XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Ультразвуковой отпугиватель собак
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В городе или при путешествиях можно столкнуться со случаями нападения агрессивных собак. Мне стало интересно, можно ли защититься от них никому не навредив?
Выдвинем гипотезу: Собак можно отпугнуть громким ультразвуком
Для проверки этой гипотезы нужно провести исследование и собрать прибор и испытать его.
Цель моего исследования – Создать устройство, которое может защитить человека от нападения собак и не навредить им
Для достижения цели запишем задачи:
• изучить способы отпугивания собак;
• разработать конструкцию отпугивателя;
• найти и подготовить материалы для изготовления отпугивателя и собрать его;
• провести испытания;
• сделать выводы.
1. Виды отпугивателей
Сначала выясним какие бывают отпугиватели собак
1. Ультразвуковые –их частота безопасна для человека и достаточна для отпугивания животного.
Преимущества в небольших размерах и в одинаковой силе воздействия на целую стаю и на конкретную особь.
2. Электрические (электрошокеры) – действуют на расстоянии не более 1 метра и считаются менее безопасными, чем первые. Могут парализовать собаку, заставить разжать челюсть, но большая мощность шокера может привести к летальному исходу.
3. Газовые или аэрозольные – это баллоны, содержащие 5% раствор искусственного перца, они распыляют перед мордой собаки вещества, вызывающие боль и раздражение. Но аэрозоль может попасть и на человека, а при сильном ветре струю сдувает и отпугиватель не работает.
Из этих видов ультразвуковой отпугиватель выглядит наиболее эффективным и безопасным для человека.
2. Что такое ультразвук
Что же такое ультразвук, который есть в названии отпугивателя?
Органы слуха воспринимает колебания воздуха. Ухо человека может услышать только колебания от 20 до 20 000 раз в секунду. Эти колебания называют просто звуком.
Кстати говоря, количество колебаний в секунду называют частотой колебаний и измеряют в герцах.
Звук с частотой более 20 000 герц называют ультразвуком. Его человек не слышит, но могут слышать животные, например собаки. А громкого ультразвука собаки боятся.
Если соединить катод с анодом при помощи электрической цепи, например, светодиодом, электроны из катода устремятся через светодиод к аноду. Получится электрический ток. А светодиод будет светиться.
Рисунок 1. Звуковые и ультразвуковые волны
3. Схема ультразвукового отпугивателя
Прежде чем у нас получилась окончательная схема, я испытал несколько вариантов устройства. Окончательный вариант схемы показан на рисунке 2.
Рисунок 2. Схема ультразвукового отпугивателя
Для создания ультразвукового отпугивателя нужно сделать генератор электрических колебаний на частоту более 20 000 герц, затем усилить эти колебания, чтобы было громко, а потом подать эти колебания на излучатель, чтобы электрические колебания стали ультразвуковыми.
Из каких радиодеталей состоит схема?
Микросхема DD1, она содержит инверторы. На нашей схеме 3 инвертора. Инвертор из низкого напряжения делает высокое, а из высокого - низкое.
R1, R2 – резисторы. Резисторы уменьшают силу электрического тока.
VT1 – полевой транзистор. Усиливает сигнал генератора.
Т1 – трансформатор. Увеличивает напряжение на излучателе.
C1 - конденсатор. Накапливает электрический заряд. Вместе с R1 задает частоту ультразвука.
SW1 – кнопка включения
GB1 – аккумуляторы, для питания энергией отпугивателя
ZF1 - Ультразвуковой излучатель
4. Изготовление первого макета отпугивателя и эксперимент
Для испытаний работы, собираем отпугиватель на макетной плате (рисунок 3).
Рисунок 3. Сборка отпугивателя на макетной плате
Первый вариант схемы, который я собрал содержал генератор ультразвука на микросхеме 561ЛН2, транзистор VT1 для усиления сигнала и излучатель ZF1. Но оказалось, что громкость ультразвука очень маленькая. Собаки не боялись. Громче в таком варианте сделать не получить, потому что напряжение колебаний на излучателе не может превысить напряжение батарейки.
