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Hugo.Tecnologia

SOUND ACTIVATED LAMP

Status: Proposal
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January 13, 2015
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English

Many years one of the dilemmas that makes humanity wanted to solve was how to light the night, using fire in ancient times through different forms (with bonfires, lamps wax, oil, etc.) all naturally and with the disadvantage that had to be loaded when they ran the fuel with which they worked, they were also dangerous if not treated with care.
Later during the industrial revolution and thanks to the talent and ingenuity of the inventor Thomas Alva Edison, appeared bulb practice (I say practice the working principle had already been discovered, but Edison perfected it so that it could be used in practical ways), with which changed the way of brightening dark nights as it was a much more efficient and secure element, allowing largely solve this problem arose.
Time passed and the lamp was improved as it was studying and improving additionally appearing other types of lamps with different operation (fluorescent lamps, neon, xenon, LEDs, etc.) being used in thousands of applications (lighting enclosures, signs, effects, flashlights, etc.) One of these applications are lamps for the bedside of the quarter, which is used to illuminate our room with a faint light that allows us to prepare before bedtime .
My project is based on this type of application with a special feature: Being activated by sound, not required to search the switch from where the lamp is turned on that it's can activate by a slap, a blow on the floor, on the nightstand, etc. Allowing us to have a much easier control of it, with a level control two steps: Low light and high light, depending on the level of light that the user likes.
The same is composed of three stages, the first is the sound detector, which through an electret microphone detects sounds that will enable activation of the lamp.
Then goes the ambient light level, which is what selects one of the three states of the lamp when sound is detected earlier stage, the three states are: off, low brightness and high brightness. Finally the switch is connected to the driver who is in charge of activating the lamp in one of three states according to the information contained in the selector.
Lastly and as a complementary stage one has the power supply, that is which allows to feed the three stages involved in the process, it produces the necessary power supply control circuit, other voltage separated from it to power the driver that will control the lamp and one that is the voltage at which the lamp is fed.
The entire set is supplied with a voltage of 110V AC network, the maximum power that should handle the lamp for proper operation thereof is 60W.
According to the block diagram, we can analyze the steps of the schematic diagram to explain its functioning.
The stage sound detection consists of a microphone electret type, due to its good sensitivity and small size, it captures the signals it receives around and amplified by U1a, who besides amplifying, filtering it so you can only accept sounds within the range of 360Hz and 480Hz, approximately, which is the range of frequencies that handle loud sounds or so-called "dry" (as a slap, a blow or a loud cry). This in order that the device is only active with this kind of sound and not by any sound coming from a conversation, a radio on, etc.
In addition to detecting the type of sound you have to determine its intensity, and define the sensitivity that will handle the circuit, which performs the second operational (U1b) used as comparator. Making the same is to compare the sensed amplitude of the signal with a reference set by P1 (the control sensitivity of the circuit). According to the adjustment made if the amplitude signal exceeds the set voltage to obtain the output a signal indicating that an adequate sound was detected signal for energizing the lamp. Depending on the setting we do in the rheostat to adjust sound intensity lamp must be enabled.
Operating the active signal U1b U2, which is a flip - flop configured as a D type timer which receives the signal produced by the operational and shaped to convert it into a digital pulse, which is the second activating stage. Additional to that adapts the signal, generates a delay; even when there is only after this delay (about 1 Sg, adjusted for R6 and C5) we can reactivate the circuit with a new signal, preventing a row signal circuit is activated.
Then we went to the ambient light level (according to the block diagram), consisting of a 4017 (U3), a sequential counter or type "Johnson" as it is also known. It receives a clock signal on pin 14 and sequentially activates one of the ten outputs having at reaching the final restart from the first exit. In our case we set it to activate sequentially only the first three outputs (pins 3, 2 and 4), according to the three possible states of the lamp (off, low light and high light). This is accomplished by the fourth output (pin 7) to reset (pin 15), so that when you pass out three to four, the counter is reset and start from the first exit, disabling the other.
With this, every time you activate the unit with a sound, U2 sends the signal to U3 who activates each of the three states in which they can work lamp sequentially, ie with a slap activate low light (off the first exit and activates the second), with a second slap activate the high light (off the second exit and activates the third) and third turn off the lamp (the third exit off and activates the first) and so on, until the lamp-off with food. Additionally, to prevent the lamp every time we connect lights, if not always start off, we put a simple reset circuit, consisting of C6 and R7, who reset the counter each time the lamp is connected to food and thus always start from the first state (off). D3 connects the fourth exit the reset, according to what we discussed above, without interfering with the function of C6 and R7.
Then comes the stage driver power, formed by transistors Q1 and Q2 and RLY2 RLY1 and relays, who are responsible for activating the lamp in three states, according to the information contained in the ambient light level (U3). The first output of U3 (pin 3) is not connected to any transistor or any relay as it is the off state, the second output (pin 2) activates Q1 and RLY1, connecting the lamp to utility power but connected in series with diode D6, which serves to rectify the signal driving the lamp so that only the lamp would provide half wave, and therefore, the half power, lighting the lamp at low intensity (state of low luminosity).
The third output U3 (pin 4), activates Q2 and RLY2 who lamp directly connected to utility power, providing all the complete signal lamp, lighting it at full brightness (high brightness state).
Finally, we have the power stage, taken from the mains (110V / 60Hz in this case), which is the voltage that feeds the lamp. The same to the voltage required by the circuit is reduced by a network transformer 110V / 12V 200mA, there is rectified and filtered to obtain the required 12V power driver stage. This voltage is passed to the controller type 7805, to deliver the regulated 5V we need to feed the other stages of control.
At the suggestion of lamp manufacturer, it is not recommended to use more than 60W bulbs.

