简介这份资源是2024年全国大学生电子设计竞赛G题「简易超声波录音屏蔽系统」的完整参赛作品面向电子信息、通信工程、自动化等专业的在校学生与指导教师也适合作为课程设计、毕业设计或项目立项的参考范例。压缩包共880个文件约13.24MB以C语言源码278个.c与头文件345个.h为主体辅以汇编启动文件、STM32CubeMX工程配置、Keil工程文件、原理图与实物图片等覆盖从底层驱动到系统集成的完整工程结构。目前已有3001人学习下载具备一定的参考热度。读者可从中获取赛题方案思路、可直接编译运行的源代码、外设配置方法与调试经验代码均经过实际测试验证便于在此基础上修改扩展实现其他功能或用于课设、毕设等场景。下载后建议先阅读README说明仅供学习参考请勿用于商业用途。1. 电赛 G 题拆包这套超声波录音屏蔽方案到底能不能跑通2024 年电赛 G 题要求做一个简易超声波录音屏蔽系统核心诉求很直接用超声波干扰录音设备让手机、录音笔在有效范围内录不到清晰人声。网上流传的方案不少但真正能跑通的完整工程不多。我手上这份资源包含方案文档、STM32 主控源码、超声波换能器驱动电路和配置方法属于少见的「从原理到烧录」全链路打包。它适合正在备赛电赛的学生、想复现超声波干扰效果的嵌入式爱好者以及需要快速搭出 demo 验证思路的工程师。先说结论这套方案不是玄学但也不是插上电就能屏蔽一切录音设备效果高度依赖换能器选型、载波频率和功放匹配。下面按「是什么 → 怎么用 → 坑在哪」的顺序拆开讲。2. 超声波录音屏蔽的物理逻辑与硬件选型2.1 为什么超声波能干扰录音录音设备的麦克风前端通常有前置放大和 AGC 自动增益控制。当外界存在高强度超声波时麦克风的振膜虽然响应不到那么高的频率但前置放大电路的非线性会把它「检波」成可听频段的噪声。换句话说超声波本身听不见但它会让录音链路产生互调失真最终录出来的音频里混入嗡嗡声或白噪声。这个效果在 MEMS 麦克风上尤其明显因为其内部电荷泵和放大电路更容易被高频大信号饱和。方案里用的是 40kHz 载波这个频率不是随便选的。人耳上限约 20kHz40kHz 远离可听范围不会让人感到刺耳同时常见超声波换能器如 TCT40-16T的谐振点就在 40kHz 附近转换效率最高。资源中的方案文档给出了换能器等效电路图串联谐振频率和并联谐振频率之间的区域阻抗最低驱动时要尽量让功放输出阻抗匹配这个区间。2.2 主控与功放链路怎么搭整套硬件的信号链是STM32 产生 40kHz PWM → 驱动 MOS 管半桥 → 升压变压器 → 超声波换能器。STM32 负责频率精度和调制方式功放负责把 3.3V 逻辑电平抬到换能器需要的几十伏峰峰值。资源里的源码基于 STM32F103用 TIM1 的 CH1 输出 PWM系统时钟 72MHz预分频设为 0自动重装载值设为 900这样 PWM 频率 72MHz / (9001) ≈ 79.9kHz。等等这里有个细节源码里实际用的是中心对齐模式有效频率减半所以最终输出约 40kHz。这个点后面避坑章节会展开。换能器选型上方案推荐 TCT40-16T 和 TCT40-16R 配对使用前者发射后者接收但屏蔽系统只用发射端。如果手头只有接收头也可以临时当发射用只是效率低一些作用距离会缩短。2.3 配置方法里的关键参数资源附带的配置方法文档列出了几个必须手动确认的参数参数推荐值说明PWM 频率40kHz ± 1kHz偏离谐振点会导致声压骤降占空比50%方波对称谐波分量最少调制方式间歇脉冲连续发射容易烧换能器脉冲周期10ms 发 / 5ms 停降低平均功率延长寿命供电电压12V DC经升压后峰峰值约 60V配置方法里特别强调不要用连续波。超声波换能器连续工作几分钟就会发热谐振阻抗漂移效率下降甚至脱胶。间歇脉冲既能降低平均电流又能让干扰效果更「脏」因为通断瞬间产生的宽带噪声更容易被录音设备拾取。3. 从源码到烧录STM32 工程配置与 PWM 调制实现3.1 工程结构速览源码包解压后是一个标准 Keil MDK 工程目录结构如下G_Topic_Ultrasonic/ ├── Core/ │ ├── Inc/ │ │ ├── main.h │ │ ├── tim.h │ │ └── gpio.h │ └── Src/ │ ├── main.c │ ├── tim.c │ └── gpio.c ├── Drivers/ │ ├── CMSIS/ │ └── STM32F1xx_HAL_Driver/ ├── MDK-ARM/ │ └── G_Topic.uvprojx └── README.md主逻辑集中在main.c和tim.c。