這篇文章討論了6個(gè)非常有用但簡(jiǎn)單的超聲波發(fā)射器和接收器電路項(xiàng)目，可用于許多關(guān)鍵應(yīng)用，例如超聲波遙控器，防盜報(bào)警器，電子門(mén)鎖，以及收聽(tīng)通常人耳聽(tīng)不到的超聲波范圍內(nèi)的頻率。

許多商用超聲波設(shè)備以預(yù)定頻率工作，并利用在特定頻率下達(dá)到峰值或共振的換能器。大多數(shù)此類傳感器的帶寬和價(jià)格有限，導(dǎo)致它們不適合愛(ài)好和DIY實(shí)現(xiàn)。

但事實(shí)上，這不是問(wèn)題，因?yàn)閹缀跞魏螇弘姄P(yáng)聲器都可以像超聲波換能器一樣應(yīng)用于兩者，以發(fā)射器輸出設(shè)備和接收器傳感器的形式。

雖然壓電揚(yáng)聲器的效率無(wú)法與專門(mén)的工業(yè)換能器的效率相提并論，但作為一種愛(ài)好和有趣的項(xiàng)目，這些可以完美地工作。我們?cè)谙旅娼忉尩碾娐分惺褂玫脑O(shè)備是一個(gè) 33/4 英寸壓電高音揚(yáng)聲器，可從大多數(shù)在線商店購(gòu)買(mǎi)。

1） 最簡(jiǎn)單的超聲波發(fā)生器

圖1 這種簡(jiǎn)單的超聲波

發(fā)生器可以毫不費(fèi)力

地快速構(gòu)建。

我們的第一個(gè)電路，如上圖所示，是一個(gè)超聲波發(fā)生器，它在可調(diào)頻率非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路中使用了著名的555 IC定時(shí)器。該設(shè)計(jì)輸出方波信號(hào)，與R2配合使用，可在12 kHz至50 kHz以上的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)諧。

通過(guò)改變電容器C1的值，可以輕松調(diào)整該頻率范圍;使用較低的值將導(dǎo)致范圍變高，而較大的值將使范圍變小。

2） 具有固定50%占空比的超聲波發(fā)生器

下一個(gè)超聲波發(fā)生器，如上圖所示。如圖2所示，利用6個(gè)緩沖門(mén)的單獨(dú)4049 CMOS反相緩沖IC。

可以看到幾個(gè)緩沖器U1a和U1b連接到具有50%占空比方波輸出的變頻非穩(wěn)態(tài)振蕩器電路中。

其余的4個(gè)緩沖器全部并聯(lián)連接，以增強(qiáng)所連接壓電陶瓷元件的輸出。這種更好的超聲波發(fā)生器的頻率范圍與以前的IC 555版本大致相似。然而，這種設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是其在整個(gè)頻率范圍內(nèi)具有50%的精確占空比。

也就是說(shuō)，通過(guò)降低電容器C1值可以提高頻率范圍，而使用更高的C1值可以降低頻率。100k電位計(jì)與電阻R3一起固定輸出頻率。

3） 鎖相環(huán)超聲波發(fā)生器

LM567鎖相環(huán)（PLL）IC用于產(chǎn)生超聲波頻率，如上圖3所示。該電路提供了許多比前兩個(gè)超聲波概念更好的功能。

首先，IC 567的內(nèi)置振蕩器被開(kāi)發(fā)用于在1 Hz以下和高達(dá)500 kHz的超大頻譜中工作。發(fā)生器的輸出波形（引腳 5）在其整個(gè)性能范圍內(nèi)表現(xiàn)出出色的對(duì)稱性。

與其他兩個(gè)電路相比，該發(fā)生器的輸出還增加了，因?yàn)檩敵雠c壓電高音揚(yáng)聲器（SPKR1）阻抗非常接近。

使用電位計(jì)R10時(shí)，電路的輸出可以在100 kHz左右調(diào)整到5 kHz以上。晶體管Q1像普通集電極電路一樣連接起來(lái)，以保持567的輸出距離，并驅(qū)動(dòng)使用晶體管Q2和Q3創(chuàng)建的輸出放大器電路。通過(guò)斷開(kāi)IC的引腳7連接并串聯(lián)開(kāi)關(guān)鍵，可以將電路更改為超聲波連續(xù)變送器。

在這種情況下，您將需要某種形式的超聲波接收器來(lái)收聽(tīng)信號(hào);這正是我們將在下一個(gè)電路中討論的內(nèi)容。

4） 超聲波接收器電路

這款可調(diào)諧 IC 567 超聲波接收器可與所解釋的

LM 567 超聲波發(fā)射器配對(duì)，以獲得最佳效果。

上圖顯示了使用具有頻率調(diào)諧功能的567 PLL IC的超聲波接收器電路。IC的可調(diào)諧振蕩器電路與早期的發(fā)生器電路相同，處理完全相同的頻率范圍。LED 位于 IC 的第 8 針檢測(cè)器引腳上，可快速指示檢測(cè)到的信號(hào)。

晶體管Q1的位置是放大壓電器件檢測(cè)到的微小超聲波信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)發(fā)到PLL上。

