя, взвесь переходит в состояние пара. Такие приборы очень мощные, но стоят очень дорого. Поэтому такие увлажнители, которые еще называют атомайзерами, устанавливают только в промышленных помещениях, где они могут себя оправдать.

1 Схема подключения пьезоизлучателяк Arduino

Пьезоизлучатель, или пьезоэлектрический излучатель, или «пьезопищалка» – это электроакустическое устройство воспроизведения звука, использующие обратный пьезоэлектрический эффект. Принцип действия его основан на том, что под действием электрического поля возникает механическое движение мембраны, которое и вызывает слышимые нами звуковые волны. Обычно такие излучатели звука устанавливают в бытовую электронную аппаратуру в качестве звуковых сигнализаторов, в корпуса настольных персональных компьютеров, в телефоны, в игрушки, в громкоговорители и много куда ещё.

Пьезоизлучатель имеет 2 вывода, причём полярность имеет значение. Поэтому чёрный вывод подключаем к земле (GND), а красный – к любому цифровому пину с функцией ШИМ (PWM). В данном примере положительный вывод излучателя подключён к выводу «D3».

Схема подключения пьезоизлучателя к Arduino и схема, собранная на макетной плате

Пояснения к коду

• Функция возвращает целочисленное значение из интервала , которое является пропорциональным отображением содержимого из интервала
• Верхние границы не обязательно должны быть больше нижних и могут быть отрицательными. К примеру, значение из интервала можно отобразить в интервал
• Если при вычислении значения образуется дробное значение, оно будет отброшено, а не округлено
• Функция не будет отбрасывать значения за пределами указанных диапазонов, а также масштабирует их по заданному правилу.
• Если вам нужно ограничить множество допустимых значений, используйте функцию , которая вернет:
  • , если это значение попадает в диапазон
  • , если меньше него
  • , если больше него
• Функция заставляет пьезопищалку, подключенную к порту , издавать звук высотой герц на протяжении миллисекунд
• Параметр не является обязательным. Если его не передать, звук включится навсегда. Чтобы его выключить, вам понадобится функция . Ей нужно передать номер порта с пищалкой, которую нужно выключить
• Одновременно можно управлять только одной пищалкой. Если во время звучания вызвать для другого порта, ничего не произойдет.
• Вызов для уже звучащего порта обновит частоту и длительность звучания

1 Схема подключения пьезоизлучателяк Arduino

Пьезоизлучатель, или пьезоэлектрический излучатель, или «пьезопищалка» – это электроакустическое устройство воспроизведения звука, использующие обратный пьезоэлектрический эффект. Принцип действия его основан на том, что под действием электрического поля возникает механическое движение мембраны, которое и вызывает слышимые нами звуковые волны. Обычно такие излучатели звука устанавливают в бытовую электронную аппаратуру в качестве звуковых сигнализаторов, в корпуса настольных персональных компьютеров, в телефоны, в игрушки, в громкоговорители и много куда ещё.

Пьезоизлучатель имеет 2 вывода, причём полярность имеет значение. Поэтому чёрный вывод подключаем к земле (GND), а красный – к любому цифровому пину с функцией ШИМ (PWM). В данном примере положительный вывод излучателя подключён к выводу «D3».

Схема подключения пьезоизлучателя к Arduino и схема, собранная на макетной плате

Скетч

p040_thermenvox.ino

// даём имена для пинов с пьезопищалкой (англ. buzzer) и фото-
// резистором (англ. Light Dependent Resistor или просто LDR)
#define BUZZER_PIN  3
#define LDR_PIN     A0
 
void setup()
{
  // пин с пьезопищалкой — выход...
  pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
 
  // ...а все остальные пины являются входами изначально,
  // всякий раз при подаче питания или сбросе микроконтроллера.
  // Поэтому, на самом деле, нам совершенно необязательно
  // настраивать LDR_PIN в режим входа: он и так им является
}
 
void loop()
{
  int val, frequency;
 
  // считываем уровень освещённости так же, как для
  // потенциометра: в виде значения от 0 до 1023.
  val = analogRead(LDR_PIN);
 
  // рассчитываем частоту звучания пищалки в герцах (ноту),
  // используя функцию проекции (англ. map). Она отображает
  // значение из одного диапазона на другой, строя пропорцию.
  // В нашем случае  -> . Так мы получим
  // частоту от 3,5 до 4,5 кГц.
  frequency = map(val, , 1023, 3500, 4500);
 
  // заставляем пин с пищалкой «вибрировать», т.е. звучать
  // (англ. tone) на заданной частоте 20 миллисекунд. При
  // cледующих проходах loop, tone будет вызван снова и снова,
  // и на деле мы услышим непрерывный звук тональностью, которая
  // зависит от количества света, попадающего на фоторезистор
  tone(BUZZER_PIN, frequency, 20);
}

Устройство ультразвукового увлажнителя

Блок управления прибором

БУ пьезоизлучателем

Рабочая схема может быть выполнена в виде отдельного элемента или быть составной индикатора. Она регулирует и настраивает режимы работы прибора, отслеживает показатели датчиков. К примеру, при полном испарении жидкости устройство отключается, при достижении заданных параметром влажности работа также будет прекращена.

