6 beste ultralydskretsprosjekter for hobbyister og ingeniører

Innlegget diskuterer 6 svært nyttige, men enkle ultralydssender- og mottakerkretsprosjekter som kan brukes til mange viktige applikasjoner, for eksempel ultralyd fjernkontroll , innbruddsalarmer, elektroniske dørlåser og for å lytte til frekvenser i ultralydområdet som normalt ikke er hørbare for menneskelige ører.

Introduksjon

Mange kommersielle ultralydsapparater fungerer med en forhåndsbestemt frekvens og bruker transdusere som er laget for å toppe eller resonere ved den spesifikke frekvensen. Den begrensede båndbredden og prisen på flertallet av slike transdusere fører til at de blir upassende for hobby- og DIY-implementeringer.

Men faktisk er det ikke et problem, siden nesten alle piezo høyttaler kan brukes som en ultralydstransduser for begge deler, i form av en senderutgangsenhet og også som mottakersensor.

Selv om effektiviteten til piezo-høyttalere ikke kan sammenlignes med effektiviteten til en spesialisert, industriell svinger, kan disse som et hobby og morsomt prosjekt fungere perfekt. Enheten vi brukte med de nedenfor forklarte kretsene, var en piezo-diskant på 33/4 tommer som er tilgjengelig fra de fleste nettbutikker.

1) Enkleste ultralydgenerator

Figur.1 Denne enkle ultralyden
generator kan konstrueres uten store vanskeligheter
og veldig raskt.

Vår aller første krets, vist i figuren ovenfor, er en ultralydgenerator som bruker det velkjente 555 IC-tidtaker i en justerbar frekvens, astabel multivibratorkrets. Designet sender ut et firkantbølgesignal som fungerer sammen med R2 for innstilling rundt et frekvensområde fra 12 kHz til over 50 kHz.

Dette frekvensområdet kan enkelt justeres ved å endre verdien på kondensatoren C1 som benytter en lavere verdi, vil få området til å gå høyere, mens større verdi vil gjøre området så mye mindre.

2) Ultralydgenerator med fast 50% driftssyklus

Den neste ultralydgeneratoren, avslørt i figur 2 ovenfor, bruker 6 bufferporter av en ensom 4049 CMOS inverterende buffer IC.

Et par buffere, U1a og U1b, kan sees festet innenfor en variabel frekvens astable-oscillator krets som har en 50% driftssyklus, firkantbølgeutgang.

Resten av de 4 bufferne er koblet sammen parallelt for å forbedre utgangen over det tilkoblede piezo-elementet. Dette mye bedre ultralydgeneratorens frekvensområde tilsvarer omtrent den forrige IC 555-versjonen. Imidlertid er den største fordelen med dette designet den nøyaktige 50% driftssyklusen rundt hele frekvensområdet.

Når det er sagt, kan frekvensområdet gjøres høyere ved å senke kondensatoren C1-verdien, og frekvensen kan reduseres ved å bruke høyere verdier for C1. 100k potensiometeret, sammen med motstanden R3, fikser utgangsfrekvensen.

3) PLL ultralydgenerator

Nøyaktig og kraftig ultralydgeneratorkrets ved bruk av PLL LM567 IC og piezo driver for push pull output

De LM567 fase-låst sløyfe (PLL) IC brukes til å generere ultralydfrekvens i vårt tredje konsept som vist i figuren ovenfor 3. Denne kretsen gir en rekke funksjoner bedre enn tidligere to ultralydkonsepter.

For det første er IC 567s innebygde oscillator utviklet for å fungere innenfor et utrolig stort frekvensspektrum, fra under 1 Hz og så høyt som 500 kHz. Generatorens utgangsbølgeform, på pin 5, viser enestående symmetri gjennom hele ytelsesområdet.

Generatoren gir i tillegg økt ytelse sammenlignet med andre to kretser på grunn av at utgangen samsvarer mye nøye med piezo-diskantens (SPKR1) impedans.

Utgangen fra kretsen kan justeres rundt 10 kHz til mer enn 100 kHz arbeider med potensiometer R5. Transistor Q1 er koblet opp som en vanlig kollektorkrets for å holde 567-utgangen fjern og i tillegg til å drive utgangsforsterkerkretsen som er opprettet ved hjelp av transistorene Q2 og Q3. Kretsen kan endres til en ultrasonisk cw-sender ved å bryte ICs pin 7-forbindelse og sette inn en bryternøkkel i serie.

I så fall vil du kreve en eller annen form for ultralydmottaker for å høre signalene, og det er akkurat det vi skal diskutere i vår neste krets.

4) Ultralydmottakerkretser

Denne avstembare IC 567 ultralydmottakeren kan sammenkobles med
forklarte LM 567 ultralydsender for best resultat.

En ultralydsmottakerkrets som bruker en 567 PLL IC som har en frekvensjusteringsevne, er vist i diagrammet ovenfor. ICs avstembare oscillatorkrets er identisk med den tidligere generatorkretsen, og håndterer nøyaktig samme frekvensområde. En LED er plassert ved pin 8 detektor pin på IC som raskt indikerer de oppdagede signalene.

