6 bedste ultralydskredsløbsprojekter til hobbyister og ingeniører

Indlægget diskuterer 6 meget nyttige, men alligevel enkle ultralydssender- og modtagerkredsløbsprojekter, der kan bruges til mange vigtige applikationer, såsom ultralyds fjernbetjening indbrudsalarmer, elektroniske dørlåse og til at lytte til frekvenser i ultralydsområdet, som normalt ikke er hørbare for menneskelige ører.

Introduktion

Mange kommercielle ultralydsgadgets arbejder med en forudbestemt frekvens og gør brug af transducere, der er lavet til at peak eller resonere ved den specifikke frekvens. Den begrænsede båndbredde og pris for størstedelen af ​​sådanne transducere får dem til at blive upassende til hobby- og DIY-implementeringer.

Men faktisk er det ikke et problem, da stort set ethvert piezo-højttaler kunne anvendes som en ultralydstransducer for begge, i form af en senderudgangsenhed og også som modtagersensor.

Selvom effektiviteten af ​​piezo-højttalere ikke kan sammenlignes med effektiviteten af ​​en specialiseret, industriel transducer, kan disse som et hobby og sjovt projekt fungere perfekt. Enheden, vi anvendte med nedenstående forklarede kredsløb, var en 33/4-tommers piezo-diskanthøjttaler, som er tilgængelig fra de fleste onlinebutikker.

1) Enkleste ultralydsgenerator

Figur.1 Denne enkle ultralyd
generator kan konstrueres uden meget besvær
og meget hurtigt.

Vores allerførste kredsløb, vist i ovenstående figur, er en ultralydsgenerator, der bruger det velkendte 555 IC-timer i et indstilleligt multivibratorkredsløb med justerbar frekvens. Designet udsender et firkantbølgesignal, der fungerer sammen med R2 til indstilling omkring et frekvensområde fra 12 kHz til over 50 kHz.

Dette frekvensområde kan let justeres ved at ændre værdien af ​​kondensator C1, der anvender en lavere værdi, får området til at gå højere, mens større værdi vil gøre området meget mindre.

2) Ultralydsgenerator med fast 50% driftscyklus

Den næste ultralydgenerator, afsløret i ovenstående figur 2, bruger 6 pufferporte af en ensom 4049 CMOS inverterende buffer IC.

Et par af bufferne, U1a og U1b, kan ses fastgjort inden for en variabel frekvens astable-oscillator kredsløb med en 50% driftscyklus, firkantbølgeoutput.

Resten af ​​de 4 buffere er alle forbundet parallelt for at forbedre output over det tilsluttede piezo-element. Denne meget bedre ultralydgenerators frekvensområde svarer omtrent til den tidligere IC 555-version. Den største fordel ved dette design er imidlertid dens nøjagtige 50% driftscyklus omkring hele frekvensområdet.

Når det er sagt, kunne frekvensområdet gøres højere ved at sænke kondensatorens C1-værdi, og frekvensen kan reduceres ved at bruge højere værdier for C1. 100k potentiometeret fastgør udgangsfrekvensen sammen med modstanden R3.

3) PLL ultralydsgenerator

Nøjagtigt og kraftfuldt ultralydsgenerator kredsløb ved hjælp af PLL LM567 IC og push-pull output piezo driver

Det LM567 fase-låst-loop (PLL) IC bruges til at generere ultralydsfrekvens i vores 3. koncept som bevist i ovenstående figur 3. Dette kredsløb giver en række funktioner bedre end tidligere to ultralydskoncepter.

For det første er IC 567's indbyggede oscillator udviklet til at arbejde inden for et utroligt stort frekvensspektrum fra under 1 Hz og helt op til 500 kHz. Generatorens outputbølgeform ved pin 5 udviser fremragende symmetri gennem hele dets ydeevneområde.

Generatoren giver desuden et øget output sammenlignet med andre to kredsløb af den grund, at output matches meget tæt med piezo-diskanthøjttalers (SPKR1) impedans.

Udgangen fra kredsløbet kunne justeres omkring 10 kHz til mere end 100 kHz arbejder med potentiometer R5. Transistor Q1 er tilsluttet som et almindeligt kollektorkredsløb for at holde 567's output frakoblet såvel som at drive output-forstærkerkredsløbet, som oprettes ved hjælp af transistorer Q2 og Q3. Kredsløbet kunne ændres til en ultralyds cw-sender ved at bryde IC's pin 7-forbindelse og indsætte en switch-nøgle i serie.

I så fald vil du kræve en form for ultralydsmodtager for at høre signalerne, og det er præcis det, vi skal diskutere i vores næste kredsløb.

4) Ultralyd modtager kredsløb

Denne tunbare IC 567 ultralydsmodtager kan parres med
forklarede LM 567 ultralydssender for de bedste resultater.

Et ultralydsmodtagerkredsløb, der bruger en 567 PLL IC, der har en frekvensindstillingsfunktion, er vist i ovenstående diagram. IC's tunable oscillator circuit er identisk med det tidligere generator kredsløb og håndterer nøjagtigt det samme frekvensområde. En LED er placeret ved pin 8-detektorstiftet på IC'en, som hurtigt indikerer de detekterede signaler.