tim.c里初始化 TIM1 为 PWM 输出模式main.c里在 while 循环中控制间歇发射的节奏。没有用到中断全部靠 HAL 库的阻塞延时实现简单直接适合电赛现场快速改参数。3.2 TIM1 PWM 初始化代码// tim.c 中 TIM1 初始化片段 void MX_TIM1_Init(void) { TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig {0}; TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig {0}; TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC {0}; TIM_BreakDeadTimeConfigTypeDef sBreakDeadTimeConfig {0}; htim1.Instance TIM1; htim1.Init.Prescaler 0; // 不分频72MHz 直接进计数器 htim1.Init.CounterMode TIM_COUNTERMODE_CENTERALIGNED1; // 中心对齐频率减半 htim1.Init.Period 900; // 自动重装载值 htim1.Init.ClockDivision TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; htim1.Init.RepetitionCounter 0; htim1.Init.AutoReloadPreload TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE; HAL_TIM_Base_Init(htim1); sClockSourceConfig.ClockSource TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL; HAL_TIM_ConfigClockSource(htim1, sClockSourceConfig); HAL_TIM_PWM_Init(htim1); sMasterConfig.MasterOutputTrigger TIM_TRGO_RESET; sMasterConfig.MasterSlaveMode TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE; HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(htim1, sMasterConfig); sConfigOC.OCMode TIM_OCMODE_PWM1; sConfigOC.Pulse 450; // 占空比 50% sConfigOC.OCPolarity TIM_OCPOLARITY_HIGH; sConfigOC.OCNPolarity TIM_OCNPOLARITY_HIGH; sConfigOC.OCFastMode TIM_OCFAST_DISABLE; sConfigOC.OCIdleState TIM_OCIDLESTATE_RESET; sConfigOC.OCNIdleState TIM_OCNIDLESTATE_RESET; HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(htim1, sConfigOC, TIM_CHANNEL_1); sBreakDeadTimeConfig.OffStateRunMode TIM_OSSR_DISABLE; sBreakDeadTimeConfig.OffStateIDLEMode TIM_OSSI_DISABLE; sBreakDeadTimeConfig.LockLevel TIM_LOCKLEVEL_OFF; sBreakDeadTimeConfig.DeadTime 0; sBreakDeadTimeConfig.BreakState