6 melhores projetos de circuito ultrassônico para amadores e engenheiros

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A postagem discute 6 projetos de circuito receptor e transmissor ultrassônico muito úteis, porém simples, que podem ser usados ​​para muitas aplicações cruciais, como controle remoto ultrassônico , alarmes contra roubo, fechaduras eletrônicas e para ouvir frequências na faixa de ultrassom que normalmente são inaudíveis aos ouvidos humanos.

Introdução



Muitos aparelhos ultrassônicos comerciais funcionam com uma frequência predeterminada e fazem uso de transdutores que são feitos para atingir o pico, ou ressoar, em uma frequência específica. A largura de banda restrita e o preço da maioria desses transdutores fazem com que eles se tornem inadequados para implementações de passatempo e DIY.

Mas, na verdade, isso não é um problema, já que praticamente qualquer alto-falante piezo poderia ser aplicado como um transdutor ultrassônico para ambos, na forma de dispositivo de saída do transmissor e também como sensor receptor.



Embora a eficiência dos alto-falantes piezoelétricos não possa ser comparada com a eficiência de um transdutor industrial especializado, como um hobby e um projeto divertido, eles podem funcionar perfeitamente. O dispositivo que empregamos com os circuitos explicados abaixo foi um tweeter piezo de 33/4 polegadas que está disponível na maioria das lojas online.

1) Gerador ultrassônico mais simples

Figura.1 Este ultrassônico simples
gerador pode ser construído sem muita dificuldade
e muito rapidamente.

Nosso primeiro circuito, mostrado na figura acima, é um gerador ultrassônico que usa o conhecido 555 IC timer em um circuito multivibrador astável de frequência ajustável. O projeto emite um sinal de onda quadrada que, funciona com R2, para sintonizar em torno de uma faixa de frequência de 12 kHz a mais de 50 kHz.

Esta faixa de frequência pode ser facilmente ajustada alterando o valor do capacitor C1, empregando um valor mais baixo para aumentar a faixa, enquanto um valor maior tornará a faixa muito menor.

2) Gerador ultrassônico com ciclo de trabalho fixo de 50%

O próximo gerador ultrassônico, revelado na Fig. 2 acima, faz uso de 6 portas de buffer de um IC de buffer inversor 4049 CMOS solitário.

Alguns dos buffers, U1a e U1b, podem ser vistos anexados dentro de uma frequência variável oscilador astável circuito com ciclo de trabalho de 50%, saída de onda quadrada.

O restante dos 4 buffers, todos conectados em paralelo, para aumentar a saída sobre o elemento piezoelétrico conectado. A faixa de frequência deste gerador ultrassônico muito melhor é aproximadamente semelhante à versão anterior do IC 555. No entanto, a principal vantagem desse projeto é seu ciclo de trabalho preciso de 50% em toda a faixa de frequência.

Dito isso, a faixa de frequência pode ser aumentada diminuindo o valor do capacitor C1, e a frequência pode ser diminuída usando valores mais altos para C1. O potenciômetro de 100k, junto com o resistor R3, fixa a frequência de saída.

3) Gerador ultrassônico PLL

Circuito gerador ultrassônico preciso e poderoso usando PLL LM567 IC e driver piezoelétrico de saída push pull

O LM567 circuito fechado de fase (PLL) IC é usado para gerar frequência ultrassônica em nosso terceiro conceito, conforme comprovado na figura 3. Este circuito oferece uma série de recursos melhores do que os dois conceitos ultrassônicos anteriores.

Primeiro, o oscilador embutido do IC 567 foi desenvolvido para funcionar dentro de um espectro de frequência incrivelmente grande, de menos de 1 Hz e tão alto quanto 500 kHz. A forma de onda de saída do gerador, no pino 5, exibe excelente simetria em toda a sua faixa de desempenho.

Além disso, o gerador oferece uma saída maior em comparação com outros dois circuitos, porque a saída é muito parecida com a impedância do tweeter piezo (SPKR1).

A saída do circuito pode ser ajustada em cerca de 10 kHz a mais de 100 kHz trabalhando com potenciômetro R5. O transistor Q1 é conectado como um circuito coletor comum para manter a saída do 567 distante, bem como para acionar o circuito amplificador de saída que é criado usando os transistores Q2 e Q3. O circuito pode ser alterado para um transmissor ultrassônico cw interrompendo a conexão do pino 7 do IC e inserindo uma chave em série.

Nesse caso, você precisará de algum tipo de receptor ultrassônico para ouvir os sinais e é exatamente isso que discutiremos em nosso próximo circuito.

4) Circuitos receptores ultrassônicos

Este receptor ultrassônico IC 567 sintonizável pode ser emparelhado com o
explicou o transmissor ultrassônico LM 567 para obter melhores resultados.