Поэтому в схему был поставлен трансформатор T1, который увеличил напряжение на излучателе в 5 раз.
Испытывались несколько разных излучателей ультразвука, показанные на рисунке 4.
А) Б) В)
Рисунок 4. Три вида ультразвуковых излучателя, испытанные в отпугивателе
Самым громким оказался излучатель, обозначенный на рисунке 4 буквой В).
Проведем испытания (рисунок 5).
Рисунок 5. Испытания ультразвукового отпугивателя
Получилось, что отпугиватель работает. Видно, что убегает сразу несколько собак.
Если собака плохо слышит, то она не испугается.
Первые варианты устройства не пугали собак из-за маленькой громкости. Пришлось ставить другой излучатель и больше усиливать сигнал.
5. Сборка отпугивателя на печатной плате
Собранный на макетной плате первый вариант отпугивателя пригоден только для проверки работы. Но он очень легко может выйти из строя, потому что провода закреплены несильно. Если их чем-нибудь зацепить, они вылетают. Поэтому надо собрать более надежный прибор. Соберем отпугиватель на печатной плате.
В начале нарисуем на компьютере печатную плату по схеме, показанной на рисунке 2.
Вид печатной платы показан на рисунке показан на рисунке 6.
Рисунок 6. Печатная плата на компьютере
Потом нарисованную плату надо напечатать на лазерном принтере на специальной желтой бумаге.
После этого кладем распечатку на специальную пластину, покрытую медной фольгой и проглаживаем утюгом. Из-за нагрева рисунок с распечатки прилипает к медной фольге (рисунок 7).
Рисунок 7. Печатная плата с рисунком
Затем готовим раствор, который растворяет медь. Я нашел в интернете, что нужно 100 грамм перекиси водорода, 3 чайных ложки соли и 6 чайных ложек лимонной кислоты. Все это продается в нашем продуктовом магазине (рисунок 8).
Рисунок 8. Подготовка раствора перекиси водорода и лимонной кислоты
Помещаем нашу плату с рисунком в этот раствор. Через 20 минут медь, не покрытая рисунком, растворяется, а то, что под рисунком остается (рисунок 9). Смываем рисунок растворителем и получается печатная плата с проводниками, которые я нарисовал на компьютере.
Рисунок 9. Травление печатной платы
Потом сверлим отверстия для радиодеталей (рисунок 10).
Рисунок 10. Сверление печатной платы
Припаиваем детали к печатной плате (рисунок 11).
Рисунок 11. Пайка устройства
Собираем устройство в корпус (рисунок 12).
Рисунок 12. Отпугиватель, собранный в корпусе
Испытание окончательного варианта отпугивателя показан на рисунках 13 и 14.
Стая бездомных собак убегала с расстояния около 20 метров. На домашнюю собаку отпугиватель не действовал, пес только каждый раз облизывался.
Рисунок 13. Стая бездомных собак убегает
Рисунок 14. На домашнюю собаку отпугиватель не действует.
6. Результаты работы
Мне удалось создать отпугиватель собак. Исследование показало, что лучше всего сделать ультразвуковой отпугиватель. Я собрал такой отпугиватель из радиодеталей. В схеме был использован специальный громкий ультразвуковой излучатель.
Испытания на улице показали, что мой отпугиватель отлично работает. Собаки с расстояния 10 метров слышали его и убегали. Больше всего на отпугиватель реагируют бездомные собаки, как стаи, так и отдельные особи. Домашние же собаки, особенно, если рядом хозяин, не все пугаются моего устройства.
7. Заключение
• Проведенные испытания показали, что прибор отлично работает даже с расстояния около 10 метров;
• создание прибора было очень полезно для меня. Я узнал, что такое ультразвук, изучил различные радиодетали, научился собирать электрические схемы;
• отпугиватель можно рекомендовать к использованию для защиты от агрессивных собак.
Гипотеза подтверждена.
Список литературы
Платт Ч. Электроника для начинающих: Пер. с англ. – СПб.: БВХ-Петербург, 2012. – 480 с.: ил. – (Электроника);
Пугаем собак [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.radiokot.ru/circuit/analog/generator/12/ , свободный – (19.10.2021);