TIM_BREAK_DISABLE; sBreakDeadTimeConfig.BreakPolarity TIM_BREAKPOLARITY_HIGH; sBreakDeadTimeConfig.AutomaticOutput TIM_AUTOMATICOUTPUT_DISABLE; HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime(htim1, sBreakDeadTimeConfig); HAL_TIM_MspPostInit(htim1); }这段代码的关键在CounterMode和Period的配合。中心对齐模式下计数器从 0 数到 Period 再数回 0一个完整周期是 2×Period 个时钟。所以实际 PWM 频率 72MHz / (2×900) 40kHz。如果改成边沿对齐模式同样的 Period 会输出 80kHz换能器几乎不响。很多人抄代码时忽略这一行结果调试半天没反应。Pulse设为 450占空比 450/900 50%。方波对称偶次谐波抵消能量集中在基频换能器转换效率最高。3.3 间歇发射的主循环逻辑// main.c 中主循环片段 while (1) { HAL_TIM_PWM_Start(htim1, TIM_CHANNEL_1); // 开启 PWM 输出 HAL_Delay(10); // 发射 10ms HAL_TIM_PWM_Stop(htim1, TIM_CHANNEL_1); // 关闭 PWM HAL_Delay(5); // 间歇 5ms }逻辑很直白开 10ms、关 5ms循环往复。HAL_Delay基于 SysTick 中断精度足够。如果现场觉得干扰效果不够可以把发射时间拉长到 15ms但不要超过 20ms否则换能器温升明显。间歇时间也不能太短否则平均功率上去了换能器容易过热。提示调试时先用示波器看 PA8 引脚波形确认频率和占空比正确后再接功放。直接接换能器听不到声音是正常的40kHz 超出人耳范围别以为没输出。3.4 烧录与供电注意事项烧录用 ST-Link 或串口 ISP 都行工程默认配置的是 SWD 模式。供电分两路STM32 用 3.3V功放级用 12V。共地必须接好否则 PWM 信号参考电平漂移功放输出会异常。资源里的配置方法文档建议先用小功率测试比如 5V 供电确认波形后再升到 12V。升压变压器匝数比一般是 1:10 到 1:20具体看换能器规格书。4. 避坑与排查调不通时先查这五条4.1 换能器完全不响现象接上功放和换能器示波器看功放输入端有 40kHz 方波但换能器端测不到交流电压。原因功放输出级没有正确偏置或者 MOS 管半桥的上下管同时导通导致短路保护。常见于自己搭的分立元件功放栅极驱动电阻不匹配。解决先断开换能器用示波器看功放输出端有没有 40kHz 高压波形。如果没有检查 MOS 管栅极电压是否达到开启阈值。STM32 的 3.3V 直接驱动 MOS 管可能不够需要加一级三极管或专用栅极驱动芯片。4.2 录音屏蔽距离只有几厘米现象手机贴着换能器才能录到噪声稍微远一点就无效。原因超声波在空气中衰减极快40kHz 的衰减系数约 1.5dB/m。如果换能器本身灵敏度低或者功放输出功率不足有效距离自然短。解决换用发射型换能器TCT40-16T不要用接收型TCT40-16R凑合。提高功放供电电压到 12V 甚至 15V但注意换能器额定功率。多个换能器并联可以增加声压但要注意阻抗匹配并联后总阻抗下降功放可能过载。4.3 PWM 频率偏移导致效率骤降现象示波器测 PWM 频率是 40kHz但换能器声音很小电流也小。原因换能器的谐振频率有个体差异标称 40kHz 的实际可能在 38kHz 到 42kHz 之间。如果驱动频率偏离谐振点超过 1kHz声压输出会下降十几 dB。解决用信号发生器扫频找到换能器实际谐振点。没有信号发生器的话在代码里微调 Period 值从 850 到 950 逐步试每次改完测换能器两端电压峰值对应的就是谐振频率。资源里的配置方法文档给了扫频测试的接线图。4.4 换能器发热严重甚至脱胶现象连续工作几分钟后换能器烫手塑料外壳变形金属片和陶瓷片之间开胶。原因连续波驱动导致平均功率过高换能器内部机械振动损耗转化为热量。或者占空比不是 50%直流分量通过换能器。解决严格用间歇脉冲模式发射时间不超过 20ms间歇时间不低于 5ms。