Πρόβλημα με θόρυβο σε speaker συνδεδεμένο σε digital pin του Arduino

[nanobot]

Καλησπέρα.

Φτιάχνω ένα ψηφιακό ρολόι χρησιμοποιούντα Arduino Pro Mini.
Στο πλακετάκι του arduino έχω συνδέσει ένα module με 4 ψηφιά LED και driver για τις ενδείξεις της ώρας και των λεπτών, ένα σπικεράκι μικρό κατευθείαν στο digital pin 7, ένα DS1307 AT24C32 Real Time Clock module και ένα UART TTL CP2102 module για να επικοινωνεί ο microcontroller με τον υπολογιστή που χρησιμοποιώ και σαν τροφοδοσία.

breadbord1.jpg

Το πρόβλημα είναι με το speaker, το όποιο βγάζει θόρυβο όπως μπορείτε να δείτε και στο video παρακάτω, που υποθέτω ότι είναι ίσως από τις πολλές καλωδιώσεις που έχει γύρο το breadboard και από τα πολλά διαφορά κυκλώματα που μοιράζονται το ίδιο ground και την ίδια τροφοδοσία.



speaker2_fritzing.png

int piezoPin = 7;


void setup() {
 
}
 
void loop() {
 
  /*Tone needs 2 arguments, but can take three
    1) Pin#
    2) Frequency - this is in hertz (cycles per second) which determines the pitch of the noise made
    3) Duration - how long teh tone plays
  */
  tone(piezoPin, 5000, 500);
  delay(1000);
 
}

Δοκίμασα να βάλω αντίσταση 100Ω αναμεσά στο ground και στο speaker και πυκνωτή φακή από λίγα nF μέχρι και ηλεκτρολυτικό 220uF παράλληλα στο speaker. Με την αντίσταση μειώνετε κάπως ο θόρυβος, αλλά μειώνετε και η ένταση του beep. Με τον 220 uF to speaker δεν ακούγετε σχεδόν καθόλου και με μικρότερες τιμές δεν παρατηρώ κάποια διαφορά.

Να σημειώσω εδώ, ότι το Arduino σκέτο μόνο με το speaker συνδεδεμένο, δεν βγάζει κανένα θόρυβο.
Μετρώντας την τάση με το digital pin που έχω το speaker στο LOW, παρατηρώ ότι είναι στα 0.20 με 0.24 vDC, που αυτό είναι και ο θόρυβος υποθέτω.

pin_low_voltage.jpg

Τι μπορώ να κάνω για να εξαλείψω τον θόρυβο; Όταν θα το φτιάξω σε κανονικό πλακετάκι εκτός breadboard και θα έχουν φύγει τα περισσότερα καλώδια, θα μειωθεί ο θόρυβος;

[nanobot]

Μετά από αρκετό ψάξιμο, βρήκα μια λύση μέσω software.

Υπάρχει ένα library που είναι πολύ πιο ευέλικτο από το internal function tone() του Arduino και κάνει αυτό ακριβώς που θέλω και πλέον δεν υπάρχει καθόλου θόρυβος στο speaker.
Με αυτό το library, το piezo speaker δεν χρησιμοποιεί καθόλου το ground, αλλά 2 συγκεκριμένα digital pins. Για Arduino UNO και Pro Mini, είναι τα digital pins 9 και 10.
Το μόνο μειονέκτημα που έχει, είναι ότι δεν έχει internal delay και χρειάζεται να καλέσουμε την delay για να καθορίσουμε την διάρκεια του ηχητικού σήματος και στη συνέχεια να το μηδενίζουμε για να σταματήσει η αναπαραγωγή.

