Отпугиватель грызунов с терморегулятором (ОГТ)

Автор: sathv, sathv@mail.ru
Опубликовано 29.08.2016
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2016!"

 Описание отпугивателя грызунов с терморегулятором- ОГТ.

       Приближается осень и на нашу Мурку ложится трудная задача охраны домашних закромов от набегов мышей, кротов и крыс (далее- грызунов). Чтобы помочь ей и освободить время для вылизывания шубки  был разработан отпугиватель на основе микроконтроллера, а чтобы загрузить его еще  добавлен  терморегулятор для подогрева помещения  в морозы.

       В прошедшем году был приобретен заводской отпугиватель, который показал хорошие результаты, но поскольку защита от грызунов должна быть на всех направлениях и уровнях, необходимы еще несколько таких устройств. Заводской отпугиватель несколько дороговат, а в интернете предлагаются две-три схемы отпугивателей, излучаюших пачки ультразвуковых импульсов с меняющейся частотой и длительностью. Но они  выполнены на логических микросхемах и не дают простора для радиолюбительской мысли . . .  Поэтому была поставлена задача создать устройство, досаждающее грызунам какофонией, ограниченной только фантазией каждого изготовителя, состоящее из дешевых, а еще лучше- б/у деталей.

       Для получения ультразвука вообще-то можно использовать прямоугольные импульсы на выходе порта контроллера - все равно излучатель имеет ограниченную полосу пропускания и звуковые волны будут создаваться только первой (и второй) гармоникой меандра. Но было решено идти как всегда более трудным путем и получить с помощью контроллера PIC16F84A04 синусоиду с возможностью программного изменения частоты и амплитуды  для усиления воздействия на грызуна путем звуковой атаки. Вполне ожидаемо - это привело к полному фиаско: частота созданного сигнала не превышала килогерца, либо диапазон программной перестройки был меньше одной октавы. Поэтому пришлось заняться формированием треугольного сигнала, который после прохождения диодного ограничителя становится квазисинусоидальным- как в схемах простых НЧ генераторов на операционном усилителе.

       Схема формирования треугольного сигнала показана на рис.1

Сигнал снимается с конденсатора С5, подключенного одним выводом к  “средней точке” +2,5В, образованной резисторами R1, R2 и конденсаторами C1,C2, а другим к запаралеленным через резисторы R5 – R10 портам контроллера  RB1 – RB7. Тогда ток, текущий через С5 от порта в состоянии “1” является положительным, а из порта в состоянии   “0” отрицательным. Изменяя число, записанное в порт В (то есть токи, протекающие через резисторы R5 – R10) , мы меняем величину тока, а поскольку    dU/dt = I/C  , то меняя величину тока мы меняем крутизну треугольного сигнала или, что тоже самое - его амплитуду (в программе- переменная DL).Продолжительность  нарастания (убывания ) напряжения задает контроллер, переключая направление тока командой COMF  portb, по истечению полупериода сигнала (в программе - переменная OT).  Задавая соответствующие пары значений переменных DL и OT можно получать треугольный сигнал требуемой амплитуды и частоты в пределах одной октавы (см. рис2 ) . При необходимости расширить диапазон частоты до нескольких октав можно переключить часть портов В в режим приема для уменьшения тока через С5. Для изменения амплитуды надо изменить параметр DL - видимо, из-за квадратичной АЧХ при микротоках порядка 0,1 мА диодный ограничитель может превращать треугольник в  квазисинусоиду при изменении уровня на 10-15 дБ .

        Таким образом, с помощью процедуры, насчитывающей 15-20 команд, на С5 можно получить треугольное напряжение со ступенчато регулируемой частотой и амплитудой. Частота этого напряжения будет ограничена, примерно, 100 КГц (1/ (0,5 мкс х 20)) для контроллера с тактовой частотой 8Мгц. Потрудившись можно получить периодическое напряжение другой формы- например кусочно-линейную аппроксимацию синусоиды или колоколообразный импульс ( по запросам грызунов).

