自制超声波驱狗器

自闭症网瘾萝莉.ら 提交于 2020-04-16 23:46:03

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前言
       有些时候,你会发现有的狗看见你就会不停的叫,这很烦。大多数时候,这不是狗的问题,而是狗主人的问题。如何让狗停止大叫,这是本文要讨论的问题。
       超声波驱狗器是一种让狗停止大叫的装置,可以分为两类:

   1.主动式。主动式需要使用者主动操作装置以发出超声波;

   2.被动式。被动式是装置通过麦克风检测狗叫,当检测到了狗叫,装置发出超声波。本文讨论主动式驱狗器


       你也可以在网上买到超声波驱狗器,价格在30--230元。

 

本文参考地址:

       https://bigdanzblog.wordpress.com/2018/03/13/woof-off-a-device-to-control-an-out-of-control-barking-dog/


NE555和LM386数据手册、驱狗器原理图下载地址

        链接   :https://pan.baidu.com/s/1-sBi6mq2uLmPSu1WLibqRQ
        提取码:ufwu

 

你需要具备的技能

        1.基本的焊接技巧和电路学知识

        2.辨别二极管方向

        3.辨别IC引脚

        4.操作示波器,观察NE555和LM386输出的波形

        5.一定的胆量,测试你的驱狗器


原理

        人耳可以听见的声波频率范围为20--20,000Hz,狗可以听见的范围为15--50,000Hz。我们将以非常大的功率发出一个具有特定频率的声波,该声波应该满足以下条件:

    1.处在狗可听见范围并且处在人耳可听范围外。

    2.该声波具有特殊的频率,在这个频率下狗应该感到烦躁或恐惧。就好像你用粉笔刮黑板所产生的声音。

 

        电路主要由NE555定时器、LM386音频放大器、超声波扬声器和电源组成。NE555输出20--27KHz的方波,方波被LM386放大,最后LM386推动扬声器产生超声波。我对原电路图做了以下改动:

    1.在12V输入端串接一个拨动开关。

    2.用1N4007替代1N4935。

    3.将R1替换为3K9电阻串联2K双联可变电阻器的其中一联;将R2替换为3K9电阻串联2K双联可变电阻器的另外一联。用于改变信号频率。

 

        D1(1N4935)是一个是整流二极管,使用1N4007替代。

        C4是NE555输出信号的耦合电容。

        电路图中X1-1和X1-2分别接+12V和地,是电源电压输入端;X2-1和X2-2是超声波扬声器1的信号输入端和地;X3-1和X3-2是超声波扬声器2的信号输入端和地。原作者设计了两个扬声器。扬声器的数量应该根据实际情况调整,笔者只使用了一个。

原理图(版权归原作者所有,改动未标识在原理图上)

 

元件清单

   洞洞板    *1

   NE555    *1

   LM386    *1

   DIP8芯片座 *2(可选)

   323x7型超声波扬声器 *1(最好两个)

   1N4007整流二极管   *1

   LED红     *1

   常开按键开关  *1(可选)

   拨动开关  *1

   2K双联可变电阻器 *1

   3K9电阻  *2(对功率没有特殊要求,下同)

   47K电阻  *1

   33K电阻   *1

   18K电阻   *1

   10R电阻   *1

    4.7nF(472)瓷片电容 *1

    10nF(103)瓷片电容  *1

    0.1uF(104)瓷片电容 *1

    47nF(473)瓷片电容  *1

    0.1uF铝电解电容      *1

    1uF铝电解电容         *1

 

 所有元件合照(图中不包含扬声器和双联可变电阻器)

部分元件介绍

        NE555:NE555是一种常见的定时器,最大供电电压为18V,笔者使用9V。其工作在多谐振荡器模式,3号引脚输出20--27KHz的方波(方波的参数计算公式见下面,输出信号频率可通过双联电阻器调节)。

NE555P-DIP8

NE555引脚定义

NE555内部框图

Tw1=0.7(R2+R1)C2------输出高电平宽度

Tw2=0.7R1C2--------------输出低电平宽度

 f=1.44/[(R2+2R1)C]----------输出方波频率

q=(R1+R2)/(2R1+R2)----输出信号占空比

(所有参数的单位应该按照国际标准单位配置)

NE555输出方波示例(f=47KHz,Vpp=1V)

         LM386:一款常见的低电压音频放大器。LM386 N-1供电电压最大为12V,笔者使用9V。本原理图中的LM386增益为20dB(100倍),如果需要改变增益,参考数据手册。

 

LM386实物

LM386引脚定义

LM386等效电路图

典型应用

LM386放大NE555方波后的波形(f=47KHz,Vpp=10V,可以看见信号失真)

         超声波扬声器(高音喇叭):一种输出声波频率比一般的扬声器更宽的扬声器,型号为323x7的压电喇叭,频响范围2--27KHz,阻抗4--8欧,使用万用表测量两端电阻均为无穷大。可以用它发出人类无法听到的声波。

 

实物(正)

实物(反)

         可变电阻器:用于改变输出信号的频率,其中R1和R2大小相等且同时变化。输出信号为20KHz时R1=R2且对应于5K1,为27KHz时R1=R2且对应于3K8。信号输出的占空比恒为66%。注意,双联电阻器的两联不同步将导致信号频率偏移。

 

实物

         1N4007整流二极管:一种常见的整流二极管,在此电路中用于防止电源接反。

 1N400X二极管参数

完成后

正面(图中未添加LED和按键开关,下同)

反面

 

测试结果

        1.使用可变电阻器进行频率调节时,频率不是按预期的单调变化,频率变化有如下规律:7KHz-->28.7KHz-->19.8KHz。原因是双联可变电阻器的两联不是严格的同步变化,两联之间存在一些误差。

        2.尝试用耳朵听时,发现声音十分刺耳,刺耳不是指声音大,而是令人感到恶心。应该避免长时间听此声音,其对听觉系统有影响。

        3.找了一条狗进行测试,当我走进它时,它开始狂叫。这时我打开驱狗器,它好像听到了什么,就不叫了,很神奇。

        4.功耗如下: 45--88mA @12V

                          38--68mA @9V

 

改进措施

        1.可以尝试使用精度更高的双联可变电阻器,用以消除频率误差。

        2.在上述拨动开关处再并联一个按键开关(可以更方便地控制驱狗器)。

        3.如果你要训练你的狗,那么你需要为这个电路添上一个麦克风和其他一些电路,也就是被动式驱狗器。可以参考此书:《玩转电子制作DIY:33例》科学出版社。

        4.当使用此装置时,人耳可听见喇叭发出刺耳的声音,可以想办法滤除该声音。


声明

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

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