自制超聲波驅狗器(第三版)

文檔標識符:Ultrasonic_Dog_Repellent_II_T-D-P7

作者:DLHC

最後修改日期:2020.8.13

本文鏈接: https://www.cnblogs.com/DLHC-TECH/p/Ultrasonic_Dog_Repellent_II_T-D-P7.html

 

“威力”測試

圖0.0-最終

圖0.1-輕鬆彎曲火焰

 

參考資料

     http://www.talkingelectronics.com/projects/50%20-%20555%20Circuits/50%20-%20555%20Circuits.html#53a

 

數據手冊、T25參數文件、專利文件和電路仿真文件

     鏈接(1):百度100KB/s網盤(V1.1)

     提取碼:gknp

     鏈接(2):藍奏雲(V1.1)

 

開源PCB

     鏈接(1):百度100KB/s網盤(V1.1)

     提取碼:yuup

     鏈接(2):藍奏雲(V1.1)

圖0.1-PCB

圖0.2-3D模型

 

反思與改進

     上一次製作的超聲波驅狗器效果不好,表現在:

      1.使用的超聲波揚聲器,其發出的聲音太小,無法有效地震懾或驅逐較遠處的狂犬。

      2.使用的超聲波揚聲器,會發出人耳可以聽見的刺耳的聲音,會對使用者造成潛在的附帶損傷。

      3.不便於攜帶,不方便使用。

      4.高端驅狗器價格過於昂貴在100到250元(實際上成本只有30元左右)。

 

     從以上問題出發,提出以下解決辦法:

      1.使用超聲波探頭,型號爲T25,中心頻率爲25KHz,改善上述(1)(2)(3)。

      2.簡化電路,保留核心的驅狗功能(可能會添加其他常用的功能),簡化驅狗器操作方法,開源PCB,改善上述(3)(4)。

 

     市面上售出的超聲波驅狗器,價格在20元~~300元。低端產品質量無保障,高端產品價格過於昂貴。這套裝置並不複雜,開源PCB和原理圖可以讓更多的人使用到廉價的驅狗器。這是本項目的目標

 

對網上一些原理圖的測試

原理圖簡述 滅打火機火焰效果 驅狗效果 備註
555發生方波,LM386功率放大以驅動超聲波揚聲器(原理圖見 圖1.0) 未測試 輕微 狗可以聽到,但是沒嚇跑
555發生方波,LM386功率放大,驅動超聲波探頭T25(原理圖參考 圖1.0) 彎曲5° 未測試 Vcc=12v,距離火焰3mm
555發生方波,KIA4558P組成同相比例放大電路 無效果 未測試 Av=9,輸出的信號失真(輸出一個直流電壓)
555發生方波,輸出信號經鋁電解電容耦合驅動變壓器初級,變壓器次級接T25(原理圖見 圖1.1) 幾乎無效果 未測試 初級:次級=1;29,次級Vpp=0.216v(詳見下)
使用NE556做信號發生器,第一個555做頻率可調的方波發生器,第二個555將第一個555發生的方波進行反相。這兩組互爲反相的方波信號分別控制一組由BD679和BD680達林頓管組成的推輓電路,從而構成“H橋”來驅動超聲波探頭(原理圖見 圖1.3) 可以使打火機火焰彎曲90° 貓比狗更敏感 ,對部分狗不起作用

 使用鋰電池和充放升壓模塊爲系統供電,Vcc=17.5v 

 

    有很大潛力

表1-原理圖試錯(藍色的代表有驅狗潛力的原理圖)

 

開發日誌

     1.第一版,使用555做信號發生器,LM386功率放大,推動超聲波揚聲器(323x7)。可以產生對狗有輕微影響的超聲波,但是功率太小,不能驅狗,且人耳可以聽見。

 圖1.0-第一版原理圖,

 

     2.第二版,使用555做信號發生器,LM386功率放大,推動超聲波探頭(T25)。可以產生一定強度的超聲波,可以使打火機火焰彎曲5°(T25距火焰3mm)。原理圖同第一版,不同之處是使用了T25。

