6 โครงการวงจรอัลตราโซนิกที่ดีที่สุดสำหรับงานอดิเรกและวิศวกร

โพสต์กล่าวถึงโครงการวงจรรับและส่งสัญญาณอัลตราโซนิกที่มีประโยชน์ แต่ใช้งานง่ายจำนวน 6 รายการซึ่งสามารถใช้สำหรับแอปพลิเคชันที่สำคัญมากมายเช่น รีโมทคอนโทรลอัลตราโซนิก , สัญญาณกันขโมย, ประตูล็อคอิเล็กทรอนิกส์และสำหรับการฟังความถี่ในช่วงอัลตราโซนิกซึ่งโดยปกติไม่ได้ยินกับหูของมนุษย์

บทนำ

อุปกรณ์อัลตราโซนิกเชิงพาณิชย์จำนวนมากทำงานร่วมกับความถี่ที่กำหนดไว้ล่วงหน้าและใช้ตัวแปลงสัญญาณที่สร้างขึ้นเพื่อจุดสูงสุดหรือสั่นพ้องที่ความถี่เฉพาะ แบนด์วิดท์ที่ จำกัด และราคาของตัวแปลงสัญญาณดังกล่าวส่วนใหญ่ทำให้พวกเขาไม่เหมาะสมสำหรับงานอดิเรกและการใช้งาน DIY

แต่ในความเป็นจริงนั่นไม่ใช่ปัญหา แต่อย่างใด ลำโพง piezo สามารถนำไปใช้เช่นตัวแปลงสัญญาณอัลตราโซนิกสำหรับทั้งสองอย่างในรูปแบบของอุปกรณ์ส่งออกเครื่องส่งสัญญาณและเป็นเซ็นเซอร์รับ

แม้ว่าประสิทธิภาพของลำโพงแบบ piezo จะไม่สามารถเทียบได้กับประสิทธิภาพของทรานสดิวเซอร์อุตสาหกรรมเฉพาะทางเนื่องจากเป็นงานอดิเรกและโปรเจ็กต์สนุก ๆ สิ่งเหล่านี้สามารถทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบ อุปกรณ์ที่เราใช้กับวงจรที่อธิบายด้านล่างนี้คือทวีตเตอร์ piezo ขนาด 33/4 นิ้วซึ่งหาซื้อได้จากร้านค้าออนไลน์ส่วนใหญ่

1) เครื่องกำเนิดอัลตราโซนิกที่ง่ายที่สุด

รูปที่ 1 อัลตราโซนิกง่ายๆนี้
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถสร้างได้โดยไม่ยากมาก
และเร็วมาก

วงจรแรกของเราแสดงในรูปด้านบนเป็นเครื่องกำเนิดอัลตราโซนิกที่ใช้ที่รู้จักกันดี 555 IC จับเวลา ในวงจรมัลติไวเบรเตอร์ที่ปรับความถี่ได้ การออกแบบจะส่งสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมซึ่งทำงานร่วมกับ R2 สำหรับการปรับจูนในช่วงความถี่ 12 kHz ถึงมากกว่า 50 kHz

ช่วงความถี่นี้สามารถปรับได้อย่างง่ายดายโดยการเปลี่ยนค่าของตัวเก็บประจุ C1 โดยใช้ค่าที่ต่ำกว่าจะทำให้ช่วงสูงขึ้นในขณะที่ค่าที่มากขึ้นจะทำให้ช่วงนั้นเล็กลงมาก

2) เครื่องกำเนิดอัลตราโซนิกที่มีรอบการทำงานคงที่ 50%

เครื่องกำเนิดอัลตราโซนิกตัวถัดไปซึ่งเปิดเผยในรูปที่ 2 ข้างต้นใช้ประโยชน์จาก 6 ประตูบัฟเฟอร์ของ IC บัฟเฟอร์ย้อนกลับ 4049 CMOS

สามารถเห็นบัฟเฟอร์สองตัว ได้แก่ U1a และ U1b ที่แนบมาภายในความถี่ตัวแปร astable- ออสซิลเลเตอร์ วงจรที่มีรอบการทำงาน 50% เอาต์พุตคลื่นสี่เหลี่ยม

