In diesem Beitrag werden 6 sehr nützliche und dennoch einfache Ultraschall-Sende- und -Empfänger-Schaltungsprojekte erörtert, die für viele wichtige Anwendungen verwendet werden können, z Ultraschallfernbedienung , Einbruchalarme, elektronische Türschlösser und zum Abhören von Frequenzen im Ultraschallbereich, die normalerweise für menschliche Ohren nicht hörbar sind.
Einführung
Viele kommerzielle Ultraschallgeräte arbeiten mit einer vorbestimmten Frequenz und verwenden Wandler, die bei der spezifischen Frequenz Spitzenwerte oder Resonanzen aufweisen. Die eingeschränkte Bandbreite und der Preis der meisten dieser Wandler führen dazu, dass sie für Hobby- und DIY-Implementierungen ungeeignet sind.
Aber in der Tat ist das kein Problem, da praktisch jedes Piezo-Lautsprecher könnte wie ein Ultraschallwandler sowohl in Form eines Senderausgabegeräts als auch als Empfängersensor eingesetzt werden.
Obwohl die Effizienz von Piezo-Lautsprechern nicht mit der Effizienz eines spezialisierten industriellen Wandlers verglichen werden kann, können diese als Hobby- und Spaßprojekt perfekt funktionieren. Das Gerät, das wir mit den unten erläuterten Schaltungen verwendeten, war ein 33/4-Zoll-Piezo-Hochtöner, der in den meisten Online-Shops erhältlich ist.
1) Einfachster Ultraschallgenerator
Abbildung 1 Dieser einfache Ultraschall
Generator kann ohne große Schwierigkeiten aufgebaut werden
und sehr schnell.
Unsere allererste Schaltung, die in der obigen Abbildung dargestellt ist, ist ein Ultraschallgenerator, der den bekannten verwendet 555 IC-Timer in einer einstellbaren frequenzastabilen Multivibratorschaltung. Das Design gibt ein Rechtecksignal aus, das mit R2 zusammenarbeitet, um einen Frequenzbereich von 12 kHz bis über 50 kHz abzustimmen.
Dieser Frequenzbereich kann leicht eingestellt werden, indem der Wert des Kondensators C1 unter Verwendung eines niedrigeren Werts geändert wird, wodurch der Bereich höher wird, während ein größerer Wert den Bereich so viel kleiner macht.
2) Ultraschallgenerator mit festem Arbeitszyklus von 50%
Der nächste Ultraschallgenerator, der in der obigen Fig. 2 gezeigt ist, verwendet 6 Puffergatter eines einzelnen 4049 CMOS-invertierenden Puffer-IC.
Einige der Puffer U1a und U1b sind innerhalb einer variablen Frequenz angebracht Astable-Oszillator Schaltung mit einem Tastverhältnis von 50%, Rechteckwellenausgang.
Die restlichen 4 Puffer sind alle parallel geschaltet, um die Ausgabe über das angeschlossene Piezoelement zu verbessern. Der Frequenzbereich dieses viel besseren Ultraschallgenerators ähnelt in etwa der vorherigen IC 555-Version. Der Hauptvorteil dieser Konstruktion ist jedoch das genaue Tastverhältnis von 50% über den gesamten Frequenzbereich.
Das heißt, der Frequenzbereich könnte durch Verringern des Kondensator-C1-Werts erhöht werden, und die Frequenz kann durch Verwenden höherer Werte für C1 verringert werden. Das 100k-Potentiometer legt zusammen mit dem Widerstand R3 die Ausgangsfrequenz fest.
3) PLL-Ultraschallgenerator
Genaue und leistungsstarke Ultraschallgeneratorschaltung mit PLL LM567 IC und Push-Pull-Ausgangs-Piezo-Treiber
Das LM567 Phase-Locked-Loop (PLL) IC wird zur Erzeugung der Ultraschallfrequenz in unserem dritten Konzept verwendet, wie in der obigen Abbildung 3 gezeigt. Diese Schaltung bietet eine Reihe von Merkmalen, die besser sind als die beiden vorherigen Ultraschallkonzepte.
