Απλός τηλεχειρισμός με υπερήχους

ultrasonic_remote_rx_board
ultrasonic_remote_rx_boardultrasonic_remote_tx_boardultrasonic_receiver_box
5 5 2 Product


Το απλό σύστημα τηλεχειρισμού με υπερήχους αποτελείται από έναν πομπό υπερήχων κι ένα δέκτη κι επιτρέπει τον τηλεχειρισμό ενός ηλεκτρονόμου (ρελέ) από απόσταση έως περίπου και 15 μέτρων. Το κύκλωμα είναι αρκετά απλό, δεν απαιτεί καμία ρύθμιση και λειτουργεί αμέσως μόλις συναρμολογηθεί.

Ο πομπός κι ο δέκτης χρησιμοποιούν κάψες υπερήχων που λειτουργούν στα 40ΚΗz. Συγκεκριμένα, στα πρωτότυπα που κατασκευάσαμε, χρησιμοποιήσαμε τις κάψες υπερήχων MA40S4S και MA40S4R της Murata, για εκπομπή και λήψη, αντίστοιχα. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν και διαφορετικές κάψες υπερήχων, θα πρέπει όμως να δουλεύουν στα 40KHz.


Το κύκλωμα του πομπού

Ο πομπός του απλού τηλεχειρισμού υπερήχων είναι πολύ απλός. Το κύκλωμά του παρουσιάζεται στην εικόνα 1. Αποτελείται από ένα και μόνο ολοκληρωμένο κύκλωμα, ένα button, μερικά παθητικά εξαρτήματα και το module υπερήχων MA40S4S.

Ηλεκτρονικό σχέδιο - πομπός τηλεχειρισμού με υπερήχους
Εικόνα 1. Το ηλεκτρονικό σχέδιο του πομπού υπερήχων

Το U1 περιέχει εσωτερικά τέσσερεις πύλες NAND. Η μία εξ αυτών, η U1D, χρησιμοποιείται ως ταλαντωτής και με τη βοήθεια ενός κρυστάλλου παράγει ένα τετραγωνικό σήμα στα 40KHz. Η χρήση κρυστάλλου στα 40 KΗz εξασφαλίζει ακρίβεια στη συχνότητα και ο ταλαντωτής δεν χρειάζεται καμία ρύθμιση.

Το σήμα του ταλαντωτή ενισχύεται κι αναστρέφεται από την πύλη U1B που λειτουργεί ως αναστροφικός ενισχυτής ρεύματος. Ενισχύεται επίσης κι από τις πύλες U1C και U1A που ως ζεύγος λειτουργούν ως μη αναστροφικός ενισχυτής. Οι ενισχυτές οδηγούν το module εκπομπής υπερήχων CTX που παράγει έναν ισχυρό ήχο στα 40KHz. Φυσικά, αυτός ο ήχος δεν είναι αισθητός μέσω της ακοής διότι ανήκει στο φάσμα των υπερήχων.

Ο ήχος στα 40KHz παράγεται κάθε που πατιέται το button SW1. Η κατανάλωση του κυκλώματος είναι γύρω στα 4mA για όση ώρα το button παραμένει πατημένο. Λόγω της μικρής αυτής κατανάλωσης, υπό κανονικές συνθήκες, με μία κλασσική μπαταρία των 9V, το κύκλωμα θα μπορεί να λειτουργήσει για πολύ καιρό.


Το κύκλωμα του δέκτη

Ο δέκτης είναι λίγο πιο σύνθετος από τον πομπό. Το κύκλωμά του παρουσιάζεται στην εικόνα 2.

 Δέκτης τηλεχειρισμού με υπερήχους
Εικόνα 2. Το ηλεκτρονικό σχέδιο του δέκτη τηλεχειρισμού με υπερήχους

Το σήμα που λαμβάνεται από την κάψα λήψης CRX, ενισχύεται από το FET Q1. Στον απαγωγό (drain) του FET υπάρχει ένα κύκλωμα συντονισμού για τα 40KHz που αποτελείται από το πηνίο L1 και τον πυκνωτή C4. Το σήμα ενισχύεται κι από το δεύτερο τρανζίστορ, το Q2. Στο συλλέκτη του Q2 υπάρχει επίσης ένα ακόμη κύκλωμα συντονισμού στα 40KHz που αποτελείται από τα στοιχεία L2 και C8 καθώς και την αντίσταση R4 που χρησιμοποιείται για να μειωθεί ο παράγοντας ποιότητας (Q) του συντονισμένου κυκλώματος. Ο λόγος που χρησιμοποιούμε συντονισμένα κυκλώματα είναι για να αποτρέψουμε την ενεργοποίηση του δέκτη από υπερήχους σε συχνότητες διαφορετικές από τα 40KHz.