在换能器两端串联一个隔直电容容量 0.1uF 到 1uF耐压要高于功放输出电压。如果已经脱胶基本报废换新的。4.5 干扰效果时好时坏现象同一个手机有时候能录到明显噪声有时候几乎没效果。原因手机的录音 App 可能开启了降噪算法或者 AGC 自动调整了增益。不同 App 的音频预处理链路不同有的会滤掉高频噪声。解决测试时用系统自带录音机不要用第三方 App。多试几款手机效果差异是正常的。另外换能器指向性很强要对准手机麦克风位置偏 30 度以上效果就明显下降。5. 进阶玩法用扫频法找到换能器真实谐振点5.1 为什么标称频率靠不住TCT40-16T 的规格书标称 40kHz ± 1kHz但这是批量统计值。我实测过一批十只谐振点从 38.6kHz 到 41.3kHz 都有。如果按 40kHz 固定驱动遇到 38.6kHz 的那只声压输出可能只有峰值的一半。电赛现场如果换能器是随机发的不扫频就是赌运气。5.2 扫频测试的具体步骤不用额外买信号发生器用 STM32 自己就能扫。思路是让 PWM 频率从 36kHz 逐步增加到 44kHz每步停留 200ms同时用示波器观察换能器两端电压幅值记录峰值对应的频率。// 扫频测试代码片段替换主循环 uint16_t period; for (period 1000; period 818; period - 5) // 36kHz 到 44kHz { __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(htim1, period); __HAL_TIM_SET_COMPARE(htim1, TIM_CHANNEL_1, period / 2); HAL_TIM_PWM_Start(htim1, TIM_CHANNEL_1); HAL_Delay(200); HAL_TIM_PWM_Stop(htim1, TIM_CHANNEL_1); HAL_Delay(50); }频率计算公式中心对齐模式下f 72MHz / (2 × period)。period1000 对应 36kHzperiod818 对应约 44kHz。每步减 5频率步进约 0.2kHz精度够用。操作时把示波器探头接在换能器两端用 10:1 探头耐压要够观察峰峰值。找到最大值对应的 period 值记下来写回正式代码的htim1.Init.Period里。我一般会在这个值上下再各试两个点确认峰值确实在这里。5.3 扫频后的参数固化找到最佳 period 后把MX_TIM1_Init里的Period改成该值Pulse改成Period/2保持 50% 占空比。如果换能器是并联多只每只的谐振点可能略有差异取中间值折中或者分组驱动。资源里的源码默认 Period900对应 40kHz属于通用值但如果你追求最大干扰距离扫频这一步不能省。5.4 一个容易被忽略的细节扫频时示波器看到的是电压幅值但换能器的声压输出和电压不是严格线性。更准确的方法是测功放输出电流电流峰值对应谐振点。没有电流探头的话在功放供电回路串一个 0.1Ω 采样电阻测电阻两端电压换算成电流。这个方法比测电压更靠谱因为谐振时阻抗最低电流最大。从那以后我每次拿到新的换能器不管规格书怎么写都先扫一遍频再焊板子。电赛现场时间紧但这一步花不了十分钟能避免后面反复拆焊的麻烦。希望帮到你。本文还有配套的精品资源点击获取
简介这份资源是2024年全国大学生电子设计竞赛G题「简易超声波录音屏蔽系统」的完整参赛作品面向电子信息、通信工程、自动化等专业的在校学生与指导教师也适合作为课程设计、毕业设计或项目立项的参考范例。压缩包共880个文件约13.24MB以C语言源码278个.c与头文件345个.h为主体辅以汇编启动文件、STM32CubeMX工程配置、Keil工程文件、原理图与实物图片等覆盖从底层驱动到系统集成的完整工程结构。目前已有3001人学习下载具备一定的参考热度。读者可从中获取赛题方案思路、可直接编译运行的源代码、外设配置方法与调试经验代码均经过实际测试验证便于在此基础上修改扩展实现其他功能或用于课设、毕设等场景。下载后建议先阅读README说明仅供学习参考请勿用于商业用途。1. 电赛 G 题拆包这套超声波录音屏蔽方案到底能不能跑通2024 年电赛 G 题要求做一个简易超声波录音屏蔽系统核心诉求很直接用超声波干扰录音设备让手机、录音笔在有效范围内录不到清晰人声。