自制超声波驱狗器(第三版)

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

文档标识符：Ultrasonic_Dog_Repellent_II_T-D-P7

作者：DLHC

最后修改日期：2022.6.28

最后修改内容：更新超声波驱狗器(第四版)链接

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

超声波驱狗器(第四版)：https://www.cnblogs.com/DLHC-TECH/p/Ultrasonic_Dog_Repellent_IV_T-D-P19.html 

To Do:

1.验证达林顿管基极限流电阻。

 

“威力”测试

图0.0-最终

图0.1-轻松弯曲火焰

 

参考资料

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

 

GitHub

     https://github.com/HaochuanDeng/Ultrasonic_Dog_Repellent_II

 

数据手册、T25参数文件、专利文件和电路仿真文件

     链接(1)：百度100KB/s网盘(V1.1)

     提取码：gknp

     链接(2)：蓝奏云(V1.1)

 

开源PCB(没有打样测试)

     链接(1)：百度100KB/s网盘(V1.1)

     提取码：yuup

     链接(2)：蓝奏云(V1.1)

图0.1-PCB

图0.2-3D模型

 

反思与改进

     上一次制作的超声波驱狗器效果不好，表现在：

      1.使用的超声波扬声器，其发出的声音太小，无法有效地震慑或驱逐较远处的狂犬。

      2.使用的超声波扬声器，会发出人耳可以听见的刺耳的声音，会对使用者造成潜在的附带损伤。

      3.不便于携带，不方便使用。

      4.高端驱狗器价格过于昂贵在100到250元(实际上成本只有30元左右)。

 

     从以上问题出发，提出以下解决办法：

      1.使用超声波探头，型号为T25，中心频率为25KHz，改善上述(1)(2)(3)。

      2.简化电路，保留核心的驱狗功能(可能会添加其他常用的功能)，简化驱狗器操作方法，开源PCB，改善上述(3)(4)。

 

     市面上售出的超声波驱狗器，价格在20元~~300元。低端产品质量无保障，高端产品价格过于昂贵。这套装置并不复杂，开源PCB和原理图可以让更多的人使用到廉价的驱狗器。这是本项目的目标。

 

对网上一些原理图的测试

原理图简述	灭打火机火焰效果	驱狗效果	备注
555发生方波，LM386功率放大以驱动超声波扬声器(原理图见 图1.0)	未测试	轻微	狗可以听到，但是没吓跑
555发生方波，LM386功率放大，驱动超声波探头T25(原理图参考 图1.0)	弯曲5°	未测试	Vcc=12v，距离火焰3mm
555发生方波，KIA4558P组成同相比例放大电路	无效果	未测试	Av=9，输出的信号失真(输出一个直流电压)
555发生方波，输出信号经铝电解电容耦合驱动变压器初级，变压器次级接T25(原理图见 图1.1)	几乎无效果	未测试	初级：次级=1；29，次级Vpp=0.216v（详见下）
使用NE556做信号发生器，第一个555做频率可调的方波发生器，第二个555将第一个555发生的方波进行反相。这两组互为反相的方波信号分别控制一组由BD679和BD680达林顿管组成的推挽电路，从而构成“H桥”来驱动超声波探头(原理图见 图1.3)	可以使打火机火焰弯曲90°	猫比狗更敏感 ，对部分狗不起作用	使用锂电池和充放升压模块为系统供电，Vcc=17.5v        有很大潜力

表1-原理图试错(蓝色的代表有驱狗潜力的原理图)

 

开发日志

     1.第一版，使用555做信号发生器，LM386功率放大，推动超声波扬声器(323×7)。可以产生对狗有轻微影响的超声波，但是功率太小，不能驱狗，且人耳可以听见。

 图1.0-第一版原理图，源

 

     2.第二版，使用555做信号发生器，LM386功率放大，推动超声波探头(T25)。可以产生一定强度的超声波，可以使打火机火焰弯曲5°(T25距火焰3mm)。原理图同第一版，不同之处是使用了T25。

