超声波无线传能系统设计（可用于无线充电）

一、硬件模块

1、RT分体超声波探头

型号：TCT40-16R/T（直径16mm）

• 标称频率（KHz）：==40KHz==
• 发射声压at10v（0dB=0.02mPa）：≥117dB
• 接收灵敏度at40KHz（odB=V/ubar）：≥-65dB
• 静电容量at1KHz，<1V（PF）：2000±30%引脚那有黑的一圈是正，另外一只是接外壳为负

型号：TCT40-16R/T（直径16mm）

• 标称频率（KHz）：==40KHz==
• 发射声压at10v（0dB=0.02mPa）：≥117dB-
• 接收灵敏度at40KHz（odB=V/ubar）：≥-65dB
• 静电容量at1KHz，<1V（PF）：2000±30%引脚那有黑的一圈是正，另外一只是接外壳为负

2、双路直流电机驱动模块板器H桥

这个模块主要是驱动上面的超声波探头工作，用直流12V电源供电，用外部PWM信号隔离控制两个电机输出口的输出驱动PWM的频率，控制所用的PWM信号是5v电压，驱动输出的PWM是12v电压。模块包含两个电机驱动输出端，将超声波发射探头平分，一半并联接H桥1，另一半并联接H桥2，切记超声波发射探头有正负之分。

<img src="https://ucc.alicdn.com/images/user-upload-01/20210202104007486.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTQ2NzE1,size_16,color_FFFFFF,t_70"/><img src="https://ucc.alicdn.com/images/user-upload-01/20210202104013567.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTQ2NzE1,size_16,color_FFFFFF,t_70" />

3、方波矩形信号发生器

用来输出PWM信号，来控制上面电机模块的输出驱动的频率。当然，也可以用单片机输出PWM来控制，这里只是方便调试，直接调节滑动变阻器就可以改变输出PWM信号频率。（本设计中，我直接将PWM输出频率调节至超声波探头的==标称频率40KHz==）

4、DC-DC降压稳压电源模块

由于电源为直流12v，而控制端的供电为5v，所以需要降压至5v，（我用的电源适配器是交流220V50Hz转直流12v 2A，不想再加一个5v电源，所以用了一个降压模块）

5、肖特基二极管1N60P

接收超声波探头接收到的是标准的正弦电压，若要完成点亮普通二极管，需要用肖特基二极管整流成直流电压，所用到的是最简单的单相桥式全波整流电路，

<img src="https://ucc.alicdn.com/images/user-upload-01/2021020210560965.png"/><img src="https://ucc.alicdn.com/images/user-upload-01/20210202105613185.png" />

实验测试阶段用的是1个接收探头，所以收集的能量比较少，我准备的是用5个接收探头一起接收，能量至少是1个的3倍。

二、传能原理

这个超声波传能原理比较简单，就是压电效应，我的理解是，超声波发射探头通过PWM驱动，产生机械振动，带动周围空气的振动，也就是超声波，通过一段距离的传输，达到接收探头，然后，超声波带动接收探头上的振子产生机械振动，机械振动转化为电能，这就是我上面说的正弦电压了。
可以看到，超声波无线传能可以轻松点亮4个串联的LED灯。

演示视频

三、后续制作建议

• 可以设计一个充电储能电路，将电能储存在锂电池中
• 设计一个无线通信结构，电源端采用单片机等控制，如果接收端储能完毕，则停止发射超声波传能
• 还可以添加一个运动控制结构，自动调节接收端或者发射端的角度或距离，最大化传能效率
• 用于科研研究，比如 传能距离、传能效率、传能介质等相关