6 bästa ultraljudskretsprojekt för hobbyister och ingenjörer

Inlägget diskuterar 6 mycket användbara men enkla ultraljudssändare och mottagarkretsprojekt som kan användas för många viktiga applikationer, t.ex. ultraljud fjärrkontroll , inbrottslarm, elektroniska dörrlås och för att lyssna på frekvenser i ultraljudsområdet som normalt inte hörs för mänskliga öron.

Introduktion

Många kommersiella ultraljudsprylar arbetar med en förutbestämd frekvens och använder omvandlare som är gjorda för att toppa eller resonera vid den specifika frekvensen. Den begränsade bandbredden och priset för majoriteten av sådana omvandlare gör att de blir olämpliga för hobby- och DIY-implementeringar.

Men i själva verket är det inte ett problem, eftersom nästan alla piezo-högtalare kan användas som en ultraljudsgivare för båda, i form av en sändarutmatningsenhet och även som mottagarsensor.

Även om piezohögtalarnas effektivitet inte kan jämföras med effektiviteten hos en specialiserad, industriell givare, kan de som ett hobby och roligt projekt fungera perfekt. Enheten vi använde med nedanstående förklarade kretsar var en 33/4-tums piezo-diskant som är tillgänglig från de flesta webbutiker.

1) Enklaste ultraljudgenerator

Figur.1 Denna enkla ultraljud
generator kan konstrueras utan stora svårigheter
och mycket snabbt.

Vår allra första krets, visas i figuren ovan, är en ultraljudgenerator som använder det välkända 555 IC-timer i en inställbar multivibratorkrets med justerbar frekvens. Designen matar ut en fyrkantig vågsignal som fungerar med R2 för att ställa in runt ett frekvensområde på 12 kHz till över 50 kHz.

Detta frekvensområde kan enkelt justeras genom att ändra värdet på kondensatorn C1 som använder ett lägre värde kommer att få området att gå högre, medan ett större värde kommer att göra området så mycket mindre.

2) Ultraljudsgenerator med fast 50% arbetscykel

Nästa ultraljudgenerator, avslöjad i ovanstående figur 2, använder 6 buffertgrindar av en ensam 4049 CMOS inverterande buffert IC.

Ett par buffertar, U1a och U1b, kan ses fästa inom en variabel frekvens astable-oscillator krets med en 50% arbetscykel, kvadratvågseffekt

Resten av de fyra buffertarna är alla anslutna parallellt för att förbättra utgången över det anslutna piezo-elementet. Det här mycket bättre ultraljudgeneratorns frekvensområde är ungefär lika med den tidigare IC 555-versionen. Den största fördelen med denna design är dock dess exakta 50% arbetscykel runt hela frekvensområdet.

Med detta sagt kan frekvensområdet göras högre genom att sänka kondensatorns Cl-värde, och frekvensen kan minskas genom att använda högre värden för Cl. 100k-potentiometern, tillsammans med motståndet R3, fixerar utfrekvensen.

3) PLL Ultraljudsgenerator

Noggrann och kraftfull ultraljudsgeneratorkrets med PLL LM567 IC och piezodrivrutin med tryckdrag

De LM567 faslåst slinga (PLL) IC används för att generera ultraljudsfrekvens i vårt tredje koncept som bevisat i ovanstående figur 3. Denna krets ger ett antal funktioner bättre än tidigare två ultraljudskoncept.

Först är IC 567: s inbyggda oscillator utvecklad för att fungera inom ett otroligt stort frekvensspektrum, från under 1 Hz och upp till 500 kHz. Generatorns utgångsvågform, vid stift 5, uppvisar enastående symmetri genom hela dess prestandaområde.

Generatorn ger dessutom en ökad effekt jämfört med andra två kretsar på grund av att utgången matchas mycket nära piezo-diskantens (SPKR1) impedans.

Utgången från kretsen kan justeras genom cirka 10 kHz till mer än 100 kHz arbetar med potentiometer R5. Transistorn Q1 är ansluten som en gemensam kollektorkrets för att hålla 567: s utgång avstängd samt att driva utgångsförstärkarkretsen som skapas med hjälp av transistorerna Q2 och Q3. Kretsen kunde ändras till en ultraljudssändare genom att bryta IC: s stift 7-anslutning och sätta in en omkopplare i serie.

I så fall kommer du att behöva någon form av ultraljudsmottagare för att höra signalerna och det är precis vad vi ska diskutera i vår nästa krets.

4) Ultraljudsmottagarkretsar

Denna inställbara ultraljudsmottagare IC 567 kan paras ihop med
förklarade LM 567 ultraljudssändare för bästa resultat.

En ultraljudsmottagarkrets som använder en 567 PLL IC som har en frekvensinställningsfunktion visas i ovanstående diagram. IC: s avstämbara oscillatorkrets är identisk med den tidigare generatorkretsen och hanterar exakt samma frekvensområde. En lysdiod är placerad vid detektorns stift 8-detektorstift som snabbt indikerar de detekterade signalerna.

