6 أفضل مشاريع دوائر الموجات فوق الصوتية للهواة والمهندسين

يناقش المنشور 6 مشاريع دوائر إرسال واستقبال بالموجات فوق الصوتية مفيدة جدًا ولكنها بسيطة والتي يمكن استخدامها في العديد من التطبيقات المهمة ، مثل جهاز التحكم عن بعد بالموجات فوق الصوتية ، وأجهزة الإنذار ضد السرقة ، وأقفال الأبواب الإلكترونية ، وللاستماع إلى الترددات في نطاق الموجات فوق الصوتية التي عادة ما تكون غير مسموعة للآذان البشرية.

مقدمة

تعمل العديد من أجهزة الموجات فوق الصوتية التجارية بتردد محدد مسبقًا وتستفيد من محولات الطاقة التي يتم تصنيعها للوصول إلى الذروة أو الرنين عند التردد المحدد. عرض النطاق الترددي المحدود وسعر غالبية محولات الطاقة هذه تجعلها غير مناسبة للهوايات وتطبيقات DIY.

لكن في الواقع ، هذه ليست مشكلة ، حيث إنها مشكلة تقريبًا المتحدث بيزو يمكن تطبيقه مثل محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية لكليهما ، في شكل جهاز خرج مرسل وأيضًا كمستشعر استقبال.

على الرغم من أن كفاءة مكبرات الصوت بيزو لا يمكن مقارنتها بكفاءة محول طاقة صناعي متخصص ، إلا أنها يمكن أن تعمل بشكل مثالي كمشروع هواية وممتعة. كان الجهاز الذي استخدمناه مع الدوائر الموضحة أدناه عبارة عن مكبر صوت بيزو مقاس 33/4 بوصة متوفر في معظم المتاجر عبر الإنترنت.

1) أبسط مولد بالموجات فوق الصوتية

الشكل 1 هذا بسيط بالموجات فوق الصوتية
يمكن بناء المولد دون صعوبة كبيرة
وبسرعة كبيرة.

دارتنا الأولى ، الموضحة في الشكل أعلاه ، هي عبارة عن مولد فوق صوتي يستخدم المشهور 555 IC المؤقت في دائرة متعددة الهزاز مستقرة قابلة للتعديل التردد. ينتج التصميم إشارة موجة مربعة تعمل مع R2 للضبط من خلال نطاق تردد من 12 كيلو هرتز إلى أكثر من 50 كيلو هرتز.

يمكن ضبط نطاق التردد هذا بسهولة عن طريق تغيير قيمة المكثف C1 باستخدام قيمة أقل سيؤدي إلى زيادة النطاق ، بينما ستجعل القيمة الأكبر النطاق أصغر بكثير.

2) مولد بالموجات فوق الصوتية مع دورة عمل ثابتة بنسبة 50٪

يستخدم المولد التالي بالموجات فوق الصوتية ، الذي تم الكشف عنه في الشكل 2 أعلاه ، 6 بوابات عازلة من 4049 CMOS عازل IC عازل.

يمكن رؤية اثنين من المخازن المؤقتة ، U1a و U1b ، متصلة داخل تردد متغير مذبذب مستقر دائرة لها دورة عمل بنسبة 50٪ ، خرج موجة مربعة.

يتم توصيل جميع المخازن المؤقتة الأربعة المتبقية بشكل متوازٍ من أجل تحسين الإخراج عبر عنصر بيزو متصل. نطاق تردد هذا المولد بالموجات فوق الصوتية الأفضل بكثير مشابه تقريبًا لإصدار IC 555 السابق. ومع ذلك ، فإن الميزة الرئيسية لهذا التصميم هي دورة العمل الدقيقة بنسبة 50٪ حول نطاق التردد الكامل.

ومع ذلك ، يمكن زيادة نطاق التردد عن طريق خفض قيمة المكثف C1 ، ويمكن تقليل التردد باستخدام قيم أعلى لـ C1. يعمل مقياس الجهد 100 كيلو مع المقاوم R3 على إصلاح تردد الخرج.

3) مولد الموجات فوق الصوتية PLL

دائرة مولد بالموجات فوق الصوتية دقيقة وقوية باستخدام PLL LM567 IC ودفع محرك الضغط الناتج عن السحب

ال LM567 حلقة مغلقة الطور (PLL) IC تستخدم لتوليد التردد فوق الصوتي في مفهومنا الثالث كما ثبت في الشكل 3. توفر هذه الدائرة عددًا من الميزات أفضل من المفهومين السابقين للموجات فوق الصوتية.

