6 parasta ultraäänipiiriprojektia harrastajille ja insinööreille

Viestissä käsitellään kuutta erittäin hyödyllistä mutta yksinkertaista ultraäänilähetin- ja vastaanotinpiiriprojektia, joita voidaan käyttää monissa tärkeissä sovelluksissa, kuten ultraäänikaukosäädin , murtohälytykset, elektroniset ovilukot ja ultraäänialueen taajuuksien kuuntelemiseen, joita normaalisti ei kuule ihmisen korville.

Johdanto

Monet kaupalliset ultraäänilaitteet toimivat ennalta määrätyllä taajuudella ja käyttävät antureita, jotka on tehty huipentumaan tai resonoimaan tietyllä taajuudella. Suurimman osan tällaisista antureista rajoitettu kaistanleveys ja hinta saavat heidät tulemaan sopimattomiksi harrastus- ja DIY-toteutuksiin.

Mutta itse asiassa se ei ole ongelma, koska käytännössä mikä tahansa pietsokaiutin voidaan käyttää ultraäänianturin tavoin molemmille lähettimen lähtölaitteen muodossa ja myös vastaanotinanturina.

Vaikka pietsokaiuttimien tehokkuutta ei voida verrata erikoistuneen, teollisen anturin tehokkuuteen, harrastuksena ja hauskana projektina nämä voivat toimia täydellisesti. Laitteena, jota käytimme alla selitettyjen piirien kanssa, oli 33/4-tuumainen pietso-diskanttielementti, jota on saatavana useimmista verkkokaupoista.

1) Yksinkertaisin ultraäänigeneraattori

Kuva 1 Tämä yksinkertainen ultraääni
generaattori voidaan rakentaa ilman suurempia vaikeuksia
ja hyvin nopeasti.

Ensimmäinen piiri, joka on esitetty yllä olevassa kuvassa, on ultraäänigeneraattori, joka käyttää tunnettua 555 IC-ajastin säädettävällä taajuudella varustettu vakaa multivibraattoripiiri. Suunnittelu tuottaa neliöaaltosignaalin, joka toimii R2: n kanssa virittämiseksi taajuusalueen välillä 12 kHz - yli 50 kHz.

Tätä taajuusaluetta voidaan helposti säätää muuttamalla pienempää arvoa käyttävän kondensaattorin C1 arvoa, jolloin alue menee korkeammalle, kun taas suurempi arvo tekee alueen paljon pienemmäksi.

2) Ultraäänigeneraattori kiinteällä 50%: n käyttöjaksolla

Seuraava edellisessä kuviossa 2 esitetty ultraäänigeneraattori käyttää yksinäisen 4049 CMOS-invertoivan puskurin IC: n kuutta puskuriporttia.

Pari puskuria, U1a ja U1b, voidaan nähdä kiinnittyneinä vaihtelevan taajuuden sisällä astable-oskillaattori piiri, jonka käyttöjakso on 50%, neliöaaltolähtö

Loput neljästä puskurista, jotka kaikki on kytketty rinnakkain, jotta voidaan parantaa ulostuloa yhdistetyn pietsoelementin yli. Tämän paljon paremman ultraäänigeneraattorin taajuusalue on suunnilleen samanlainen kuin edellinen IC 555 -versio. Tämän rakenteen suurin etu on kuitenkin sen tarkka 50%: n käyttöjakso koko taajuusalueella.

Taajuusalue voidaan kuitenkin nostaa pienentämällä kondensaattorin C1-arvoa ja taajuutta voidaan pienentää käyttämällä suurempia arvoja C1: lle. 100k: n potentiometri yhdessä vastuksen R3 kanssa vahvistaa lähtötaajuuden.