        第二版，使用555做信号发生器，通过铝电解电容耦合后加到变压器初级(匝数比1：29)。次级可以产生Vpp=54v的正弦波，但是接上负载T25后，Vpp下降到0.216v。超声波探头(T25)发出的声波无法弯曲火焰(强度太低)。

 图1.1-第二版原理图，源1，源2

 

     3.第三版，使用NE556（双555）做信号发生器，第一个555做频率可调的方波发生器(多谐振荡器)，第二个555将第一个555发生的方波进行反相(施密特触发器)。这两组互为反相的方波信号分别控制一组由BD679和BD680达林顿管组成的推挽电路，从而构成“H桥”来驱动超声波探头(T25)。

        本文只介绍第三版，第一版参考这里。

图1.2-第三版原理图，源

图1.3-第三版原理图(改进版)

 

电路原理(第三版)

     使用NE556（双555）做信号发生器，第一个555做频率可调的方波发生器(多谐振荡器)，第二个555将第一个555发生的方波进行反相(施密特触发器)。这两组互为反相的方波信号分别控制一组由BD679和BD680达林顿管组成的推挽电路，从而构成“H桥”来驱动超声波探头(T25)。

     NE556只是发生激励信号，实际上T25发出的声波频率可能不等于此激励信号的频率。就好像你用一个棍子以25KHz的频率击打一个吊着的球，球会以25KHz震荡吗？我没有测试，如果你知道，你可以留言让大家知道。

     通过调节100K电位器，可以调节NE556发生方波的频率(占空比也会同时改变)。

     可以通过按键开关或拨动开关开启驱狗器，同时还有一个“保险”，防止误触。

     工作状态指示灯，以提示操作者。

图2.0-原理图(改进版)，同图1.3

图2.1-NE556产生的两组互为反相的方波信号(仿真)

图2.2-最终驱动T25的信号(仿真)

 

元件清单

     NE556                       *1（可以使用两个NE555替代）

     DIP-14芯片座             *1（可选，或两个DIP-8芯片座）

     洞洞板                        *1

     1nF独石电容(102)       *1

     0.01uF瓷片电容(103)  *2

     1K电阻                        *1

     100K单联电位器          *1

     BD679达林顿管           *2

     BD680达林顿管           *2

     超声波探头T25             *1

     按键开关                      *1

     拨动开关                      *2

     红色LED                       *1

     820欧电阻                    *1

     600mAH锂电池            *1

     锂电池充放升压模块      *1

图3.0-主要元件(1)

图3.1-主要元件(2)

图3.2-主要元件(3)

PS.以上图中均没有出现拨动开关，但实际上是需要的

 

部分元件简介

     NE556：双555定时器，额定电压4.5~~16v，最大18v，14引脚双列直插封装。本电路中，第一个555做频率可调的方波发生器(多谐振荡器)，第二个555将第一个555发生的方波进行反相(施密特触发器)，Vcc=17.5v。淘宝可买到。

图4.0-NE556实物(DIP-14)

图4.1-NE556引脚定义

     100K单联电位器：型号B100K。调节其阻值可以改变NE556发生方波的频率。淘宝可买到。

图4.2-B100K实物

     BD679达林顿管：NPN型复合管，丝印BD679G。本电路中，与其余三个管子构成“H”桥。淘宝可买到。

图4.3-BD679

图4.4-BD679引脚定义

图4.5-BD679与BD680参数

     BD680达林顿管：PNP型复合管，丝印BD680G。本电路中，与其余三个管子构成“H”桥。淘宝可买到。

图4.6-BD680

图4.7-BD680引脚定义

     超声波探头T25：型号T25(T代表发射)，中心频率25KHz，指向性80°，声压级：≥120(10V/30cm/sine wave)。在本电路中，功能与第一版的超声波扬声器相同，只是指向性更强。淘宝可买到。

