Il potere del NE555 contro gli ospiti indesiderati .. i topi

Breve storia dell’NE555

Nato nei primi anni ’70, l’NE555 non è solo un componente elettronico, ma una leggenda che ha cambiato il modo di progettare circuiti.

Ecco le tappe fondamentali della sua evoluzione: fu progettato nel 1971 da Hans Camenzind, un ingegnere svizzero che lavorava per la Signetics (successivamente acquisita da Philips/NXP). Camenzind lo progettò quasi interamente da solo, con un approccio così innovativo che inizialmente i suoi colleghi erano scettici.

Il nome “555” deriva dalle tre resistenze interne da 5 kOhm collegate in serie, che fungono da partitore di tensione per stabilire le soglie di comparazione del chip. Questo design semplice ma geniale permette una precisione temporale raramente vista prima di allora.

Lanciato sul mercato nel 1972, divenne istantaneamente un best-seller. Era economico, facile da usare e incredibilmente versatile: poteva funzionare come timer (monostabile) o come oscillatore (astabile

A distanza di oltre 50 anni, l’NE555 è ancora in produzione ed è considerato il circuito integrato più venduto della storia, con miliardi di unità prodotte ogni anno.

Si trova ovunque, dai giocattoli agli elettrodomestici, fino ai sistemi di controllo industriale.

Nonostante l’avvento dei microcontrollori moderni (come Arduino), l’NE555 rimane la scelta preferita per progetti come ad esempio lo  scaccia topi, grazie alla sua capacità di gestire correnti elevate e alla sua resistenza ai disturbi elettrici.

l’NE555 è un chip “camaleontico”. A seconda di come si collegano le resistenze e i condensatori esterni, può comportarsi in tre modi diversi.

1. Configurazione Astabile

(Il “Cuore” dello scaccia topi) In questa modalità, il chip non ha uno stato stabile: oscilla continuamente tra “acceso” e “spento”, generando un’onda quadra.

È la configurazione utilizzata per il progetto, poiché permette di generare il segnale necessario per infastidire i roditori senza sosta. Non richiede un impulso esterno per partire; una volta alimentato, continua a oscillare.

2. Configurazione Monostabile

(“Timer”) in questa modalità, il chip ha un solo stato stabile (solitamente spento). Quando riceve un segnale di “trigger” (un impulso), passa allo stato attivo per un tempo prestabilito e poi torna a riposo. Un esempio di utilizzo può essere quelle di temporizzare l’accensione e spegnimento delle luci (scale), oppure un timer per esposizione fotografica o sistemi di ritardo. È il classico “one-shot”: premi un tasto e il circuito rimane acceso per X secondi.

3. Configurazione Bistabile

(“Interruttore”) Qui il chip ha due stati stabili. Funziona come un vero e proprio interruttore elettronico (Flip-Flop). Un esempio pratico può essere l’accensione/spegnimento con due pulsanti distinti (uno per il SET e uno per il RESET). Rimane nello stato in cui lo hai lasciato finché non intervieni manualmente o con un segnale.

Il Cuore Pulsante: La Configurazione Astabile

Nella modalità astabile, l’NE555 passa da uno stato di uscita Alto (tensione vicina a quella di alimentazione) e uno stato Basso (0V) generando così l’onda sonora che, se spinta oltre i 20.000 Hz (20 kHz), diventa un ultrasuono.

Il segreto risiede nella carica e scarica di un condensatore esterno (C) attraverso due resistenze (R1e R2):

1. Fase di Carica (Uscita ALTA): La corrente passa attraverso R1 e R2 caricando il condensatore. In questa fase, il “tempo di accensione” (Ton) dipende dalla somma delle due resistenze.
2. Fase di Scarica (Uscita BASSA): Quando la tensione nel condensatore raggiunge i 2/3 della tensione di alimentazione, il chip attiva un transistor interno che scarica il condensatore verso massa, ma solo attraverso R2. Questo determina il “tempo di spegnimento” (Toff).

I parametri fondamentali

Nel caso dello scaccia topi, i valori scelti, hanno avuto come considerazione:

• Frequenza (f): Quante volte al secondo l’onda si ripete. Per i topi, o puntato su un valore di frequenza pari a  34 kHz.
• Duty Cycle: Il rapporto tra quanto tempo il segnale resta “alto” rispetto al ciclo totale. Idealmente, per un trasduttore piezoelettrico, un valore vicino al 50% (onda quadra simmetrica).

Certamente acquistare un simile dispositivo bello e pronto costerebbe meno tempo, e forse anche con meno spesa, ma vuoi mettere il piacere di “smanettare con l’elettronica” .. e con quattro componenti .. 😀

La formula per i calcoli

Come calcolare la frequenza:

Dove:

• R1 e R2 sono espresse in Ohm
• C è espresso in Farad (F).
• f è espressa in Hertz

Nota Pratica: Nello scaccia topi, si usa un trimmer (una resistenza variabile) al posto di R2. Questo permette di “accordare” il suono, variando la frequenza finché non si trova quella più fastidiosa per i roditori (e meno percepibile dagli animali domestici, come i cani, che hanno un udito molto sensibile) o il valore scelto di realizzazione.

Per ottenere una frequenza di circa 34.400 Hz (34,4 kHz) ed avere un Duty Cycle vicino al 50% per far vibrare il tweeter piezoelettrico in modo simmetrico e potente ; si sceglie una R1 molto piccola rispetto a R2.