3) PLL-ultraäänigeneraattori

Tarkka ja tehokas ultraäänigeneraattoripiiri PLL LM567 IC: llä ja työntövetolähtö pietsojohto

LM567 vaihelukitun piirin (PLL) IC Sitä käytetään ultraäänitaajuuden muodostamiseen kolmannessa konseptissamme, mikä on osoitettu yllä olevassa kuvassa 3. Tämä piiri tarjoaa useita ominaisuuksia paremmin kuin kaksi edellistä ultraäänikäsitettä.

Ensinnäkin IC 567: n sisäänrakennettu oskillaattori on kehitetty toimimaan uskomattoman suurella taajuusspektrillä alle 1 Hz: n ja jopa 500 kHz: n taajuuksilla. Generaattorin lähtöaaltomuoto nastassa 5 osoittaa erinomaista symmetriaa koko suorituskykyalueellaan.

Generaattori antaa lisäksi lisääntyneen tehon verrattuna kahteen muuhun piiriin siitä syystä, että lähtö sovitetaan paljon läheisesti pietso-diskanttikaiuttimen (SPKR1) impedanssiin.

Piirin lähtöä voitiin säätää noin 10 kHz: stä yli 100 kHz: iin työskentely potentiometrillä R5. Transistori Q1 on kytketty tavalliseen keräinpiiriin, jotta 567: n lähtö pysyy syrjässä sekä ohjata lähtö-vahvistinpiiriä, joka on luotu käyttämällä transistoreita Q2 ja Q3. Piiri voitaisiin muuttaa ultraääniseksi cw-lähettimeksi katkaisemalla IC: n nasta 7 -liitäntä ja asettamalla kytkinavain sarjaan.

Siinä tapauksessa tarvitset jonkinlaisen ultraäänivastaanottimen kuulemaan signaalit, ja juuri siitä aiomme keskustella seuraavassa piirissämme.

4) Ultraäänivastaanotinpiirit

Tämä viritettävä ultraäänivastaanotin IC 567 voidaan yhdistää
LM 567-ultraäänilähetin kertoi parhaista tuloksista.

Ultraäänivastaanotinpiiri, joka käyttää 567 PLL IC: tä ja jolla on taajuuden virityskyky, on esitetty yllä olevassa kaaviossa. IC: n viritettävä oskillaattoripiiri on identtinen aikaisemman generaattoripiirin kanssa ja käsittelee täsmälleen samaa taajuusaluetta. IC: n nastan 8 ilmaisintappiin on sijoitettu LED, joka ilmaisee nopeasti havaitut signaalit.

Transistori Q1 on sijoitettu vahvistamaan pietsolaitteen havaitsemat ultraäänisignaalit ja välittämään ne PLL: lle.

Kuinka testata

Testaa ultraäänitoiminta kytkemällä päälle ultraäänigeneraattoripiiri IC 567 ja siirtämällä lähettimen pietsoa koko alueen läpi. Hienosäädä R5 vähitellen vähimmäisasetuksesta alkaen, kunnes et voi kuunnella mitään kaiuttimesta. Tämän pitäisi korjata piirin lähtötaajuus noin 16 ja 20 kHz: iin riippuen korvasi herkkyydestä suurtaajuudelle.

Kytke nyt ultraäänivastaanotinpiiri päälle ja sijoita sen pietsomuunnin noin 12 tuuman päähän generaattorin kaiuttimesta, vaikka se on suunnattu täsmälleen samaan suuntaan. Säädä vastaanotinta R5: n kautta alkaen minimitaajuuspisteestä (joka vastaa potin suurinta resistanssialuetta) ja maksimoi vähitellen taajuus, kunnes näet vastaanottimen LEDin vain palaavan.

Jos huomaat, että vastaanotin ei vastaa lähettimen lähtösignaaleihin, yritä kohdistaa vastaanottimen pietso tarkasti generaattorin kaiuttimeen ja jatka sitä jatkuvasti. Heti kun vastaanotin havaitsee signaalin ja LED syttyy, siirrä kahta Tx / Rx-pietsoa vähintään kymmenellä jalalla ja aloita hienosäätö uudelleen.

