Отпугиватель мышей ультразвуковой

Ваши мыши могут спать спокойно.


Приобрел сей девайс (Pest Repeller, Pest Reject) по просьбе родителей на дачу, утверждают что такой же приборчик установлен у знакомых и якобы работает хорошо, с мышами справляется даже лучше кота.
Насколько знаю считается, что лучше работают не однотональные, а двухтональные отпугиватели, или с плавающей частотой сигнала, вроде как мыши могут привыкнуть к однотональному звуку, но раз попросили именно такой прибор, то его и заказал.

Первая попытка приобрести такой отпугиватель потрепела фиаско — заказал его на том же маркетплейсе но в другом магазине, на картинке в карточке товара выглядел в точности как тот, который меня просили купить, но по факту получил внешне совершенно другое устройство, которое сразу смутило необычно легким весом и ужасным качеством литья корпуса. Разобрав обнаружил внутри только три смд-деталюшки — зеленый светодиод и цепь его питания — защитный диод A7 с гасящим резистором 100 кОм.


Так как про технологию отпугивания мышей зеленым светом я не слышал, то написав пару гневных писем продавцу и маркетплейсу получил назад свои деньги, и в подарок этот недо-фонарик. Печально, что судя по отзывам люди подключают это устройство и ждут от него эффекта.

Вторая попытка оказалась чуть более плодотворной.
На этот раз претензий к внешнему виду не было, получил именно то, что было на картинке. С опаской разобрав его выдохнул — внутри кроме фонарика оказался еще генератор на микросхеме NE555 и пьезоэлектрический излучатель.


Решил проверить работает ли устройство, подключил осциллограф к пьезоизлучателю и с сожалением вместо ультразвука увидел на экране непонятные импульсы с частотой сети 50 Гц, крошечной амплитудой 0,6В и постоянной составляющей 0,2В. Волшебный ультразвук отсутствовал:


Помимо этого отметил:
— отсутствие самореза крепления печатной платы к корпусу;
— отсутствие обозначенного на плате защитного диода D2 цепи питания светодиода индикации
работы, вместо него красовалась просто капля припоя;
— несоответствие номинала одного из двух гасящих резисторов R7 бестрансфморматорного
источника питания обозначению на печатной плате (вместо написанного на плате номинала резистора 27кОм по факту установлен резистор номиналом 47кОм).

Ранее здесь уже выкладывали обзор на этот отпугиватель — ссылка, но автор того обзора не захотел точно разобраться с причиной неработоспособности схемы и привести ее в рабочее состояние, поэтому я решил выложить эту информацию на случай если кто все-таки решится на его приобретение и доработку.

Срисовал схему девайса:


Генератор собран по схеме т.н. астабильного мультивибратора, частота по даташиту определяется формулой f = 1.44/((RA+2RB)*C) и должна быть f = 1,44/((R2+2R5)*C3)=1,44/((1000+2*1800)*0,00000001) = 31 304 Гц.

Измерил напряжение питания NE555, и вместо указанного в даташите минимального напряжения 4,5В фактическое напряжение оказалось всего 2,4В (напряжение в сети в норме 230В):


Запитал низковольтную часть схемы от ЛБП чтобы проверить ее исправность и понять ток потребления. От нормального питания 9В генератор завелся, появился долгожданный ультразвук, частота около 31кГц:


Измеренные ток потребления и амплитуда выходного сигнала при разных напряжениях питания:
— при напряжении питания 12В — ток потребления 9мА, амплитуда сигнала 10,5В;
— при напряжении питания 9В — ток потребления 7мА, амплитуда сигнала 7,5В;
— при напряжении питания 7В — ток потребления 4мА, амплитуда сигнала 5,5В;
— при напряжении питания 5В — ток потребления 1мА, амплитуда сигнала 3,3В;
— при напряжении питания 4В — ток потребления <1мА, амплитуда сигнала 2,2В;
— при напряжении питания 3В — ток потребления <1мА, амплитуда сигнала 1,6В;
— при напряжении питания 2,6В — ток потребления <1мА, амплитуда сигнала 0,8В;
При просадке питания ниже 2,6В происходит срыв генерации, микросхема перестает работать.

Таким образом причина по которой устройство не работало стала понятна — недостаточное напряжение питания, которое выдает бестрансформаторный источник питания с гасящими резисторами R1, R7. На маркетплейсе в отзывах видел достаточно много фотографий этой же самой платы от покупателей, и на всех фото резистор R7 имеет такой же номинал 47кОм, то есть могу предположить что все эти устройства у людей к сожалению просто не работают.

При этом даже если установить резистор R7 того номинала, который указан на плате (27кОм вместо 47кОм) то и в этом случае питания будет недостаточно.
Если взять для расчета среднее значение напряжения однополупериодного выпрямителя Uср= Um/3,14 то после гасящих резисторов получим ток I=(311В/3,14)/(27кОм+27кОм) = 1,8 мА. При таком токе напряжение питания судя по всему будет менее 5В (с учетом падения напряжения 0,7В на выпрямительном диоде), микросхема вероятно будет работать, но выходной сигнал будет слабым, амплитудой около 3В, мощность ультразвука будет маловата по сравнению с той, которую может дать микросхема при нормальном питании например 12В.