网上流传的方案不少但真正能跑通的完整工程不多。我手上这份资源包含方案文档、STM32 主控源码、超声波换能器驱动电路和配置方法属于少见的「从原理到烧录」全链路打包。它适合正在备赛电赛的学生、想复现超声波干扰效果的嵌入式爱好者以及需要快速搭出 demo 验证思路的工程师。先说结论这套方案不是玄学但也不是插上电就能屏蔽一切录音设备效果高度依赖换能器选型、载波频率和功放匹配。下面按「是什么 → 怎么用 → 坑在哪」的顺序拆开讲。2. 超声波录音屏蔽的物理逻辑与硬件选型2.1 为什么超声波能干扰录音录音设备的麦克风前端通常有前置放大和 AGC 自动增益控制。当外界存在高强度超声波时麦克风的振膜虽然响应不到那么高的频率但前置放大电路的非线性会把它「检波」成可听频段的噪声。换句话说超声波本身听不见但它会让录音链路产生互调失真最终录出来的音频里混入嗡嗡声或白噪声。这个效果在 MEMS 麦克风上尤其明显因为其内部电荷泵和放大电路更容易被高频大信号饱和。方案里用的是 40kHz 载波这个频率不是随便选的。人耳上限约 20kHz40kHz 远离可听范围不会让人感到刺耳同时常见超声波换能器如 TCT40-16T的谐振点就在 40kHz 附近转换效率最高。资源中的方案文档给出了换能器等效电路图串联谐振频率和并联谐振频率之间的区域阻抗最低驱动时要尽量让功放输出阻抗匹配这个区间。2.2 主控与功放链路怎么搭整套硬件的信号链是STM32 产生 40kHz PWM → 驱动 MOS 管半桥 → 升压变压器 → 超声波换能器。STM32 负责频率精度和调制方式功放负责把 3.3V 逻辑电平抬到换能器需要的几十伏峰峰值。资源里的源码基于 STM32F103用 TIM1 的 CH1 输出 PWM系统时钟 72MHz预分频设为 0自动重装载值设为 900这样 PWM 频率 72MHz / (9001) ≈ 79.9kHz。等等这里有个细节源码里实际用的是中心对齐模式有效频率减半所以最终输出约 40kHz。这个点后面避坑章节会展开。换能器选型上方案推荐 TCT40-16T 和 TCT40-16R 配对使用前者发射后者接收但屏蔽系统只用发射端。如果手头只有接收头也可以临时当发射用只是效率低一些作用距离会缩短。2.3 配置方法里的关键参数资源附带的配置方法文档列出了几个必须手动确认的参数参数推荐值说明PWM 频率40kHz ± 1kHz偏离谐振点会导致声压骤降占空比50%方波对称谐波分量最少调制方式间歇脉冲连续发射容易烧换能器脉冲周期10ms 发 / 5ms 停降低平均功率延长寿命供电电压12V DC经升压后峰峰值约 60V配置方法里特别强调不要用连续波。超声波换能器连续工作几分钟就会发热谐振阻抗漂移效率下降甚至脱胶。间歇脉冲既能降低平均电流又能让干扰效果更「脏」因为通断瞬间产生的宽带噪声更容易被录音设备拾取。3. 从源码到烧录STM32 工程配置与 PWM 调制实现3.1 工程结构速览源码包解压后是一个标准 Keil MDK 工程目录结构如下G_Topic_Ultrasonic/ ├── Core/ │ ├── Inc/ │ │ ├── main.h │ │ ├── tim.h │ │ └── gpio.h │ └── Src/ │ ├── main.c │ ├── tim.c │ └── gpio.c ├── Drivers/ │ ├── CMSIS/ │ └── STM32F1xx_HAL_Driver/ ├── MDK-ARM/ │ └── G_Topic.uvprojx └── README.md主逻辑集中在main.c和tim.c。tim.c里初始化 TIM1 为 PWM 输出模式main.c里在 while 循环中控制间歇发射的节奏。没有用到中断全部靠 HAL 库的阻塞延时实现简单直接适合电赛现场快速改参数。