Использование звука на садовом участке.

2018-04-20

Владимир Шишмаков, shivm1947@i.ua

Известно повышение надоя коров, увеличение поголовья свиней, при использовании классической музыки. В данной статье анализируется возможность использования музыки для повышения урожайности на дачном участке.

В ясный летний день, в беседке обвитой виноградной лозой, за стаканом домашнего вина, обводя руками зелёный мир дачи, приятель пожаловался:

- совсем замучили кроты, в теплице подгрызли корни помидоров и огурцов, везде нарыли такие норы, что при поливе вся вода уходит под землю, растениям ничего не остаётся. Две яблони засохли, подгрызли корни. А я за ними в Киев ездил, особый высокоурожайный сорт привёз и вот тебе результат.

Помолчав, и отхлебнув вина, приятель продолжал:

-а то однажды, перед сбором урожая, прилетела огромная стая каких-то больших серых птиц, налетела на виноград и давай клевать. Если бы меня не было дома, то урожай погиб, и я бы не смог угостить тебя этим прекрасным вином.

Мы чокнулись стаканами, и отпили тёмно-красной ароматной жидкости. Сквозь решётку беседки я посмотрел на садовый участок и увидел там и сям маленькие бугорки чёрной земли. Это была работа крота.

Придя домой, в интернете нашёл массу материала на тему типа – 100% успешной борьбы с кротами и птицами. Я подобрал сайты близкие мне, а именно - борьба электронными средствами. Вот эти две видео ссылки для отпугивания кротов и настроили меня на рабочий лад.

Ссылка 1: https://www.youtube.com/watch?v=TenNzsuP_oU

Ссылка 2: https://www.youtube.com/watch?v=JLhnyJkwIpA

Автор (Рис. 1 Ссылка 1) утверждает, что рацион крота состоит в основном из земляных червей, в поиске которых крот может прорыть норы до десятков метров в течение дня, не щадя при этом корни растений. Слух у крота настолько великолепный, что он может услышать шевеление червя до сотни метров! Отсюда автор делает вывод, что если закопать динамик на небольшую глубину, до 80 см, то никакого шевеления червя крот не услышит и вынужден либо подохнуть с голоду, либо покинуть данный садовый участок. Для реализации данного проекта он предлагает использовать покупной девайс с встроенным радио и плеером, с прослушиванием круглые сутки кротом украинских и российских новостей и современных исполнителей поп музыки, на мощный динамик, зарываемый в землю.

Рис. 1

Автор (Рис.2 Ссылка 2) также предлагает «...круглосуточно бороться с кротами с помощью радио и динамиков, зарываемых в землю в пластмассовых бутылках…»

По его наблюдению один динамик изгоняет кротов с площади 10х10 кв. метров.

Дело за малым, разбивай участок на площадки по 100 кв. метров и поставь усилитель на радио, чтобы всем хватило. Для большей эффективности можно и более часто ставить динамики. Как говорится, кашу маслом не испортишь.

Рис.2

Для отпугивания птиц выдержка для отпугивания птиц на аэродромах аэрофлота

https://brom.ua/stati/otpugivateli/otpugivanie-ptits-v-aeroportah

«…Некоторые звуковые приборы “извлекают” из своей электронной памяти жалобные вопли раненной или умирающей птицы. Теоретически такое устройство для отпугивания можно соорудить самостоятельно, если записать крики птиц на магнитофон или в формате MP3 и прокручивать через динамик. Оказывается, что раздающиеся голоса хищных птиц, для людей может и будут звучать одинаково, но японские птицы могут “не понимать язык” американских.
Так что как говорится лучше поддерживать отечественного производителя по производству девайсов для отпугивания пернатых. Не только из патриотических соображений, а сугубо практических.
Если пришло время купить отпугивать птиц, “кричащий” всевозможными голосами хищников, лучше чтобы и прибор для отпугивания и сами птицы проживали в одной стране…»

Рис. 3

Итак, есть наработки. Попытаемся разработать прибор для отпугивания птиц и кротов на садовых участках в бюджетном варианте, дабы не отпугнуть пользователя будущим девайсом. И назовём этот прибор просто ПиК (Птица и Крот).

1.1 Постановка задачи

Как вытекает из вышесказанного, кроту мешают охотиться на даче любые посторонние звуки в течение длительного времени, птица боится криков хищных птиц. Исходя из этого, постулируем:

1. Звуки для крота должны быть достаточно громкие и разнообразные, чтобы не привыкал, и раздаваться всегда на глубине >= 0.8м.

2. Звуки для отпугивания птиц должны быть достаточно громкие и разнообразные, чтобы не привыкала, совпадающие с криками хищных птиц. Включение звука должно быть только при появлении птицы в охраняемой зоне.