        第二版,使用555做信號發生器,通過鋁電解電容耦合後加到變壓器初級(匝數比1:29)。次級可以產生Vpp=54v的正弦波,但是接上負載T25後,Vpp下降到0.216v。超聲波探頭(T25)發出的聲波無法彎曲火焰(強度太低)。

 圖1.1-第二版原理圖,源1源2

 

     3.第三版,使用NE556(雙555)做信號發生器,第一個555做頻率可調的方波發生器(多諧振盪器),第二個555將第一個555發生的方波進行反相(施密特觸發器)。這兩組互爲反相的方波信號分別控制一組由BD679和BD680達林頓管組成的推輓電路,從而構成“H橋”來驅動超聲波探頭(T25)。

        本文只介紹第三版,第一版參考這裏

圖1.2-第三版原理圖,

圖1.3-第三版原理圖(改進版)

 

電路原理(第三版)

     使用NE556(雙555)做信號發生器,第一個555做頻率可調的方波發生器(多諧振盪器),第二個555將第一個555發生的方波進行反相(施密特觸發器)。這兩組互爲反相的方波信號分別控制一組由BD679和BD680達林頓管組成的推輓電路,從而構成“H橋”來驅動超聲波探頭(T25)。

     NE556只是發生激勵信號,實際上T25發出的聲波頻率可能不等於此激勵信號的頻率。就好像你用一個棍子以25KHz的頻率擊打一個吊着的球,球會以25KHz震盪嗎?我沒有測試,如果你知道,你可以留言讓大家知道。

     通過調節100K電位器,可以調節NE556發生方波的頻率(佔空比也會同時改變)。

     可以通過按鍵開關或撥動開關開啓驅狗器,同時還有一個“保險”,防止誤觸。

     工作狀態指示燈,以提示操作者。

圖2.0-原理圖(改進版),同圖1.3

圖2.1-NE556產生的兩組互爲反相的方波信號(仿真)

圖2.2-最終驅動T25的信號(仿真)

 

元件清單

     NE556            *1(可以使用兩個NE555替代)

     DIP-14芯片座   *1(可選,或兩個DIP-8芯片座)

     洞洞板             *1

     1nF獨石電容(102)      *1

     0.01uF瓷片電容(103) *2

     1K電阻              *1

     100K單聯電位器  *1

     BD679達林頓管  *2

     BD680達林頓管  *2

     超聲波探頭T25    *1

     按鍵開關   *1

     撥動開關   *2

     紅色LED   *1

     820歐電阻*1

     600mAH鋰電池      *1

     鋰電池充放升壓模塊 *1

圖3.0-主要元件(1)

圖3.1-主要元件(2)

圖3.2-主要元件(3)

PS.以上圖中均沒有出現撥動開關,但實際上是需要的

 

部分元件簡介

     NE556:雙555定時器,額定電壓4.5~~16v,最大18v,14引腳雙列直插封裝。本電路中,第一個555做頻率可調的方波發生器(多諧振盪器),第二個555將第一個555發生的方波進行反相(施密特觸發器),Vcc=17.5v。淘寶可買到。

圖4.0-NE556實物(DIP-14)

圖4.1-NE556引腳定義

     100K單聯電位器:型號B100K。調節其阻值可以改變NE556發生方波的頻率。淘寶可買到。

圖4.2-B100K實物

     BD679達林頓管:NPN型複合管,絲印BD679G。本電路中,與其餘三個管子構成“H”橋。淘寶可買到。

圖4.3-BD679

圖4.4-BD679引腳定義

圖4.5-BD679與BD680參數

     BD680達林頓管:PNP型複合管,絲印BD680G。本電路中,與其餘三個管子構成“H”橋。淘寶可買到。

圖4.6-BD680

圖4.7-BD680引腳定義

     超聲波探頭T25:型號T25(T代表發射),中心頻率25KHz,指向性80°,聲壓級:≥120(10V/30cm/sine wave)。在本電路中,功能與第一版的超聲波揚聲器相同,只是指向性更強。淘寶可買到。

