6 nejlepších projektů ultrazvukových obvodů pro fandy a inženýry

Příspěvek pojednává o 6 velmi užitečných, ale jednoduchých projektech obvodů ultrazvukového vysílače a přijímače, které lze použít pro mnoho důležitých aplikací, jako např ultrazvukové dálkové ovládání , poplašná zařízení proti vloupání, elektronické dveřní zámky a pro poslech frekvencí v ultrazvukovém rozsahu, které jsou pro lidské uši obvykle neslyšitelné.

Úvod

Mnoho komerčních ultrazvukových gadgetů pracuje s předem stanovenou frekvencí a využívá měniče, které jsou určeny k dosažení vrcholu nebo rezonování při konkrétní frekvenci. Omezená šířka pásma a cena většiny takových převodníků způsobují, že se stanou nevhodnými pro hobby a kutilské implementace.

Ale ve skutečnosti to není problém, protože prakticky žádný piezo reproduktor lze použít jako ultrazvukový převodník pro oba, ve formě výstupního zařízení vysílače a také jako senzor přijímače.

Přestože účinnost piezoelektrických reproduktorů nelze srovnávat s účinností specializovaného průmyslového převodníku, jako hobby a zábavný projekt mohou fungovat perfektně. Zařízení, které jsme použili u níže vysvětlených obvodů, byl 33/4 palcový piezo výškový reproduktor, který je k dispozici ve většině online obchodů.

1) Nejjednodušší ultrazvukový generátor

Obrázek 1 Tento jednoduchý ultrazvuk
generátor může být konstruován bez větších obtíží
a velmi rychle.

Náš úplně první obvod, který je znázorněn na výše uvedeném obrázku, je ultrazvukový generátor, který používá dobře známé 555 IC časovač v astabilním multivibrátorovém obvodu s nastavitelnou frekvencí. Konstrukce výstupu signálu obdélníkové vlny, který pracuje s R2, pro ladění kolem frekvenčního rozsahu 12 kHz až přes 50 kHz.

Tento kmitočtový rozsah lze snadno upravit změnou hodnoty kondenzátoru C1 při použití nižší hodnoty způsobí, že rozsah bude vyšší, zatímco větší hodnota způsobí, že rozsah bude mnohem menší.

2) Ultrazvukový generátor s pevným 50% pracovním cyklem

Další ultrazvukový generátor, odhalený na výše uvedeném obr. 2, využívá 6 vyrovnávacích hradel osamělého IC 4049 invertujícího vyrovnávacího zásobníku IC.

Několik vyrovnávacích pamětí, U1a a U1b, lze vidět připojené v rámci proměnné frekvence astabilní oscilátor obvod s 50% pracovním cyklem, výstup obdélníkového průběhu.

Zbytek 4 vyrovnávacích pamětí, které jsou všechny připojeny paralelně, aby se zvýšil výstup přes připojený piezoelektrický prvek. Frekvenční rozsah tohoto mnohem lepšího ultrazvukového generátoru je přibližně podobný předchozí verzi IC 555. Hlavní výhodou této konstrukce je však její přesný 50% pracovní cyklus v celém frekvenčním rozsahu.

To znamená, že frekvenční rozsah by mohl být zvýšen snížením hodnoty C1 kondenzátoru a frekvenci lze snížit použitím vyšších hodnot pro C1. 100k potenciometr spolu s odporem R3 fixuje výstupní frekvenci.

3) Ultrazvukový generátor PLL

Přesný a výkonný obvod ultrazvukového generátoru pomocí PLL LM567 IC a piezo budiče s výstupem push pull

The LM567 IC s fázovou smyčkou (PLL) se používá pro generování ultrazvukové frekvence v našem 3. konceptu, jak je prokázáno na výše uvedeném obrázku 3. Tento obvod poskytuje řadu funkcí lepších než předchozí dva ultrazvukové koncepty.

Nejprve je vestavěný oscilátor IC 567 vyvinut tak, aby pracoval v neuvěřitelně vysokém frekvenčním spektru, od méně než 1 Hz a až po 500 kHz. Výstupní křivka generátoru na pinu 5 vykazuje vynikající symetrii v celém rozsahu výkonu.

Generátor navíc poskytuje zvýšený výkon ve srovnání s dalšími dvěma obvody z toho důvodu, že výstup je velmi blízko k impedanci piezoelektrického výškového reproduktoru (SPKR1).

Výstup obvodu bylo možné vyladit v rozmezí přibližně 10 kHz až více než 100 kHz práce s potenciometrem R5. Tranzistor Q1 je zapojen jako společný sběratelský obvod, aby udržel výstup 567 stranou a také poháněl obvod výstupního zesilovače, který je vytvořen pomocí tranzistorů Q2 a Q3. Obvod by mohl být změněn na ultrazvukový cw vysílač přerušením spojení IC s pinem 7 a vložením spínače do série.

V takovém případě budete potřebovat nějakou formu ultrazvukového přijímače, abyste slyšeli signály, a to je přesně to, o čem budeme diskutovat v našem dalším okruhu.

4) Obvody ultrazvukového přijímače

Tento laditelný ultrazvukový přijímač IC 567 lze spárovat s
vysvětlil ultrazvukové vysílače LM 567 pro nejlepší výsledky.