Kun huomaat, että kaikki toimii tyydyttävästi, voit käyttää lähettimen liitettyä lennätinnäppäintä (valinnainen nastassa 7) ja tarkistaa vastaanottimen LED-vasteen.

LEDin on vastattava tähän vilkkumalla piste-ja-viiva-tyylillä, jota napautit lennätinnäppäimellä. Tämän ultraäänigeneraattori / vastaanotinsarjan lisäsovellus voi olla yksinkertainen murtohälytysanturi.

Kiinnitä 5 V rele vastaanottimen LM567 nastan 8 ja akun positiivisen navan yli. Järjestä Tx- ja Rx-pietsolaitteet noin jalan etäisyydelle toisistaan ​​ja keskittyvät samalle polulle, mutta kaukana lähellä olevista esineistä.

Jos henkilö menee kaiutinparin läheisyyteen ja etupuolelle, ultraäänitaajuus heijastuu taaksepäin ja laukaisee vastaanottimen releen päälle. Releen lähtökoskettimia voidaan käyttää hälytys- tai sireenilaitteen kytkemiseen päälle.

5) Erittäin herkkä ultraäänivastaanotinpiiri

Viimeinen ultraäänivastaanotinpiirirakenne on itse asiassa erittäin herkkä ultraäänivastaanotin, joka voi helposti noutaa melkein mitä tahansa ultraäänitaajuusalueella. Voit mahdollisesti kuunnella hyönteisiä, lepakoiden viestintää, moottoreita jne. Ideaa voidaan käyttää myös yhdessä yllä selitettyjen ultraäänigeneraattoreiden kanssa korkealaatuisten ultraäänijärjestelmien kehittämiseksi.

Suunnittelu toimii suoran muuntamisen periaatteella. Transistorit Q1 ja Q2 lisäävät pietsokaiuttimen havaitsemia ultraäänisignaaleja. Q2: n kollektorilähtöä käytetään sitten JFET (Q3) -tulon ohjaamiseen, joka voidaan nähdä kytkettynä kuin tuote-ilmaisinpiiri.

Tämän konseptin PLL (U1) -vaihetta käytetään kuten viritettävää heterodyne-oskillaattoria, joka syöttää lisäksi JFET-ilmaisinpiirin tuloa. Saapuva ultraäänisignaali yhdistyy heterodyni-oskillaattorin taajuuteen, joka tuottaa summa- ja erotaajuuden.

Suurtaajuuselementti suodatetaan ulos komponenttiverkon C3, R8 ja C6 kautta. Jäljelle jääneen matalataajuisen lähdön annetaan päästä LM386-äänivahvistimen sisääntuloon. Piiri voidaan liittää kaiuttimeen tai kuulokkeisiin.

6) Toinen ultraäänivastaanotinpiiri yli 20 kHz: n taajuuksien kuuntelemiseen

Korvan taajuuden tunnistusalue on tuskin 13 kHz: n taajuuteen. Ultraäänitunnistimen tehtävänä on voittaa tämä rajoitus vaihtamalla korkean taajuuden äänien taajuutta, esimerkiksi koiran pilliä, tuskin kuultavia kaasuvuotoja, lepakoiden peittämistä ja useita keinotekoisia ultraääniääniä esimerkiksi naputtamalla kevyesti sanomalehteä.

Tuloanturin havaitsema 'ultraääni' tehostuu ja syötetään tuotetunnistimeen. Mukana on vakaa multivibraattori, koska BFO-stabiilisuudella ei ehkä ole suurta merkitystä. Vaaditun signaalieron lisäksi piiri tuottaa lisäksi itsestään BFO-signaalin sekä summaustaajuuden, joka lopetetaan sitten 4 kHz: n kiinteän alipäästösuotimen sisällä.

Tässä saatu signaali vahvistetaan jälleen kuulokkeiden käyttämiseksi. Piiri toimii noin 8 milliampeerilla, joten se voidaan helposti virtaa 9 V: n kuivaparistosta.