图4.8-T25正面

图4.9-T25反面

图4.10-T25指向性图案

     锂电池：容量600mAH，带保护板的电芯。在本电路中，为驱狗器提供电源。注意，锂电池电压较低，需要接锂电池充放升压模块才能接入电路。容量越大，驱狗器使用的时间就越长。淘宝可买到。

 

图4.11-锂电池电芯

     锂电池充放升压模块：型号J5019(18650锂电池充电升压放电一体模块)。在本电路中，用于给锂电池充电、放电(可升压，最大27v)，为系统提供17.5v电压。

图4.12-J5019模块

 

完成后

图5.0-正面(未添加锂电池及充放模块)

图5.1-反面(未添加锂电池及充放模块)

图5.2-正面(添加锂电池及充放模块)

图5.3-反面(添加锂电池及充放模块)

 

测试结果

     1.Vcc=9v，f=25KHz下：Dr=55%（占空比）。

       使用100K的电位器，产生方波的频率范围：7.8~~250KHz。

       在其他频率下，占空比会变化。

 

     2.电路工作电压范围：9~~16v，最大18v。

        电压越高，T25发出的超声波越“响”，电路功率越大，电池使用时间越短，驱狗效果越好(理论上如此)。

        注意：受限于NE556，电路最大工作电压为18v，超出会损坏NE556。不要长时间开启驱狗器，会损坏NE556和T25！

 

     3.功耗：Vcc=9.1v     @130mA @1.2W

                  Vcc=12v     @300mA @3.6W

                  Vcc=17.5v   @?????   @???? （未测试）

 

     4.用9v干电池供电，效果很不好。

       使用锂电池或充电宝供电，效果很好。

 

     5.灭火焰效果：使用锂电池和锂电池充放升压模块(设定输出电压为17.5v)为系统供电，可以使打火机火焰弯曲90°。

 

     6.实测驱狗效果：使用锂电池和锂电池充放升压模块(设定输出电压为17.5v)为系统供电。大部分宠物狗不太敏感，对于敏感的狗，它们似乎只是讨厌听到这个声音。但是猫非常敏感，隔着3米就能察觉，如果隔近一点，会把猫吓一跳。

图6.0-NE556产生的两组互为反相的方波信号

图6.1-最终驱动T25的信号(未带T25)

图6.2-最终驱动T25的信号(带T25)

图6.3-使用此驱狗器对着打火机火焰

 

改进措施

     1.改进振荡器部分，使其能在更宽的电压范围内工作(本电路为9~~16v，最大18v)。

     2.提高系统工作电压。系统工作电压与T25驱动信号电压正相关，越大，驱狗器功率越大。测试表明，对于驱狗来说，此装置功率还是太小。

     3.使用容量更大的锂电池，延长使用时间。

 

FAQs

     F.如果我想造一个类似的装置，我需要什么？

     Q.除了上述元件清单的元件外，你还需要电烙铁、焊锡和热熔胶枪。如果你要打印PCB，直接把.Altium PCB Document文件发给PCB工厂即可。

 

     F.这个装置可以干啥？

     Q.驱赶恶犬、挑逗猫。

 

     F.可以做到100%驱狗吗？

     Q.不能，有的狗对这个装置很敏感，但是有的不那么敏感。你可以尝试调节电位器微调激励信号频率，但是注意T25的中心频率在25KHz，此频率T25处于最佳工作状态。同时，猫对这个装置很敏感。

 

     F.我想将此项目商业化，需要注意什么？

     Q.本项目原理图基于此，你可能需要经过原作者(不是本文的作者)的同意。本文作者绘制的PCB开源，可以不经我本人许可随意使用、修改、分发。本项目的目标在于降低驱狗器的价格，请不要与之背道而驰。

 

声明

     原理图版权归原作者所有，PCB开源。此教程未经DLHC允许，禁止转载。DLHC保留所有权利。

     驱狗器只能作为辅助防御工具，不能保证对所有狗有效。

     如有问题，请在评论区留言。