Obvod ultrazvukového přijímače využívající 567 PLL IC, který je vybaven funkcí ladění kmitočtů, je zobrazen ve výše uvedeném diagramu. Laditelný obvod oscilátoru IC je totožný s dřívějším obvodem generátoru a zpracovává přesně stejný rozsah frekvence. Na kolíku detektoru kolíku 8 IC je umístěna LED, která rychle indikuje detekované signály.

Tranzistor Q1 je umístěn tak, aby zesiloval minutové ultrazvukové signály detekované piezoelektrickým zařízením a předával je na PLL.

Jak testovat

Chcete-li otestovat fungování ultrazvuku, zapněte obvod ultrazvukového generátoru IC 567 a posuňte piezo vysílač po celé ploše. Počínaje minimálním nastavením dolaďte R5 kousek po kousku, dokud z reproduktoru nebudete moci nic poslouchat. To by mělo opravit výstupní frekvenci obvodu přibližně na 16 a 20 kHz, v závislosti na citlivosti vašeho ucha na vysokou frekvenci.

Nyní zapněte obvod ultrazvukového přijímače a umístěte jeho piezoelektrický měnič přibližně 12 palců od reproduktoru generátoru, i když má směr přesně ve stejném směru. Upravte přijímač pomocí R5, počínaje od bodu minimální frekvence (což odpovídá maximálnímu rozsahu odporu hrnce) a postupně zvyšujte frekvenci, dokud neuvidíte právě svítící LED přijímače.

Pokud uvidíte, že přijímač nereaguje na výstupní signály vysílače, zkuste přesně zaměřit piezo přijímače na reproduktor generátoru a pokračujte v tom vytrvale. Jakmile přijímač detekuje signál a rozsvítí se LED dioda, posuňte dva piezo Tx / Rx pryč minimálně o deset stop a začněte znovu jemně ladit.

Jakmile zjistíte, že vše funguje uspokojivě, můžete využít připojený telegrafní klíč vysílače (volitelně na kolíku 7) a zkontrolovat odezvu LED na přijímači.

LED musí na to reagovat blikáním ve stylu tečkovaných a čárkovaných, jak jste na ně klepli pomocí telegrafního klíče. Další aplikací této sady ultrazvukového generátoru / přijímače může být forma přímého poplašného senzoru vloupání.

Připojte pin 5 V přes pin 8 přijímače LM567 a kladný pól baterie. Uspořádejte piezoelektrická zařízení Tx a Rx přibližně stopu od sebe a zaměřte se na stejnou cestu, ale bez jakýchkoli blízkých objektů.

Pokud se osoba dostane do těsné blízkosti a na přední stranu dvojice reproduktorů, bude se ultrazvuková frekvence odrážet zpět, což způsobí zapnutí relé přijímače. Výstupní kontakty relé lze použít k zapnutí alarmu nebo sirény.

5) Vysoce citlivý obvod ultrazvukového přijímače

Poslední obvod ultrazvukového přijímače je ve skutečnosti extrémně citlivý ultrazvukový přijímač, který dokáže snadno zachytit téměř cokoli v ultrazvukovém frekvenčním rozsahu. Možná si můžete poslechnout hmyz, komunikaci netopýrů, motory atd. Tuto myšlenku lze také použít ve spojení s výše vysvětlenými ultrazvukovými generátory pro vývoj vysoce kvalitních ultrazvukových systémů.

Návrh funguje na principu přímé konverze. Tranzistory Q1 a Q2 zvyšují ultrazvukové signály detekované piezo reproduktorem. Výstup kolektoru Q2 se poté použije k řízení vstupu JFET (Q3), který lze vidět zapojený jako obvod detektoru produktu.

Stupeň PLL (U1) v tomto konceptu se používá jako laditelný heterodynní oscilátor, který navíc napájí vstup obvodu detektoru JFET. Příchozí ultrazvukový signál se kombinuje s frekvencí heterodynového oscilátoru a generuje součet a rozdílovou frekvenci.

Vysokofrekvenční prvek je odfiltrován přes síť komponent C3, R8 a C6. Zbylý nízkofrekvenční výstup může vstupovat přes vstup zvukového zesilovače LM386. K audio výstupu obvodu lze připojit reproduktor nebo sluchátka.

6) Další obvod ultrazvukového přijímače pro poslech zvuků nad 20 kHz

Rozsah detekce frekvence našeho ucha je sotva do frekvence 13 kHz. Úkolem ultrazvukového detektoru je překonat toto omezení přepnutím frekvence vysokofrekvenčních zvuků, například píšťal psů, sotva slyšitelných úniků plynu, pípání netopýrů a několika umělých ultrazvukových zvuků, například lehkým klepáním na noviny.

„Ultrazvuk“ detekovaný vstupním snímačem je zesílen a přiváděn do detektoru produktu. Zahrnut je astabilní multivibrátor, protože stabilita BFO nemusí mít velký význam. Kromě požadovaného rozdílu signálu obvod dále generuje signál BFO ​​sám o sobě, stejně jako sčítací frekvenci, která je poté ukončena uvnitř nízkoprůchodového filtru fixovaného na 4 kHz.

Výsledný signál je zde opět zesílen pro ovládání sady sluchátek. Obvod pracuje s přibližně 8 miliampéry, proto jej lze snadno napájet ze 9 V suché baterie.