Aktywne i pasywne brzęczyki: kompletny przewodnik po wyborze i obsłudze dla inżynierów

1. Wprowadzenie
2. Podstawowa różnica: jak napędzany jest każdy typ
3. Scenariusze zastosowań: gdzie znajduje się każdy typ
4. Porównanie wydajności
5. Pięć pytań do wyboru inżyniera
6. Bestar: Rozwiązania w zakresie komponentów akustycznych do wymagających zastosowań
7.Wnioski

Wstęp
Dźwięk w projektowaniu produktu jest kwestią drugorzędną. Inżynierowie zajmują się procesorem, obwodem zasilania i stosem komunikacyjnym. Później, na końcowych etapach projektu, ktoś zapyta: „Czy to piszczy?”. I ten piszczy nie jest tak nieistotny, jak się ludziom wydaje. W przemysłowych panelach sterowania personel obsługi jest powiadamiany brzęczykiem, zanim awaria przekształci się w awarię. Dźwięk alarmu informuje pielęgniarkę o konieczności zwrócenia uwagi na pacjenta w sprzęcie medycznym. Dźwięk uruchamiania systemu elektrycznego w branży elektroniki użytkowej sygnalizuje użytkownikowi, że jest on pod napięciem i sprawny. Dźwięk nie jest ozdobą, to komunikacja.
Jednakże wybranie nieprawidłowego typu brzęczyk To jeden z najczęstszych błędów popełnianych przez inżynierów. Wielu programistów ma szczególnie dylemat między brzęczykami aktywnymi i pasywnymi. Wyglądają podobnie. Oba są małe i oba hałasują. Działają jednak w zupełnie innych trybach.
W tym blogu wyjaśnimy, jak działa każdy typ, gdzie się znajduje i jakie czynniki należy wziąć pod uwagę, podejmując decyzję o wyborze.

Podstawowa różnica: jak napędzany jest każdy typ
1. Aktywne brzęczyki
Aktywny brzęczyk zawiera wbudowany obwód oscylatora. Wystarczy podać napięcie stałe, a brzęczyk wyda dźwięk. Nie jest potrzebny sygnał PWM. Nie ma też potrzeby obliczania częstotliwości. Wystarczy połączyć zasilanie i masę, a resztę wykona urządzenie.
To właśnie cecha prostoty. Sterowanie aktywnym brzęczykiem jest podobne do sterowania przełącznikiem. Gdy mikrokontroler ustawi jeden z pinów GPIO w stan wysoki, brzęczyk zaczyna działać. Po obniżeniu stanu brzęczyka brzęczyk przestaje działać. Program jest nieistotny. Układ jest minimalistyczny.
Wadą jest to, że częstotliwość jest ustawiana fabrycznie. Otrzymujesz jeden dźwięk. Jeśli Twoja aplikacja wymaga tylko jednego dźwięku alarmu, to jest to w porządku. Nawet jeśli potrzebujesz różnych dźwięków lub wzorów muzycznych, nie możesz poprosić aktywnego brzęczyka o pomoc.
2. Brzęczyki pasywne
Pasywny brzęczyk nie zawiera żadnego wewnętrznego oscylatora. Jest to po prostu przetwornik elektromechaniczny lub piezoelektryczny, który wibruje w reakcji na zmienny sygnał elektryczny. Dźwięk jest generowany za pomocą sygnału prostokątnego (PWM) o wymaganej częstotliwości.
Najlepsza jest pełna kontrola wysokości dźwięku. Po uruchomieniu brzęczyka z częstotliwością 1 kHz, słychać dźwięk o częstotliwości 1 kHz. Wyższy dźwięk przy częstotliwości 2 kHz. Można grać proste melodie z szybkimi zmianami częstotliwości. Dzięki temu pasywny brzęczyk jest bardzo ekspresyjny w porównaniu z aktywnym.
Ceną takiej elastyczności jest złożoność oprogramowania układowego. Wymagane jest urządzenie peryferyjne z timerem, wyjście PWM i logika przełączania częstotliwości w razie potrzeby.

Scenariusze zastosowań: gdzie znajduje się każdy typ
Kiedy wybrać aktywny brzęczyk
Aktywne brzęczyki są właściwym wyborem, jeśli Twoja aplikacja wymaga prostego i niezawodnego alarmu przy minimalnym obciążeniu oprogramowania.
Podobnie jak w przypadku czujników dymu, brzęczyk musi wydawać dźwięki po przekroczeniu określonego progu. Nie ma melodii ani zmiennej wysokości dźwięku. Brzęczyk uruchamia się lub nie. Aktywny brzęczyk obsługuje to sprzętowo, co oznacza, że ​​alarm jest niezależny od problemów z synchronizacją oprogramowania sprzętowego. Czujniki drzwi, czujniki ruchu i wskaźniki błędów w panelach przemysłowych korzystają z prostoty aktywnych brzęczyków.
W urządzeniach gospodarstwa domowego, zmywarkach i pralkach, aktywne brzęczyki sygnalizują zakończenie cyklu. Użytkownik musi jedynie wiedzieć, że urządzenie jest gotowe. Wystarczy pojedynczy sygnał dźwiękowy, a aktywny brzęczyk sygnalizuje to bez konieczności programowania.
Kiedy wybrać brzęczyk pasywny
Brzęczyki pasywne należą do produktów, w których dźwięk musi nieść różne znaczenia za pomocą różnych tonów.
Rozważmy monitor pacjenta w szpitalu. Niski, powolny sygnał dźwiękowy może wskazywać na stabilny stan. Wysoki, szybki sygnał dźwiękowy może oznaczać alarm krytyczny. Krótki, melodyjny sygnał dźwiękowy może sygnalizować rutynowe powiadomienie. Te charakterystyczne dźwięki wymagają pasywnego brzęczyka sterowanego przez oprogramowanie układowe, które zmienia częstotliwość wyjściową w zależności od kontekstu.
W urządzeniach IoT ze złożonymi interfejsami użytkownika, pasywny brzęczyk może potwierdzać różne czynności użytkownika za pomocą odrębnych dźwięków. Pojedynczy sygnał dźwiękowy oznacza normalne naciśnięcie przycisku, podwójny sygnał dźwiękowy oznacza zmianę trybu, a opadający dźwięk oznacza błąd. Ten rodzaj informacji zwrotnej dźwiękowej poprawia użyteczność urządzenia bez konieczności dodawania wyświetlacza lub matrycy LED.