ส่วนที่เหลือของบัฟเฟอร์ 4 ตัวทั้งหมดเชื่อมต่อแบบขนานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเอาต์พุตเหนือองค์ประกอบ piezo ที่เชื่อมต่อ ช่วงความถี่ของเครื่องกำเนิดอัลตราโซนิกที่ดีกว่านี้มีความใกล้เคียงกับ IC 555 รุ่นก่อนหน้าโดยประมาณ อย่างไรก็ตามข้อได้เปรียบที่สำคัญของการออกแบบนี้คือรอบการทำงานที่แม่นยำ 50% รอบช่วงความถี่เต็ม

กล่าวได้ว่าช่วงความถี่สามารถทำให้สูงขึ้นได้โดยการลดค่าตัวเก็บประจุ C1 และความถี่สามารถลดลงได้โดยใช้ค่าที่สูงขึ้นสำหรับ C1 โพเทนชิออมิเตอร์ 100k พร้อมกับตัวต้านทาน R3 จะแก้ไขความถี่เอาต์พุต

3) เครื่องกำเนิดอัลตราโซนิก PLL

วงจรกำเนิดอัลตราโซนิกที่แม่นยำและทรงพลังโดยใช้ PLL LM567 IC และไดร์เวอร์เพียโซเอาต์พุตแบบพุชดึง

LM567 เฟสล็อกลูป (PLL) IC ใช้สำหรับสร้างความถี่อัลตราโซนิกในแนวคิดที่ 3 ของเราตามที่ได้รับการพิสูจน์แล้วในรูปที่ 3 ด้านบนวงจรนี้มีคุณสมบัติหลายประการที่ดีกว่าแนวคิดอัลตราโซนิกสองประการก่อนหน้านี้

ประการแรกออสซิลเลเตอร์ในตัวของ IC 567 ได้รับการพัฒนาให้ทำงานภายในคลื่นความถี่ขนาดใหญ่อย่างไม่น่าเชื่อตั้งแต่ต่ำกว่า 1 เฮิร์ตซ์และสูงถึง 500 กิโลเฮิร์ตซ์ รูปคลื่นเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่พิน 5 แสดงความสมมาตรที่โดดเด่นตลอดช่วงประสิทธิภาพ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ายังให้เอาต์พุตที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับวงจรอื่น ๆ อีกสองวงจรด้วยเหตุผลที่ว่าเอาท์พุทตรงกับอิมพีแดนซ์ของทวีตเตอร์ (SPKR1) อย่างมาก

เอาต์พุตของวงจรสามารถปรับได้ตั้งแต่ 10 kHz ถึงมากกว่า 100 kHz ทำงานกับโพเทนชิออมิเตอร์ R5. ทรานซิสเตอร์ Q1 เชื่อมต่อเหมือนกับวงจรตัวสะสมทั่วไปเพื่อให้เอาต์พุตของ 567 อยู่ห่างออกไปเช่นเดียวกับการขับเคลื่อนวงจรขยายเอาต์พุตซึ่งสร้างขึ้นโดยใช้ทรานซิสเตอร์ Q2 และ Q3 วงจรสามารถเปลี่ยนเป็นเครื่องส่งสัญญาณอัลตราโซนิกได้โดยทำลายการเชื่อมต่อพิน 7 ของ IC และใส่คีย์สวิตช์เป็นชุด

ในกรณีนี้คุณจะต้องใช้เครื่องรับอัลตราโซนิกบางรูปแบบเพื่อฟังสัญญาณและนั่นคือสิ่งที่เราจะพูดถึงในวงจรต่อไปของเรา

4) วงจรรับอัลตราโซนิก

เครื่องรับอัลตราโซนิก IC 567 ที่ปรับได้นี้สามารถจับคู่กับ
อธิบายเครื่องส่งสัญญาณอัลตราโซนิก LM 567 เพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุด

