6 лучших проектов ультразвуковых схем для любителей и инженеров

В сообщении обсуждаются 6 очень полезных, но простых проектов схем ультразвукового передатчика и приемника, которые можно использовать для многих важных приложений, таких как ультразвуковой пульт дистанционного управления , охранная сигнализация, электронные дверные замки, а также для прослушивания частот ультразвукового диапазона, которые обычно не слышны человеческим ухом.

Вступление

Многие коммерческие ультразвуковые устройства работают с заранее определенной частотой и используют преобразователи, которые работают на пике или резонируют на определенной частоте. Ограниченная полоса пропускания и цена большинства таких преобразователей делают их непригодными для хобби и домашних хозяйств.

Но на самом деле это не проблема, поскольку практически любой пьезо динамик может применяться как ультразвуковой преобразователь для обоих, в виде устройства вывода передатчика, а также в качестве датчика приемника.

Хотя эффективность пьезо-динамиков нельзя сравнить с эффективностью специализированного промышленного преобразователя, в качестве хобби и забавного проекта они могут отлично работать. Устройство, которое мы использовали с описанными ниже схемами, было 33/4-дюймовым пьезо-твитером, который можно купить в большинстве интернет-магазинов.

1) Простейший ультразвуковой генератор

Рис.1 Этот простой ультразвуковой
генератор может быть построен без особого труда
и очень быстро.

Наша самая первая схема, показанная на рис. Выше, представляет собой ультразвуковой генератор, в котором используется хорошо известный 555 IC таймер в цепи мультивибратора с нестабильной регулируемой частотой. Конструкция выдает прямоугольный сигнал, который работает с R2 для настройки в диапазоне частот от 12 кГц до более 50 кГц.

Этот частотный диапазон можно легко отрегулировать, изменив значение конденсатора C1, используя более низкое значение, приведет к увеличению диапазона, в то время как большее значение сделает диапазон намного меньше.

2) Ультразвуковой генератор с фиксированным рабочим циклом 50%

Следующий ультразвуковой генератор, показанный на рис. 2 выше, использует 6 буферных вентилей одиночной инвертирующей ИС буфера КМОП 4049.

Пару буферов, U1a и U1b, можно увидеть прикрепленными к переменной частоты. нестабильный осциллятор схема с коэффициентом заполнения 50%, прямоугольный выходной сигнал.

Остальные 4 буфера подключены параллельно, чтобы улучшить выходной сигнал подключенного пьезоэлемента. Этот намного лучший частотный диапазон ультразвукового генератора примерно аналогичен предыдущей версии IC 555. Однако основным преимуществом этой конструкции является ее точный 50% рабочий цикл во всем диапазоне частот.

При этом частотный диапазон может быть увеличен за счет уменьшения значения конденсатора C1, а частота может быть уменьшена за счет использования более высоких значений для C1. Потенциометр 100 кОм вместе с резистором R3 фиксирует выходную частоту.

3) Ультразвуковой генератор PLL

Точная и мощная схема ультразвукового генератора с использованием микросхемы PLL LM567 и двухтактного выходного пьезодатчика

В LM567 микросхема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) используется для генерации ультразвуковой частоты в нашей 3-ей концепции, как показано на приведенном выше рисунке 3. Эта схема обеспечивает ряд функций лучше, чем две предыдущие ультразвуковые концепции.

Во-первых, встроенный в IC 567 генератор разработан для работы в невероятно широком спектре частот, от 1 Гц до 500 кГц. Форма выходного сигнала генератора на выводе 5 демонстрирует выдающуюся симметрию во всем диапазоне рабочих характеристик.

Генератор дополнительно дает увеличенный выходной сигнал по сравнению с двумя другими схемами по той причине, что выходной сигнал очень близко соответствует импедансу пьезо-твитера (SPKR1).

Выходной сигнал схемы можно настроить в диапазоне от 10 кГц до более 100 кГц. работа с потенциометром R5. Транзистор Q1 подключен как схема общего коллектора, чтобы держать выход 567 в стороне, а также управлять схемой выходного усилителя, которая создается с использованием транзисторов Q2 и Q3. Схема может быть преобразована в ультразвуковой передатчик непрерывного сигнала, разорвав соединение контакта 7 ИС и вставив ключ переключателя последовательно.

В этом случае вам потребуется какой-то ультразвуковой приемник, чтобы слышать сигналы, и это именно то, что мы собираемся обсудить в нашей следующей схеме.

4) схемы ультразвукового приемника

Этот настраиваемый ультразвуковой приемник IC 567 можно подключить к
объяснил ультразвуковой передатчик LM 567 для достижения наилучших результатов.