如何測(cè)試

要測(cè)試超聲波工作，請(qǐng)打開(kāi)IC 567超聲波發(fā)生器電路，并將變送器壓電陶瓷移動(dòng)到整個(gè)區(qū)域。從最小設(shè)置開(kāi)始，一點(diǎn)一點(diǎn)地微調(diào) R5，直到您無(wú)法從揚(yáng)聲器聽(tīng)到任何聲音。這應(yīng)該將電路的輸出頻率固定在大約 16 和 20 kHz，具體取決于您的耳朵對(duì)高頻的靈敏度。

現(xiàn)在，打開(kāi)超聲波接收器電路并將其壓電換能器放置在距離發(fā)生器揚(yáng)聲器約12英寸的地方，盡管其目標(biāo)方向完全相同。通過(guò)R5調(diào)整接收器，從最小頻率點(diǎn)（對(duì)應(yīng)于電位器的最大電阻范圍）開(kāi)始，一點(diǎn)一點(diǎn)地最大化頻率，直到看到接收器的LED剛剛亮起。

如果您看到接收器沒(méi)有響應(yīng)發(fā)射器輸出信號(hào)，請(qǐng)嘗試將接收器的壓電陶瓷準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)發(fā)生器的揚(yáng)聲器，并堅(jiān)持不懈地執(zhí)行此操作。一旦接收器檢測(cè)到信號(hào)并且 LED 亮起，將兩個(gè) Tx/Rx 壓電陶瓷移開(kāi)至少十英尺，然后再次開(kāi)始微調(diào)。

一旦您發(fā)現(xiàn)一切運(yùn)行令人滿意，您就可以使用發(fā)射器附加的電報(bào)鍵（引腳 7 可選）并檢查接收器上的 LED 響應(yīng)。

LED 必須通過(guò)以您使用電報(bào)鍵點(diǎn)擊的點(diǎn)破折號(hào)樣式閃爍來(lái)對(duì)此做出響應(yīng)。這種超聲波發(fā)生器/接收器套件的另一個(gè)應(yīng)用可以是簡(jiǎn)單的防盜報(bào)警傳感器。

在接收器 LM5 的引腳 8 和電池的正極上連接一個(gè) 567 V 繼電器。將 Tx 和 Rx 壓電陶瓷設(shè)備布置得相距約一英尺，并聚焦在同一路徑內(nèi)，但要避開(kāi)任何附近的物體。

如果一個(gè)人靠近一對(duì)揚(yáng)聲器并靠近一對(duì)揚(yáng)聲器的前側(cè)，超聲波頻率將被反射回來(lái)，觸發(fā)接收器的繼電器打開(kāi)。繼電器的輸出觸點(diǎn)可用于打開(kāi)警報(bào)或警報(bào)器設(shè)備。

5） 高靈敏度超聲波接收電路

最后的超聲波接收器電路設(shè)計(jì)實(shí)際上是一個(gè)非常靈敏的超聲波接收器，可以輕松拾取超聲波頻率范圍內(nèi)的幾乎任何東西。你可以聽(tīng)昆蟲(chóng)、蝙蝠通訊、引擎等;該想法也可以與上述解釋的超聲波發(fā)生器結(jié)合使用，以開(kāi)發(fā)高質(zhì)量的超聲波系統(tǒng)。

該設(shè)計(jì)采用直接轉(zhuǎn)換原理。晶體管Q1和Q2可增強(qiáng)壓電揚(yáng)聲器檢測(cè)到的超聲波信號(hào)。然后，Q2的集電極輸出用于驅(qū)動(dòng)JFET（Q3）輸入，可以看到JFET輸入像產(chǎn)品檢測(cè)器電路一樣連接在一起。

本概念中的PLL（U1）級(jí)類似于可調(diào)諧外差振蕩器，其額外饋送JFET檢波器電路的輸入。入站超聲波信號(hào)與外差振蕩器的頻率相結(jié)合，產(chǎn)生總和和差頻率。

高頻元件通過(guò)C3、R8和C6分量網(wǎng)絡(luò)濾除。剩余的低頻輸出允許通過(guò) LM386 音頻放大器輸入進(jìn)入。揚(yáng)聲器或耳機(jī)可以連接到電路的音頻輸出。

6） 另一個(gè)超聲波接收器電路，用于收聽(tīng) 20 kHz 范圍以上的聲音

我們耳朵的頻率檢測(cè)范圍幾乎不超過(guò) 13 kHz 頻率。超聲波探測(cè)器的功能是通過(guò)切換高頻噪聲的頻率來(lái)打破這一限制，例如狗哨聲、幾乎聽(tīng)不見(jiàn)的氣體泄漏、蝙蝠嗶嗶聲和幾種人工超聲波聲音，例如輕輕敲擊報(bào)紙。

輸入換能器檢測(cè)到的“超聲波”被增強(qiáng)并饋送到產(chǎn)品檢測(cè)器。包括一個(gè)非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，因?yàn)锽FO穩(wěn)定性可能沒(méi)有太大意義。除了所需的信號(hào)差分外，該電路還自行生成BFO信號(hào)以及求和頻率，然后將其端接在固定在4 kHz的低通濾波器內(nèi)。

這里產(chǎn)生的信號(hào)再次被放大以操作一組耳機(jī)。該電路的工作電流約為 8 毫安，因此可輕松由 9 V 干電池供電。