本文介绍的超声波遥控器工作在直流状态下,具有体积小,功耗低、调试方便等优点。此外,接收机的灵敏度较高,在室内使用时没有严格的方向性,抗干扰能力也较强。整机可适用于对一些家用电器的开关遥控或延时遥控。工作距离可达10m以上。很适合电子爱好者自制。
电路工作原理
1.发射机 其电路如图1所示。由IC1中的A和B非门电路构成一个振荡器,电位器RP用来调节振荡频率,二极管VD1的极性影响占空比。我们将其振荡频率调在40kHz,经过C、D和E、F门电路驱动超声波发射传感器40T向空间发射40kHz的超声波信号。当按下开关SB时,指示管LED发光,同时表明发射电路开始工作。

2.接收机 其电路如图2所示。当来自发射机的40kHz方波信号被接收机上的接收传感器40R收到后,先由V1、V2和F1、F2放大。这里的前两级放大器均采用高增益共射极形式,C2为耦合电容器在第二极放大器上设有RC选频网络,能较好地克服环境中的超声波干扰,如物品撞击等而引起的误动作,可以抑制噪声的干扰。经选频后的指令信号由C8耦合到IC1中的F1与非门的1脚和2脚输入端。由F1和F2等组成的放大电路将信号再次放大后,经VD1、VD2倍压检波,R14、C11整流变成直流电压加到F3和F4组成的整形电路输入端,整形后的指令信号上升沿或下降沿都变得陡峭,可以更好地触发由V4组成的开关电路导通,或触发由IC2组成的记忆单元翻转。

若将图中的A和B两点断开,在B点和地之间接入3~12V电池(或用两节5号电池)即可以用来驱动发光二极管,小灯泡或儿童玩具中的直流电机等即负载1。此直流工作电路体积较小,功耗也可以调整在15μA以下(静态)。
若在负载1处不接任何东西,根据前面所述可知,在F4输出的指令信号上升沿将作用于IC2中的单稳态电路输入端11脚CP2上,使得其Q2输出高电平,与Q2相连的3脚CP1也输入高电平,从而使得双稳态电路的输出端1脚Q1翻转为高电平。这里我们将IC2双D触发器中的一个D触发器接成平稳态脉冲展宽电路,当Q2端输出高电平时,经R18给C12充电,超过S2端转换电压时Q2翻转变为低电平,Q2端输出脉冲宽度T≈0.7R18C12。由于CMOS电路输入阻抗较高,故R18的值可以取得较大些,而C12相应地可以取小些,这样可以防止因发射机开关SB的抖动而造成多个脉冲使输出状态不定,从而较有效地提高了电路的稳定性。
从IC2中的双稳态输出端1脚Q1输出的高电平去触发V5开关三极管导通,从而驱动继电器KR开始工作,KR1-1吸合,负载2工作。与此同时工作指示管HL点亮。这里的负载2适用于各种家用电器,如电视、电扇、灯具等等。
元器件选择
发射机和接收机中的超声波传感器可以选用40T和40R,或者选用UCM-40T和UCM-40R,或TCT40-1F和TCT40-1S等同类型产品。
接收机中的RC选频网络,可以根据所选用的传感器谐振频率f\(_{o}\)的数值灵活选择。RC移相式选频网络的起振条件为β>29+23/n+4/n\(^{2}\),n=R/ri,ri为放大电路的输入阻抗,其振荡频率为fo≈(1/2πRC)·1/\(\sqrt{2(2}\)/n+3) 。一般取f\(_{o}\)≈1/2π6RC,β>29即可。在本电路中,取谐振中心频率为fo≈40kHz,由此而选择C4=C5=C6=C=1000P,R>=R8=R9=1624Ω,V1~V5的放大倍数β=100。其余集成电路和阻容元件按电路中所示数值、型号选择即可。
调试与制作
1.发射机 如果元器件事先经过挑选测试,则只要安装正确,焊接牢固,接通电源后按下SB即可以工作。其输出谐振频率可以用示波器检测,调节可调电阻R3使得40T传感器两端正好为40kHz方波即可。在没有示波器的情况下,可以和安装好的接收机联合调试而获得发射机正确的40kHz方波。
2.接收机 将选择好的元器件正确安装在制作好的元器件印刷板上,经检查无误即可进行联合调试。若为初次安装此类电路者,则在调试时先不要接通220V交流电源,而先将IC3输出端断开,为调试方便暂时将负载1用一支发光二极管LED1代替,在B点接入12V直流电源。然后将发射机上的40T对准接收机上的40R,按下发射机上的SB,调节其中的RP可调电阻,直到接收机上的HL和接入的发光二极管LED1能够点亮为止,若再次按下SB,接入的发光二极管LED1应该熄灭,则说明整机已基本调好。然后再逐渐拉大发射机和接收机的距离,重复上述调试过程,直到遥控距离满意为止。
最后再接通220V交流电源,用万用表测试IC3的输出端是否为12V直流电压,在确保稳压电源部分无误的情况下,再将IC3的输出端接通在电路中而进行最后的实用调试。若此时按下发射机上的SB能使得KRl-l吸合或者释放,则接收机和发射机工作无误。仔细调节发射机上的RP,直到能获得较理想的遥控距离为止。(魏怀鹏)