Construya un transceptor de ultrasonido.

El ultrasonido es una señal sonora de alta frecuencia, que para los seres humanos comienza en la barrera de los 20 khz. Algunos animales son capaces de escuchar estas frecuencias, como los perros, los murciélagos, ratones, algunas aves entre otros animales.

En electrónica los ultrasonidos son utilizados en diferentes propósitos, como en los controles remoto, barreras, radares y sonares. También se utiliza el ultrasonido para alejar ciertas plagas, como los ratones y algunas clases de insectos.

En la medicina estética también se utiliza el ultrasonido, para tratamientos de algunas enfermedades de la piel como la celulitis. También se utiliza en ecografías que sirven para ver el estado de un bebe en gestación o para la búsqueda de anomalías de los órganos del cuerpo.

El circuito del transceptor de ultrasonido que presentamos en este artículo, puede ser utilizado para diversos usos, como por ejemplo, la detección de un objeto u obstáculo para ser acondicionado a un proyecto de robótica.

También funciona como barrera ultrasónica y con el agregado de otros circuitos, podríamos medir la distancia a la que se encuentra un objeto. En fin la imaginación es el límite, y seguramente ustedes le encontraran otras aplicaciones.

Pasamos entonces a describir más detalladamente el funcionamiento de este proyecto con ultrasonido.


El circuito.


En este proyecto hemos incluido ambos sistemas (Tx  y Rx) en una sola tarjeta de circuito impreso, es decir se ha creado un transceptor de ultrasonido (Transmisor y Receptor).

Con esta configuración logramos que se active un Relé  por medio del rebote o eco que produce el ultrasonido al chocar con un objeto, similar al método que utilizan los murciélagos para atrapar insectos y guiarse a través de la oscuridad en la noche.

Para el transmisor, se ha utilizado el popular circuito integrado 555 en modo astable, es decir como oscilador o generador de pulsos sucesivos. La frecuencia de operación se encuentra alrededor de los 40 a 42 Khz, la cual debe hacer resonancia con el transmisor de ultrasonido, que para este caso hemos utilizado el  transductor 40T.

Transceptor de ultrasonido - Transmisor.


Para lograr un alcance óptimo de la señal de ultrasonido, se debe amplificar la señal de 40 Khz por medio de un par de transistores complementarios, que en este caso se ha utilizado el BC548 y el BC558.

El receptor consta básicamente, de un receptor de ultrasonido 40R amplificado por un par de transistores NPN. La salida de la señal es rectificada por un diodo 1N4148 y luego es llevada al amplificador operacional LF356, el cual esta configurado en modo comparador de voltaje.


Transceptor de ultrasonido - Receptor.

Fe de erratas: El condensador C3 debe conectarse entre la unión de D1-R8 y tierra (gnd) y no como se muestra en la imagen. También puede ser cerámico o electrolítico.


La señal de ultrasonido amplificada, llega al terminal 2 del IC LF356 y se compara con el voltaje de referencia que llega al terminal 3, el cual se puede ajustar mediante el reóstato VR 1 (250k ohmios). Si el voltaje de referencia es mayor al voltaje de entrada en el pin 2 del LF356, entonces la salida del amplificador operacional será  alta  y accionara el relé.

El montaje.


Lo primero que debemos hacer es diseñar el circuito impreso, el cual quedara a gusto de cada quien, según sean sus necesidades en particular. Después incluiremos cada componente electrónico en su lugar. En nuestro caso nos ha quedado el transceptor de ultrasonido, igual a como se puede observar en las siguientes imágenes.





Ajustes.


Debemos ajustar la frecuencia de la señal producida por el circuito integrado 555, en la parte que corresponde al transmisor de ultrasonido. Con la ayuda de un frecuencímetro, debemos colocar la punta positiva del mismo, en el terminal 3 del IC 555 y mover el reóstato VR 2 (10k Ohm) hasta que se muestre en el  display del frecuencímetro, una lectura de 40 Khz.

Debido a las características del IC 555 y de la tolerancia de los componentes periféricos al mismo, la frecuencia de salida puede alterarse levemente; lo importante es que se mantenga en el rango de entre 40 y 42 Khz, para un óptimo funcionamiento.

El segundo ajuste, se debe realizar en la parte que corresponde al receptor de ultrasonido. Debemos colocar un multímetro en escala de voltaje DC, y medir en el terminal 3 un voltaje de unos 6.55 voltios, los cuáles se pueden ajustar con el reóstato VR1 (250k ohm).

Funcionamiento.

En estado de reposo el receptor de ultrasonido no recibe ninguna señal, y el terminal 2 del IC LF356 medirá unos 6.44 vdc, inferior a los 6.55 vdc del terminal 3 del mismo circuito integrado.

Esta situación causa que el amplificador operacional mantenga su salida alta, pero cuando el receptor de ultrasonido recibe una señal, esta es amplificada y rectificada, por lo que ahora el terminal 2 puede aumentar hasta unos 8.5 voltios, dependiendo de la intensidad del eco o rebote del ultrasonido.

Esto causa que el voltaje en el terminal 3 sea inferior al  del terminal 2, lo que hace que el relé se desactive. Nótese entonces que la carga que conectemos al relé, debe estar entre los contactos C (común) y NC (normalmente cerrado), puesto que la activación del relé en este caso tiene un funcionamiento inverso.




Por ultimo dejamos este video en donde se puede ver al transceptor de ultrasonido, funcionando. Los componentes necesarios para su construcción, se pueden ver claramente en los circuitos esquemáticos del transmisor y receptor de ultrasonido, por lo tanto omitiremos la lista de componentes. 

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9 comentarios

comentarios
24 de enero de 2017, 14:02 delete

Buenas tardes. Estoy haciendo un proyecto de sensor de ultrasonidos, y estoy reprozindo el circuito de su artículo. Tengo dos dudas:

1) ¿Cuáles son sus valores de resistencia del 555 para ocurrir la salida de 41 kHz? De acuerdo com las imagens, com los valores de R11 de 3,3k a 13,3k ohms y con R12 15k ohms, la frecuencia de salida oscila desde 49 hasta 64 kHz (en teoría).

2) Importa el valor de ciclo de trabajo (DC - Duty Cicle) para los transductores? Si es así, ¿qué mejor valor de DC?

En mi proyecto, yo elegí:

R11 = 100 ohms
R12 = 17500 ohms (usando um potenciómetro de 50 K en série com un R de 100 ohms)
C = 1 nF

Pela teoria, estes valores están acerca de 40 kHz com DC = 50%. Ao montar este circuito, logré 41 kHz com DC = 33%.

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24 de enero de 2017, 14:32 delete

Hola. Con los valores de componentes en el circuito, este funciona bien. Entre mas cerca este de 40khz funcionara mejor.El Duty Cicle no lo medí, pero tal cual esta el proyecto no deberías tener problemas.

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26 de enero de 2017, 21:23 delete

Buenas noches. Yo también estoy haciendo um proyecto reprozindo el circuito de su artículo. Ya hecho el Proyecto de PCB, y el circuito transmisor parece estar OK, porque está llegando la frecuencia del 555 en TX.

Sin embargo, mi circuito receptor no está funcionando. Al marcar la frecuencia de RX, he visto aproximadamente 1,8 kHz.

Al simular el circuito receptor en Orcad:

- Sin RX: la salida antes del amplificador operacional es de 7,2 V.
- Con RX: la salida en mismo punto és siempre 6,5 V, independientemente de la amplitud de la señal RX.

(He configurado el RX en ORCAD con VPULSE de 40 kHz, con valores de 100 mV hasta 4 V; leído en otras referencias que el transductor envía las señales en este rango de amplitud).

Así que les pregunto:

1) Tiene alguna idea de lo que podría estar pasando mal con mi RX en PCB?
2) Sospecho que estos valores de resistencia amplificador Q1 son extraños. Con ellos, en teoría, se satura el transistor. Lo que hizo los cálculos para obtener estos valores de resistencia?

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27 de enero de 2017, 10:22 delete

Hola. Recuerda hacer los ajustes del transmisor y receptor como se describe en el articulo.Este es un circuito probado que funciona muy bien; mira el video.

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28 de enero de 2017, 20:54 delete

Gracias por nada. Usted ha dicho lo obvio, y como dije, hice la configuración del transductor.

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28 de enero de 2017, 22:12 delete

Aquí no se le esta cobrando ni un centavo; no estamos obligados a hacer algo por usted ... creo que eres un mal agradecido.

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28 de enero de 2017, 22:21 delete

En esto sitio estas escrito: "¿Tienes alguna duda sobre este articulo? hazlo saber con un comentario. Eso nos ayuda a crecer y mejorar", que habla por dubidas dos lectores. Yo nem deveria ter agradecido por ver claramente sua incapacidad de no saber ayudar. Recomiendo retirar esto escrito en articulo o desativar los comentarios para no se tomar su tiempo com dizeres que no custan un centavo.

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¿Tienes alguna duda sobre este articulo? hazlo saber con un comentario. Eso nos ayuda a crecer y mejorar.