      Конечно, это справедливо только при амплитуде сигнала на емкости UC5  много меньше 2,5 В. Иначе треугольник будет сильно искажен и квазисинусоида не будет

похожа на свой прообраз. Примерный расчет и измерения показали - можно считать, что коэффициент гармоник выходного сигнала не превысит

100 х (UC5/5)%. То есть для Кг синусоиды 5%  UC5 должно быть не больше 0,25 вольта.

      Для измерительного генератора 5% величина неприемлемая, но для пробника или просто источника звука вполне подходит. На рис.3 и 4 показана полученная квазисинусоида.

 Пологие части треугольников “обратноквадратируются”, вершины  обрезаются делителем VD1,2 и R3, R4 “закругляет” вершины, увеличивая прямое сопротивление диодов, конденсатор С4  подавляет импульсные выбросы  выше 30-50 КГц. В соответствии с малым U_C5  в ограничителе используются диоды Шоттки 1N5819 с прямым напряженим 0,3-0,2 В.  Через С3 синусоида поступает на УНЧ с достаточно высоким входным сопротивлением (чтобы не перегружать формирователь синусоиды), где сигнал усиливается до мощности 1-2 Вт.

       На рис.5 показана последовательность импульсов, формируемая контроллером.

Пакеты импульсов следуют с перерывами в две секунды и имеют одну из 7 длительностей от 2 до 15 секунд. Каждый пакет заполняется синусоидой одной из восьми частот, указанной на рис.2.  Процедура получения псевдослучайных значений длительности и частоты в конструкции почему-то не заработала, хотя и действовала в PROTEUS’е. Модель цифровой части схемы в PROTEUS имеется в приложении и, на мой взгляд, дает представление о формировании треугольного сигнала и использовании меню.

      К терморегулятору хранилища не предъявляются большие требования- есть возможность выбрать с помощью меню пять значений температуры с невысокой точностью стабилизации, т. к. температура определяется путем измерения времени заряда цепи “термосопротивление-емкость”, подключенной к порту RA4. Резистор на 200 Ом и стабилитрон служат для дополнительной защиты порта. Выбор температуры производится нажатием кнопки в кольцевом меню.

        Температура стабилизации определяется переменной GR, выбрать которую можно по графику на рис.6

         Получившаяся в результате схема ОГТ представлена на рис.7

          ОГТ собран из нескольких  плат, - источник питания и УНЧ взяты от старой активной колонки, туда же добавлен преобразователь  13, 5В/5В на МС34063 для питания контроллера, отдельная панель со светодиодами и кнопкой, макетная плата с контроллером, симистор на небольшом радиаторе с клеммами. Платы закреплены на пластмассовом основании и помещены в ВЧ/СЧ колонку от акустической системы.

Все это вместе показано на рис.8 .

В качестве излучателя используется динамик 2ГД36 или YDT5090-10 с диапазоном частот до 20 КГц ; динамик включен через конденсатор небольшой емкости, чтобы снизить громкость низкочастотных щелчков, возникающих из-за прерываний по переполнению TMR0, притормаживающих процедуру генератора.  Они не устранены,  поскольку не требуется непрерывная генерация и к тому же обогащают звук.

         И об особенностях измерения температуры . . . 

Термосопротивление помещено в баночку из-под мультивитаминов со срезанным дном. К выводам термосотротивления (как можно ближе к его корпусу) припаяны небольшие медные “крылышки” для улучшения теплопередачи и, соответственно, более правильного измерения температуры окружающего воздуха. Если требуется контролировать температуру предмета- полки или ведра с чем-нибудь, на баночку с термосопротивлением навинчивается крышка с массивными теплопроводящими шайбами, которые должны касаться интересующего нас предмета.

        ОСТОРОЖНО! Используя ОГТ следует учитывать, что создаваемое им ультразвуковое излучение отрицательно влияет на людей и животных даже при отсутствии неприятных ощущений. Поэтому следует использовать его в помещениях, недоступных для случайного проникновения.  Хочется надеяться, что ОГТ не нанесет вреда здоровью даже грызунам, поскольку разработчик не питает к ним ненависти.

        К описанию приложена схема в формате spl, папка с проектом в MPLAB и проект цифровой части схемы в PROTEUS.

Файлы:
Проект PROTEUS
Проект MPLAB
Схема в SPLAN

Все вопросы в Форум.