6个适合爱好者和工程师的最佳超声电路项目

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，可用于许多关键应用，例如超声波遥控如防盗报警器、电子门锁，以及用于收听超声波范围内的频率，这些频率通常是人耳听不到的。

介绍

许多商用超声波装置都是在预定的频率下工作，并利用在特定频率上达到峰值或共振的换能器。大多数此类传感器的带宽和价格都受到限制，这使得它们不适合业余爱好和自己动手实现。

但事实上，这并不是一个问题，因为事实上任何压电扬声器可以像超声波换能器一样应用于两者，以发射器输出设备和接收器传感器的形式。

虽然压电扬声器的效率不能与专门的，工业传感器的效率相比，作为一个爱好和有趣的项目，这些可以完美地工作。我们使用的设备和下面解释的电路是一个33/4英寸的压电tweeter，在大多数网上商店都可以买到。

1） 最简单的超声波发生器

我们的第一个电路，如上图所示，是一个使用众所周知的555 IC定时器在可调频率稳定多谐振荡器电路。该设计输出一个方波信号，与R2一起工作，通过大约12 kHz到50 kHz的频率范围进行调谐。

该频率范围可通过改变电容器C1的值轻松调整；使用较低的值将导致范围变大，而较大的值将使范围变小。

2)固定占空比50%的超声波发生器

上图2所示的下一个超声波发生器利用4049 CMOS逆变缓冲IC的6个缓冲门。

一对缓冲器，U1a和U1b，可以看到连接在一个变频驱动器内不稳定振荡器具有50%占空比、方波输出的电路。

其余的4个缓冲器都是并联连接的，以提高通过连接的压电元件的输出。这个更好的超声波发生器的频率范围近似于以前的IC 555版本。然而，这种设计的主要优点是它在全频率范围内精确地占空比为50%。

也就是说，可以通过降低电容器C1值来提高频率范围，并且可以通过使用更高的C1值来降低频率。100k电位计与电阻器R3一起固定输出频率。

3)锁相环超声发生器

这个LM567锁相环(PLL) IC在我们的第三个概念中，用于产生超声波频率，如上图3所示。这个电路提供了一些比前两个超声波概念更好的特性。

首先，IC 567的内置振荡器被开发为在难以置信的大频谱范围内工作，从低于1 Hz到高达500 kHz。发电机的输出波形在引脚5处，在其整个性能范围内表现出突出的对称性。

由于输出与压电高音扬声器（SPKR1）的阻抗非常匹配，因此与其他两个电路相比，该发生器还提供了更高的输出。

该电路的输出可以通过10千赫左右调整到100千赫以上使用电位计R5。晶体管Q1像公共集电极电路一样连接，以保持567的输出远离，并驱动使用晶体管Q2和Q3创建的输出放大器电路。通过断开IC的引脚7连接并串联插入一个开关键，可以将电路转换为超声波连续波发射器。

在这种情况下，你需要某种形式的超声波接收器来听到信号；这正是我们将在下一个巡回赛中讨论的内容。

4） 超声波接收电路

A.超声波接收电路上图显示了使用具有频率调谐功能的567 PLL IC。集成电路的可调谐振荡器电路与早期的发生器电路相同，并且处理的频率范围完全相同。LED位于IC的引脚8检测器引脚上，可快速指示检测到的信号。

晶体管Q1用于放大压电装置检测到的微小超声波信号，并将其转发至PLL。

如何测试

要测试超声波工作，请打开IC 567超声波发生器电路，并在整个区域内移动变送器压电。从最小设置开始，一点一点地微调R5，直到您无法听到来自扬声器的任何声音。这应该将电路的输出频率固定在16和20 kHz左右，这取决于耳朵对高频的敏感度。

现在，打开超声波接收器电路，并将其压电换能器放置在距离发电机扬声器约12英寸的位置，尽管其指向完全相同的方向。通过R5调整接收器，从最小频率点（对应于电位计的最大电阻范围）开始，然后逐渐最大化频率，直到你看到接收器的LED刚刚亮起。

如果你看到接收器对发射器的输出信号没有反应，试着将接收器的压电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和LED灯，移动两个Tx/Rx压电至少10英尺，并开始再次微调。