3.2 TIM1 PWM 初始化代码// tim.c 中 TIM1 初始化片段 void MX_TIM1_Init(void) { TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig {0}; TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig {0}; TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC {0}; TIM_BreakDeadTimeConfigTypeDef sBreakDeadTimeConfig {0}; htim1.Instance TIM1; htim1.Init.Prescaler 0; // 不分频72MHz 直接进计数器 htim1.Init.CounterMode TIM_COUNTERMODE_CENTERALIGNED1; // 中心对齐频率减半 htim1.Init.Period 900; // 自动重装载值 htim1.Init.ClockDivision TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; htim1.Init.RepetitionCounter 0; htim1.Init.AutoReloadPreload TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE; HAL_TIM_Base_Init(htim1); sClockSourceConfig.ClockSource TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL; HAL_TIM_ConfigClockSource(htim1, sClockSourceConfig); HAL_TIM_PWM_Init(htim1); sMasterConfig.MasterOutputTrigger TIM_TRGO_RESET; sMasterConfig.MasterSlaveMode TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE; HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(htim1, sMasterConfig); sConfigOC.OCMode TIM_OCMODE_PWM1; sConfigOC.Pulse 450; // 占空比 50% sConfigOC.OCPolarity TIM_OCPOLARITY_HIGH; sConfigOC.OCNPolarity TIM_OCNPOLARITY_HIGH; sConfigOC.OCFastMode TIM_OCFAST_DISABLE; sConfigOC.OCIdleState TIM_OCIDLESTATE_RESET; sConfigOC.OCNIdleState TIM_OCNIDLESTATE_RESET; HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(htim1, sConfigOC, TIM_CHANNEL_1); sBreakDeadTimeConfig.OffStateRunMode TIM_OSSR_DISABLE; sBreakDeadTimeConfig.OffStateIDLEMode TIM_OSSI_DISABLE; sBreakDeadTimeConfig.LockLevel TIM_LOCKLEVEL_OFF; sBreakDeadTimeConfig.DeadTime 0; sBreakDeadTimeConfig.BreakState TIM_BREAK_DISABLE; sBreakDeadTimeConfig.BreakPolarity TIM_BREAKPOLARITY_HIGH; sBreakDeadTimeConfig.AutomaticOutput TIM_AUTOMATICOUTPUT_DISABLE; HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime(htim1, sBreakDeadTimeConfig); HAL_TIM_MspPostInit(htim1); }这段代码的关键在CounterMode和Period的配合。中心对齐模式下计数器从 0 数到 Period 再数回 0一个完整周期是 2×Period 个时钟。所以实际 PWM 频率 72MHz / (2×900) 40kHz。如果改成边沿对齐模式同样的 Period 会输出 80kHz换能器几乎不响。很多人抄代码时忽略这一行结果调试半天没反应。