أولاً ، تم تطوير مذبذب IC 567 المدمج للعمل ضمن طيف تردد كبير بشكل لا يصدق ، من أقل من 1 هرتز وحتى 500 كيلو هرتز. يُظهر الشكل الموجي الناتج للمولد ، عند الطرف 5 ، تناسقًا رائعًا من خلال نطاق أدائه.

يعطي المولد أيضًا ناتجًا متزايدًا مقارنةً بدائرتين أخريين لسبب أن الخرج يتوافق بشكل وثيق مع مقاومة مكبر الصوت بيزو (SPKR1).

يمكن تعديل خرج الدائرة من خلال حوالي 10 كيلو هرتز إلى أكثر من 100 كيلو هرتز العمل مع مقياس الجهد R5. يتم توصيل الترانزستور Q1 كدائرة تجميع مشتركة من أجل الحفاظ على خرج 567 منعزلاً بالإضافة إلى قيادة دائرة مضخم الإخراج التي يتم إنشاؤها باستخدام الترانزستورات Q2 و Q3. يمكن تغيير الدائرة إلى جهاز إرسال بالموجات فوق الصوتية cw عن طريق كسر اتصال pin 7 الخاص بـ IC وإدخال مفتاح التبديل في السلسلة.

في هذه الحالة ، سوف تحتاج إلى شكل من أشكال مستقبلات الموجات فوق الصوتية لسماع الإشارات وهذا هو بالضبط ما سنناقشه في دائرتنا التالية.

4) دوائر الاستقبال بالموجات فوق الصوتية

يمكن إقران جهاز الاستقبال بالموجات فوق الصوتية IC 567 القابل للضبط مع
أوضح جهاز الإرسال بالموجات فوق الصوتية LM 567 للحصول على أفضل النتائج.

يظهر الرسم البياني أعلاه دائرة استقبال بالموجات فوق الصوتية تستخدم 567 PLL IC التي تتميز بقدرة ضبط التردد. تتطابق دائرة المذبذب القابل للضبط في IC مع دائرة المولد السابقة ، وتعالج نفس نطاق التردد تمامًا. يتم وضع مؤشر LED على دبوس الكشف 8 من IC والذي يشير بسرعة إلى الإشارات المكتشفة.

يتم وضع الترانزستور Q1 لتضخيم إشارات الموجات فوق الصوتية الدقيقة التي يكتشفها جهاز بيزو وإرسالها إلى PLL.

كيف تختبر

لاختبار العمل بالموجات فوق الصوتية ، قم بتشغيل دائرة مولد الموجات فوق الصوتية IC 567 وحرك بيزو جهاز الإرسال في جميع أنحاء المنطقة. بدءًا من الحد الأدنى من الإعداد ، قم بضبط R5 شيئًا فشيئًا حتى لا تتمكن من الاستماع إلى أي شيء من السماعة. يجب أن يعمل هذا على إصلاح تردد خرج الدائرة تقريبًا إلى 16 و 20 كيلو هرتز ، اعتمادًا على حساسية أذنك للتردد العالي.

الآن ، قم بتشغيل دائرة جهاز الاستقبال بالموجات فوق الصوتية وضع محول الطاقة الانضغاطي الخاص به على بعد 12 بوصة تقريبًا من مكبر صوت المولد ، على الرغم من أنه يعمل في نفس الاتجاه بالضبط. اضبط جهاز الاستقبال من خلال R5 ، بدءًا من الحد الأدنى لنقطة التردد (التي تتوافق مع نطاق المقاومة الأقصى للوعاء) ، وقم بزيادة التردد شيئًا فشيئًا حتى ترى مصباح LED الخاص بالمستقبل يضيء للتو.

إذا رأيت أن جهاز الاستقبال لا يستجيب لإشارات خرج جهاز الإرسال ، فحاول توجيه بيزو جهاز الاستقبال بدقة إلى مكبر صوت المولد واستمر في القيام بذلك باستمرار. بمجرد أن يكتشف جهاز الاستقبال الإشارة ويضيء مؤشر LED ، قم بتحريك اثنين من بيزو Tx / Rx بعيدًا بما لا يقل عن عشرة أقدام وابدأ في الضبط الدقيق مرة أخرى.

بمجرد أن تجد أن كل شيء يعمل بشكل مرض ، يمكنك الاستفادة من مفتاح التلغراف المرفق بجهاز الإرسال (اختياري في pin7) والتحقق من استجابة LED على جهاز الاستقبال.