Πρόκειται για το lib toneAC:

http://playground.arduino.cc/Code/ToneAC

#include <toneAC.h>
 
void setup() {} // Nothing to setup, just start playing!
 
void loop() {
  for (unsigned long freq = 150; freq <= 15000; freq += 10){  
    toneAC(freq); // Play the frequency (150 Hz to 15 kHz).
    delay(1);     // Wait 1 ms so you can hear it.
  }
  toneAC(0); // Turn off toneAC, can also use noToneAC().
 
  while(1); // Stop.
}

[manolena]

Χωρίς βιβλιοθήκες, απλά και μόνο με μια συνάρτηση δύο μεταβλητών που μπορείς να καλείς όποτε θες (εκτός διακοπών) και που δεν καθυστερεί καθόλου, χρησιμοποίησε
και δοκίμασε το παρακάτω:

*2
void beepBuzzer(unsigned long hz, unsigned long ms) 
{ 
  unsigned long us = (750000 / hz);  
  unsigned long rep = (ms * 500L) / us; 


  for (int i = 0; i < rep; i++) 
  {  
    digitalWrite(BUZZER_PIN, HIGH);  
    delayMicroseconds(us);  
    digitalWrite(BUZZER_PIN, LOW);  
    delayMicroseconds(us);  
  }
}

Η unsigned long hz μεταβλητή καθορίζει τη συχνότητα του beep. Για να βρείς τη συχνότητα που ο buzzer σου συντονίζεται τέλεια και αποδίδει το μεγαλύτερο όγκο σε ένταση,
πρέπει να βρείς την ιδιοσυχνότητα του αντηχείου του. Αυτό το κάνεις εύκολα με ένα μικρό κομμάτι κώδικα που θα δείς παρακάτω. Τα κλασσικά buzzers του τύπου

102239705-40.jpg
...έχουν μια ιδιοσυχνότητα περί τα 6KHz.
Η unsigned long ms καθορίζει το χρόνο που θα διαρκέσει το beep και εκφράζεται σε ms.
Θα πρέπει να καθορίσεις επίσης το pin του μ/Ε που θα οδηγεί το buzzer. Μπορεί να είναι οποιοδήποτε γενικής χρήσης:

*1
#define BUZZER_PIN   5 //Το digital pin D5
pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
digitalWrite(BUZZER_PIN,LOW);

Παράδειγμα:

...bla-bla-bla...

beepBuzzer(6250,80);

...bla-bla-bla...

Θα ακουστεί ένα beep διάρκειας (περίπου) 80ms (οι ακρίβειες εδώ είναι πολυτέλεια).

Τώρα, για να καταλάβεις που συντονίζει καλύτερα ο buzzer σου, μπορείς να κάνεις ένα ανεξάρτητο σκετσάκι και με τη βοήθεια του σειριακού τερματικού
να δείς ποιά περίπου συχνότητα χρειάζεσαι. Σου πρόσθεσα ένα μπουτόν (pin 6 και γή) που θα έχεις στο χέρι αν βαριέσαι να διαβάζεις που όταν το πατήσεις μόλις ακούσεις
τον δυνατό ήχο που χρειάζεσαι θα πάρεις ένα μήνυμα στο terminal που θα λέει:
"Your best fitting frequency is xxxx Hz. The program will be terminated here."

#include <Wire.h>


#define BUZZER_PIN            5
#define HIT_SWITCH           6
//=======================================================================
void setup() 
{
  Serial.begin(9600); 
  pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);  digitalWrite(BUZZER_PIN,LOW);
  pinMode(HIT_SWITCH, INPUT_PULLUP);
}
//=======================================================================
void loop()
{
  for(int i = 100; i<10000; i=i+100)//παραπάνω απο τα 10KHz δεν χρειάζεται, μόνο οι νυχτερίδες θα ακούνε το beep (απο τα 20KHz για να είμαστε ακριβείς).
  {
    beepBuzzer(i, 100);//Ο buzzer θα κάνει ένα beep διάρκειας 100ms σε αυξανούμενη συχνότητα των 100Hz
    Serial.print("FREQUENCY="); Serial.print(i); Serial.println("Hz"); Serial.println();
    if(digitalRead(HIT_SWITCH == LOW))
    {
      Serial.print("Your best fitting frequency is "); Serial.print(i); Serial.println("Hz"); 
      Serial.println();
      Serial.print("The program will be terminated here.");
      while(1);
    }
    delay(200);// καθυστέρηση για να προλαβαίνεις να σημειώνεις στο άκουσμα.
  }
}
//=======================================================================
void beepBuzzer(unsigned long hz, unsigned long ms) 
{ 
  unsigned long us = (750000 / hz);  
  unsigned long rep = (ms * 500L) / us; 




