采用NE555定时器和LM386放大器自制超声波驱动狗

原理

人耳可以听见的声波频率范围为20--20，000Hz，狗可以听见的范围为15--50，000Hz。我们将以非常大的功率发出一个具有特定频率的声波，该声波应该满足以下条件：

1.处在狗可听见范围并且处在人耳可听范围外。

2.该声波具有特殊的频率，在这个频率下狗应该感到烦躁或恐惧。就好像你用粉笔刮黑板所产生的声音。

电路主要由NE555定时器、LM386音频放大器、超声波扬声器和电源组成。NE555输出20--27KHz的方波，方波被LM386放大，最后LM386推动扬声器产生超声波。我对原电路图做了以下改动：

1.在12V输入端串接一个拨动开关。

2.用1N4007替代1N4935。

3.将R1替换为3K9电阻串联2K双联可变电阻器的其中一联；将R2替换为3K9电阻串联2K双联可变电阻器的另外一联。用于改变信号频率。

D1（1N4935）是一个是整流二极管，使用1N4007替代。

C4是NE555输出信号的耦合电容。

电路图中X1-1和X1-2分别接+12V和地，是电源电压输入端；X2-1和X2-2是超声波扬声器1的信号输入端和地；X3-1和X3-2是超声波扬声器2的信号输入端和地。原作者设计了两个扬声器。扬声器的数量应该根据实际情况调整，文中只使用了一个。

原理图（版权归原作者所有，改动未标识在原理图上）

元件清单

洞洞板 *1

NE555 *1

LM386 *1

DIP8芯片座 *2（可选）

323x7型超声波扬声器 *1（最好两个）

1N4007整流二极管 *1

LED红 *1

常开按键开关 *1（可选）

拨动开关 *1

2K双联可变电阻器 *1

3K9电阻 *2（对功率没有特殊要求，下同）

47K电阻 *1

33K电阻 *1

18K电阻 *1

10R电阻 *1

4.7nF（472）瓷片电容 *1

10nF（103）瓷片电容 *1

0.1uF（104）瓷片电容 *1

47nF（473）瓷片电容 *1

0.1uF铝电解电容 *1

1uF铝电解电容 *1

所有元件合照（图中不包含扬声器和双联可变电阻器）

部分元件介绍

NE555：NE555是一种常见的定时器，最大供电电压为18V，笔者使用9V。其工作在多谐振荡器模式，3号引脚输出20--27KHz的方波（方波的参数计算公式见下面，输出信号频率可通过双联电阻器调节）。

NE555P-DIP8

NE555引脚定义

NE555内部框图

Tw1=0.7（R2+R1）C2------输出高电平宽度

Tw2=0.7R1C2--------------输出低电平宽度

f=1.44/［（R2+2R1）C］----------输出方波频率

q=（R1+R2）/（2R1+R2）----输出信号占空比

（所有参数的单位应该按照国际标准单位配置）

NE555输出方波示例（f=47KHz，Vpp=1V）

LM386：一款常见的低电压音频放大器。LM386 N-1供电电压最大为12V，笔者使用9V。本原理图中的LM386增益为20dB（100倍），如果需要改变增益，参考数据手册。

LM386实物

LM386引脚定义

LM386等效电路图

典型应用

LM386放大NE555方波后的波形（f=47KHz，Vpp=10V，可以看见信号失真）

超声波扬声器（高音喇叭）：一种输出声波频率比一般的扬声器更宽的扬声器，型号为323x7的压电喇叭，频响范围2--27KHz，阻抗4--8欧，使用万用表测量两端电阻均为无穷大。可以用它发出人类无法听到的声波。

实物（正）

实物（反）

可变电阻器：用于改变输出信号的频率，其中R1和R2大小相等且同时变化。输出信号为20KHz时R1=R2且对应于5K1，为27KHz时R1=R2且对应于3K8。信号输出的占空比恒为66%。注意，双联电阻器的两联不同步将导致信号频率偏移。

实物

1N4007整流二极管：一种常见的整流二极管，在此电路中用于防止电源接反。

1N400X二极管参数

完成后

正面（图中未添加LED和按键开关，下同）

反面

测试结果

1.使用可变电阻器进行频率调节时，频率不是按预期的单调变化，频率变化有如下规律：7KHz--》28.7KHz--》19.8KHz。原因是双联可变电阻器的两联不是严格的同步变化，两联之间存在一些误差。

2.尝试用耳朵听时，发现声音十分刺耳，刺耳不是指声音大，而是令人感到恶心。应该避免长时间听此声音，其对听觉系统有影响。

3.找了一条狗进行测试，当我走进它时，它开始狂叫。这时我打开驱狗器，它好像听到了什么，就不叫了，很神奇。

4.功耗如下： 45--88mA @12V

38--68mA @9V

改进措施

1.可以尝试使用精度更高的双联可变电阻器，用以消除频率误差。

2.在上述拨动开关处再并联一个按键开关（可以更方便地控制驱狗器）。

3.如果你要训练你的狗，那么你需要为这个电路添上一个麦克风和其他一些电路，也就是被动式驱狗器。

4.当使用此装置时，人耳可听见喇叭发出刺耳的声音，可以想办法滤除该声音。

后续

1.如果想要增大输出功率，可以尝试并联多个超声波扬声器或使用其他的运算放大器。

2.有条件的话，我会再找一些狗，测试我的驱狗器。感谢反馈。目前，测试了一只狗（就是那只烦人的狗）。

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