Το ενισχυμένο σήμα ανορθώνεται από τις διόδους D1 και D2 και με τη βοήθεια του πυκνωτή C10 εξάγεται μία DC τάση που εφαρμόζεται στον συγκριτή LM311. H DC τάση παράγεται μόνο όταν λαμβάνεται σήμα από το δέκτη. Σε διαφορετική περίπτωση, η τάση στα άκρα του C10 παραμένει ίση περίπου με 0V.

Ο τελεστικός ενισχυτής U2 χρησιμοποιείται ως συγκριτής και η στάθμη κατωφλίου του, έχει ρυθμιστεί στα 0,6V περίπου από τη δίοδο D3. Αυτό σημαίνει ότι κάθε φορά που ο δέκτης λαμβάνει σήμα στα 40KHz και η τάση στα άκρα του C10 γίνεται πάνω από 0,6V, η έξοδος του συγκριτή μεταβαίνει σε λογική κατάσταση 1.

Το σήμα του συγκριτή χρησιμοποιείται για να σκανδαλίζει το Flip – Flop U1A. Το U1A λειτουργεί ως flip-flop τύπου T και αλλάζει λογική κατάσταση σε κάθε παλμό του συγκριτή. Αυτό σημαίνει ότι κάθε που ο δέκτης λαμβάνει σήμα στα 40KHz, η λογική κατάσταση του Flip-Flop αλλάζει.

Η έξοδος του U1A οδηγεί το τρανζίστορ Q3 που ενεργοποιεί κι απενεργοποιεί έναν ηλεκτρονόμο. To LED D5 ανάβει όταν ο ηλεκτρονόμος είναι ενεργοποιημένος.

Σε κάθε πάτημα του button στο πομπό, ο ηλεκτρονόμος ενεργοποιείται ή απενεργοποιείται, αναλόγως της προηγούμενης του κατάστασης. Οι επαφές του ηλεκτρονόμου, μέσω της κλέμας J3, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον απομακρυσμένο έλεγχο συσκευών.

Ο δέκτης τροφοδοτείται από 12V μέσω της κλέμας J1 και η κατανάλωση ρεύματος είναι γύρω στα 20 με 80mA όταν ο ηλεκτρονόμος είναι απενεργοποιημένος ή ενεργοποιημένος, αντίστοιχα.


Κατασκευή

Μπορείτε να κατασκευάσετε τον απλό τηλεχειρισμό με υπερήχους στις πλακέτες που παρέχουμε παρακάτω ή σε breadboard αν θέλετε απλώς να πειραματιστείτε. Τα εξαρτήματα θα πρέπει να κολληθούν στις πλακέτες του πομπού και του δέκτη, σύμφωνα με τους οδηγούς συναρμολόγησης των εικόνων 3 και 4.

Οδηγίες συναρμολόγησης του πομπού υπερήχων
Εικόνα 3. Η συναρμολόγηση του πομπού υπερήχων

Όλες οι αντιστάσεις που χρησιμοποιούμε είναι κλασσικές αντιστάσεις του 1/4W με ανοχή 5% ή καλύτερη.

Οι πλακέτες είναι μονής όψης. Όλα τα εξαρτήματα θα πρέπει να τοποθετηθούν στην άνω όψη της κάθε πλακέτας κι οι κολλήσεις θα πρέπει να γίνουν στην όψη του χαλκού (των γραμμών). Η πλακέτα του δέκτη απαιτεί και τρία γεφυρώματα με σύρμα, όπως φαίνεται στην εικόνα 4.

Τα module υπερήχων δεν θα πρέπει να κολληθούν απευθείας πάνω στις πλακέτες αλλά στις κατάλληλες κλέμες J2, του πομπού και του δέκτη όπως διακρίνεται στις εικόνες 3 και 4. Ο πομπός, δεδομένου ότι θα πρέπει να είναι φορητός, θα πρέπει να τροφοδοτηθεί από μία μπαταρία των 9V. Η μπαταρία και η πλακέτα θα πρέπει να τοποθετηθούν σε ένα μικρό πλαστικό κουτί. Ο δέκτης απαιτεί τροφοδοσία 12V από κάποιο μικρό σταθεροποιημένο τροφοδοτικό.

Δέκτης τηλεχειρισμού με υπέρηχους
Εικόνα 4. Η συναρμολόγηση του δέκτη τηλεχειρισμού με υπέρηχους


Συνημμένα

Εδώ θα βρείτε τα σχέδια για τις πλακέτες καθώς και την πλήρη κατασκευή του τηλεχειρισμού με υπερήχους σε αρχεία του Kicad που μπορείτε να τα χρησιμοποιήσετε ως έχουν ή να τα τροποποιήσετε:

Οι λεπτομέρειες του πομπού σε συμπιεσμένα αρχεία Kicad
Οι λεπτομέρειες του δέκτη σε συμπιεσμένα αρχεία Kicad

Λίστα με όλα τα σχόλια:
Δεν υπάρχουν σχόλια προς το παρόν.
Βαθμολογία:

Παρακαλούμε κάντε κάποια πρόταση για το προϊόν :

Όνομα χρήστη:
E-mail: