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(los mosquitos). En la medicina estética también se utiliza el ultrasonido, como tratamiento para algunas enfermedades de la piel, como la celulitis, entre otras patologías, aunque no esta comprobado su eficacia al 100%.
El circuito de ultrasonido que presentamos en este post y en una siguiente entrega , puede ser utilizado para diversos usos, como por ejemplo, la detección de un objeto u obstáculo, para ser acoplado a un proyecto de robótica, o como barrera ultrasónica y con la conjunción de Netduino podríamos medir la distancia a la que se encuentra un objeto.
Centrándonos en 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 Khz, la cual es la frecuencia que debería resonar el trasductor 40T.
Para el diseño del oscilador ultrasónico se emplea un 555 haciéndolo funcionar como multivibrador astable conectando los pines el Trigger, Threshold,Discharge y Reset (Terminales 2, 6, 7 y 4 respectivamente)
El condensador C (de 1KpF) se carga a través de las tipicas resistencias entre los pines 6 y 7 del 555 hasta el nivel del threshold (aproximadamente 0.67 del voltaje de alimentación) y la descarga a través de la resistencia conectada al pin 6 hasta el nivel del voltaje del Trigger (aproximadamente 0.33 del voltaje de alimentación). De esta forma se tiene a la salida un valor máximo durante el tiempo de carga (Tiempo de subida) y un valor mínimo durante el tiempo de descarga (Tiempo de bajada).Por último ,la señal de ingreso Reset puede eliminar todos los impulsos y puede ser utilizado para iniciar un nuevo ciclo.
Conociendo el funcionamiento del oscilador podemos diseñar el circuito de oscilación,que tiene como principal finalidad el proporcionarnos una onda que oscila a la frecuencia de resonancia para los sensores transmisores que debería rondar los 40khz.
Para lograr tener una relación marca-espacio de onda cercana al 50% haremos que el valor de R1 sea mucho menor al de R2.
Gracias a la herramienta 555 calculator , obtenemos muy fácilmente la frecuencia obtenida a la salida del oscilador.
Para lograr un alcance óptimo de la señal de ultrasonido, se debe amplificar la señal de 40 Khz bien por medio de un simple par de transistores complementarios (por ejemplo el BC 548 y el BC 558 ) o bien mediante puertas lógicas cmos opción ultima que se ha tomado en este diseño.
Para la etapa de amplificacion , se utiliza un circuito integrado
4069UB, el cual contiene seis circuitos inversores en su interior(este integrado el típico que puede ser utilizado en cualquier propósito cuando se necesiten aplicaciones de inversión con niveles de conversión lógicos).
La señal entregada por el circuito oscilador basado en el 555 es enviada a dos grupos de inversores colocados en paralelo con la finalidad de incrementar la señal, al primer grupo la señal es enviada directamente y al segundo grupo la señal de ingreso pasa previamente por un inversor, de manera que se tiene un voltaje a aplicar al terminal positivo y un voltaje a aplicar al terminal negativo, los mismos que han sido desfasados 180 grados.
Finalmente la corriente directa es cortada con el capacitor, y el doble del voltaje del circuito oscilador ultrasónico, es aplicado al sensor transmisor de ultrasonido.
Y por último a continuación el esquema del circuito completo:
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