为业余爱好者和工程师提供6个最佳超声波电路项目

这篇文章讨论了6个非常有用但简单的超声波发射器和接收器电路项目，可以用于许多关键的应用，如超声波遥控，防盗报警器，电子门锁，以及用于收听通常人耳听不见的超声波范围内的频率。

介绍

许多商业超声波设备以预定的频率工作，并使用在特定频率下达到峰值或共振的换能器。大多数这种传感器的带宽和价格都很有限，这使得它们不适合用于业余爱好和DIY实现。

但事实上，这不是问题，因为事实上压电扬声器可以像超声波传感器一样应用于两个方面，以发射机输出装置的形式，也可以作为接收机传感器。

虽然压电扬声器的效率无法与专业的工业传感器的效率相比，但作为一项爱好和有趣的项目，它们可以完美地工作。我们在下面介绍的电路中使用的设备是一个33/4英寸的压电高音扬声器，在大多数在线商店都可以买到。

1)最简单的超声波发生器

我们的第一个电路，如图所示，是一个超声波发生器，它使用众所周知的555集成电路定时器在可调频率的不稳定多谐振荡器电路中。该设计输出一个方波信号，该信号与R2一起工作，用于在约12 kHz到50 kHz的频率范围内调谐。

这个频率范围可以很容易地通过改变电容C1的值来调整;使用较低的值将导致范围增大，而较大的值将使范围变小。

2） 固定50%占空比的超声波发生器

下一个超声发生器，如图2所示，利用一个单独的4049 CMOS反相缓冲IC的6个缓冲门。

一些缓冲器，U1a和U1b，可以看到附加在可变频率内astable-oscillator具有50%占空比，方波输出的电路。

其余4个缓冲器均并联连接，以增强连接压电元件的输出。这一更好的超声波发生器的频率范围大致类似于以前的IC 555版本。然而，这种设计的主要优点是其在整个频率范围内精确的50%占空比。

也就是说，可以通过降低电容器C1的值来提高频率范围，通过提高C1的值来降低频率。100k电位器，连同电阻R3，固定输出频率。

3） 锁相超声发生器

的LM567锁相环（PLL）集成电路如上图3所示，在我们的第三个概念中用于产生超声波频率。该电路提供了比前两个超声波概念更好的许多功能。

首先，IC 567的内置振荡器被开发为工作在一个难以置信的大频谱，从低于1 Hz到高达500 kHz。发生器的输出波形，在引脚5，在其整个性能范围都表现出出色的对称性。

由于输出与压电振子(SPKR1)阻抗匹配非常紧密，与其他两个电路相比，该发生器额外增加了输出。

电路的输出可以通过大约10千赫调整到100千赫以上使用电位计R5。晶体管Q1连接起来像一个共同的集电极电路，以保持567的输出超远，并驱动输出放大器电路，该电路是使用晶体管Q2和Q3创建的。通过断开集成电路的引脚连接，串联插入开关键，将电路转换为超声波连续波发射机。

在这种情况下，你将需要某种形式的超声波接收器来听到信号;这正是我们下一节课要讨论的。

4)超声波接收电路

一个超声波接收电路使用567锁相环集成电路，具有频率调谐能力，如图所示。IC的可调谐振荡器电路是相同的早期发电机电路，并处理完全相同的频率范围。一个LED位于IC的引脚8检波器引脚，它可以快速指示检测到的信号。

晶体管Q1被定位以放大压电器件检测到的微小超声信号，并将其转发到锁相环。

如何测试

为了测试超声波的工作，打开IC 567超声波产生电路，移动发射机压电到整个区域。从最小设置开始，一点点微调R5，直到你无法听到来自扬声器的任何内容。这将固定电路的输出频率约为16和20千赫，取决于你的耳朵对高频的敏感度。

现在，打开超声波接收电路，将压电换能器放置在距离发电机扬声器约12英寸的位置，尽管它的方向是完全相同的。通过R5调整接收器，从最小频率点开始(这对应于壶的最大电阻范围)，一点一点地最大化频率，直到你看到接收器的LED刚刚照明。

如果您看到接收器对发射器输出信号没有响应，请尝试将接收器的压电元件精确对准发电机的扬声器，并持续这样做。一旦接收器检测到信号且LED亮起，将两个Tx/Rx压电元件移开至少十英尺，然后再次开始微调。