Генератор

Схема, которая формирует электрический сигнал. С его помощью задаются электрические колебания необходимой частоты. Как правило, генератор является отдельным элементом.

Ультразвуковой излучатель для увлажнителя воздуха

Элемент, который под воздействием тока вибрирует на высокой частоте. Ультразвук создается на частоте 1,7 мГц, которая не воспринимается слухом человека. Под воздействием ультразвука вода разбивается на мельчайшие частицы и преобразовывается в туман. «Холодный пар» распространяется по комнате, освежая и очищая ее.

Датчики

В ультразвуковых увлажнителях устанавливаются датчики воды и влажности. С их помощью выполняется контроль за наличием жидкости в емкости и показателями влажности в помещении.

3 Извлекаем звук из пьезоизлучателяс помощью функции tone()

Но частоту звучания можно менять по-другому. Для этого извлечём звук из пьезоизлучателя посредством встроенной функции tone(). Пример простейшего скетча приведён на врезке.

int soundPin = 3; /* объявляем переменную с номером пина, 
  на который мы подключили пьезоэлемент */
void setup() {
    pinMode(soundPin, OUTPUT); //объявляем пин 3 как выход.
    Serial.begin(9600); // будем выводить в порт текущую частоту
}

void loop() {
    for (int i=20; i

Функция tone() принимает в качестве аргументов номер вывода Arduino и звуковую частоту. Нижний предел частоты – 31 Гц, верхний предел ограничен параметрами пьезоизлучателя и человеческого слуха. Чтобы выключить звук, посылаем в порт команду noTone().

А вот так будет выглядеть временная диаграмма сигнала, который генерирует функция tone(). Видно, что каждые 100 мс частота увеличивается, что мы и слышим:

Временная диаграмма сигнала функции tone()

Как видите, с помощью пьезоизлучателя из Ардуино можно извлекать звуки. Можно даже написать несложную музыкальную композицию, задав ноты соответствующими частотами, а также определив длительность звучания каждой ноты посредством функции delay().

Обратите внимание, что если к Ардуино подключены несколько пьезоизлучателей, то единовременно будет работать только один. Чтобы включить излучатель на другом выводе, нужно прервать звук на текущем, вызвав функцию noTone()

Важный момент: функция tone() накладывается на ШИМ сигнал на «3» и «11» выводах Arduino. Т.е., вызванная, например, для пина «5», функция tone() может мешать работе выводов «3» и «11». Имейте это в виду, когда будете проектировать свои устройства.

2 Извлекаем звук из пьезоизлучателяс помощью функции analogWrite()

Пьезопищалку можно задействовать разными способами. Самый простой из них – это использовать функцию analogWrite(). Пример скетча – во врезке. Данный скетч попеременно включает и выключает звук с частотой 1 раз в 2 секунды.

/* Объявляем переменную с номером вывода, 
к которому подключён пьезоэлемент: */
int soundPin = 3; 

void setup() {
  // ставим пин "3" в режим работы "Выход":
  pinMode(soundPin, OUTPUT);
}

void loop() {
    analogWrite(soundPin, 50); // включаем пьезоизлучатель
    delay(1000);  // на 1000 мс (1 сек),
    analogWrite(soundPin, 0); // выключаем звук
    delay(1000); // на 1 сек.
}

Задаём номер пина, определяем его как выход. Функция analogWrite() принимает в качестве аргументов номер вывода и уровень, который может быть от 0 до 255, т.к. ШИМ-выводы Ардуино имеют 8-битный ЦАП. Это значение будет изменять громкость пьезопищалки в небольших пределах. Чтобы выключить пьезопищалку, нужно послать в порт значение «0».

Используя функцию analogWrite(), нельзя изменять тональность звука, к сожалению. Пьезоизлучатель всегда будет звучать на частоте примерно 980 Гц, что соответствует частоте работы выводов с широтно-импульсной модуляцией сигнала (ШИМ) на платах Arduino UNO и подобных.