6 migliori progetti di circuiti a ultrasuoni per hobbisti e ingegneri

Il post discute un 6 progetti di circuiti di trasmissione e ricevitore a ultrasuoni molto utili ma semplici che possono essere utilizzati per molte applicazioni cruciali, come telecomando ad ultrasuoni , antifurto, serrature elettroniche e per l'ascolto di frequenze nella gamma degli ultrasuoni normalmente non udibili dall'orecchio umano.

introduzione

Molti gadget a ultrasuoni commerciali funzionano con una frequenza predeterminata e fanno uso di trasduttori che sono fatti per raggiungere il picco, o risuonare, alla frequenza specifica. La larghezza di banda limitata e il prezzo della maggior parte di tali trasduttori li rendono inappropriati per le implementazioni hobby e fai da te.

Ma in realtà, questo non è un problema, dal momento che praticamente nessuno altoparlante piezo potrebbe essere applicato come un trasduttore ultrasonico per entrambi, sotto forma di un dispositivo di uscita del trasmettitore e anche come sensore del ricevitore.

Sebbene l'efficienza degli altoparlanti piezoelettrici non possa essere paragonata all'efficienza di un trasduttore industriale specializzato, come hobby e progetto divertente questi possono funzionare perfettamente. Il dispositivo che abbiamo impiegato con i circuiti spiegati di seguito era un tweeter piezoelettrico da 33/4 pollici disponibile nella maggior parte dei negozi online.

1) Generatore di ultrasuoni più semplice

Figura.1 Questo semplice ultrasuoni
generatore può essere costruito senza troppe difficoltà
e molto rapidamente.

Il nostro primissimo circuito, mostrato nella figura sopra, è un generatore di ultrasuoni che utilizza il noto 555 IC timer in un circuito multivibratore astabile a frequenza regolabile. Il design emette un segnale a onda quadra che, funziona con R2, per sintonizzarsi su una gamma di frequenze da 12 kHz a oltre 50 kHz.

Questa gamma di frequenze può essere facilmente regolata alterando il valore del condensatore C1, impiegando un valore più basso, la gamma aumenterà, mentre un valore maggiore renderà la gamma molto più piccola.

2) Generatore di ultrasuoni con ciclo di lavoro fisso al 50%

Il successivo generatore di ultrasuoni, rivelato nella Fig. 2 sopra, utilizza 6 buffer gate di un buffer invertente IC 4049 CMOS solitario.

Un paio di buffer, U1a e U1b, possono essere visti collegati all'interno di una frequenza variabile astable-oscillator circuito avente un ciclo di lavoro del 50%, uscita onda quadra.

Il resto dei 4 buffer sono tutti collegati in parallelo per migliorare l'uscita sull'elemento piezoelettrico collegato. La gamma di frequenza di questo generatore di ultrasuoni molto migliore è approssimativamente simile alla precedente versione IC 555. Tuttavia, il principale vantaggio di questo design è il suo accurato ciclo di lavoro del 50% sull'intera gamma di frequenze.

Detto questo, la gamma di frequenza potrebbe essere aumentata abbassando il valore del condensatore C1 e la frequenza può essere diminuita utilizzando valori più alti per C1. Il potenziometro da 100k, insieme al resistore R3, fissa la frequenza di uscita.

3) Generatore di ultrasuoni PLL

Circuito generatore di ultrasuoni accurato e potente che utilizza CI PLL LM567 e driver piezoelettrico con uscita push pull

Il CI LM567 ad anello bloccato (PLL) viene utilizzato per generare la frequenza ultrasonica nel nostro terzo concetto come dimostrato nella figura 3. Questo circuito fornisce una serie di caratteristiche migliori rispetto ai due concetti ultrasonici precedenti.

Innanzitutto, l'oscillatore integrato dell'IC 567 è stato sviluppato per funzionare all'interno di uno spettro di frequenze incredibilmente ampio, da meno di 1 Hz e fino a 500 kHz. La forma d'onda di uscita del generatore, al pin 5, mostra un'eccezionale simmetria in tutto il suo intervallo di prestazioni.

Il generatore fornisce inoltre un'uscita maggiore rispetto ad altri due circuiti perché l'uscita è molto simile all'impedenza del tweeter piezoelettrico (SPKR1).

L'uscita del circuito potrebbe essere ottimizzata da circa 10 kHz a oltre 100 kHz lavorando con potenziometro R5. Il transistor Q1 è collegato come un comune circuito collettore per mantenere distaccata l'uscita del 567 e per pilotare il circuito dell'amplificatore di uscita che viene creato utilizzando i transistor Q2 e Q3. Il circuito potrebbe essere cambiato in un trasmettitore cw ad ultrasuoni interrompendo la connessione del pin 7 dell'IC e inserendo una chiave di commutazione in serie.

In tal caso, avrai bisogno di una qualche forma di ricevitore a ultrasuoni per ascoltare i segnali e questo è esattamente ciò di cui parleremo nel nostro prossimo circuito.

4) Circuiti del ricevitore ad ultrasuoni

Questo ricevitore a ultrasuoni IC 567 sintonizzabile può essere accoppiato con
ha spiegato il trasmettitore a ultrasuoni LM 567 per i migliori risultati.

Un circuito ricevitore a ultrasuoni che utilizza un CI 567 PLL dotato di una capacità di sintonizzazione della frequenza è mostrato nel diagramma sopra. Il circuito dell'oscillatore sintonizzabile dell'IC è identico al circuito del generatore precedente e gestisce esattamente la stessa gamma di frequenza. Un LED è posizionato sul pin 8 del rilevatore del circuito integrato che indica rapidamente i segnali rilevati.

