В чем разница между активным и пассивным зуммером и как их подключить к Arduino

Существует много способов связи между электронным устройством и человеком, но наиболее распространенным и популярным вариантом аудиосвязи является звуковой сигнал. Поэтому зуммеры, способные преобразовывать электрические сигналы в акустические, играют важную роль в современных электрических и электронных устройствах. Мы часто встречаем зуммеры в таких устройствах как будильники, дверные звонки или другая бытовая техника. Однако многие не знают о различных типах зуммеров и о том, как они работают.

В данной статье мы изучим внутреннее устройство зуммера, его внутреннюю структуру и более глубоко поймем принципы его работы. Также мы обсудим разницу между активными и пассивными зуммерами. Кратко это можно посмотреть в следующем видео.

Распиновка зуммера

Зуммер имеет два контакта: положительный и отрицательный . Положительная клемма представлена ​​символом «+», а отрицательная клемма представлена ​​символом «-».

Разница между активным и пассивным зуммером

Активные зуммеры.  Активные зуммеры называются «активными», поскольку они могут издавать звук непосредственно при подключении к батарее. Если мы правильно подключим положительную и отрицательную клеммы к батарее, он сможет генерировать звук сама по себе, поскольку имеет встроенный генератор. Активные зуммеры наиболее просты в использовании. Обычно они доступны в диапазоне напряжений от 1,5 В до 24 В и могут производить звук частотой около 2 кГц ± 300 Гц. Потребление тока активного зуммера составляет ≤ 25 мА.

Пассивные зуммеры.  Пассивный зуммер не может воспроизводить звук напрямую при подключении к батарее, поскольку у него нет внутреннего источника колебаний. Пассивному зуммеру для воспроизведения звука требуется источник сигнала переменного напряжения. Он работает как электромагнитная пищалка, где изменение входного сигнала и частоты создает звук. Таким образом, эти пассивные зуммеры могут издавать несколько различных тонов в зависимости от входной частоты сигнала. Внутреннее сопротивление катушки пассивного зуммера очень низкое, 16 Ом, поэтому он может потреблять достаточно большой ток — около 36 мА. В целях безопасности мы также можем подключить к пассивному зуммеру последовательный резистор сопротивлением 100 Ом.

Принцип работы активного и пассивного зуммеров

Основная идея создания звука заключается в создании вибрации, поскольку, как видно на голосовых связках человека, наличие звука определяется наличием вибраций. Активные и пассивные зуммеры относятся к типам магнитных зуммеров. Внутри зуммера находится катушка провода, подключенная к контактам зуммера. Кроме того, катушку с проводом окружает круглый магнит. Тонкий гибкий ферромагнитный металлический диск с прикрепленным к верху небольшим металлическим грузиком расположен над круглым магнитом и проволочной катушкой. Когда на проволочную катушку подаются импульсы тока, магнитная индуктивность заставляет металлический груз и металлический диск вибрировать вверх и вниз. Вибрация металлического диска порождает звуковые волны.

Как отличить активные и пассивные зуммеры?

Как видно на рисунке ниже, пассивный зуммер не имеет задней крышки, в отличие от активного зуммера. Это поможет вам отличить активный зуммер от пассивного. Однако нет никаких гарантий, что он всегда будет выглядеть именно так, и поэтому нам нужен еще один тест, чтобы убедиться в том что зуммер является активным.

Если по внешнему виду у вас не получается идентифицировать тип зуммера, подключите его к батарее +9 В постоянного тока, соблюдая полярность. Оба типа зуммеров по-разному реагируют на постоянное напряжение +9 В постоянного тока, поэтому по их реакции мы можем отличить один от другого.

Активный зуммер при этом будет издавать непрерывный громкий жужжащий звук до тех пор, пока мы не отключим источник питания постоянного тока, а пассивный зуммер будет издавать хлопающий и щелкающий звук, похожий на звук реле при подаче напряжения постоянного тока.