วงจรรับสัญญาณอัลตราโซนิกโดยใช้ 567 PLL IC ที่มีคุณสมบัติในการปรับความถี่จะแสดงในแผนภาพด้านบน วงจรออสซิลเลเตอร์ที่ปรับได้ของ IC นั้นเหมือนกับวงจรกำเนิดก่อนหน้านี้และจัดการกับช่วงความถี่เดียวกันทุกประการ LED อยู่ในตำแหน่งที่ขาตรวจจับพิน 8 ของ IC ซึ่งบ่งชี้สัญญาณที่ตรวจพบได้อย่างรวดเร็ว

ทรานซิสเตอร์ Q1 อยู่ในตำแหน่งเพื่อขยายสัญญาณอัลตราโซนิกนาทีที่ตรวจพบโดยอุปกรณ์ piezo และส่งต่อไปยัง PLL

วิธีทดสอบ

ในการทดสอบการทำงานของอัลตราโซนิกให้เปิดวงจรเครื่องกำเนิดอัลตราโซนิก IC 567 และเคลื่อนย้ายเครื่องส่งสัญญาณเพียโซผ่านพื้นที่ทั้งหมด เริ่มต้นด้วยการตั้งค่าขั้นต่ำปรับแต่ง R5 ทีละนิดจนกว่าคุณจะไม่สามารถฟังอะไรจากลำโพงได้ สิ่งนี้ควรกำหนดความถี่เอาต์พุตของวงจรไว้ที่ประมาณ 16 และ 20 kHz ขึ้นอยู่กับความไวของหูของคุณต่อความถี่สูง

ตอนนี้ให้เปิดวงจรตัวรับสัญญาณอัลตราโซนิกและวางตำแหน่งตัวแปลงสัญญาณแบบเพียโซที่ห่างจากลำโพงของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าประมาณ 12 นิ้วแม้ว่าจะตั้งทิศทางไปในทิศทางเดียวกันก็ตาม ปรับตัวรับผ่าน R5 โดยเริ่มจากจุดความถี่ต่ำสุด (ซึ่งสอดคล้องกับช่วงความต้านทานสูงสุดของหม้อ) และเพิ่มความถี่สูงสุดทีละเล็กทีละน้อยจนกระทั่งคุณเห็นไฟ LED ของตัวรับสว่างขึ้น

หากคุณเห็นเครื่องรับไม่ตอบสนองต่อสัญญาณเอาท์พุตของเครื่องส่งให้ลองเล็งเพียโซของเครื่องรับไปที่ลำโพงของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอย่างแม่นยำและทำอย่างต่อเนื่อง ทันทีที่เครื่องรับตรวจพบสัญญาณและไฟ LED สว่างขึ้นให้เคลื่อนย้าย Tx / Rx piezo ทั้งสองออกไปอย่างน้อย 10 ฟุตแล้วเริ่มการปรับแต่งอย่างละเอียดอีกครั้ง

เมื่อคุณพบว่าทั้งหมดทำงานเป็นที่น่าพอใจแล้วคุณสามารถใช้ปุ่มโทรเลขที่แนบมาของเครื่องส่งสัญญาณ (เป็นทางเลือกที่ pin7) และตรวจสอบการตอบสนองของ LED บนเครื่องรับ

LED จะต้องตอบสนองต่อสิ่งนี้โดยการกะพริบในลักษณะจุดและเส้นประตามที่คุณเคาะโดยใช้ปุ่มโทรเลข แอปพลิเคชั่นเพิ่มเติมของชุดเครื่องกำเนิด / เครื่องรับอัลตราโซนิกนี้สามารถอยู่ในรูปแบบของเซ็นเซอร์สัญญาณกันขโมยที่ตรงไปตรงมา

ติดรีเลย์ 5 V ที่ขา 8 ของ LM567 ของตัวรับและขั้วบวกของแบตเตอรี่ จัดเรียงอุปกรณ์ Piezo Tx และ Rx ห่างกันประมาณหนึ่งฟุตและโฟกัสภายในเส้นทางเดียวกัน แต่ให้ห่างจากวัตถุใกล้เคียง

หากบุคคลเข้าไปใกล้และด้านหน้าของลำโพงคู่หนึ่งความถี่อัลตราโซนิกจะสะท้อนกลับเพื่อเรียกรีเลย์ของเครื่องรับให้เปิด สามารถใช้หน้าสัมผัสเอาต์พุตของรีเลย์เพื่อเปิดสัญญาณเตือนหรืออุปกรณ์ไซเรน

