超声波防盗报警器的设计论文分析：原理、框图、发射电路详解

　　小时候跟小伙伴们一起抓的蝙蝠是我们最早接触到超声波这个概念，蝙蝠能利用微弱的超声回波在黑暗中飞行并捕捉食物。现在超声波的应用非常多，比如在医院常见的彩超就是典型应用，还有超声波洗牙也是大家经常能够见到的。

　　利用超声波的反射定律可以探测物体，超声波探测器有着广泛的用途，例如，自动开关门的检测、控制器；电梯自动启动器；防盗报警探测器等。这种探测器的特点是可以判断被探测区域内有无活动的人动物或其它移动的物体，控制围较大，可靠性高。

　　首先我们先来认识下超声波，人耳能听见频率在20~20000赫的声音。当声音的频率高于20000赫时，人耳就听不见了，这时的声音叫“超声波”。

　　超声波是声波的一部分，只是它的频率高于20KHZ，超声波和声波有共同之处，即都是由物质振动而产生的，并且只能在介质中传播，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。

　　超声波具备束射特性，也就是说从声源发出的声波向某一方向（其他方向甚弱）定向地传播，称之为束射。 超声波由于它的波长较短，当它通过小孔（大于波长的孔）时，会呈现出集中的一束射线向一定方向前进。又由于超声方向性强，所以可定向采集信息。同样当超声波传播的方向上有一障碍 物的直径大于波长时，便会在障碍物后产生“声影”。这些犹如光线通过小孔和障碍物一样，所以超声波具有和光波相似的束射特性。

　　超声波防盗报警器原理

　　利用超声波的特性，根据反射回来声波的特性，再转换成需要的电信号就可以实现报警。超声波防盗报警器原理是用超声波传感器作为发射头和接收头， 发射器向被探测区域发射等幅超声波，接收器接收反射回来的超声波，在没有移动物体进入被探测区域时，反射回来的超声波是等幅的。当有活动的物体进入探测区域时，反射回来的超声波幅度不等，并且不断变化，接收电路检测到变化的信号控制电路做出反应即驱动报警。

　　超声波防盗报警器按照其结构和安装方法不同分为两种类型：一种是将两个超声波换能器安装在同一个壳体内，即收、发合置型，其工作原理是基于声波的多普勒效应，也称为多普勒型。其发射的超声波的能场分布具有一定的方向性，一般为面向方向区域呈椭圆形能场分布。

　多普勒型工作原理

　　另一种是将两个换能器分别放置在不同的位置，即收、发分置型，称为声场型探测器，它的发射机与接收机多采用非定向型（即全向型）换能器或半向型换能器。非定向型换能器产生半球型的能场分布模式，半向型产生锥形能场分布模式。

     超声波发射电路设计

　　超声换能器及其发射电路是超声测距系统中的关键组成部分， 它决定了一个系统所能达到的最终指标，超声换能器一旦选定， 其性能参数如机械共振频率、声波辐射等效电阻等也已确定发射电路没汁的好坏将直接影响超声波的发射效率。超声检测中常用的发射电路可以分为三类，即单脉冲发射电路， 方波调制的脉冲波发射电路和连续波发射电路，这三类电路各有其特点，可根据应用场合选用。我们采用555定时器配以少量的电阻、电容等元件设计了一种超声波发射电路，它可以三类电路的方式工作。

　　超声波发射电路设计分析：由F1~F3三门振荡器在F3的输出为40kHZ方波，工作频率主要由C1、R1和RP决定，用RP可调电阻来调节频率。 F3的输出激励换能器T40-16的一端和反向器F4，F4输出激励换能器T40-16的另一端，因此，加入F4使激励电压提高了一倍。电容C3、C2平衡F3和F4的输出，使波形稳定。电路中反向器F1~F4用CC4069六反向器中的四个反向器，剩余两个不用（输入端应接地）。电源用9V叠层电池。测量F3输出频率应为40kHZ±2kHZ，否则应调节RP。发射超声波信号大于8m。

超声波发射电路

超声波发射电路

　　超声波连续波信号发送电路

　　超声波防盗报警器框图

超声波防盗报警器的硬件设计