Transistor Q1 er positioneret til at forstærke de små ultralydssignaler, der detekteres af piezoindretningen, og videresender dem til PLL.

Sådan testes

For at teste ultralydsarbejdet skal du tænde for IC 567-ultralydgenerator-kredsløbet og flytte transmitterens piezo gennem hele området. Begynd med minimumsindstillingen, og finjuster R5 bit for bit, indtil du ikke er i stand til at lytte til noget fra højttaleren. Dette skal rette kredsløbets udgangsfrekvens cirka til 16 og 20 kHz, afhængigt af dit øres følsomhed over for højfrekvens.

Tænd nu ultralydsmodtagerkredsløbet, og placer dens piezo-transducer ca. 12 inches væk fra generatorens højttaler, skønt du har gjort det i nøjagtig samme retning. Juster modtageren gennem R5, begyndende fra det mindste frekvenspunkt (hvilket svarer til grydenes maksimale modstandsområde), og maksimer gradvist frekvensen, indtil du ser modtagerens LED bare lyse.

Hvis du ser, at modtageren ikke reagerer på senderens udgangssignaler, kan du prøve at rette modtagerens piezo nøjagtigt generatorens højttaler og fortsæt med at gøre dette vedvarende. Så snart modtageren registrerer signalet, og LED'en lyser, skal du flytte de to Tx / Rx piezo mindst 10 fod væk og begynde at finjustere igen.

Når du finder ud af, at alt fungerer tilfredsstillende, kan du gøre brug af transmitterens vedhæftede telegrafnøgle (valgfri ved pin7) og tjekke LED-svaret på modtageren.

LED'en skal reagere på dette ved at blinke i prik-og-streg-stilen, som du trykker på ved hjælp af telegrafnøglen. En yderligere anvendelse af dette ultralydsgenerator / modtagersæt kan være i form af en ligetil indbrudstyv alarmsensor.

Fastgør et 5 V-relæ over pin 8 i modtagerens LM567 og batteriets positive pol. Arranger Tx- og Rx-piezo-enhederne ca. en fod fra hinanden og fokuseret inden for den samme sti, men fri for ethvert nærliggende objekt.

Hvis en person kommer tæt på og foran på et par højttalere, reflekteres ultralydsfrekvensen tilbage, hvilket udløser modtagerens relæ til at tænde. Relæets udgangskontakter kan anvendes til at tænde en alarm eller en sireneenhed.

5) Meget følsom ultralydsmodtagerkreds

Det sidste design af ultralydsmodtagerkredsløb er faktisk en ekstremt følsom ultralydsmodtager, som let kan samle næsten alt inden for ultralydsfrekvensområdet. Du kan muligvis lytte til insekter, flagermuskommunikation, motorer osv. Ideen kunne også bruges i forbindelse med de ovennævnte forklarede ultralydsgeneratorer til udvikling af ultralydssystemer af høj kvalitet.

Designet fungerer ved hjælp af princippet om direkte konvertering. Transistorer Q1 og Q2 øger de ultralydssignaler, der opdages af piezo-højttaleren. Q2's kollektoroutput bruges derefter til at drive JFET (Q3) -indgangen, som kan ses tilsluttet som et produktdetektorkredsløb.

PLL (U1) -trinnet i dette koncept anvendes som en afstemmelig heterodynoscillator, der yderligere føder indgangen til JFET-detektorkredsløbet. Det indgående ultralydssignal kombineres med hyppigheden af ​​heterodyne-oscillatoren, der genererer en sum- og forskelfrekvens.

Højfrekvenselementet filtreres ud gennem C3-, R8- og C6-komponentnetværket. Den resterende lavfrekvente udgang får lov til at komme ind på tværs af LM386-lydforstærkerindgangen. En højttaler eller hovedtelefoner kan tilsluttes kredsløbets lydudgang.

6) Et andet ultralydsmodtager kredsløb til at lytte til lyde over 20 kHz rækkevidde

Frekvensregistreringsområdet for vores øre er næppe op til 13 kHz frekvens. Ultralyds detektorens funktion er at besejre denne begrænsning ved at skifte frekvensen af ​​højfrekvente lyde, f.eks. Fløjter fra hunde, knap hørbare gaslækager, flagermusrør og adskillige kunstige ultralydslyde for eksempel let at trykke på en avis.

Den 'ultralyd', der registreres af inputtransduceren, boostes og føres til en produktdetektor. En astabel multivibrator er inkluderet, da BFO-stabiliteten muligvis ikke har særlig stor betydning. Ud over den krævede signaldifferentiale genererer kredsløbet desuden BFO-signalet alene såvel som summeringsfrekvensen, som derefter afsluttes i et lavpasfilter fast på 4 kHz.

Det her resulterende signal forstærkes igen for at betjene et sæt hovedtelefoner. Kredsløbet fungerer med omkring 8 milliampere, og det kan derfor nemt drives af et 9 V tørt batteri.