Porównanie wydajności

Pięć pytań do wyboru na studia inżynierskie
1. Jak wygląda Twój MCU?
W przypadku pracy z podstawowym 8-bitowym mikrokontrolerem (MCU) z niewielką liczbą wejść/wyjść i sprzętowym PWM, aktywny brzęczyk jest najbardziej opłacalnym rozwiązaniem. Generowanie PWM podłączone do obciążonego mikrokontrolera (MCU) generuje jitter i może negatywnie wpływać na inne zadania wymagające dużej szybkości. Pasywny brzęczyk można zaimplementować tak, aby peryferyjny timer w mikrokontrolerze (MCU) był już obecny i nie obciążał pętli głównej.
2. Ile różnych dźwięków potrzebujesz?
Jeden dźwięk alarmu, możesz wybrać aktywny brzęczyk. Dwa (lub więcej) różne tony lub dźwięki, możesz wybrać pasywny brzęczyk. Jest to istotne podczas wyboru.
3. W jakim stopniu układ PCB jest szczelny?
Oba są dostępne w formacie przewlekanym i SMD. Pasywne brzęczyki mogą być realizowane na mniejszych przetwornikach magnetycznych, w bardzo kompaktowych układach, w połączeniu z układem scalonym sterownika. Aktywne brzęczyki zawierają obwody sterujące na płytce, dlatego zajmują więcej miejsca w pionie.
4. Jakiego SPL potrzebujesz?
W decybelach (poziom ciśnienia akustycznego) SPL w odległości jest ważną wartością przeliczeniową. Aby brzęczyk na hali fabrycznej był słyszalny, przy poziomie hałasu otoczenia 80 dB musi być w stanie wytworzyć co najmniej 90 dB w odległości jednego metra. Duże, pasywne brzęczyki będą miały szczytowy poziom ciśnienia akustycznego (SPL) tylko przy określonych częstotliwościach, a zatem brak rezonansu spowoduje niższą głośność.
5. Jakie są wymagania środowiskowe?
W przemyśle i motoryzacji wymagane są: stały zakres temperatur, odporność na wilgoć i wytrzymałość. Szukaj brzęczyków z zamkniętą obudową i temperaturą pracy zbliżoną do środowiska, w którym pracujesz.

Bestar: Rozwiązania w zakresie komponentów akustycznych do wymagających zastosowań
Najlepszy stała się już marką w sektorze komponentów elektroakustycznych, zaspokajając potrzeby przemysłu, medycyny, motoryzacji i elektroniki użytkowej. Firma oferuje pełną gamę produktów, w tym brzęczyki magnetyczne i piezoelektryczne, zarówno aktywne, jak i pasywne.
Najlepszy Zespół inżynierów wspiera projektowanie ścieżek akustycznych na zamówienie inżynierów, którzy potrzebują komponentów innych niż gotowe. Jest to istotne w zastosowaniach, w których kształt obudowy wpływa na dźwięk, co nie jest tak rzadkie, jak mogłoby się wydawać. To, co może działać jako brzęczyk w powietrzu, może nie działać w obudowie, a do zaprojektowania finalnej geometrii produktu potrzebne jest zarówno doświadczenie w projektowaniu komponentów, jak i akustyki.

Wniosek
Aktywne i pasywne brzęczyki zależą od dwóch czynników: złożoności oprogramowania sprzętowego i stopnia ekspresji dźwięku, jakiego wymaga produkt.
Jeśli Twój projekt ma ograniczony harmonogram rozwoju, minimalne wymagania dotyczące alertów oraz mikrokontroler z niewielką liczbą urządzeń peryferyjnych, wybierz aktywny brzęczyk. Integracja jest szybka, układ prosty, a wynik niezawodny.
Jeśli Twój produkt wymaga komunikowania różnych rzeczy za pomocą dźwięku lub chcesz zapewnić użytkownikom bogatsze wrażenia dźwiękowe, zainwestuj w oprogramowanie układowe pasywnego brzęczyka.
Trend jest taki, że brzęczyki stają się coraz mniejsze, wydajniejsze i bardziej funkcjonalne. Produkty, które będą bardziej dopracowane i komunikatywne, będą tworzone przez inżynierów, którzy wiedzą, jak je prawidłowo dobierać i obsługiwać.