Erstens wurde der eingebaute Oszillator des IC 567 entwickelt, um in einem unglaublich großen Frequenzspektrum von unter 1 Hz bis zu 500 kHz zu arbeiten. Die Ausgangswellenform des Generators an Pin 5 weist über den gesamten Leistungsbereich eine hervorragende Symmetrie auf.
Der Generator liefert zusätzlich eine erhöhte Leistung im Vergleich zu anderen zwei Schaltungen, da die Leistung sehr eng an die Impedanz des Piezo-Hochtöners (SPKR1) angepasst ist.
Der Ausgang der Schaltung könnte um etwa 10 kHz auf mehr als 100 kHz eingestellt werden Arbeiten mit Potentiometer R5. Der Transistor Q1 ist wie eine gemeinsame Kollektorschaltung angeschlossen, um den Ausgang des 567 fern zu halten und die Ausgangsverstärkerschaltung anzutreiben, die unter Verwendung der Transistoren Q2 und Q3 erzeugt wird. Die Schaltung könnte in einen Ultraschall-CW-Sender umgewandelt werden, indem die Pin 7-Verbindung des IC unterbrochen und ein Schalterschlüssel in Reihe geschaltet wird.
In diesem Fall benötigen Sie eine Art Ultraschallempfänger, um die Signale zu hören, und genau das werden wir in unserer nächsten Schaltung besprechen.
4) Ultraschallempfängerschaltungen
Dieser abstimmbare Ultraschallempfänger IC 567 kann mit dem gekoppelt werden
erklärte LM 567 Ultraschallsender für beste Ergebnisse.
Eine Ultraschallempfängerschaltung unter Verwendung eines 567 PLL-IC, der eine Frequenzabstimmungsfähigkeit aufweist, ist in dem obigen Diagramm gezeigt. Die abstimmbare Oszillatorschaltung des IC ist identisch mit der früheren Generatorschaltung und verarbeitet genau den gleichen Frequenzbereich. Am Pin 8-Detektorstift des IC befindet sich eine LED, die die erkannten Signale schnell anzeigt.
Der Transistor Q1 ist so positioniert, dass er die von der Piezovorrichtung erfassten winzigen Ultraschallsignale verstärkt und an die PLL weiterleitet.
So testen Sie
Um die Ultraschallfunktion zu testen, schalten Sie die Ultraschallgeneratorschaltung IC 567 ein und bewegen Sie den Piezo des Senders durch den gesamten Bereich. Beginnen Sie mit der Mindesteinstellung und stellen Sie R5 Stück für Stück ein, bis Sie nichts mehr über den Lautsprecher hören können. Dies sollte die Ausgangsfrequenz des Schaltkreises auf ungefähr 16 und 20 kHz festlegen, abhängig von der Empfindlichkeit Ihres Ohrs gegenüber Hochfrequenz.
Schalten Sie nun die Ultraschallempfängerschaltung ein und positionieren Sie den Piezo-Wandler ungefähr 30 cm vom Lautsprecher des Generators entfernt, obwohl er genau in die gleiche Richtung gerichtet ist. Stellen Sie den Empfänger über R5 ein, beginnend mit dem minimalen Frequenzpunkt (der dem maximalen Widerstandsbereich des Topfes entspricht), und maximieren Sie nach und nach die Frequenz, bis die LED des Empfängers gerade aufleuchtet.
Wenn Sie feststellen, dass der Empfänger nicht auf die Ausgangssignale des Senders reagiert, versuchen Sie, den Piezo des Empfängers genau auf den Lautsprecher des Generators zu richten, und tun Sie dies beharrlich. Sobald der Empfänger das Signal erkennt und die LED aufleuchtet, bewegen Sie die beiden Tx / Rx-Piezo um mindestens zehn Fuß weg und beginnen Sie erneut mit der Feinabstimmung.
Wenn Sie feststellen, dass alles zufriedenstellend funktioniert, können Sie den angeschlossenen Telegraphenschlüssel des Senders (optional an Pin 7) verwenden und die LED-Reaktion am Empfänger überprüfen.