5) วงจรรับสัญญาณอัลตราโซนิกที่มีความไวสูง

การออกแบบวงจรตัวรับสัญญาณอัลตราโซนิกสุดท้ายเป็นเครื่องรับอัลตราโซนิกที่มีความไวสูงซึ่งสามารถรับเกือบทุกอย่างภายในช่วงความถี่อัลตราโซนิก คุณสามารถฟังแมลงการสื่อสารของค้างคาวเครื่องยนต์ ฯลฯ แนวคิดนี้ยังสามารถใช้ร่วมกับเครื่องกำเนิดอัลตราโซนิกที่อธิบายไว้ข้างต้นเพื่อพัฒนาระบบอัลตราโซนิกคุณภาพสูง

การออกแบบทำงานโดยใช้หลักการของการแปลงโดยตรง ทรานซิสเตอร์ Q1 และ Q2 ช่วยเพิ่มสัญญาณอัลตราโซนิกที่ตรวจพบโดยลำโพงเพียโซ จากนั้นเอาต์พุตตัวสะสมของ Q2 จะถูกใช้เพื่อขับเคลื่อนอินพุต JFET (Q3) ซึ่งสามารถมองเห็นได้เหมือนวงจรตรวจจับผลิตภัณฑ์

ขั้นตอน PLL (U1) ในแนวคิดนี้ใช้เหมือนกับออสซิลเลเตอร์เฮเทอโรไดน์ที่ปรับค่าได้ซึ่งป้อนอินพุตของวงจรตรวจจับ JFET เพิ่มเติม สัญญาณอัลตราโซนิกขาเข้าจะรวมกับความถี่ของเฮเทอโรไดน์ - ออสซิลเลเตอร์ที่สร้างผลรวมและความถี่ผลต่าง

องค์ประกอบความถี่สูงจะถูกกรองออกผ่านเครือข่ายคอมโพเนนต์ C3, R8 และ C6 เอาต์พุตความถี่ต่ำที่เหลือสามารถป้อนผ่านอินพุตเครื่องขยายเสียง LM386 ได้ สามารถต่อลำโพงหรือหูฟังเข้ากับเอาต์พุตเสียงของวงจรได้

6) อีกวงจรรับอัลตราโซนิกสำหรับฟังเสียงที่สูงกว่าช่วง 20 kHz

ช่วงการตรวจจับความถี่ของหูของเราแทบจะไม่ถึงความถี่ 13 kHz ฟังก์ชั่นของเครื่องตรวจจับอัลตร้าซาวด์คือการกำจัดข้อ จำกัด นี้โดยการเปลี่ยนความถี่ของเสียงความถี่สูงเช่นเสียงนกหวีดของสุนัขการรั่วไหลของก๊าซที่ได้ยินแทบไม่ได้เสียงค้างคาวและเสียงอัลตราโซนิกเทียมหลายอย่าง

'อัลตราซาวนด์' ที่ตรวจพบโดยตัวแปลงสัญญาณอินพุตจะถูกเพิ่มและป้อนไปยังเครื่องตรวจจับผลิตภัณฑ์ มีเครื่องมัลติไวเบรเตอร์แบบ Astable เนื่องจากความเสถียรของ BFO อาจไม่มีความสำคัญมากนัก นอกจากนี้สำหรับความแตกต่างของสัญญาณที่ต้องการวงจรยังสร้างสัญญาณ BFO ด้วยตัวเองเช่นเดียวกับความถี่ผลรวมซึ่งจะสิ้นสุดลงภายในตัวกรองความถี่ต่ำที่กำหนดไว้ที่ 4 kHz

สัญญาณที่เกิดขึ้นที่นี่จะถูกขยายอีกครั้งเพื่อใช้งานชุดหูฟัง วงจรทำงานด้วยพลังงานประมาณ 8 มิลลิแอมป์ดังนั้นจึงสามารถใช้พลังงานจากแบตเตอรี่แห้ง 9 V ได้อย่างง่ายดาย