圖4.8-T25正面

圖4.9-T25反面

圖4.10-T25指向性圖案

     鋰電池:容量600mAH,帶保護板的電芯。在本電路中,爲驅狗器提供電源。注意,鋰電池電壓較低,需要接鋰電池充放升壓模塊才能接入電路。容量越大,驅狗器使用的時間就越長。淘寶可買到。

 

圖4.11-鋰電池電芯

     鋰電池充放升壓模塊:型號J5019(18650鋰電池充電升壓放電一體模塊)。在本電路中,用於給鋰電池充電、放電(可升壓,最大27v),爲系統提供17.5v電壓。

圖4.12-J5019模塊

 

完成後

圖5.0-正面(未添加鋰電池及充放模塊)

圖5.1-反面(未添加鋰電池及充放模塊)

圖5.2-正面(添加鋰電池及充放模塊)

圖5.3-反面(添加鋰電池及充放模塊)

 

測試結果

     1.Vcc=9v,f=25KHz下:Dr=55%(佔空比)。

       使用100K的電位器,產生方波的頻率範圍:7.8~~250KHz。

       在其他頻率下,佔空比會變化。

 

     2.電路工作電壓範圍:9~~16v,最大18v

        電壓越高,T25發出的超聲波越“響”,電路功率越大,電池使用時間越短,驅狗效果越好(理論上如此)。

        注意:受限於NE556,電路最大工作電壓爲18v,超出會損壞NE556。不要長時間開啓驅狗器,會損壞NE556和T25!

 

     3.功耗:Vcc=9.1v     @130mA @1.2W

                 Vcc=12v     @300mA @3.6W

                 Vcc=17.5v   @?????   @???? (未測試)

 

     4.用9v乾電池供電,效果很不好。

       使用鋰電池或充電寶供電,效果很好。

 

     5.滅火焰效果:使用鋰電池和鋰電池充放升壓模塊(設定輸出電壓爲17.5v)爲系統供電,可以使打火機火焰彎曲90°。

 

     6.實測驅狗效果:使用鋰電池和鋰電池充放升壓模塊(設定輸出電壓爲17.5v)爲系統供電。大部分寵物狗不太敏感,對於敏感的狗,它們似乎只是討厭聽到這個聲音。但是貓非常敏感,隔着3米就能察覺,如果隔近一點,會把貓嚇一跳。

圖6.0-NE556產生的兩組互爲反相的方波信號

圖6.1-最終驅動T25的信號(未帶T25)

圖6.2-最終驅動T25的信號(帶T25)

圖6.3-使用此驅狗器對着打火機火焰

 

改進措施

     1.改進振盪器部分,使其能在更寬的電壓範圍內工作(本電路爲9~~16v,最大18v)。

     2.提高系統工作電壓。系統工作電壓與T25驅動信號電壓正相關,越大,驅狗器功率越大。測試表明,對於驅狗來說,此裝置功率還是太小。

     3.使用容量更大的鋰電池,延長使用時間。

 

FAQs

     F.如果我想造一個類似的裝置,我需要什麼?

     Q.除了上述元件清單的元件外,你還需要電烙鐵、焊錫和熱熔膠槍。如果你要打印PCB,直接把.Altium PCB Document文件發給PCB工廠即可。

 

     F.這個裝置可以幹啥?

     Q.驅趕惡犬、挑逗貓。

 

     F.可以做到100%驅狗嗎?

     Q.不能,有的狗對這個裝置很敏感,但是有的不那麼敏感。你可以嘗試調節電位器微調激勵信號頻率,但是注意T25的中心頻率在25KHz,此頻率T25處於最佳工作狀態。同時,貓對這個裝置很敏感。

 

     F.我想將此項目商業化,需要注意什麼?

     Q.本項目原理圖基於,你可能需要經過原作者(不是本文的作者)的同意。本文作者繪製的PCB開源,可以不經我本人許可隨意使用修改分發。本項目的目標在於降低驅狗器的價格,請不要與之背道而馳

 

聲明

     原理圖版權歸原作者所有,PCB開源。此教程未經DLHC允許,禁止轉載。DLHC保留所有權利。

     驅狗器只能作爲輔助防禦工具,不能保證對所有狗有效。

     如有問題,請在評論區留言。

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