يجب أن يستجيب مؤشر LED لهذا من خلال الوميض في نمط النقطة والشرطة كما تم النقر عليه باستخدام مفتاح التلغراف. يمكن أن يكون التطبيق الإضافي لمجموعة المولد / المستقبل بالموجات فوق الصوتية في شكل مستشعر إنذار ضد السرقة مباشر.

قم بتوصيل مرحل 5 فولت عبر الطرف 8 من جهاز الاستقبال LM567 والقطب الموجب للبطارية. قم بترتيب أجهزة Tx و Rx piezo تقريبًا على بعد قدم واحدة وركزت في نفس المسار ، ولكن خالية من أي كائن قريب.

إذا اقترب شخص ما من زوج من مكبرات الصوت وأمامهما ، فسوف ينعكس تردد الموجات فوق الصوتية للخلف مما يؤدي إلى تشغيل مرحل جهاز الاستقبال. يمكن تطبيق جهات اتصال الإخراج الخاصة بالمرحل لتشغيل جهاز الإنذار أو صفارات الإنذار.

5) دائرة استقبال بالموجات فوق الصوتية شديدة الحساسية

آخر تصميم لدائرة استقبال الموجات فوق الصوتية هو في الواقع جهاز استقبال بالموجات فوق الصوتية حساس للغاية يمكنه بسهولة التقاط أي شيء تقريبًا داخل نطاق التردد فوق الصوتي. يمكنك الاستماع إلى الحشرات ، واتصالات الخفافيش ، والمحركات ، وما إلى ذلك ، ويمكن أيضًا استخدام الفكرة جنبًا إلى جنب مع مولدات الموجات فوق الصوتية الموضحة أعلاه لتطوير أنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الجودة.

التصميم يعمل باستخدام مبدأ التحويل المباشر. يعزز الترانزستورات Q1 و Q2 الإشارات فوق الصوتية التي يكتشفها مكبر الصوت بيزو. ثم يتم استخدام خرج المجمع Q2 لتشغيل مدخلات JFET (Q3) ، والتي يمكن رؤيتها متصلة مثل دائرة كاشف المنتج.

يتم استخدام مرحلة PLL (U1) في هذا المفهوم مثل مذبذب غير متجانس قابل للضبط والذي يغذي أيضًا مدخلات دائرة كاشف JFET. تتحد إشارة الموجات فوق الصوتية الواردة مع تردد مذبذب مغاير لتوليد مجموع وتواتر الفرق.

يتم ترشيح عنصر التردد العالي من خلال شبكة مكونات C3 و R8 و C6. يُسمح لمخرجات التردد المنخفض المتبقية بالدخول عبر إدخال مكبر الصوت LM386. يمكن توصيل مكبر صوت أو سماعات رأس بإخراج صوت الدائرة.

6) دائرة استقبال أخرى بالموجات فوق الصوتية للاستماع إلى الأصوات التي تزيد عن 20 كيلو هرتز

نطاق الكشف عن التردد لأذننا بالكاد يصل إلى تردد 13 كيلو هرتز. تتمثل وظيفة جهاز الكشف بالموجات فوق الصوتية في التغلب على هذا القيد عن طريق تبديل تردد الضوضاء عالية التردد ، على سبيل المثال صفارات الكلاب ، وتسرب الغاز بالكاد مسموع ، وصوت الخفافيش ، والعديد من الأصوات بالموجات فوق الصوتية الاصطناعية ، على سبيل المثال النقر برفق على إحدى الصحف.

يتم تعزيز 'الموجات فوق الصوتية' التي تم الكشف عنها بواسطة محول الإدخال وتغذيتها في كاشف المنتج. يتم تضمين الهزاز المتعدد المستقر لأن استقرار BFO قد لا يكون ذا أهمية كبيرة. بالإضافة إلى فارق الإشارة المطلوب ، تولد الدائرة أيضًا إشارة BFO من تلقاء نفسها بالإضافة إلى تردد التجميع ، والذي يتم إنهاؤه بعد ذلك داخل مرشح تمرير منخفض مثبت عند 4 كيلو هرتز.

يتم تضخيم الإشارة الناتجة هنا مرة أخرى لتشغيل مجموعة من سماعات الرأس. تعمل الدائرة بحوالي 8 مللي أمبير ، وبالتالي يمكن تشغيلها بسهولة من بطارية جافة 9 فولت.