Схема ультразвукового приемника, использующая микросхему 567 PLL с возможностью настройки частоты, показана на диаграмме выше. Схема настраиваемого генератора IC идентична предыдущей схеме генератора и обрабатывает точно такой же диапазон частот. Светодиод расположен на контакте 8 детектора ИС, который быстро указывает обнаруженные сигналы.

Транзистор Q1 предназначен для усиления мельчайших ультразвуковых сигналов, обнаруживаемых пьезоустройством, и передачи их на систему ФАПЧ.

Как протестировать

Чтобы проверить работу ультразвука, включите схему ультразвукового генератора IC 567 и перемещайте пьезо передатчик по всей площади. Начиная с минимальной настройки, постепенно настраивайте R5 до тех пор, пока вы не перестанете ничего слышать из динамика. Это должно зафиксировать выходную частоту схемы примерно на 16 и 20 кГц, в зависимости от чувствительности вашего уха к высокой частоте.

Теперь включите схему ультразвукового приемника и расположите его пьезоэлектрический преобразователь на расстоянии примерно 12 дюймов от динамика генератора, хотя он был направлен в том же направлении. Отрегулируйте приемник через R5, начиная с точки минимальной частоты (которая соответствует максимальному диапазону сопротивления потенциометра), и постепенно увеличивайте частоту до максимума, пока не увидите, что светодиод приемника просто горит.

Если вы видите, что приемник не реагирует на выходные сигналы передатчика, попробуйте точно навести пьезоэлемент приемника на динамик генератора и продолжайте делать это постоянно. Как только приемник обнаруживает сигнал и загорается светодиод, переместите два пьезоэлектрических преобразователя Tx / Rx как минимум на десять футов и снова начните точную настройку.

Как только вы обнаружите, что все работает удовлетворительно, вы можете использовать подключенный к передатчику телеграфный ключ (необязательно на контакте 7) и проверить реакцию светодиода на приемнике.

Светодиод должен реагировать на это миганием в стиле точек и тире, как вы нажимаете с помощью телеграфной кнопки. Дополнительное применение этого ультразвукового генератора / приемника может быть в виде простого датчика охранной сигнализации.

Подключите реле 5 В к контакту 8 LM567 приемника и положительному полюсу батареи. Разместите пьезоустройства Tx и Rx на расстоянии примерно 30 см друг от друга и сфокусируйте их на одном и том же пути, но на расстоянии от ближайших объектов.

Если человек окажется в непосредственной близости от пары динамиков и перед ними, ультразвуковая частота будет отражаться обратно, вызывая включение реле приемника. Выходные контакты реле могут использоваться для включения устройства сигнализации или сирены.

5) Цепь высокочувствительного ультразвукового приемника

Последняя конструкция схемы ультразвукового приемника на самом деле представляет собой чрезвычайно чувствительный ультразвуковой приемник, который может легко улавливать практически все, что находится в ультразвуковом диапазоне частот. Вы можете слушать насекомых, сообщения летучих мышей, двигатели и т. Д. Идея также может быть использована в сочетании с описанными выше ультразвуковыми генераторами для разработки высококачественных ультразвуковых систем.

Дизайн работает по принципу прямого преобразования. Транзисторы Q1 и Q2 усиливают ультразвуковые сигналы, обнаруживаемые пьезо-динамиком. Выход коллектора Q2 затем используется для управления входом JFET (Q3), который можно увидеть подключенным как цепь детектора продукта.

Каскад PLL (U1) в этой концепции используется как настраиваемый гетеродинный генератор, который дополнительно питает вход схемы детектора JFET. Входящий ультразвуковой сигнал комбинируется с частотой гетеродина-генератора, генерируя суммарную и разностную частоты.

Высокочастотный элемент фильтруется через компонентную сеть C3, R8 и C6. Оставшийся низкочастотный выход может поступать через вход аудиоусилителя LM386. К аудиовыходу схемы можно подключить динамик или наушники.

6) Еще одна схема ультразвукового приемника для прослушивания звуков выше 20 кГц.

Частотный диапазон обнаружения нашего уха едва достигает частоты 13 кГц. Функция ультразвукового детектора состоит в том, чтобы преодолеть это ограничение, переключая частоту высокочастотных шумов, например свист собак, едва слышные утечки газа, писк летучей мыши и несколько искусственных ультразвуковых звуков, например легкое постукивание по газете.

«Ультразвук», обнаруженный входным преобразователем, усиливается и подается на детектор продукта. Включен нестабильный мультивибратор, поскольку стабильность BFO может не иметь большого значения. В дополнение к требуемому разности сигналов схема дополнительно генерирует сигнал BFO самостоятельно, а также суммирующую частоту, которая затем завершается внутри фильтра нижних частот с фиксированной частотой 4 кГц.

Возникающий здесь сигнал снова усиливается для работы с наушниками. Схема работает примерно с 8 миллиампер, поэтому ее можно легко запитать от сухой батареи 9 В.