一旦你发现所有的性能都是令人满意的，你可以利用发射器的附加电报键(可选在pin7)，并检查接收器上的LED响应。

LED必须通过在您使用电报键点击时以点和破折号方式闪烁来响应。该超声波发生器/接收器组的另一个应用可以是简单的防盗报警传感器。

在接收器的LM567引脚8和电池的正极上连接一个5v继电器。安排Tx和Rx压电器件大约一英尺的距离，聚焦在相同的路径，但没有任何附近的物体。

如果一个人靠近一对扬声器和在前面，超声波频率将反射回来触发接收器的继电器开关ON。继电器的输出触点可用于接通警报或警报装置。

5） 高灵敏度超声波接收电路

最后一个超声波接收器电路设计实际上是一个非常灵敏的超声波接收器，它可以轻松地拾取超声波频率范围内的几乎任何东西。你可能会听到昆虫、蝙蝠、通讯、引擎等的声音。；该想法也可与上述超声波发生器结合使用，以开发高质量的超声波系统。

本设计采用直接转换的原理进行工作。晶体管Q1和Q2升压压电扬声器检测到的超声波信号。Q2的集电极输出被用来驱动JFET (Q3)输入，可以看到连接起来像一个产品检测器电路。

在这个概念中，PLL（U1）级就像一个可调谐外差振荡器一样使用，它额外为JFET检测器电路的输入馈电。入站超声信号与外差振荡器的频率组合，产生和差频率。

高频元件通过C3、R8、C6元件网络过滤。剩余的低频输出允许通过LM386音频放大器输入进入。一个扬声器或耳机可以连接到电路的音频输出。

6)另一个超声波接收电路，用于收听20千赫以上范围的声音

我们耳朵的频率探测范围很难达到13千赫频率。超声波探测器的功能是通过改变高频噪音的频率，例如狗的口哨声，几乎听不到的气体泄漏，蝙蝠的哔哔声和一些人工超声波的声音，例如轻敲报纸，来克服这一限制。

输入换能器检测到的“超声波”被提升并送入产品探测器。一个不稳定的多谐振荡器被包括在内，因为BFO的稳定性可能不是很重要。除了所需的信号差分，电路还产生BFO信号本身以及求和频率，然后在一个固定为4 kHz的低通滤波器内终止。

由此产生的信号再次被放大来操作一套耳机。该电路工作在8毫安左右，因此它可以很容易地从一个9v干电池供电。

简单的超声波发射器

它是一种振荡器电路，其频率由传感器的规格决定。传感器的阻抗曲线与晶体相同，在39.8 kHz下使用最小串联谐振，同时在41.5 kHz下使用可能的最高并联谐振。

在发射机电路中，一对晶体管习惯于创建一个非反相放大器，其中正反馈通过传感器R6和C3传递。在串联谐振频率中，这个特定的反馈足够强大来触发振荡。

电容器C1和C4禁止电路以三次谐波或相同泛音进入振荡模式，而C5用于将串联谐振电平向上切换至约500 Hz，以增强与接收器的匹配。

接受者

传感器产生的输出频率为交流电，与被检测信号有关（仅40 kHz）。由于这只是一个非常微小的量，它通过晶体管Q1和Q2放大了约70 dB。Q1/Q2级的直流稳定由电阻器R1和R3固定，而C1用于关闭40 kHz A C信号上的反馈路径。

Q2输出由二极管D1整流，IC1引脚2电压随着输入信号的升高变得更负。对于足够强大的输入信号，放大器只做剪切输出的工作，作为对强大信号的响应，产生一个方波跳过+/-电源轨道。

1C1像一个比较器，比较引脚2的电压，意思是声音的水平与引脚3的参考电压。只要引脚2的电位低于引脚3，意味着在输入信号存在的情况下，IC1输出变得高(大约10.5伏特)，触发ON BJT Q3，进而打开继电器。

当引脚2的电压高于引脚3时，会发生相反的作用。电阻器R9提供少量正反馈，以产生一点磁滞，从而防止继电器断续。

在情况下电阻R9是交换出来的电容C4 IC1变成一个单稳态，这意味着如果输入信号是可用的只有一个短暂的时刻，继电器可能会关闭后约一秒。如果输入信号保持超过1秒，继电器将保持在开路状态相当于没有信号的周期。

印刷电路板设计

规范

• 频率：40千赫
• 射程：5米
• 最大调制频率（不带继电器输出）：250 Hz
• 输出:继电器，光束闭合
  电源:
• 变送器:14-25伏直流
• 接收器:10-20伏dc
• 8-20伏直流电，4毫安