Die LED muss darauf reagieren, indem sie im Punkt-und-Strich-Stil blinkt, den Sie mit der Telegraphentaste gedrückt haben. Eine zusätzliche Anwendung dieses Ultraschallgenerator- / Empfängersets kann in Form eines einfachen Einbruchalarmsensors erfolgen.
Schließen Sie ein 5-V-Relais an Pin 8 des LM567 des Empfängers und am Pluspol der Batterie an. Ordnen Sie die Tx- und Rx-Piezo-Geräte in einem Abstand von etwa einem Fuß an und fokussieren Sie auf denselben Pfad, jedoch ohne Objekte in der Nähe.
Wenn sich eine Person in unmittelbarer Nähe und vor einem Lautsprecherpaar befindet, wird die Ultraschallfrequenz zurückreflektiert, wodurch das Relais des Empfängers eingeschaltet wird. Die Ausgangskontakte des Relais können zum Einschalten eines Alarms oder eines Sirenengeräts verwendet werden.
5) Hochempfindliche Ultraschallempfängerschaltung
Das letzte Design der Ultraschallempfängerschaltung ist tatsächlich ein äußerst empfindlicher Ultraschallempfänger, der leicht fast alles innerhalb des Ultraschallfrequenzbereichs aufnehmen kann. Sie können möglicherweise Insekten, Fledermauskommunikation, Motoren usw. hören. Die Idee könnte auch in Verbindung mit den oben erläuterten Ultraschallgeneratoren zur Entwicklung hochwertiger Ultraschallsysteme verwendet werden.
Das Design arbeitet nach dem Prinzip der direkten Konvertierung. Die Transistoren Q1 und Q2 verstärken die vom Piezo-Lautsprecher erfassten Ultraschallsignale. Der Kollektorausgang des Q2 wird dann verwendet, um den JFET (Q3) -Eingang anzusteuern, der wie eine Produktdetektorschaltung angeschlossen ist.
Die PLL (U1) -Stufe in diesem Konzept wird wie ein abstimmbarer Überlagerungsoszillator verwendet, der zusätzlich den Eingang der JFET-Detektorschaltung speist. Das eingehende Ultraschallsignal kombiniert sich mit der Frequenz des Überlagerungsoszillators und erzeugt eine Summen- und Differenzfrequenz.
Das Hochfrequenzelement wird über das Komponentennetzwerk C3, R8 und C6 herausgefiltert. Der übrig gebliebene Niederfrequenzausgang kann über den Audioverstärkereingang LM386 eingegeben werden. Ein Lautsprecher oder Kopfhörer können an den Audioausgang der Schaltung angeschlossen werden.
6) Eine weitere Ultraschallempfängerschaltung zum Hören von Tönen über 20 kHz
Der Frequenzerkennungsbereich unseres Ohrs beträgt kaum bis zu 13 kHz Frequenz. Die Funktion des Ultraschalldetektors besteht darin, diese Einschränkung zu überwinden, indem die Frequenz von Hochfrequenzgeräuschen wie Hundepfeifen, kaum hörbaren Gaslecks, Fledermausgeräuschen und mehreren künstlichen Ultraschallgeräuschen, beispielsweise leichtem Klopfen auf eine Zeitung, umgeschaltet wird.
Der vom Eingangswandler erfasste 'Ultraschall' wird verstärkt und einem Produktdetektor zugeführt. Ein astabiler Multivibrator ist enthalten, da die BFO-Stabilität möglicherweise nicht von großer Bedeutung ist. Zusätzlich zur erforderlichen Signaldifferenz erzeugt die Schaltung zusätzlich das BFO-Signal selbst sowie die Summierfrequenz, die dann in einem auf 4 kHz festgelegten Tiefpassfilter abgeschlossen wird.
Das hier resultierende Signal wird noch einmal verstärkt, um einen Kopfhörer zu bedienen. Die Schaltung arbeitet mit ca. 8 Milliampere und kann daher problemlos mit einer 9-V-Trockenbatterie betrieben werden.
Zurück: Einstellbarer Schaltnetzteil - 50 V, 2,5 Ampere Weiter: Gesichtsmaske mit UVC-desinfizierter Frischluft
