Détecteur d`ultrasons

Détecteur d’ultrasons
1- Présentation du projet
Il s’agit d’un détecteur d’ultrasons, dont le maximum de sensibilité est situé à la fréquence de
40 kHz.
Quand des ultrasons sont détectés, une LED s’allume et un buzzer sonne.
Cela fonctionne très bien en agitant un trousseau de clés …
Un potentiomètre permet de régler le seuil de détection.
2- Schémas électriques
2-1- Schéma de base
Amplification
& Filtrage R3
Détecteur
d'amplitude
Détecteur
de seuil
470 k
Capteur
d'ultrasons
40 kHz
+12 V
4
5
0
7
1
4,7 k
2
6
3
U1
7
D1
6
6
U2
1
-
0
0
+12 V
C3
1u
LM339
C2
R4
100n
470 k
0
-
U3A
0
+12 V
P2
47k
+ BUZZER 12 V
+
D1N4148
TL071
TL071
7
1
3
+
10 k
-
1n
R1
2
12
4
5
R2
+
C1
1
2
Réglage
du volume
du buzzer
D2
LED
3
-12 V
R5
2,2 k
P1
10 k
Réglage
du seuil
du
détecteur
-12 V
-
MA40B8R (Murata)
+12 V
+12 V
+12 V
0
0
0
+12 V
V1
12Vdc
C4
10u
C6
100n
Alimentation
V2
12Vdc
C5
10u
0
C7
100n
-12 V
IUT de Nancy-Brabois
Fabrice Sincère
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2-2- Schéma avec la fonction « barrière à ultrasons »
Un interrupteur permet de basculer de la fonction « détecteur d’ultrasons » à la fonction
« barrière à ultrasons ».
La fonction « barrière à ultrasons » est décrite en détail dans le projet du même nom.
Amplification
& Filtrage R3
Détecteur
d'amplitude
Détecteur
de seuil
470 k
Capteur
d'ultrasons
40 kHz
+12 V
0
4
5
7
1
4,7 k
2
6
3
U1
7
D1
6
6
U2
1
+12 V
0
R4
100n
470 k
0
+12 V
-
1 : Détecteur
+12 V
2 : Barrière
+12 V
Interrupteur 2 positions
C6
100n
P2
10 k
0
12Vdc
C5
10u
3
5
+
4
-
2
LM339
0
C7
100n
D3
LED
U3B
12
C4
10u
Réglage
du seuil
de la
barrière
Alimentation
V2
0
0
+12 V
V1
-
U3A
0
12Vdc
C3
1u
LM339
C2
0
0
P3
47k
+ BUZZER 12 V
+
D1N4148
TL071
TL071
7
1
3
+
10 k
-
1n
R1
2
12
4
5
R2
+
C1
1
2
Réglage
du volume
du buzzer
D2
LED
3
-12 V
R5
2,2 k
P1
10 k
Réglage
du seuil
du
détecteur
-12 V
-
MA40B8R (Murata)
+12 V
+12 V
+12 V
0
R6
2,2 k
-12 V
+12 V
3- Le montage
3-1- Le capteur d’ultrasons MA40B8R (Murata)
La détection d’ultrasons est basée sur les propriétés piézoélectriques des céramiques.
Le maximum de sensibilité se trouve à la fréquence de 40 kHz, ce qui correspond au domaine
des ultrasons.
La directivité du capteur est de 50 degrés.
3-2- Le circuit intégré LM339
Le LM339 est un quadruple comparateur à sortie de type collecteur ouvert.
Schéma interne d’un comparateur
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Deux cas se présentent :
V IN+ < V IN- (tension différentielle d’entrée négative)
La sortie est au niveau bas.
La tension de sortie est typiquement de 150 mV (400 mV max.).
Le transistor de sortie est saturé et la sortie consomme un courant (maximum 20 mA).
V IN+ > V IN- (tension différentielle d’entrée positive)
La sortie est au niveau haut.
Le transistor de sortie est bloqué (courant de sortie négligeable, de l’ordre du
nanoampère).
3-3- Analyse du fonctionnement
Le capteur d’ultrasons MA40B8R (Murata) génère une tension alternative image des ultrasons
reçus :
L’amplitude augmente avec le niveau acoustique
La fréquence de cette tension correspond à la fréquence des ultrasons
Le signal du capteur est appliqué à l’entrée d’un filtre passe-haut à amplificateur opérationnel
(TL071 ou équivalent).
La fréquence de coupure (à -3dB) est donnée par la relation :
fc =
1
1
=
≈ 16 kHz
2πR 2 C1 2π ⋅10 ⋅10 3 ⋅10 −9
Au dessus de cette fréquence de coupure, l’amplification en tension du filtre est :
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Av =
R 3 470 kΩ
=
= 47
R 2 10 kΩ
En sortie du filtre, on a donc le signal utile (40 kHz) amplifié et débarrassé de sa composante
continue.
Le rôle du détecteur d’amplitude est d’extraire la valeur crête d’une tension alternative.
En sortie du détecteur d’amplitude, on obtient donc une tension continue positive qui suit le
niveau acoustique des ultrasons.
Le détecteur de seuil est un comparateur simple (LM339).
Quand le niveau acoustique est suffisamment grand (cela dépend du réglage du potentiomètre
P1), la sortie du comparateur est au niveau bas, la LED s’allume et le buzzer est actif.
En l’absence d’ultrasons ou en présence d’ultrasons d’un niveau acoustique trop faible, la
sortie du comparateur est au niveau haut, la LED est éteinte et le buzzer est inactif.
On peut ajuster le niveau sonore du buzzer avec un potentiomètre (c’est facultatif : on peut
remplacer le potentiomètre par un fil).
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4- Liste des composants
Désignation
Capteur d’ultrasons MA40B8R (Murata)
Amplificateur opérationnel TL071
Quadruple comparateur LM339
Résistance 4,7 kΩ
Résistance 10 kΩ
Résistance 470 kΩ
Résistance 2,2 kΩ
Potentiomètre 10 kΩ
Potentiomètre 47 kΩ (facultatif)
Buzzer 12 V
Diode 1N4148
LED
Condensateur électrochimique 10 µF
Condensateur électrochimique 1 µF
Condensateur 1 nF
Condensateur 100 nF
Quantité
1
2
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
2
1
1
3
Composants supplémentaires (fonction « barrière à ultrasons ») :
Désignation
Potentiomètre 10 kΩ
LED
Résistance 2,2 kΩ
Interrupteur 2 positions
Quantité
1
1
1
1
On n’oubliera pas les sources de tensions :
+ 12 V continue
- 12 V continue
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