一旦你们发现所有的工作都令人满意，你们可以利用发射机附带的电报键（在pin7处可选）检查接收机上的LED响应。

当你使用电报键时，LED必须以点和破折号的方式闪烁来回应。这种超声波发生器/接收器的另一个应用可以是一个简单的防盗报警传感器。

在接收器LM567的针脚8和蓄电池正极之间连接一个5 V继电器。将Tx和Rx压电设备布置在大约一英尺的距离内，并聚焦在同一路径内，但远离任何附近的物体。

若一个人靠近一对扬声器的前端，超声波频率将被反射回来，从而触发接收器的继电器打开。继电器的输出触点可用于打开警报或警报器装置。

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，它可以很容易地接收到几乎超声波频率范围内的任何东西。你可能会听到昆虫、蝙蝠的通讯、引擎等;这个想法也可以与以上解释的超声波发生器一起用于开发高质量的超声波系统。

本设计，工作原理采用直接转换。晶体管Q1和Q2增强压电扬声器检测到的超声波信号。然后，Q2的集电极输出用于驱动JFET（Q3）输入，可以看到它像产品检测器电路一样连接在一起。

锁相环(U1)阶段在这个概念是像一个可调谐外差振荡器，另外馈送输入的JFET检波器电路。入站超声信号与外差振荡器的频率相结合，产生和频和差频。

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

6） 另一个超声波接收器电路，用于收听20 kHz以上的声音

我们耳朵的频率检测范围几乎达不到13千赫的频率。超声波探测器的功能是通过切换高频噪声的频率来克服这一限制，例如狗的口哨声、几乎听不见的气体泄漏声、蝙蝠的鸣叫声以及一些人工超声波声音，例如轻轻敲打报纸。

输入传感器检测到的“超声波”被提升并馈送至产品检测器。由于BFO稳定性可能没有多大意义，因此包括一个非稳态多谐振荡器。除了所需的信号差分外，电路还自行生成BFO信号以及求和频率，然后在固定为4 kHz的低通滤波器内终止。

这里产生的信号再次被放大以操作一组耳机。该电路的工作电流约为8毫安，因此它可以轻松地由9伏干电池供电。

简易超声波发射机

它是一种振荡器电路，其频率由换能器的规格决定。换能器的阻抗曲线与晶体相同，采用最小串联共振在39.8 kHz伴随着最高并联共振略高于它在41.5 kHz。

在变送器电路中，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，该特定反馈足以触发振荡。

电容C1和C4禁止电路进入三次谐波或相同泛音的振荡模式，而C5用于将串联谐振电平向上切换到大约500hz，以增强与接收机的匹配。

接收机

由换能器产生的输出频率是交流电的形式，这是相对于被检测的信号(专门40khz)。由于这只是一个非常小的量，它通过晶体管Q1和Q2被放大了约70分贝。Q1/Q2级的直流稳定是由电阻R1和R3固定的，而C1是用来关闭这个反馈路由的40khz ac信号。

Q2输出由二极管D1整流，随着输入信号的升高，IC1的引脚2电压变得更负。对于足够强大的输入信号，放大器只需对输出进行削波，输出信号对强大信号的响应会产生一个方波，在+/-供电轨上跳跃。

1C1的工作原理类似于一个比较器，它比较引脚2的电压，这意味着声音的音量与引脚3上的参考电压。只要引脚#2电位低于引脚3，即在存在输入信号的情况下，IC1输出变高（约10.5伏），触发BJT Q3，进而打开继电器。

相反的动作发生时，引脚2在一个更大的电压比引脚3。少量的正反馈是由电阻R9提供，以产生一个小迟滞，禁止继电器断断续续。

如果电阻器R9与电容器C4互换，则IC1变为单稳态，这意味着如果输入信号仅短暂可用，则继电器可能在大约一秒钟后关闭。如果输入信号保持1秒以上，继电器将保持开路状态，持续时间相当于没有信号。

印刷电路板设计

规格

• 40 kHz频率:
• 范围:5米
• 最大调制频率(不带继电器输出):250hz
• 输出：继电器，发出光束时闭合
  电源：
• 变送器：14-25伏直流电
• 接收器：10-20伏直流电
• 8-20 V DC, 4 mA