Il transistor Q1 è posizionato in modo da amplificare i minuti segnali ultrasonici rilevati dal dispositivo piezoelettrico e li inoltra sul PLL.

Come testare

Per testare il funzionamento degli ultrasuoni, accendere il circuito del generatore di ultrasuoni IC 567 e spostare il trasmettitore piezo per tutta l'area. Iniziando con l'impostazione minima, sintonizza R5 bit per bit fino a quando non sei in grado di ascoltare nulla dall'altoparlante. Questo dovrebbe fissare la frequenza di uscita del circuito a circa 16 e 20 kHz, a seconda della sensibilità dell'orecchio all'alta frequenza.

Ora, accendi il circuito del ricevitore ad ultrasuoni e posiziona il suo trasduttore piezoelettrico a circa 12 pollici di distanza dall'altoparlante del generatore, sebbene abbia puntato esattamente nella stessa direzione. Regolare il ricevitore tramite R5, iniziando dal punto di frequenza minima (che corrisponde al range di resistenza massima del potenziometro), e poco a poco massimizzare la frequenza fino a quando il LED del ricevitore si illumina.

Se vedi che il ricevitore non risponde ai segnali di uscita del trasmettitore, prova a puntare accuratamente il piezo del ricevitore sull'altoparlante del generatore e continua a farlo in modo persistente. Non appena il ricevitore rileva il segnale e il LED si accende, allontanare i due piezoelettrici Tx / Rx di un minimo di tre metri e ricominciare la regolazione fine.

Una volta trovato che tutto funziona in modo soddisfacente, è possibile utilizzare il tasto telegrafico allegato al trasmettitore (opzionale al pin7) e controllare la risposta del LED sul ricevitore.

Il LED deve rispondere a questo lampeggiando nello stile punto e trattino come toccato dall'utente utilizzando il tasto del telegrafo. Un'ulteriore applicazione di questo set generatore / ricevitore di ultrasuoni può essere sotto forma di un semplice sensore antifurto.

Collegare un relè da 5 V al pin 8 dell'LM567 del ricevitore e al polo positivo della batteria. Disporre i dispositivi piezoelettrici Tx e Rx a circa 30 cm di distanza e focalizzati all'interno dello stesso percorso, ma lontano da qualsiasi oggetto vicino.

Se una persona si avvicina e si trova di fronte a una coppia di altoparlanti, la frequenza ultrasonica verrà riflessa all'indietro attivando il relè del ricevitore per accendersi. I contatti di uscita del relè possono essere applicati per attivare un allarme o un dispositivo sirena.

5) Circuito ricevitore ad ultrasuoni altamente sensibile

L'ultimo progetto del circuito del ricevitore a ultrasuoni è in realtà un ricevitore a ultrasuoni estremamente sensibile che può facilmente raccogliere quasi tutto all'interno della gamma di frequenza degli ultrasuoni. È possibile ascoltare insetti, comunicazioni di pipistrelli, motori, ecc. L'idea potrebbe anche essere utilizzata in combinazione con i generatori di ultrasuoni sopra spiegati per lo sviluppo di sistemi a ultrasuoni di alta qualità.

Il design, funziona utilizzando il principio della conversione diretta. I transistor Q1 e Q2 amplificano i segnali ultrasonici rilevati dall'altoparlante piezoelettrico. L'uscita del collettore del Q2 viene quindi utilizzata per pilotare l'ingresso JFET (Q3), che può essere visto collegato come un circuito rivelatore di prodotto.

Lo stadio PLL (U1) in questo concetto è impiegato come un oscillatore eterodina sintonizzabile che alimenta inoltre l'ingresso del circuito del rivelatore JFET. Il segnale ultrasonico in ingresso si combina con la frequenza dell'oscillatore eterodina generando una frequenza di somma e differenza.

L'elemento ad alta frequenza viene filtrato attraverso la rete dei componenti C3, R8 e C6. L'uscita a bassa frequenza rimanente può entrare attraverso l'ingresso dell'amplificatore audio LM386. È possibile collegare un altoparlante o delle cuffie all'uscita audio del circuito.

6) Un altro circuito ricevitore ad ultrasuoni per l'ascolto di suoni oltre la gamma di 20 kHz

La gamma di rilevamento della frequenza del nostro orecchio è appena fino alla frequenza di 13 kHz. La funzione del rilevatore di ultrasuoni è quella di sconfiggere questa limitazione cambiando la frequenza dei rumori ad alta frequenza, ad esempio i fischi dei cani, le fughe di gas appena udibili, il suono dei pipistrelli e diversi suoni ultrasonici artificiali, ad esempio un leggero tocco su un giornale.

L ''ultrasuono' rilevato dal trasduttore di ingresso viene potenziato e inviato a un rilevatore di prodotto. È incluso un multivibratore astabile poiché la stabilità del BFO ​​potrebbe non essere molto significativa. Oltre al differenziale di segnale richiesto, il circuito genera in aggiunta il segnale BFO da solo e la frequenza di somma, che viene poi terminata all'interno di un filtro passa basso fissato a 4 kHz.

Il segnale risultante qui è ancora una volta amplificato per azionare un set di cuffie. Il circuito funziona con circa 8 milliampere, quindi può essere facilmente alimentato da una batteria a secco da 9 V.