Video: https://www.facebook.com/video.php?v=185632908314028&set=vb.167778993432753&type=2&theater

For more information check out the documentation on the ZIP file attached (in Spanish).

Español

Hace muchos años uno de los dilemas que quería resolver la humanidad era la forma de alumbrar las noches, utilizando en la antigüedad el fuego a través de diferentes formas (con fogatas, lámparas de cera, de petróleo, etc.) todas ellas de forma natural, y con el inconveniente de que tenían que ser cargadas cuando se les acababa el combustible con el que funcionaban, además que eran peligrosas si no se trataban con cuidado.
Posteriormente durante la revolución industrial y gracias al talento e ingenio del inventor Thomas Alva Edison, apareció la bombilla práctica (digo práctica por que el principio de funcionamiento ya se había descubierto, pero Edison la perfeccionó para que se pudiera usar de manera práctica), con lo cual cambió la forma de iluminar las oscuras noches ya que era un elemento mucho más eficiente y seguro, lo que permitió resolver en gran parte este problema que se presentaba.
El tiempo fue pasando y la lámpara fue perfeccionándose a medida que se fue estudiando y mejorando, apareciendo adicionalmente otros tipos de lámparas con diferente funcionamiento (Lámparas fluorescentes, de neón, xenón, los diodos LED, etc.) siendo utilizadas en miles de aplicaciones (iluminación de recintos, avisos, efectos, linternas, etc.) Una de esas aplicaciones son las lámparas para las mesas de noche de los cuartos, que se utiliza para iluminar nuestro cuarto con una luz leve que nos permite prepararnos antes de la hora de dormir.
Mi proyecto está basado en este tipo de aplicación con una característica especial: Ser activado por sonido, no se requiere buscar el interruptor desde donde se active la lámpara por que la misma la podemos activar por medio de una palmada, un golpe sobre el piso, sobre la mesa de noche, etc. Permitiéndonos tener un control mucho más fácil de la misma, con un control de nivel a dos pasos: Luz baja y luz alta, dependiendo del nivel de luz que el usuario guste.
El mismo está conformado por tres etapas, la primera es el detector de sonido, en la que a través de un micrófono de tipo electret, detecta los sonidos que van a permitir la activación de la lámpara.
Posteriormente va el selector de luminosidad, que es el que selecciona uno de los tres estados de la lámpara cuando se detecta sonido de la etapa anterior, los tres estados son: apagado, luminosidad baja y luminosidad alta. Por último el selector se conecta al driver que es el que se encarga de activar la lámpara en uno de los tres estados de acuerdo a la información que contenga el selector.
Por último y como etapa complementaria se tiene la fuente de alimentación, que es la que permite alimentar las tres etapas involucradas en el proceso, la misma produce la tensión necesaria para alimentar los circuitos de control, otra tensión separada de esta para alimentar los driver que controlarán la lámpara y otra que es la tensión con la que se alimentará la lámpara.
Todo el conjunto se alimenta con una tensión de 110V de corriente alterna de la red, la potencia máxima que debe manejar la lámpara para un buen funcionamiento de la misma es de 60W.
De acuerdo al diagrama de bloques, podemos analizar las etapas del diagrama esquemático para explicar su funcionamiento.
La etapa de detección de sonido consta de un micrófono del tipo electrect, debido a su buena sensibilidad y tamaño pequeño, el mismo capta las señales que recibe a su alrededor y las amplifica por medio de U1a, quien además de amplificarla, la filtra de modo que solo pueda aceptar sonidos dentro del rango de los 360Hz y 480Hz, aproximadamente, que es el rango de frecuencias que manejan los sonidos fuertes o llamados “secos” (como una palmada, un golpe fuerte o un grito fuerte). Esto con el fin que el aparato solo se active con este tipo de sonidos y no por cualquier sonido proveniente de una conversación, un radio prendido, etc.
Además de detectar el tipo de sonido hay que determinar su intensidad, y definir la sensibilidad que va a manejar el circuito, cosa que realiza el segundo operacional (U1b), utilizado como comparador. Lo que hace el mismo es comparar la amplitud captada de la señal con una de referencia, ajustada por medio de P1 (que es el control de sensibilidad del circuito). De acuerdo al ajuste realizado, si la señal sobrepasa en amplitud a la tensión ajustada, a la salida obtendremos una señal indicando que se detectó un sonido adecuado para activar la lámpara. Dependiendo del ajuste que hagamos en el reóstato, ajustamos a que intensidad de sonido se debe activar la lámpara.