3. Аудиоканалы для птицы и крота должны быть изолированы, друг от друга, в том смысле, что если звуки для крота идут всегда и они не слышны, так как под землёй. Трудно представить рычание тигра, медведя, вурдалака, хрюканье кабана, панический женский крик для дачника в течение суток. В свою очередь криком хищной птицы неплохо будет и крота пугать. Ночью птицы не летают, и, следовательно, дачник может спать спокойно. А вот крот нет, звуки будут ему мешать, тем более для крота не существует времени суток, под землёй всегда темно.

4. Звуки, особенно для птиц, должны быть достаточно близко похожи на природные. Для крота современная наука не определила звуков которых он боится.

1.2 Алгоритм

При подаче питания ПиК переходит в состояние ожидания нарушения зоны контроля. При обнаружении движущегося объекта датчик срабатывает и посылает сигнал в контроллер. Тот, в свою очередь вырабатывает импульс в 100млС на включение трека в карте SD и мини плеер воспроизводит мелодию. Контроллер анализирует состояние статуса мини плеера и по его состоянию определяет окончание проигрывание трека, после чего он снова уходит в режим ожидания нарушения зоны контроля движущимся объектом.

Рис. 4

1.3 Реализация алгоритма на контроллере ATTiny15L

Сигналы датчика и статуса плеера имеют дискретный характер. Моделируем их кнопками «Датчик» и «Статус» подсоединённые к входам МК PB4 и PB3.

Сопротивления обозначенные 20к – внутренние. Кратковременно нажимаем на кнопку «Датчик» программа МК распознаёт лог.0 на PB4 и отрабатывает импульс в 100 млс на выходе PB3, при этом светодиод LED1 кратковременно вспыхивает. Держим кнопку «Статус» нажатой, имитация проигрывания трека. Пока трек «играет» всякие нажатия кнопки «Датчик» игнорируются. При отпускании кнопки «Статус» программа переходит к анализу состояния кнопки «Датчик».

Рис. 5

1.4 Подбор комплектующих

Ищу в интернете недорогие датчики движения. 

1.4.1 Краткие характеристики RCWL-0516

«…Датчик движения RCWL-0516 - способен определять движение объектов (препятствий) которые полностью или частично отражают радиоволны (люди, животные, металлы и т.д.), даже если они находятся за деревом (дверью), стеной (гипс, бетон), пластиками, стеклами и т.д… ».

Поскольку птица движущийся объект, то датчик должен её регистрировать.

Рис.6

1.4.2 Краткие характеристики HC-SR501

«Модуль представляет собой датчик движения человека. При вхождении человека в зону обзора датчика фиксируется присутствие. Принцип работы модуля HC-SR501 заключается в регистрации инфракрасного излучения от подвижного объекта.»

Птица тоже живая, тёплая, движется, должна излучать инфракрасное излучение, и при движении пересекать зоны контроля датчика.

Рис. 7

Для формирования звука использую китайский гаджет - мини плеер, работу которого я описал в статье (См.https://arduino.ua/art70-fanernii-pleer-dlya-gribnika-i-ribolova). Он прекрасно зарекомендовал себя в точной передаче воспроизводимых звуков.

Для отладки, да и просто вставить мини плеер и датчик в какие-то посадочные места необходима макетная плата с набором перемычек.

Рис. 8

Оформляю заказ на киевский интернет-магазин https://arduino.ua/inf12-kontakti. Я обычно пользуюсь телефоном (голубая звёздочка на указанном сайте) после оформления заявки и продвижения заказанного товара Новой почтой по просторам нашей родины.

Через двое суток, по Новой почте, получил 2 датчика HC-SR501 – 62 грн, 2 датчика RCWL-0516 – 76грн, макетную плату на 830 отверстий – 77грн, перемычки 65 штук – 47 грн. + доставка 30 грн что в сумме составило 292 грн.

1.5 Проверка датчиков

Для проверки и регулировки датчиков спаял схему (впоследстивии использовал как ночник, встал и чтобы в темноте не натыкаться на углы, загорается яркий светодиод. Удобно,воды попить или ещё чего.). Для уменьшения чувствительности приклеил пару слоёв чёрного скотча. При срабатывании датчика сигнал 3,5В через 10кОм поступает в базу транзистора Т1 потенциал коллектора которого становится близким к нулю. Нулевой потенциал открывает ключ Т2 на КТ361Б (p-n-p) и LED1 загорается. Длительность свечения регулируется от нескольких секунд до минут.