Transistor Q1 er posisjonert for å forsterke minutts ultralydsignaler oppdaget av piezo-enheten og videresende dem til PLL.

Hvordan teste

For å teste ultralydarbeidet, slå på IC 567-ultralydgeneratorkretsen og flytt senderen piezo gjennom hele området. Begynn med minimumsinnstillingen, og finjuster R5 bit for bit til du ikke klarer å høre på noe fra høyttaleren. Dette bør fikse kretsens utgangsfrekvens til omtrent 16 og 20 kHz, avhengig av øreets følsomhet for høyfrekvens.

Slå nå på ultralydmottakerkretsen og plasser piezo-svingeren omtrent 12 tommer fra generatorens høyttaler, selv om du har ønsket den i nøyaktig samme retning. Juster mottakeren gjennom R5, begynner fra minimumsfrekvenspunktet (som tilsvarer grytens maksimale motstandsområde), og litt etter litt maksimerer du frekvensen til du ser at mottakerens LED bare lyser.

Hvis du ser at mottakeren ikke reagerer på senderens utgangssignaler, kan du prøve å rette mottakerens piezo nøyaktig generatorens høyttaler og fortsette å gjøre dette vedvarende. Så snart mottakeren oppdager signalet og LED-en lyser, flytter du de to Tx / Rx-piezoene med minst ti fot og begynner å finjustere igjen.

Når du finner ut at alt fungerer tilfredsstillende, kan du benytte deg av senderens vedlagte telegrafnøkkel (valgfritt på pin7) og sjekke LED-responsen på mottakeren.

LED-en må svare på dette ved å blinke i prikk-og-strek-stilen som du trykker på ved hjelp av telegrafnøkkelen. En ekstra applikasjon av dette ultralydgeneratoren / mottakersettet kan være i form av en enkel innbruddsalarmsensor.

Fest et 5 V-relé over pin 8 på mottakerens LM567 og batteriets positive pol. Ordne Tx- og Rx-piezo-enhetene omtrent en fot fra hverandre og fokusert i samme bane, men ikke i nærheten av gjenstander i nærheten.

Hvis en person kommer i nærheten av og foran siden av et par høyttalere, vil ultralydfrekvensen reflekteres tilbake og utløse mottakerens relé til å slå seg på. Reléets utgangskontakter kan brukes for å slå på en alarm eller en sireneenhet.

5) Svært følsom ultralydmottakerkrets

Den siste ultralydsmottakerkretsdesignen er faktisk en ekstremt følsom ultralydmottaker som lett kan plukke opp nesten hva som helst innen ultralydfrekvensområdet. Du kan muligens lytte til insekter, flaggermuskommunikasjon, motorer, etc. ideen kan også brukes i forbindelse med de ovennevnte forklarte ultralydgeneratorene for å utvikle ultralydsystemer av høy kvalitet.

Designet fungerer med prinsippet om direkte konvertering. Transistorer Q1 og Q2 forsterker ultralydsignalene som oppdages av piezo-høyttaleren. Q2s kollektorutgang brukes deretter til å drive JFET (Q3) -inngangen, som kan sees koblet opp som en produktdetektorkrets.

PLL (U1) -trinnet i dette konseptet brukes som en avstembar heterodyne-oscillator som i tillegg mater inngangen til JFET-detektorkretsen. Det inngående ultralydssignalet kombineres med frekvensen til heterodyne-oscillatoren som genererer en sum og differensfrekvens.

Det høyfrekvente elementet blir filtrert ut gjennom C3-, R8- og C6-komponentnettverket. Den resterende lavfrekvente utgangen får lov til å komme inn over LM386 lydforsterkerinngangen. En høyttaler eller hodetelefoner kan festes til kretsens lydutgang.

6) En annen ultralydsmottakerkrets for å lytte til lyder over 20 kHz-området

Frekvensregistreringsområdet for øret vårt er neppe opp til 13 kHz frekvens. Funksjonen til ultralyddetektoren er å overvinne denne begrensningen ved å bytte frekvensen av høyfrekvente lyder, for eksempel hundevissler, knapt hørbare gasslekkasjer, flaggermus og flere kunstige ultralydlyder, for eksempel lett å trykke på en avis.

Ultralydet som detekteres av inngangstransduseren, forsterkes og mates til en produktdetektor. En astabel multivibrator er inkludert siden BFO-stabiliteten kanskje ikke er av særlig betydning. I tillegg til den nødvendige signaldifferensialen genererer kretsen i tillegg BFO-signalet på egenhånd så vel som summeringsfrekvensen, som deretter avsluttes i et lavpassfilter fast på 4 kHz.

Signalet som resulterer her forsterkes igjen for å betjene et sett med hodetelefoner. Kretsen fungerer med rundt 8 milliampere, derfor kan den lett drives av et 9 V tørt batteri.