O post discute 6 projetos de circuitos transmissores e receptores ultrassônicos 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 ultrassônica que normalmente são inaudíveis para 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, na frequência específica. A largura de banda restrita e o preço da maioria desses transdutores fazem com que eles se tornem inadequados para implementações de hobby e DIY.
Mas, na verdade, isso não é um problema, já que praticamente qualquer alto-falante piezo pode ser aplicado como um transdutor ultrassônico para ambos, na forma de um dispositivo de saída do transmissor e também como um sensor receptor.
Embora a eficiência dos alto-falantes piezo não possa ser comparada com a eficiência de um transdutor industrial especializado, como hobby e 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
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 temporizador 555 IC 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; empregar um valor mais baixo fará com que o intervalo seja mais alto, enquanto um valor maior tornará o intervalo 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 único IC de buffer inversor 4049 CMOS.
Alguns dos buffers, U1a e U1b, podem ser vistos conectados dentro de um circuito oscilador astável de frequência variável com um ciclo de trabalho de 50%, saída de onda quadrada.
O resto dos 4 buffers todos conectados em paralelo para melhorar a saída sobre o elemento piezo conectado. A faixa de frequência deste gerador ultrassônico muito melhor é aproximadamente semelhante à versão anterior do IC 555. No entanto, a principal vantagem deste design é seu ciclo de trabalho preciso de 50% em toda a faixa de frequência.
Dito isto, 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, juntamente com o resistor R3, fixa a frequência de saída.
3) Gerador Ultrassônico PLL
O IC LM567 phase-locked-loop (PLL) é usado para gerar frequência ultrassônica em nosso 3º conceito, conforme comprovado na figura 3 acima. Este circuito fornece vários recursos melhores do que os dois conceitos ultrassônicos anteriores.
Primeiro, o oscilador embutido do IC 567 é 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 uma excelente simetria em toda a sua faixa de desempenho.
Além disso, o gerador fornece uma saída aumentada em comparação com outros dois circuitos, porque a saída é muito próxima da impedância do tweeter piezo (SPKR1).
A saída do circuito pode ser ajustada em torno de 10 kHz a mais de 100 kHz trabalhando com o 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, quebrando a conexão do pino 7 do IC e inserindo uma chave de comutação em série.
Nesse caso, você precisará de algum tipo de receptor ultrassônico para ouvir os sinais; e é exatamente isso que vamos discutir em nosso próximo circuito.
4) Circuitos Receptores Ultrassônicos
explicou o transmissor ultrassônico LM 567 para obter melhores resultados.
Um circuito receptor ultrassônico usando um IC 567 PLL que possui uma capacidade de sintonia de frequência é mostrado no diagrama acima. O circuito oscilador ajustável do IC é idêntico ao circuito gerador anterior e lida exatamente com a mesma faixa de frequência. Um LED é posicionado no pino detector do pino 8 do IC que indica rapidamente os sinais detectados.
O transistor Q1 é posicionado para amplificar os minúsculos sinais ultrassônicos detectados pelo dispositivo piezoelétrico e os encaminha para o PLL.
Como testar
Para testar o funcionamento ultrassônico, ligue o circuito gerador ultrassônico IC 567 e mova o transmissor piezo por toda a área. Começando com a configuração mínima, ajuste R5 pouco a pouco até que você não consiga ouvir nada do alto-falante. Isso deve fixar a frequência de saída do circuito em aproximadamente 16 e 20 kHz, dependendo da sensibilidade do seu ouvido às altas frequências.
Agora, ligue o circuito receptor ultrassônico e posicione seu transdutor piezoelétrico a aproximadamente 12 polegadas de distância do alto-falante do gerador, embora tenha apontado exatamente na mesma direção. Ajuste o receptor através de R5, começando pelo ponto de frequência mínima (que corresponde à faixa de resistência máxima do pote), e vá aumentando aos poucos a frequência até ver o LED do receptor acendendo.
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 de forma persistente. Assim que o receptor detectar o sinal e o LED acender, afaste os dois piezo Tx/Rx por um mínimo de três metros e comece a afinar novamente.
Depois de descobrir que tudo está funcionando satisfatoriamente, você pode usar a chave de telégrafo 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 tocado por você usando a tecla de telégrafo. 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 no pino 8 do LM567 do receptor e no pólo positivo da bateria. Disponha os dispositivos piezo Tx e Rx a aproximadamente um pé de distância e focados 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 receptor ultrassônico é na verdade um receptor ultrassônico extremamente sensível que pode facilmente captar quase qualquer coisa dentro da faixa de frequência ultrassônica. Você 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 design, funciona usando 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 ajustável que alimenta adicionalmente a entrada do circuito detector JFET. O sinal ultrassônico de entrada combina com a frequência do oscilador heteródino gerando uma frequência de soma e diferença.
O elemento de alta frequência é filtrado através da 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 frequência do nosso ouvido dificilmente chega a 13 kHz. A função do detector de ultra-som é derrotar essa limitação alterando a frequência de ruídos de alta frequência, por exemplo, apitos de cães, vazamentos de gás quase inaudíveis, bipes de morcegos e vários sons ultrassônicos artificiais, por exemplo, batendo levemente em um jornal.
O ‘ultra-som’ detectado pelo transdutor de entrada é reforçado e enviado para um detector de produto. Um multivibrador astável está incluído, pois a estabilidade do BFO pode não ter muita importância. Além do diferencial de sinal necessário, o circuito gera adicionalmente o sinal BFO por conta própria, bem como a frequência de soma, que é então terminada dentro de um filtro passa-baixa fixado em 4 kHz.
O sinal resultante aqui é novamente amplificado para operar um conjunto de fones de ouvido. O circuito funciona com cerca de 8 miliamperes, portanto, pode ser facilmente alimentado por uma bateria seca de 9 V.
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FONTE
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