Однако чтобы получить приемлемый ток 10мА для питания микросхемы напряжением 12В сопротивление гасящего резистора при однополупериодном выпрямлении должно быть около 8,7 кОм, при этом на нем будет выделяться мощность более 2Вт. Соответственно резистор нужно поставить с запасом по мощности, а для надежности лучше применить два последовательно соединенных резистора, но запихивать такие большие горячие элементы в пластиковый корпус без вентиляции желания не возникло.
​
В итоге было принято решение слегка переделать этот источник питания из подручных элементов — заменить гасящие резисторы на гасящий конденсатор и добавить стабилитрон.
Ниже схема с отмеченными переделками:


Гасящие резисторы R1, R7 удалены, диод D1 передвинут на их место, впаян гасящий конденсатор Cмод. 0,47мкФ (в качестве него использовал помехоподавляющий Х2 конденсатор, он надежнее и безопаснее чем обычный наподобие К73-17). Выводы гасящего конденсатора шунтированы разрядным резистором 470 кОм 0,5Вт (чтобы при извлечении вилки устройства из розетки гасящий конденсатор мог быстро разрядиться и не бил током при прикосновении к контактам сетевой вилки).
Стабилитрон VDмод. 1N4742A (12В, 1Вт) подключен сразу после гасящего конденсатора, перед выпрямительным диодом. Он играет двойную роль — при положительных полуволнах сетевого напряжения обратно смещенный переход стабилитрона в режиме лавинного пробоя обрезает полуволны напряжения на уровне 12В, осуществляя собственно стабилизацию напряжения, а при отрицательных полуволнах сетевого напряжения он работает в прямом смещении как обычный диод, создавая цепь для перезарядки гасящего конденсатора. Если подключить стабилитрон после выпрямительного диода — схема работать не будет, гасящий конденсатор зарядится до напряжения 311В, но перезаряжаться через запертый обратно смещенный выпрямительный диод не сможет.

После переделки заметил, что емкости сглаживающих конденсаторов С1 и С2 недостаточно, напряжение питания NE555 имело значительные (до 4В) пилообразные пульсации 50Гц, которые вызывали амплитудную (не частотную) модуляцию генерируемого напряжения ультразвуковой частоты. Подумал, что мышам такой драм-энд-бейс ни к чему, а средняя мощность излучения от этого страдает, поэтому добавил в схему нормальный сглаживающий конденсатор 1000мкФх25В, после чего заметные пульсации пропали, на выходе получился красивый ровный сигнал частотой 31кГц амплитудой 10,1В:


Еще несколько доработок:

— добавил отсутствующий защитный диод (1N4007) для светодиода, чтобы его не пробило обратным напряжением сети 311В;
— заменил тонкие как волоски провода питания 220В и провода пьезоэлектрического излучателя на более приличные, опасаясь что могут обломиться в любой момент;
— подобрал два маленьких самореза для крепления платы к стойкам в корпусе, под второй саморез высверлил отсутствующее отверстие в плате;
— заменил перегоревший при наладке смд резистор-предохранитель F1 Ом. По своему конструктиву он не подходит для источника питания с гасящим конденсатором, тонкая резистивная пленка быстро перегорает видимо при импульсе включения гасящего конденсатора, вероятно имеет место и тепловой пробой от сверхтока заряда, и электрический пробой от превышения рабочего напряжения 311В вместо 200В (для смд 1206), поэтому вместо него впаял обычный стеклянный предохранитель с выводами (5*20мм) на 0,25А;
— аккуратно двумя тонкогубцами согнул торчащие выводы сетевой вилки, чтобы не касались корпуса гасящего конденсатора, место пайки проводов к ним закрыл теромоусадкой.

Для пайки конденсаторов, стабилитрона и диода просверлил в плате отверстия, а предохранитель и резистор припаял навесным монтажом.

Устройство после переделки:



Напоследок проверил работоспособность пьезоизлучателя, т.к. от производителя как выясняется можно ожидать чего угодно.
Для начала просто проверил работает ли излучатель в принципе, подав на него напряжение звуковой частоты 5кГц от встроенного генератора осциллографа, и услышал звук, работает.

Затем попытался детектировать именно штатный ультразвук частотой 31кГц, для этого сначала попробовал сделать это смартфоном с установленным приложением Spectroid. Однако протестировав предварительно смартфон понял, что это не работает, АЧХ тракта его микрофона имеет резкий спад на частоте 23кГц, выше которой он ничего не слышит. Другой смартфон (iPhone 14 Pro Max) показал спад АЧХ еще раньше — на частоте 21кГц.

Далее попытался в качестве микрофона использовать пьезоэлектрические излучатели, один от пожарного извещателя ип-212-142 (как я понимаю рабочая частота около 2-4 кГц), и второй от дальномера Ардуино HC-SR04 (рабочая частота 40 кГц), подключив их прямо к осциллографу. Однако и тут неудача — ультразвук отпугивателя с их помощью увидеть не смог, вероятно амплитуда сигнала с них слишком мала.

С каплей воды нанесенной на излучатель (правда на обратную, а не на переднюю сторону) так же ничего не произошло, очевидно не та мощность и частота для эффективного испарения воды как в ультразвуковых увлажнителях (у них мощности единицы и десятки ватт, и частоты 1,7МГц, реже 110кГц).

Выручила завалявшаяся плата электретного мини-микрофона с усилителем для систем охранного видеонаблюдения (типа МКУ-4П, «шорох» и т.п.), запитал ее от батарейки, подключил к осциллографу и наконец увидел на экране синусоиду частотой 31 кГц, даже на расстоянии нескольких метров от излучателя, то есть это точно ультразвук а не наводка от платы генератора:


На этом всё, отпугиватель передал для полевых испытаний. Окажет ли он хоть какое-то воздействие на мышей не знаю, к тому же насколько слышал мыши начинают донимать в основном осенью, а весной и летом могут уходить, в общем неизвестно когда смогу получить информацию об эффективности работы, если получу, то дополню.