La señal del operacional U1b activa a U2, que es un Flip – Flop tipo D configurado como temporizador, que recibe la señal producida por el operacional y la conforma para convertirla en un pulso digital, que es el que activa la segunda etapa. Adicional a que adecua la señal, genera un retardo; solo hasta cuando haya pasado este retardo (aproximadamente 1 Sg, ajustado por R6 y C5) podremos activar de nuevo el circuito con una nueva señal, impidiendo que con una señal consecutiva se active el circuito.
Luego pasamos al selector de luminosidad (de acuerdo al diagrama de bloques), conformado por un 4017 (U3), un contador secuencial o de tipo”Jhonson”, como también se conoce. El mismo recibe una señal de reloj en el pin 14 y activa secuencialmente una de las diez salidas que tiene, al llegar al final vuelve a empezar desde la primera salida. En nuestro caso lo configuramos para que active secuencialmente sólo las tres primeras salidas (pines 3, 2 y 4), de acuerdo a los tres estados posibles de la lámpara (apagado, luz baja y luz alta). Esto se logra llevando la cuarta salida (pin 7) a reset (pin 15), de modo que cuando pase de la salida tres a la cuatro, se reinicie el contador y empiece desde la primera salida, deshabilitando las demás.
Con esto, cada vez que activamos el aparato con un sonido, U2 envía la señal a U3 quien activa cada uno de los tres estados en los que puede trabajar la lámpara de manera secuencial, es decir, con una palmada activamos la luz baja (desactiva la primera salida y activa la segunda), con una segunda palmada activamos la luz alta (desactiva la segunda salida y activa la tercera) y con una tercera apagamos la lámpara (desactiva la tercera salida y activa la primera) y así sucesivamente, hasta que la desconectemos la lámpara de su alimentación. Adicionalmente, para evitar que la lámpara se encienda cada vez que la conectemos, si no que siempre inicie apagada, le colocamos un sencillo circuito de reset, conformado por C6 y R7, quienes resetean el contador cada vez que la lámpara se conecte a la alimentación y de esta forma iniciar siempre desde el primer estado (apagado). D3 permite conectar la cuarta salida al reset, de acuerdo a lo que comentamos anteriormente, sin interferir con la función de C6 y R7.
Posteriormente viene la etapa driver de potencia, conformada por los transistores Q1 y Q2 y los relevos RLY1 y RLY2, quienes se encargan de activar la lámpara en sus tres estados, de acuerdo a la información que contenga el selector de luminosidad (U3). La primera salida de U3 (pin 3) no se conecta a ningún transistor ni a ningún relé ya que es el estado de apagado, la segunda salida (pin 2) activa a Q1 y a RLY1, conectando la lámpara a la alimentación general pero la conecta en serie con el diodo D6, que cumple la función de rectificar la señal que alimenta la lámpara para que sólo le proporcione a la lámpara la mitad de la onda, y por lo tanto, la mitad de la potencia, encendiendo la lámpara a baja intensidad (estado de baja luminosidad).
La tercera salida de U3 (pin 4), activa a Q2 y a RLY2, quienes conectan directamente la lámpara a la alimentación general, proporcionando toda la señal completa a la lámpara, encendiendo la misma a su máxima luminosidad (estado de alta luminosidad).
Por último, tenemos la etapa de alimentación, tomada de la tensión de red (110V/60Hz en este caso), que es la tensión con la que se alimenta la lámpara. La misma se reduce a la tensión que necesita el circuito por medio de un transformador de red de 110V/12V 200mA, de ahí se rectifica y filtra para obtener los 12V que requiere la etapa driver de potencia. Esta tensión se pasa al regulador tipo 7805, para entregarnos los 5V regulados que necesitamos para alimentar las demás etapas de control.
Por sugerencia del fabricante de la lámpara, no se recomienda usar bombillos de más de 60W.

Video: https://www.facebook.com/video.php?v=185632908314028&set=vb.167778993432753&type=2&theater

Para mayor informacion revisar la documentacion anexa en el archivo ZIP (En español).

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