6 najlepších projektov ultrazvukových obvodov pre fanúšikov a inžinierov

Príspevok pojednáva o 6 veľmi užitočných, ale zároveň jednoduchých projektoch obvodov ultrazvukového vysielača a prijímača, ktoré môžu byť použité pre mnoho rozhodujúcich aplikácií, ako napr ultrazvukové diaľkové ovládanie , poplašné zariadenia proti vlámaniu, elektronické zámky dverí a na počúvanie frekvencií v ultrazvukovom rozsahu, ktoré sú pre ľudské uši bežne nepočuteľné.

Úvod

Mnoho komerčných ultrazvukových prístrojov pracuje s vopred určenou frekvenciou a využíva prevodníky, ktoré majú dosahovať maximum alebo rezonovať pri konkrétnej frekvencii. Obmedzená šírka pásma a cena väčšiny takýchto prevodníkov spôsobujú, že sa stávajú nevhodnými pre hobby a DIY implementácie.

Ale v skutočnosti to nie je problém, prakticky žiadny piezo reproduktor môžu byť použité ako ultrazvukový prevodník pre oba, vo forme výstupného zariadenia vysielača a tiež ako snímač prijímača.

Aj keď účinnosť piezoelektrických reproduktorov nemožno porovnávať s účinnosťou špecializovaného priemyselného meniča, ako záujmový a zábavný projekt môžu fungovať dokonale. Zariadenie, ktoré sme použili s nižšie vysvetlenými obvodmi, bol 33/4 palcový piezoelektrický výškový reproduktor, ktorý je k dispozícii vo väčšine internetových obchodov.

1) Najjednoduchší ultrazvukový generátor

Obrázok.1 Tento jednoduchý ultrazvuk
generátor môže byť skonštruovaný bez väčších ťažkostí
a veľmi rýchlo.

Náš úplne prvý obvod, ktorý je znázornený na obrázku vyššie, je ultrazvukový generátor, ktorý používa dobre známe 555 IC časovač v astabilnom multivibrátorovom obvode s nastaviteľnou frekvenciou. Konštrukcia vysiela signál s obdĺžnikovou vlnou, ktorý pracuje s R2 na ladenie okolo frekvenčného rozsahu 12 kHz až viac ako 50 kHz.

Tento frekvenčný rozsah je možné ľahko upraviť zmenou hodnoty kondenzátora C1 pri použití nižšej hodnoty, čo spôsobí zvýšenie rozsahu, zatiaľ čo väčšia hodnota rozsah zmenší.

2) Ultrazvukový generátor s fixným 50% pracovným cyklom

Nasledujúci ultrazvukový generátor, ktorý je uvedený na obrázku 2 vyššie, využíva 6 vyrovnávacích hradiel solitérneho IC 4049 invertujúceho vyrovnávacieho pamätia IC.

Niekoľko vyrovnávacích pamätí, U1a a U1b, možno vidieť pripojených v rámci premennej frekvencie astabilný-oscilátor obvod s 50% pracovným cyklom, výstupom štvorcovej vlny.

Zvyšok 4 vyrovnávacích pamätí je všetkých zapojených paralelne, aby sa zvýšil výkon cez pripojený piezoelektrický prvok. Frekvenčný rozsah tohto oveľa lepšieho ultrazvukového generátora je približne podobný ako v predchádzajúcej verzii IC 555. Hlavnou výhodou tohto dizajnu je však jeho presný 50% pracovný cyklus v celom frekvenčnom rozsahu.

To znamená, že frekvenčný rozsah je možné zvýšiť zvýšením hodnoty kondenzátora C1 a frekvenciu je možné znížiť použitím vyšších hodnôt C1. 100k potenciometer spolu s odporom R3 fixuje výstupnú frekvenciu.

3) Ultrazvukový generátor PLL

Presný a výkonný obvod ultrazvukového generátora využívajúci PLL LM567 IC a piezo budič s výstupom push-pull

The LM567 IC s fázovou blokovanou slučkou (PLL) sa používa na generovanie ultrazvukovej frekvencie v našom treťom koncepte, ako je dokázané na vyššie uvedenom obrázku 3. Tento obvod poskytuje množstvo funkcií lepších ako predchádzajúce dva ultrazvukové koncepty.

Najskôr je zabudovaný oscilátor IC 567 vyvinutý tak, aby pracoval v neuveriteľne veľkom frekvenčnom spektre, od menej ako 1 Hz a po 500 kHz. Výstupná krivka generátora na kolíku 5 vykazuje vynikajúcu symetriu v celom rozsahu svojich výkonov.

Generátor navyše poskytuje zvýšený výkon v porovnaní s ostatnými dvoma obvodmi, a to z toho dôvodu, že výstup je veľmi blízko k impedancii piezoelektrického výškového reproduktora (SPKR1).

Výstup z obvodu sa dal upraviť okolo 10 kHz až po viac ako 100 kHz práca s potenciometrom R5. Tranzistor Q1 je zapojený ako spoločný kolektorový obvod, aby udržiaval výstup 567 stranou, ako aj riadil obvod výstupného zosilňovača, ktorý je vytvorený pomocou tranzistorov Q2 a Q3. Obvod by sa mohol zmeniť na ultrazvukový vysielač cw prerušením spojenia IC s pinom 7 a zasunutím kľúča do série.

V takom prípade budete vyžadovať určitú formu ultrazvukového prijímača, aby ste počuli signály, a to je presne to, o čom budeme diskutovať v našom ďalšom okruhu.

4) Obvody ultrazvukového prijímača

Tento laditeľný ultrazvukový prijímač IC 567 je možné spárovať s
pre najlepšie výsledky vysvetlil ultrazvukový vysielač LM 567.