Вы также можете использовать мультиметр, чтобы измерить сопротивление и определить, является ли зуммер активным или пассивным. Сначала установите мультиметр в режим сопротивления и подключите щупы к клеммам зуммера. Активный зуммер покажет более низкое значение сопротивления, обычно 16 Ом. Если значение сопротивления высокое, то это пассивный зуммер.

Как подключить активный зуммер к Arduino?

Теперь, когда мы знаем, что такое активный зуммер, давайте рассмотрим, как его подключить к плате Arduino .

Требуемые компоненты

• Активный зуммер
• Плата Ардуино
• Макетная плата
• Соединительные провода

Вначале вставьте активный зуммер в макетную плату. Подключите положительный контакт (+) зуммера к контакту +5 В VCC платы Arduino, а отрицательный контакт (-) зуммера к контакту GND платы Arduino.

Когда положительный контакт подключается к контакту 5 В Arduino напрямую, зуммер издает звуковой сигнал постоянной частоты.

Но этот звуковой сигнал является неконтролируемым непрерывным звуком, если мы хотим контролировать продолжительность включения и выключения звукового сигнала, нам нужно написать программу для Arduino.

Итак, теперь подключите положительный контакт (+) зуммера к цифровому контакту 4 вашей платы Arduino (вы можете выбрать любой цифровой контакт), а отрицательный контакт (-) зуммера к контакту GND платы Arduino.

Код программы

Программа Arduino для управления активным зуммером выглядит достаточно просто.

С помощью этого простого кода вы можете включать и выключать активный зуммер. Мы используем задержку чтобы контролировать продолжительность включения и выключения зуммера. Число внутри функции задержки указано в миллисекундах, что означает, что наш зуммер включается на 2 секунды и выключается на 1 секунду. Вы можете изменить эти длительности по своему усмотрению.

Как подключить пассивный зуммер к Arduino?

Подключение пассивного зуммера к Arduino точно такое же, как и активного зуммера. Мы можем использовать выходной контакт ШИМ для управления выходным сигналом пассивного зуммера. Или, альтернативно, мы можем использовать любой цифровой контакт платы вместе с функциями tone() и noTone() для управления пассивным зуммером.

Требуемые компоненты

• Пассивный зуммер
• Плата Ардуино
• Макетная плата
• Соединительные провода
• Резистор 100 Ом

Тон пассивного зуммера можно контролировать, регулируя подаваемую на него частоту. С помощью платы Arduino вы можете генерировать прямоугольную волну на ее цифровых контактах. Изменяя продолжительность высокого и низкого состояний прямоугольной волны, вы можете изменить частоту и, следовательно, тон пассивного зуммера.

Подключите положительный контакт (+) зуммера к цифровому контакту 7 платы Arduino, а отрицательный контакт зуммера (-) — к земле платы Arduino.

Также вы можете подключить последовательный резистор сопротивлением 100 Ом между положительным (+) контактом зуммера и цифровым контактом платы Arduino.

Код программы

В Arduino есть  функция tone(), с помощью которой можно генерировать волну желаемой частоты на цифровых контактах платы Arduino.

Аналогичным образом, чтобы зуммер не издавал звуковой сигнал, мы можем использовать функцию notone().

Функция tone() имеет 3 параметра, ее синтаксис выглядит следующим образом — tone(pin, frequency, duration).

• pin: контакт Arduino, на котором будет генерироваться сигнал (тон).
• frequency: частота тона в герцах.
• duration: продолжительность сигнала в миллисекундах.

Давайте создадим код, который циклически перебирает набор музыкальных нот от sa, re, ga до ni.

Параметр продолжительности работает не очень хорошо, когда функция tone() находится в разделе loop(). Поэтому, чтобы установить длительность тона в цикле, используйте функцию задержки delay() после каждой функции tone(). В нашем коде мы используем функцию delay(), которая задает задержку в 1000 миллисекунд (одну секунду) после каждой функции tone().

В конце цикла функция noTone() и задержка в 1000 миллисекунд используются для добавления периода молчания в одну секунду перед следующим повторением цикла.

После подключения зуммера и загрузки кода программы в плату вы должны услышать, как зуммер циклически повторяет 7 нот.