Transistorn Q1 är positionerad för att förstärka de ultraljudssignaler som detekteras av piezoanordningen och vidarebefordra dem till PLL.

Hur man testar

För att testa ultraljudsarbetet, slå på IC 567-ultraljudgeneratorkretsen och flytta sändarens piezo genom hela området. Börja med minsta inställning, finjustera R5 bit för bit tills du inte kan lyssna på någonting från högtalaren. Detta bör fixa kretsens utfrekvens ungefär till 16 och 20 kHz, beroende på öratets känslighet för högfrekvens.

Slå nu på ultraljudsmottagarkretsen och placera dess piezogivare ungefär 12 tum från generatorns högtalare, även om du har gjort det i exakt samma riktning. Justera mottagaren genom R5, med början från den lägsta frekvenspunkten (vilket motsvarar grytans maximala motståndsintervall), och maximera gradvis frekvensen tills du ser att mottagarens LED bara tänds.

Om du ser att mottagaren inte svarar på sändarens utsignaler kan du försöka rikta mottagarens piezo exakt generatorns högtalare och fortsätta göra detta ihållande. Så snart mottagaren upptäcker signalen och lysdioden tänds, flytta de två Tx / Rx-piezoerna bort med minst tio fot och börja finjustera igen.

När du har upptäckt att allt fungerar tillfredsställande kan du använda sändarens bifogade telegrafknapp (valfritt på pin7) och kolla in LED-svaret på mottagaren.

Lysdioden måste svara på detta genom att blinka i punkt-och-streck-stilen som du trycker på med hjälp av telegrafknappen. En ytterligare tillämpning av denna ultraljudgenerator / mottagarsats kan vara i form av en rak inbrottslarmsensor.

Fäst ett 5 V-relä över stift 8 på mottagarens LM567 och batteriets positiva pol. Ordna Tx- och Rx-piezo-enheterna ungefär en fot ifrån varandra och fokuserade inom samma väg, men rensa från något närliggande föremål.

Om en person kommer i närheten av och på framsidan av högtalarparet kommer ultraljudsfrekvensen att reflekteras tillbaka och mottagarens relä aktiveras. Reläets utgångskontakter kan användas för att slå på ett larm eller en sirenenhet.

5) Mycket känslig ultraljudsmottagarkrets

Den sista designen för ultraljudsmottagarkretsen är faktiskt en extremt känslig ultraljudsmottagare som enkelt kan plocka upp nästan vad som helst inom ultraljudets frekvensområde. Du kan eventuellt lyssna på insekter, fladdermösskommunikation, motorer etc. Idén kan också användas i samband med de ovan beskrivna ultraljudgeneratorerna för att utveckla ultraljudssystem av hög kvalitet.

Designen fungerar med principen om direkt konvertering. Transistorer Q1 och Q2 ökar ultraljudssignalerna som detekteras av piezohögtalaren. Q2: s kollektorutgång används sedan för att driva JFET (Q3) -ingången, som kan ses ansluten som en produktdetektorkrets.

PLL (U1) -steget i detta koncept används som en avstämbar heterodynoscillator som dessutom matar ingången till JFET-detektorkretsen. Den inkommande ultraljudssignalen kombineras med heterodyne-oscillatorns frekvens som genererar en summa och skillnadsfrekvens.

Högfrekvenselementet filtreras ut genom komponentnätverket C3, R8 och C6. Den överblivna lågfrekventa utgången får komma in över LM386-ljudförstärkaringången. En högtalare eller hörlurar kan anslutas till kretsens ljudutgång.

6) En annan ultraljudsmottagarkrets för att lyssna på ljud över 20 kHz-intervallet

Frekvensavkänningsområdet för vårt öra är knappast upp till 13 kHz frekvens. Funktionen för ultraljuddetektorn är att bekämpa denna begränsning genom att växla frekvensen av högfrekventa ljud, till exempel visselpipor, knappt hörbara gasläckor, fladdermusfläckar och flera konstgjorda ultraljud, t.ex. lätt knacka på en tidning.

Ultraljudet som detekteras av ingångsgivaren förstärks och matas till en produktdetektor. En astabel multivibrator ingår eftersom BFO-stabiliteten kanske inte är av stor betydelse. Förutom den erforderliga signaldifferensen genererar kretsen dessutom BFO-signalen på egen hand såväl som summeringsfrekvensen, som sedan avslutas inuti ett lågpassfilter fixerat vid 4 kHz.

Den här resulterande signalen förstärks återigen för att styra en uppsättning hörlurar. Kretsen fungerar med cirka 8 milliampere, därför kan den enkelt drivas från ett 9 V torrbatteri.