  for (int i = 0; i < rep; i++) 
  {  
    digitalWrite(BUZZER_PIN, HIGH);  
    delayMicroseconds(us);  
    digitalWrite(BUZZER_PIN, LOW);  
    delayMicroseconds(us);  
  }
}
//=======================================================================

[her]

Η unsigned long hz μεταβλητή καθορίζει τη συχνότητα του beep. Για να βρείς τη συχνότητα που ο buzzer σου συντονίζεται τέλεια και αποδίδει το μεγαλύτερο όγκο σε ένταση,
πρέπει να βρείς την ιδιοσυχνότητα του αντηχείου του.

Είσαι κορυφή ρε Μάνο. Όλο αυτό που έκανες εσύ σε 20 γραμμές κώδικα εγώ ΑΝ θα τα κατάφερνα θα το έκανα με 200! Και έχει μεγάλη σημασία αυτό.
Αυτός ο βέλτιστος ήχος που μπορείς να ακούσεις θα είναι είναι ίδιος αν τον τροφοδοτήσεις με DC (χωρις καθόλου κώδικα) και όχι με AC;

[manolena]

To buzzer πρέπει να οδηγείται (σε τέτοιες κατασκευές) απο 5V μέσω transistor για καθαρό ήχο. Δεν βλέπω το νόημα για να οδηγηθεί απο AC.

[SProg]

Αφου το συνδεεις στο D6 , στο κωδικα γιατι αρχικοποιεις το D7;

[her]

Μα με τον κώδικα που έχεις φτιάξει δεν παράγεις τετραγωνικούς παλμούς; έχει κάποια Hz. Δεν είναι DC που έχει 0Hz. Η ερώτηση μου είναι αν του προσφέρεις τάση 5V DC ο ήχος θα είναι διαφορετικός με σχέση τους τετραγωνικούς παλμούς; Δεν ξέρω αν στο εξήγησα καλά.

[SProg]

Ηρακλη εχεις μπερδεψει τον ορο DC.

Εαν δεν υπαρχει συχνοτητα,δεν θα ακουσεις κατι.

Υ.Γ

Επισης τι ρευμα τραβαει το I/0 χωρις αντισταση... 5V/Beep_resistor... αντε με την 50% κυματομορφη να παει στο μισο.Δες την αντισταση του.Δεν εχει σχεση με το προβλημα που σου παρουσιαζει απλα το αναφερω.

[manolena]

Οπως τα λέει ο Σάββας. Εδώ λαμβάνουμε μια πάντα σταθερή στάθμη (5V DC) και την αναγκάζουμε να διακόπτεται και να επανέρχεται με κάποια συχνότητα. Αυτή η συνεχής διακοπή-αποκατάσταση της DC τάσης 5V, ακούγεται στα αυτιά μας σαν ήχος.

[her]

Σάββα μου δεν τον έχω μπερδέψει τον όρο. Μάλλον δεν το εξήγαγα καλά.
Λέω τι διαφορά έχει στον ηχο αυτο :
buzzercircuitreal.jpg

με σχεση
400px-Arduino_Sidekick_Music.jpg

Εδώ λαμβάνουμε μια πάντα σταθερή στάθμη (5V DC) και την αναγκάζουμε να διακόπτεται και να επανέρχεται με κάποια συχνότητα.

Συμφωνώ απόλυτα αλλά αν δεν την διακόπταμε και του δίναμε ΜΟΝΙΜΑ 5V;