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亚超声遥控电路制作及改进,Wireless remote controller
关键字：超声，遥控
作者：王平
一、电路分析
亚超声遥控电路由直流供电、声波换能器、选频放大、触发信号产生、双稳态电路、控制电路及指示部分等组成，虽然是较成熟的综合实训电路，但因其实用性强，在改进、拓展电路功能方面仍留有许多空间。
其原理方框图如上图所示，电原理图如下图所示。
220V交流电压经电容降压式Rl、Cl降压后直接送到桥式整流电路Vl—V4进行整流，再经过C2滤波得到约20V左右的较平滑的直流电，又经过降压电阻R2和滤波电容C3后得到约8V左右的直流电压（以上电压是指开关“断开”时的电压，开关“闭合”时，以上电压会降低，C2、C3两端电压分别约为7.5V和2.5V），即为整个电路的直流供电电源。
VT1和VT2组成触发信号产生电路，R3是VT1的偏置电阻，可以调节遥控灵敏度，声波换能器ZD(带蜂鸣腔的压电陶瓷片)、电感L、电容器C4组成并联谐振电路，谐振频率约为18kHz。当气囊发出18kHz亚超声波时，声波换能器ZD将接收到的亚超声波信号转换成相应的电信号，经过VT1放大，由三极管VT1的集电极并联谐振回路选取18kHz信号，再通过耦合电容C5送到三极管VT2进行放大和整形，以负尖脉冲形成经R5、C6输出，即产生了能控制双稳态电路的触发信号。
VT3、VT4等元件构成典型的双稳态电路，该电路具有对称性，由于VT3和VT4的性能参数不可能绝对一致，当VT4放大能力略好于VT3时，有负尖脉冲输入时，首先VT4导通，VC4≈0.3V，促使VT3截止，这是一种稳定状态；当又有尖脉冲输入时，VT4由导通变成截止。VT3由截止变成导通，这又是一种稳定状态。VT4导通时，VC4—0.3V，通过R12使VT5截止，VC5输出高电平，继电器J两端的电压为O，开关J是“断开”的，发光二极管LED也不亮。即遥控开关处于“断开”状态。当VT4截止时，VC4≈8V，通过R12使VT5饱和导通，vc5≈0.3V，继电器两端的电压约为12V，开关J是“闭合”的，发光二极管LED发光指示，即遥控开关处于“关闭”状态，插在遥控开关上的用电设备即可工作。
二、元件选择
二极管Vl～V8选用1A、1000V的1N4007型二极管，特别是Vl~V4，要保证其耐压不低于400V。VT2选用PNP型三极管9012或9015，放大倍数B>200，其余选用NPN型9014三极管，VT3、VT4要求尽可能特性一致，放大倍数B>100。降压电容器Cl的容量是0.47μF，耐压400V，应当选用优质的涤纶电容器，其余主要元器件按下图参数选择。继电器J选用工作电压为12V的小型继电器，型号是4098。电感器L的电感量是6.8mH。
三、装配要求和方法
工艺流程：准备→熟悉工艺要求→绘制装配草图→核对元件数量、规格、型号→元件检查→元器件预加工→电路板装配、焊接→总装加工→自检和互检。
首先对照元器件清单，认真查对元件及配件的数量，并用万用表检测阻容元件、二极管、三极管等元件的质量。然后看懂原理图，熟悉印刷电路板。依照电路整体结构，除二极管采用卧式安装外，其余阻容元件、三极管等元器件采用立式安装，并紧靠电路板，安装电解电容器、发光二极管、整流二极管，三极管的有极性元件时注意方向，千万不要插反装错。继电器的焊接时间不要过长，否则会损坏开关触点，两个铜件（插座）要求焊接要牢固，不能有松动，另两个铜件（插头）用“十”字起子固定在印刷电路板上。声波换能器装在前机壳的蜂鸣腔内，用电烙铁将周边的塑料溶化后固定蜂鸣腔，再用热溶胶固定其两根引出线，直接焊在电路板相应位置。声波换能器若装配不好，将直接影响遥控距离，不可大意。