Рис.9

Микроволновый датчик RCWL-0516 весьма чувствительный даже при движении человека в соседней комнате. К сожалению не удалось оживить вторые экземпляры, возможно, при испытаниях они пали смертью храбрых.

Рис.10.1 Рис.10.2 Рис.10.3

На Рис.10.1 фото платы ночника с элементами, 10.2- элементы+датчик,10.3 –ночник в действии.

Рис. 11.1 Рис. 11.2

На Рис. 11.1 изображена принципиальная схема соединения датчика HC-SR501 с инвертором на КТ315Г, микроконтроллером ATTiny15L, мини плеером DFPlayer MINI и связями (См. Рис. 5). Кнопки «Датчик» и «Статус» заменены на реальные сигналы OUT датчика HC-SR501 и ST DFPlayer MINI соответственно. На Рис. 11.2 изображена монтажная схема соединения датчика HC-SR501 с инвертором на КТ315Г, микроконтроллером ATTiny15L, мини плеером DFPlayer MINI и связями в виде цветных проводников. Красный и оранжевый цвета – питание +5В, белый – общий(GND), зелёный – статус, фиолетовый – OUT, жёлтый – Pre+(Импульсная команда «Запуск трека»). Провода на динамик выполнены проводом МГТФ. При подаче питания и поднесения руки к датчику в динамике слышится яростный клёкот коршуна. Для публикации придаётся видеофайл «Коршун.mp4» (Рис. 11.2).

1.6 Выбор усилителя

Для усиления сигналов с DFPlayer MINI использовал микросхему для автомобильного усилителя TDA 7388.( См. Рис. 12.)

TDA7388 - Микросхема усилителя. Усилитель обеспечивает низкий уровень шумов и нелинейных искажений. Усилитель на TDA7388 имеет защиту выходного каскада от короткого замыкания и перегрузок по току, переполюсовки питания и термозащиту.

Технические характеристики усилителя TDA7388:

• Напряжение питания: 10-18 В
• Полоса частот: 20-20000 Гц
• Входное напряжение: 0,05 В
• Сопротивление нагрузки: 4 Ом
• Выходная мощность 4x40 Вт
• Коэффициент гармоник: 0,15 %

Рис. 12

1.7 Проверка усилителя

Рис. 13

Согласно 1.1 «… Аудиоканалы для птицы и крота должны быть изолированы, друг от друга. Звуки, особенно для птиц, должны быть достаточно близко похожи на природные…, крота пугаем также звуками хищных птиц…»

Для выполнения указанных требований была применена оптопара для монтажа высокой плотности PC817 которая проводила без искажений аналоговый канал только при попадании птицы в зону действия датчика. Для имитации срабатывания датчика служит КН1, КН2 имитирует импульс микроконтроллера для запуска трека. Как видно из Рис. 13 входы TDA7388 попарно объединены, для птицы IN1 и IN2, для крота IN3 и IN4. Группа динамиков обозначенных OUT1 и OUT2 располагались в охраняемых зонах защищаемых растений, динамики OUT3 и OUT4 зарывались в землю, предварительно защитив их от попаданий влаги. При проверке данное оборудование, естественно, размещалось на рабочем столе.

Проверка проводилась в следующей последовательности:

• Кратковременно, несколько раз, нажималась КН2, при этом мелодия, записанная на SD-карту, звучала только из динамиков OUT3 и OUT4 (мешаем жить только кроту).
• Удерживая нажатой КН1, кратковременно, несколько раз, нажималась КН2, при этом мелодия, записанная на SD-карту звучала из всех динамиков (мешаем жить кроту и «напускаем хищных птиц» на летающих любителей дармовой еды).

Подчеркиваем, мелодия для крота звучит круглые сутки и инициируется программой, в то время как для птицы запускается при обнаружении последней в зоне контроля датчика. Для питания использовалось нестабилизированное выпрямленное напряжение 10 В, вместо 18 В и без дросселя L1 указазанного на схеме. Впоследствии они и не применялись.

1.8 Принципиальная схема блока управления ПиК

Рис. 14

На Рис. 14 представлена схема с одним датчиком.

