Регулируемый генератор для ультразвукового излучателя Лажевна на Arduino

В интернете полно статей со схемами пуш-пулл, и даже тут, на Хабре, но люди не любят брать в руки паяльник, а уж тем более осцилограф.

Я-же опишу схему, собранную на стандартных для ардуинщика модулях.

Из приборов необходим только тестер (да хоть DT-830), паяльник тоже нужен, но буквально на 6 точек — подключить сам излучатель и трансформатор.

Внимание! Статья содержит сцены насилия над электроникой и ненормативную лексику нестандартное использование компонентов,
поэтому если Вы радететель за чистоту науки — делайте классическую полумостовую схему, остальные — welcome под кат!

Итак, В чем сила, брат? сразу открою все карты — сердцем конструкции служит мостовой драйвер двигателей на L298N:

Да, я не открыл Америки, ибо на нем собран ультразвуковой левитатор, да и код Ардуино взят оттуда-же.

Просто в данной конструкции выходы запараллелены и микросхема работает практически на пределе, у меня потребление при 20В составило 3 ампера, при четырех максимальльных.

Суть же как раз в том, что схема может питать излучатель Лажевена мощностью 50-60Вт с частотой до 40кГц, и это просто!

Минус тоже есть — если что-то пойдет не так (пропадание контакта одной из сигнальных линий А0-А3), микросхема сгорит, может даже с феерверком 😉

Поэтому данные проводники лучше запаять, или по крайней мере использовать новые разьемные "дюпонты".

Итак, для сборки конструкции нам понадобятся следующие основные компоненты:

Начиная от уже знакомого нам коммутатора по часовой стрелке:

1. Ультразвуковой излучатель 50-60W 28/40кГц
2. Импульсный трансформатор от старого компьютерного блока питания
3. Step-UP преобразователь мощностью от 100/150 Ватт
4. Ардуино — по вкусу — любой на Atmega328P — Uno, Pro mini, Nano и т.д., я взял последний просто потому, что он было под рукой 😉

По поводу трансформаторов — в качестве донора подойдет любой старый БП от компьютера:

Как видите, со своим я не церемонился — просто поломал печатную плату, чтобы было удобней обкусывать выводы бокорезами (ибо выпаивать без термофена неудобно).

Да, на плате обычно присутствует несколько трансформаторов, следует выбрать самый крупный.

Встречаются и трансформаторы-девочики, потому как с косичкой 😉

В любом случае, ультразвуковой излучатель подключают к крайним выводам по стороне где 2(3) контакта, остальные следует искать, но об этом позже.

Да, еще нам потребуется вентиллятор для охлаждения радиатора драйвера двигателей (из того-же блока питания), и опционально вольт-амперметр:

На самом деле достаточно амперметра, включенного между преобразователем step-up и платой L298N.

Зачем? Да просто чтобы оценивать потребляемый схемой ток (чтобы не сгорела), а заодно настраивать частоту резонанса.

Последняя может "гулять" +-500Гц в зависимости от условий работы излучателя.

Схема подключений у нас следующая:

Обращаю внимание, что на плате драйвера двигателей следует снять перемычку над контактами питания (5VEN), иначе микросхема сгорит.

Выводы на двигателиультразвуковую головку (справа и слева соединяются перекрестно) — один выход не вытягивает по мощности.

Соответственно, задействуются все четыре управляющих входа коммутатора, откуда и вытекает возможность короткого замыкания, о которой писал вначале.

Вообще-то эту операцию следует выполнять после холостого прогона с прошитым контроллером, убедившись тестером(на пределе ~200V) что между соединяемыми точками нулевой потенциал.

До сборки схемы на преобразователе step-up выставляется минимальное напряжение (при питающем 12В, на выходе для начала делаем не более 14В)

Излучатель и вентиллятор пока не подключаем, сначала нужно найти "правильные" обмотки трансформатора.

Для этого в Ардуино загружаем нижеследующий скетч:

byte TP = 0b10101010; // Every other port receives the inverted signal  void setup() {  DDRC = 0b11111111; // Set all analog ports to be outputs  // Initialize Timer1  noInterrupts(); // Disable interrupts  TCCR1A = 0;  TCCR1B = 0;  TCNT1 = 0;  //OCR1A = 200; // Set compare register (16MHz / 200 = 80kHz square wave -> 40kHz full wave)  OCR1A = 285; // Set compare register (16MHz / 285 = 56kHz square wave -> 28kHz full wave)  TCCR1B |= (1 << WGM12); // CTC mode  TCCR1B |= (1 << CS10); // Set prescaler to 1 ==> no prescaling  TIMSK1 |= (1 << OCIE1A); // Enable compare timer interrupt  interrupts(); // Enable interrupts  }  ISR(TIMER1_COMPA_vect) {  PORTC = TP; // Send the value of TP to the outputs  TP = ~TP; // Invert TP for the next run  }  void loop() {  // Nothing left to do here :)  } 

Я в нем добавил одну лишь строку "OCR1A = 285;" для излучателя в 28кГц, подбор частоты — не более +-15 к указанной величине.

Все, можно включать схему(без головки) и приступить к поиску правильной обмотки:

Косичка — обший, остальные (по стороне где много выводов) — перебором — следим чтобы радиатор коммутатора не грелся(иначе обмотка — не та) и напряжение на выходе(там, где 2/3 вывода — между крайними) было минимальным (у меня ~36В)

Теперь, обесточив схему подключаем ультразвуковой излучатель, амперметр между преобразователем напряжения и коммутатором, вентиллятор.

Излучатель для настройки ставим в ванночку с водой так, чтобы черные "шайбы" были сухими.

Включив питание, подбором коэфициента OCR1A добиваемся максимального тока потребления — это и будет резонанс ультразвуковой головки.

Мощность регулируется изменением напряжения преобразователя step-up (коммутатор поддерживает до 48 Вольт).

Все, схема настроена, можно строить ультразвуковую ванну.

Ее описание приводить не буду, ибо боян, скажу лишь, что система и фольгу растворяет, и болты чистит:

Да, разница лишь в том, что я к дну емкости излучатель не клеил, а прикрутил болтом с гайкой — резьба в головке нестандартная М10х1.

Болт подошел от крепления шаровой автомобиля "Таврия", кстати с ним частота резонанса поднялась с 27500Гц до положенных 28000.

И еще, на самой головке во время резонанса напряжение составляет киловольты, поэтому следует соблюдать правила техники безопасности.

Клей не использовал по одной простой причине — в следующей публикации расскажу о более интересных профессиях ультразвука, чем "стирать белье".

Удачных Вам самоделок!

С уважением, Андрей