在通电测试前，对已完成装配、焊接的工件仔细检查质量，重点是装配的准确性，包括元件的位置、有极性元件的极性、电源变压器的一次侧、二次侧等；焊点质量应该无虚焊、假焊、及搭焊，无空隙、毛刺等；应无影响安全性指标的缺陷；未通电情况下用万用表在路电阻测量法对装配好的电路板进行检测；元器件整形。
由于电路板直接与220V电源相接，安全性尤为重要。
四．调试要求和方法
为保证安全，先在C2两端接入12～20V直流电源，检测用气囊能否使继电器动作，如能正常开和关，即可装好外壳，进行交流调试，将遥控开关插入220V的交流电源上，把需要遥控的负载电器插入遥控开关的插座中，捏动气囊既可在10m内有效控制电路的开和关。
注意：可用实验电源12~16V直流档调试，加在C2两端，在LED发光时（继电器J吸合），其端电压约为7.5V。实际一般C2电压在10V以上均可工作。
上图所示电路可以控制200VA左右的电器。如果被控制电路功率较大或电感性负载（如：电风扇、空调、电动机等），需要更换接触点功率较大的继电器。
熟悉函数信号发生器面板，利用Sl01函数信号发生器观察相关的方波及分频。
五．故障的排除及改进
①通电LED指示灯不亮：检查Rl或R2是否烧坏开路，电路中是否存在短路故障。VT2的be结虚焊或开路，也会出现上述故障。检查时，可以瞬间短路c、e两端，如继电器J有动作，则故障在VT2之前。否则重点检查双稳态电路VT3、VT4、V6、V7、C7、C8相关元器件，是否存在虚焊或其它问题。在电压基本正常时，可以测量VT3、VT4、VT5基极电压，在按动气囊时，电压约在0.05-0.7V之间摆动，如果正常，则为VT5不良。
②遥控时，可以使J吸合，但不能释放，被控用电器不能够切断电源。重点查C7、V6、R8是否有虚焊、开路等故障，VT5有无击穿。如继电器不断吸合和释放，一般为C2虚焊或开路（容量减小也会）。另一类情况：电路只翻转一次，即每次插电后，可以遥控吸合，但不能遥控断电，通常为C7、C8其中之一容量减少，也可能是V6、V7中有一只击穿所致。
③如发现遥控时LED亮，但继电器不吸合情况，大多是因为C2两端电压（一般要求大于10V）过低所致。这时应当注意检查负载是否过重，R2后的电路是否有短路情况。
④如果发现继电器衔铁不停地吸合颤抖的声音，几秒钟后停止，同时伴随LED熄灭，继电器衔铁最终失电释放，一般则是由于C2容量不足或减小（小于10μF）所致。
⑤一些地方夏天因电网电压过低（低于160V），也会造成C2两端电压过低等，使继电器不吸合，这时可适当增加Cl到0.68μF，即可使电路正常工作。
⑥遥控距离近：如电路装配正确，可将原来的耦合电容C5(1μF)改成4.7μF或6.8μF增加遥控距离。
降压电阻Rl在l00-750kQ其间选择，C4容量下降或偏差过大，也会使遥控距离变近。由于元器件参数的离散性，谐振电容C4调试容量一般在0.01~0.022μF间选择，均可正常工作。另外，三极管VT1放大倍数选择过小，声波换能器性能不佳等，都会造成遥控距离过近。
⑦在橡皮气囊损坏或缺失情况下，换成医用滴眼药用容量约为20ml左右的塑料小瓶替代，配上原来的发声哨头，并且密封好接口，使用效果也不错。缺点：滴眼药用塑料小瓶耐用性差，但取材容易，不失为一种方便的替代品。
⑧为确保在刚开始加电时，VT4能够饱和导通，VT3处于截止状态，在VT3基极与地（发射极）之间并联一只2200P~0.022μF的电容，可改善电路特性。
⑨下如图中所示改装电路，分别将图中的A、B点及接地端接到相应位置。使其成为红外、亚超声波遥控两用开关电路。可以用电视机遥控器直接控制，也可以替代因为缺失遥控气囊不能使用的情况，使用非常方便。
⑩驱动可控硅时，将继电器J去除，串联一个100～200Q电阻至控制极G（双向可控硅），可控硅型号为TLC336。
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