При регистрации птицы на выходе датчика OUT формируется напряжение +3,5 В и через 10 кОм поступает в базу Т1. Последний открывается, и нулевой потенциал датчика ДТ поступает на вход МК PB4. Программа отрабатывает, на выходе PB3 МК формируется импульс 100 млС поступающий на вход 11 DFPlayer MINI, на выходе PB0 появляется потенциал лог.1 управляющий открытием светодиода оптопары PCB17. Отрабатывая поступающий сигнал на входе 11, DFPlayer MINI на выходах DAC_R и DAC_L формирует код мелодии в формате МР3. Сигнал с DAC_R на коллектор транзистора оптопары. Так как последний открыт то мелодия появляется на его эмиттере OUT1 и следовательно, на 2-х входах усилителя TDA7388. Сигнал статуса не используется, так как все мелодии нормированы по 20 секунд. Сигнал для крота формируется DAC_L и поступает в виде сигнала OUT2 на вход усилителя. При отсутствии птицы программа МК каждые 20 сек, выдаёт в усилитель на вход OUT2 мелодию для крота. Усилитель TDA7388 расположен, во избежание перегрева, на алюминиевом радиаторе.

При обсуждении схемы с заказчиком было решено добавить элемент управления для однофазного двигателя. Двигатель будет включать трещотку после мелодии для птицы на 20 сек., Рис. 15.

Рис. 15

Условием включения трещотки является появление птицы в зоне датчика и включения микро тумблера S1. Для увеличения помехоустойчивости работы ПиКа на сбросовый вход МК ставлю сопротивление в 10К и блокировочные конденсаторы на питание МК в 30 нФ и 20 мкФ (на схеме не показаны). Во время работы трещотки мелодия не воспроизводится, и крот может отдохнуть и подумать, не пора ли бежать с этого огорода.

1.9 Принципиальная схема блока управления трещоткой

Основным требованием к управлению силовыми устройствами от МК является гальваническое разделение цепей управления от силовых ~220V. Для реализации данного требования применяю микросхему MOC3061.

«…Оптопара применяется для гальваниеческой развязки выходной части устрйства или датчика связанного с устройством. МОС3061 есть оптопара с помощью которой можно гальванически развязать к примеру сеть 220 Вольт и низковольтную часть устрйоства (к примеру если микроконтроллер будет управлять включением лампы накаливания 220 Вольт (или двигателем (добавил автор))…»

Сигнал МК УТ (Управление Трещоткой) открывает транзистор Т0 обеспечивая прохождение тока через светодиод MOC3061, которая обеспечивает гальваническое разделение сигнала управления МК от ~220V подаваемых на анод и катод симистора ТС112-10. Симистор открывается в режиме ключа и 220В включает двигатель трещотки. Светодиод LED1 служит для визуализации команды УТ.

Рис. 16

1.10 Монтажная схема блока управления трещоткой

Рис. 17

На Рис. 17 представлена печатная схема управления трещоткой. Симистор ТС112-10 помещён на алюминиевом радиаторе, закреплённом на печатной плате в точках А А(соединены с анодом симистора). Затвор и катод соединены с точками Z и K внешними проводниками. «Общение» блока с МК осуществляется через разъём SH7, а с двигателем через SH8. Блок закрепляется в ПиКе на 4-х болтах расположенных по угловым отверстиям печатной платы. Печатная плата вырезалась на фрезерном станке СНС-3 с использованием сервисного ПО.

1.11 Объединение датчиков

Рис. 18

Если садовый участок занимает достаточно большую площадь, датчики для отпугивания птицы можно объединять в группы по принципу «монтажное ИЛИ». На Рис. 18 изображена группа из 2-х датчиков имеющая продолжение для следующих датчиков. На небольших платах размещается сам датчик, внешние по отношению к нему резистор 2кОм и транзистор npn-типа. К плате подходит 3 провода и уходит 3 провода для следующего датчика. Первый - питание схемы от 10-12В, второй провод – общий, третий провод – INT. Все три провода проходят транзитом через всю группу.

Как это работает? При срабатывании любого из датчиков входящих в группу на выходе OUT датчика появляется лог.1, транзистор открывается, формируя на входе INT ПиКа потенциал порядка 0,4В. В ПиКе вход INT подвешен через 100 Ом к питанию +5В. Данный потенциал вызывает прерывание работы программы. Программа прерывания активирует звуковой канал птицы. Т.е. Любая птица, прилетающая в зону группы датчиков вызывает работу динамиков. Используемый усилитель 4-х канальный, каждый канал по 40 Вт. Используя динамики по 20 Вт, на два аудиовыхода Пика можно в параллель подключить 4 динамика. Для кротов ситуация подобная. На два аудиовыхода для кротов можно в параллель подключить 4 динамика. Это защитит площадь в 400 кв. метров.

Выводы

• В настоящее время ПиК проходит испытания где выявляется его работоспособность, помехоустойчивость, стабильность работы при различной температуре и влажности.
• Испытания проходят различные датчики, одни исключаются, другие остаются.
• Выявляются звуки, которых боятся птицы, исследуются их амплитуда, частота и т.д.
• Результат будет известен ближе к осени, по факту сбережения урожая.