Na vyššie uvedenom diagrame je zobrazený obvod ultrazvukového prijímača využívajúci 567 PLL IC, ktorý je schopný ladiť frekvenciu. Laditeľný obvod oscilátora IC je identický s predchádzajúcim obvodom generátora a pracuje s úplne rovnakým rozsahom frekvencií. Na kolíku detektora pin 8 IC je umiestnená LED dióda, ktorá rýchlo indikuje detekované signály.

Tranzistor Q1 je umiestnený tak, aby zosilňoval minútové ultrazvukové signály detegované piezo zariadením a smeroval ich ďalej na PLL.

Ako testovať

Ak chcete vyskúšať funkčnosť ultrazvuku, zapnite obvod ultrazvukového generátora IC 567 a posuňte piezo vysielač do celej oblasti. Počnúc minimálnym nastavením dolaďte R5 kúsok po kúsku, kým nebudete môcť z reproduktora nič počúvať. To by malo fixovať výstupnú frekvenciu obvodu približne na 16 a 20 kHz, v závislosti od citlivosti vášho ucha na vysokú frekvenciu.

Teraz zapnite obvod ultrazvukového prijímača a umiestnite jeho piezoelektrický menič na vzdialenosť približne 12 palcov od reproduktora generátora, hoci smeruje presne rovnakým smerom. Nastavte prijímač na R5, počnúc bodom minimálnej frekvencie (ktorý zodpovedá maximálnemu rozsahu odporu hrnca) a postupne maximalizujte frekvenciu, kým neuvidíte iba svietiacu LED diódu prijímača.

Ak vidíte prijímač, ktorý nereaguje na výstupné signály vysielača, skúste zamerať piezo prijímača presne na reproduktor generátora a pokračujte v tom vytrvalo. Hneď ako prijímač zistí signál a rozsvieti sa LED dióda, posuňte dva piezoelektrické Tx / Rx preč minimálne o desať stôp a znova začnite jemné ladenie.

Keď zistíte, že všetko funguje uspokojivo, môžete využiť pripojený telegrafický kľúč vysielača (voliteľný na kolíku 7) a skontrolovať odozvu LED na prijímači.

LED musí na to reagovať blikaním v štýle bodkovaných a čiarkovaných tak, ako ste klikli pomocou telegrafného kľúča. Ďalšou aplikáciou tejto sady ultrazvukového generátora / prijímača môže byť forma priameho bezpečnostného senzora proti vlámaniu.

Pripojte 5 V relé na kolík 8 LM567 prijímača a kladný pól batérie. Usporiadajte piezoelektrické zariadenia Tx a Rx približne stopu od seba a zamerajte ich na rovnakú cestu, ale bez akýchkoľvek blízkych objektov.

Ak sa osoba dostane do bezprostrednej blízkosti a pred dvojicu reproduktorov, ultrazvuková frekvencia sa odrazí späť, čo aktivuje relé prijímača. Výstupné kontakty relé je možné použiť na zapnutie alarmu alebo sirény.

5) Vysoko citlivý obvod ultrazvukového prijímača

Posledný návrh obvodu ultrazvukového prijímača je skutočne mimoriadne citlivý ultrazvukový prijímač, ktorý dokáže ľahko zachytiť takmer čokoľvek v ultrazvukovom frekvenčnom rozsahu. Možno môžete počúvať hmyz, komunikáciu netopierov, motory atď., Túto myšlienku je možné tiež použiť v spojení s vyššie vysvetlenými ultrazvukovými generátormi na vývoj vysoko kvalitných ultrazvukových systémov.

Dizajn funguje na princípe priamej premeny. Tranzistory Q1 a Q2 zosilňujú ultrazvukové signály detekované piezoelektrickým reproduktorom. Výstup kolektora Q2 sa potom použije na riadenie vstupu JFET (Q3), ktorý je možné vidieť zapojený ako obvod detektora produktu.

Stupeň PLL (U1) sa v tomto koncepte používa ako laditeľný heterodynový oscilátor, ktorý dodatočne napája vstup obvodu detektora JFET. Prichádzajúci ultrazvukový signál sa kombinuje s frekvenciou heterodynového oscilátora, ktorá generuje súčet a rozdielovú frekvenciu.

Vysokofrekvenčný prvok je odfiltrovaný cez sieť komponentov C3, R8 a C6. Zvyšný nízkofrekvenčný výstup môže vstupovať cez vstup zvukového zosilňovača LM386. K audio výstupu obvodu môžu byť pripojené reproduktory alebo slúchadlá.

6) Ďalší obvod ultrazvukového prijímača na počúvanie zvukov nad 20 kHz

Rozsah detekcie frekvencie nášho ucha je ťažko až do frekvencie 13 kHz. Funkciou ultrazvukového detektora je prekonať toto obmedzenie prepínaním frekvencie vysokofrekvenčných zvukov, napríklad píšťaliek pre psov, sotva počuteľných únikov plynov, pípania netopierov a niekoľkých umelých ultrazvukových zvukov, napríklad ľahkým klepnutím na noviny.

„Ultrazvuk“ detegovaný vstupným meničom je zosilnený a privádza sa do detektora produktu. Zahrnutý je astabilný multivibrátor, pretože stabilita BFO nemusí mať veľký význam. Okrem požadovaného rozdielu signálu obvod ďalej generuje samotný signál BFO, ako aj sčítaciu frekvenciu, ktorá sa potom ukončí vo vnútri dolnopriepustného filtra fixovaného na 4 kHz.

Výsledný signál je opäť zosilnený, aby fungoval so slúchadlami. Obvod pracuje s hodnotou približne 8 miliampérov, preto ho možno ľahko napájať zo suchej batérie s napätím 9 V.