Um circuito receptor ultrassônico usando um 567 PLL IC que apresenta uma capacidade de sintonia de frequência é mostrado no diagrama acima. O circuito oscilador sintonizável do IC é idêntico ao circuito gerador anterior e lida exatamente com a mesma faixa de frequência. Um LED é posicionado no pino 8 do detector do IC, que indica rapidamente os sinais detectados.

O transistor Q1 é posicionado para amplificar os sinais ultrassônicos diminutos detectados pelo dispositivo piezoelétrico e os encaminha para o PLL.

Como testar

Para testar o funcionamento do ultrassom, ligue o circuito gerador de ultrassom IC 567 e mova o piezo transmissor por toda a área. Começando com a configuração mínima, ajuste R5 bit a bit até que você não consiga ouvir nada no alto-falante. Isso deve fixar a frequência de saída do circuito em aproximadamente 16 e 20 kHz, dependendo da sensibilidade do seu ouvido à alta frequência.

Agora, ligue o circuito do receptor ultrassônico e posicione o transdutor piezoelétrico a aproximadamente 30 centímetros de distância do alto-falante do gerador, embora tenha apontado exatamente na mesma direção. Ajuste o receptor em R5, começando do ponto de freqüência mínima (que corresponde à faixa de resistência máxima do potenciômetro), e aos poucos maximize a freqüência até ver o LED do receptor acender.

Se você perceber que o receptor não está respondendo aos sinais de saída do transmissor, tente apontar o piezo do receptor com precisão para o alto-falante do gerador e continue fazendo isso persistentemente. Assim que o receptor detectar o sinal e o LED acender, afaste os dois piezoelétricos Tx / Rx pelo menos dez pés e comece o ajuste fino novamente.

Quando você descobrir que tudo está funcionando satisfatoriamente, você pode usar a chave telegráfica anexada ao transmissor (opcional no pino 7) e verificar a resposta do LED no receptor.

O LED deve responder a isso piscando no estilo ponto e traço conforme pressionado por você usando a tecla telegráfica. Uma aplicação adicional deste conjunto gerador / receptor ultrassônico pode ser na forma de um sensor de alarme contra roubo simples.

Conecte um relé de 5 V ao pino 8 do LM567 do receptor e ao pólo positivo da bateria. Organize os dispositivos piezoelétricos Tx e Rx a aproximadamente 30 centímetros de distância e focalizados no mesmo caminho, mas longe de qualquer objeto próximo.

Se uma pessoa se aproximar e estiver na frente de um par de alto-falantes, a frequência ultrassônica será refletida de volta, acionando o relé do receptor para LIGAR. Os contatos de saída do relé podem ser aplicados para ligar um alarme ou um dispositivo de sirene.

5) Circuito receptor ultrassônico altamente sensível

O último projeto de circuito do receptor ultrassônico é, na verdade, um receptor ultrassônico extremamente sensível que pode facilmente captar quase tudo dentro da faixa de frequência ultrassônica. Você possivelmente pode ouvir insetos, comunicações de morcegos, motores, etc. a ideia também pode ser usada em conjunto com os geradores ultrassônicos explicados acima para desenvolver sistemas ultrassônicos de alta qualidade.

O projeto funciona segundo o princípio da conversão direta. Os transistores Q1 e Q2 aumentam os sinais ultrassônicos detectados pelo alto-falante piezo. A saída do coletor do Q2 é então usada para acionar a entrada JFET (Q3), que pode ser vista conectada como um circuito detector de produto.

O estágio PLL (U1) neste conceito é empregado como um oscilador heteródino sintonizável que alimenta adicionalmente a entrada do circuito detector JFET. O sinal ultrassônico de entrada se combina com a frequência do oscilador heteródino, gerando uma soma e uma diferença de frequência.

O elemento de alta frequência é filtrado pela rede de componentes C3, R8 e C6. A saída de baixa frequência restante pode entrar na entrada do amplificador de áudio LM386. Um alto-falante ou fones de ouvido podem ser conectados à saída de áudio do circuito.

6) Outro circuito receptor ultrassônico para ouvir sons acima da faixa de 20 kHz

A faixa de detecção de freqüência do nosso ouvido é dificilmente até a freqüência de 13 kHz. A função do detector de ultrassom é derrotar essa limitação mudando a frequência de ruídos de alta frequência, por exemplo, apitos de cachorro, vazamentos de gás quase inaudíveis, bip de morcego e vários sons ultrassônicos artificiais, por exemplo, batendo levemente em um jornal.

O 'ultrassom' detectado pelo transdutor de entrada é reforçado e alimentado para um detector de produto. Um multivibrador astável está incluído, uma vez que a estabilidade do BFO pode não ser muito significativa. Além do diferencial de sinal necessário, o circuito também gera o sinal BFO ​​por conta própria, bem como a frequência de soma, que é então encerrada dentro de um filtro passa-baixo fixo em 4 kHz.

O sinal resultante aqui é mais uma vez amplificado para operar um conjunto de fones de ouvido. O circuito trabalha com cerca de 8 miliamperes, portanto pode ser facilmente alimentado por uma bateria seca de 9 V.




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