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[经验] 【Arduino】108种传感器系列实验(35)---模拟量声音传感器

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  • TA的每日心情
    开心
    2020-7-9 05:06
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    [LV.9]以坛为家II

    发表于 2019-6-23 19:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
    本帖最后由 eagler8 于 2019-8-27 09:43 编辑

    37款传感器与模块的提法,在网络上广泛流传,其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和模块,依照实践出真知(一定要动手做)的理念,以学习和交流为目的,这里准备逐一动手试试做实验,不管成功与否,都会记录下来---小小的进步或是搞不定的问题,希望能够抛砖引玉。


    【Arduino】108种传感器模块系列实验(资料+代码+图形+仿真)
    实验三十五:模拟量声音传感器模块(4线制波形)


    驻极体话筒
    驻极体话筒也称驻极体传声器,它是利用驻极体材料制成的一种特殊电容式“声—电”转换器件。其主要特点是体积小、结构简单、频响宽、灵敏度高、耐震动、价格便宜。驻极体话筒是目前最常用的传声器之一,在各种传声、声控和通信设备(如无线话筒、盒式录音机、声控电灯开关、电话机、手机、多媒体电脑等)中应用非常普遍。电子爱好者在制作或维修各种具有“声—电”转换功能的电路时,不可避免地要跟驻极体话筒打交道,掌握驻极体话筒的识别与正确使用方法是很有必要的。


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     楼主| 发表于 2019-6-23 19:55 | 显示全部楼层
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     楼主| 发表于 2019-6-23 20:00 | 显示全部楼层
    内部结构
    驻极体话筒的内部结构如图所示,它主要由“声—电”转换和阻抗变换两部分组成。“声—电”转换的关键元件是驻极体振动膜片,它以一片极薄的塑料膜片作为基片,在其中一面蒸发上一层纯金属薄膜,然后再经过高压电场“驻极”处理后,在两面形成可长期保持的异性电荷——这就是“驻极体”(也称“永久电荷体”)一词的来历。振动膜片的金属薄膜面向外(正对音孔),并与话筒金属外壳相连;另一面靠近带有气孔的金属极板,其间用很薄的塑料绝缘垫圈隔离开。这样,振动膜片与金属极板之间就形成了一个本身具有静电场的电容——可见驻极体话筒实际上是一种特殊的、无需外接极化电压的电容式话筒。金属极板与专用场效应管的栅极G相接,场效应管的源极S和漏极D作为话筒的引出电极。这样,加上金属外壳,驻极体话筒一共有3个引出电极,其内部电路如图所示。如果将场效应管的源极S(或漏极D)与金属外壳接通,就使得话筒只剩下了2个引出电极。


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     楼主| 发表于 2019-6-23 20:03 | 显示全部楼层
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     楼主| 发表于 2019-6-24 07:14 | 显示全部楼层
    主要参数
    (1)工作电压(UDS)。这是指驻极体话筒正常工作时,所必须施加在话筒两端的最小直流工作电压。该参数视型号不同而有所不同,即使是同一种型号也有较大的离散性,通常厂家给出的典型值有1.5V、3V和4.5V这3种。
    (2)工作电流(IDS)。这是指驻极体话筒静态时所通过的直流电流,它实际上就是内部场效应管的静态电流。与工作电压类似,工作电流的离散性也较大,通常在0.1~1mA。
    (3)最大工作电压(UMDS)。这是指驻极体话筒内部场效应管漏、源极两端所能够承受的最大直流电压。超过该极限电压时,场效应管就会被击穿损坏。
    (4)灵敏度。这是指话筒在一定的外部声压作用下所能产生音频信号电压的大小,其单位通常用mV/Pa(毫伏/帕)或dB(0dB=1000mV/Pa)。一般驻极体话筒的灵敏度多在0.5~10mV/Pa或-66~-40dB范围内。话筒灵敏度越高,在相同大小的声音下所输出的音频信号幅度也越大。
    (5)频率响应。也称频率特性,是指话筒的灵敏度随声音频率变化而变化的特性,常用曲线来表示。一般说来,当声音频率超出厂家给出的上、下限频率时,话筒的灵敏度会明显下降。驻极体话筒的频率响应一般较为平坦,其普通产品频率响应较好(即灵敏度比较均衡)的范围在100Hz~10kHz,质量较好的话筒为40Hz~15kHz,优质话筒可达20Hz~20kHz。
    (6)输出阻抗。这是指话筒在一定的频率(1kHz)下输出端所具有的交流阻抗。驻极体话筒经过内部场效应管的阻抗变换,其输出阻抗一般小于3kΩ。
    (7)固有噪声。这是指在没有外界声音时话筒所输出的噪声信号电压。话筒的固有噪声越大,工作时输出信号中混有的噪声就越大。一般驻极体话筒的固有噪声都很小,为微伏级电压。
    (8)指向性。也叫方向性,是指话筒灵敏度随声波入射方向变化而变化的特性。话筒的指向性分单向性、双向性和全向性3种。单向性话筒的正面对声波的灵敏度明显高于其他方向,并且根据指向特性曲线形状,可细分为心形、超心形和超指向形3种;双向性话筒在前、后方向的灵敏度均高于其他方向;全向性话筒对来自四面八方的声波都有基本相同的灵敏度。常用的机装型驻极体话筒绝大多数是全向性话筒。
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     楼主| 发表于 2019-6-24 07:22 | 显示全部楼层
    引脚识别
    驻极体话筒的引脚识别方法很简单,无论是直插式、引线式或焊脚式,其底面一般均是印制电路板,如图所示。对于印制电路板上面有2部分敷铜的驻极体话筒,与金属外壳相通的敷铜应为“接地端”,另一敷铜则为“电源/信号输出端”(有“漏极D输出”和“源极S输出”之分)。对于印制电路板上面有3部分敷铜的驻极体话筒,除了与金属外壳相通的敷铜仍然为“接地端”外,其余2部分敷铜分别为“S端”和“D端”。有时引线式话筒的印制电路板被封装在外壳内部,无法看到(如国产CRZ2-9B型),这时可通过引线来识别:屏蔽线为“接地端”,屏蔽线中间的2根芯线分别为“D端”(红色线)和“S端”(蓝色线)。如果只有1根芯线(如国产CRZ2-9型),则该引线肯定为“电源/信号输出端”。

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     楼主| 发表于 2019-6-24 08:18 | 显示全部楼层
    驻极体话筒应用电路

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     楼主| 发表于 2019-6-24 08:42 | 显示全部楼层
    模拟量声音传感器模块(四线制)

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     楼主| 发表于 2019-6-24 08:47 | 显示全部楼层
    一、 工作电压:直流4--6伏
    二、主要芯片:LM393、驻极体话筒
    三、 模块尺寸:23mm X13mm X 10mm   长X宽X高
    四、用于声音检测,模块有2个输出:
    1、AO,模拟量输出,实时输出麦克风的电压信号
    2、DO,当声音强度到达某个阀值时,输出高低电平信号【阀值-灵敏度可以通过电位器调节】

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     楼主| 发表于 2019-6-24 08:51 | 显示全部楼层
    电原理图

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