Una combinazione di valori standard (facilmente reperibili in commercio):

• R1: 1 k Ohm (marrone-nero-rosso)
• R2: 20 k Ohm (rosso-nero-arancio) — Oppure un trimmer da 22 k Ohm per una taratura fine.
• C: 1nF (poliestere o ceramico, sigla “102”)

Un circuito di facile realizzazione su una millefori, e di semplice verifica con un oscilloscopio ..

ovviamente se non si dispone di un oscilloscopio, si può intervenire sul potenziometro aumentando la resistenza fino a raggiungere un frequenza udibile all’orecchio umano testando così il funzionamento del circuito per poi riportare il valore del potenziometro o resistenza al valore dimensionato per la frequenza di uscita desiderata. 😉

Calcolo della Verifica

Utilizzando la formula della configurazione astabile:

Inserendo i valori:

 

 

Il valore di frequenza ottenuto di 35,1 kHz  rientra perfettamente nel range degli ultrasuoni efficaci contro i roditori e tiene conto delle tolleranze reali dei componenti (che solitamente hanno un margine di errore del 5-10%). Volendo si potrebbe pensare  di usare un potenziometro da 47 kΩ al posto di R2. In questo modo si potrà variare la frequenza manualmente:

• Ruotandolo tutto da un lato, sentiremo un fischio fastidioso (frequenza udibile).
• Ruotandolo verso l’altro lato, il suono “sparirà” nel campo degli ultrasuoni, confermando che il circuito sta funzionando correttamente a oltre 20 kHz.

Nella pratica ho preferito settare un valore di frequenza qualche kHz più basso ..

Realizzare questo scacciatopi DIY non è solo un ottimo esercizio di elettronica pratica con il leggendario NE555, ma è anche una soluzione ecologica e non cruenta per allontanare gli ospiti indesiderati. Sfruttando la frequenza di 35000 Hz, si realizza una barriera sonora che risulta insopportabile per i roditori, costringendoli a cercare rifugio altrove senza l’uso di sostanze chimiche o trappole pericolose.

Il successo di questo progetto risiede nella sua semplicità: con pochi componenti e una spesa minima, è possibile ottenere un dispositivo efficace e duraturo e poi il piacere di rispolverare l’intramontabile e versatile NE555..

 

⚠️ Avvertenze e Impatto sugli Animali Domestici

Prima di installare il dispositivo, è fondamentale fare alcune considerazioni sui nostri amici a quattro zampe:

• Cani e Gatti: Sebbene l’udito umano si fermi a circa 20 kHz, cani e gatti possono percepire frequenze fino a 45-64 kHz. Una frequenza di 34 kHz è per loro perfettamente udibile. Sebbene non sia dannosa a breve termine, potrebbe causare stress o fastidio se l’animale vive nello stesso ambiente. Raccomandazione: Non utilizzare il dispositivo in stanze dove i vostri animali domestici passano molto tempo.
• Piccoli Roditori Domestici: Se possedete criceti, cavie, gerbilli o conigli, non utilizzate assolutamente questo dispositivo. Per loro, l’ultrasuono è una vera e propria fonte di sofferenza acustica.
• Adattamento: I topi sono animali intelligenti. Con il tempo potrebbero abituarsi a una frequenza fissa. Per questo motivo, l’uso di un potenziometro (come suggerito in precedenza) è ideale per variare leggermente la frequenza di tanto in tanto e mantenere l’efficacia del dissuasore. Nella mia realizzazione ho preferito settarlo sulla frequenza di 32.500 Hz..

 Raccomandazioni per la Sicurezza

1. Alimentazione: Il circuito lavora idealmente tra i 9V e i 12V. Se utilizzi un alimentatore da muro, assicurati che sia di buona qualità e certificato. In alternativa, una batteria da 9V è la scelta più sicura per i test iniziali.
2. Protezione del circuito: Una volta terminato il montaggio, inserisci il circuito in una scatola di plastica forata in corrispondenza del trasduttore piezoelettrico. Questo proteggerà i componenti da polvere e umidità, prevenendo cortocircuiti.
3. Calore: L’NE555 non dovrebbe scaldarsi eccessivamente durante il funzionamento. Se scotta, scollega immediatamente l’alimentazione e ricontrolla i collegamenti (specialmente la polarità del condensatore e il corretto inserimento del chip).
4. Uso Prolungato: Se prevedi di lasciare il dispositivo acceso 24/7, assicurati che tutte le saldature siano solide e che non ci siano fili scoperti che potrebbero toccarsi.

Disclaimer 

Le informazioni contenute in questo articolo hanno scopo puramente didattico e informativo. L’autore non si assume alcuna responsabilità per eventuali danni a persone, animali o cose derivanti dalla costruzione, dall’uso o dal malfunzionamento del circuito descritto.

Sicurezza Elettrica: La realizzazione di circuiti elettronici richiede competenze di base. Sebbene il progetto operi a bassa tensione, un montaggio errato può causare surriscaldamenti o cortocircuiti. Assicurarsi sempre di operare in sicurezza e di scollegare l’alimentazione prima di ogni modifica.

Impatto Biologico: Gli ultrasuoni sono percepiti in modo diverso da varie specie animali. È responsabilità dell’utente finale valutare l’idoneità del dispositivo in presenza di animali domestici o persone sensibili. Si sconsiglia l’uso prolungato in ambienti stretti occupati da esseri viventi senza un’adeguata verifica del comfort ambientale.

Efficacia: L’efficacia dello scaccia topi può variare in base alla configurazione del locale, ai materiali delle pareti (che possono assorbire o riflettere le onde) e alla sensibilità specifica dei roditori. Non si garantisce l’allontanamento totale degli infestanti.

Conformità: L’utente è tenuto a verificare che l’uso di tali dispositivi sia conforme alle normative locali vigenti in materia di emissioni sonore e disturbi ambientali.

Procedendo con la realizzazione del progetto, l’utente accetta implicitamente di assumersi ogni rischio e responsabilità ad esso connessi.

Datasheet NE555 Fairchild