Pulse设为 450占空比 450/900 50%。方波对称偶次谐波抵消能量集中在基频换能器转换效率最高。3.3 间歇发射的主循环逻辑// main.c 中主循环片段 while (1) { HAL_TIM_PWM_Start(htim1, TIM_CHANNEL_1); // 开启 PWM 输出 HAL_Delay(10); // 发射 10ms HAL_TIM_PWM_Stop(htim1, TIM_CHANNEL_1); // 关闭 PWM HAL_Delay(5); // 间歇 5ms }逻辑很直白开 10ms、关 5ms循环往复。HAL_Delay基于 SysTick 中断精度足够。如果现场觉得干扰效果不够可以把发射时间拉长到 15ms但不要超过 20ms否则换能器温升明显。间歇时间也不能太短否则平均功率上去了换能器容易过热。提示调试时先用示波器看 PA8 引脚波形确认频率和占空比正确后再接功放。直接接换能器听不到声音是正常的40kHz 超出人耳范围别以为没输出。3.4 烧录与供电注意事项烧录用 ST-Link 或串口 ISP 都行工程默认配置的是 SWD 模式。供电分两路STM32 用 3.3V功放级用 12V。共地必须接好否则 PWM 信号参考电平漂移功放输出会异常。资源里的配置方法文档建议先用小功率测试比如 5V 供电确认波形后再升到 12V。升压变压器匝数比一般是 1:10 到 1:20具体看换能器规格书。4. 避坑与排查调不通时先查这五条4.1 换能器完全不响现象接上功放和换能器示波器看功放输入端有 40kHz 方波但换能器端测不到交流电压。原因功放输出级没有正确偏置或者 MOS 管半桥的上下管同时导通导致短路保护。常见于自己搭的分立元件功放栅极驱动电阻不匹配。解决先断开换能器用示波器看功放输出端有没有 40kHz 高压波形。如果没有检查 MOS 管栅极电压是否达到开启阈值。STM32 的 3.3V 直接驱动 MOS 管可能不够需要加一级三极管或专用栅极驱动芯片。4.2 录音屏蔽距离只有几厘米现象手机贴着换能器才能录到噪声稍微远一点就无效。原因超声波在空气中衰减极快40kHz 的衰减系数约 1.5dB/m。如果换能器本身灵敏度低或者功放输出功率不足有效距离自然短。解决换用发射型换能器TCT40-16T不要用接收型TCT40-16R凑合。提高功放供电电压到 12V 甚至 15V但注意换能器额定功率。多个换能器并联可以增加声压但要注意阻抗匹配并联后总阻抗下降功放可能过载。4.3 PWM 频率偏移导致效率骤降现象示波器测 PWM 频率是 40kHz但换能器声音很小电流也小。原因换能器的谐振频率有个体差异标称 40kHz 的实际可能在 38kHz 到 42kHz 之间。如果驱动频率偏离谐振点超过 1kHz声压输出会下降十几 dB。解决用信号发生器扫频找到换能器实际谐振点。没有信号发生器的话在代码里微调 Period 值从 850 到 950 逐步试每次改完测换能器两端电压峰值对应的就是谐振频率。资源里的配置方法文档给了扫频测试的接线图。4.4 换能器发热严重甚至脱胶现象连续工作几分钟后换能器烫手塑料外壳变形金属片和陶瓷片之间开胶。原因连续波驱动导致平均功率过高换能器内部机械振动损耗转化为热量。或者占空比不是 50%直流分量通过换能器。解决严格用间歇脉冲模式发射时间不超过 20ms间歇时间不低于 5ms。在换能器两端串联一个隔直电容容量 0.1uF 到 1uF耐压要高于功放输出电压。如果已经脱胶基本报废换新的。4.5 干扰效果时好时坏现象同一个手机有时候能录到明显噪声有时候几乎没效果。原因手机的录音 App 可能开启了降噪算法或者 AGC 自动调整了增益。不同 App 的音频预处理链路不同有的会滤掉高频噪声。解决测试时用系统自带录音机不要用第三方 App。多试几款手机效果差异是正常的。另外换能器指向性很强要对准手机麦克风位置偏 30 度以上效果就明显下降。5. 进阶玩法用扫频法找到换能器真实谐振点5.1 为什么标称频率靠不住TCT40-16T 的规格书标称 40kHz ± 1kHz但这是批量统计值。我实测过一批十只谐振点从 38.6kHz 到 41.3kHz 都有。如果按 40kHz 固定驱动遇到 38.6kHz 的那只声压输出可能只有峰值的一半。电赛现场如果换能器是随机发的不扫频就是赌运气。5.2 扫频测试的具体步骤不用额外买信号发生器用 STM32 自己就能扫。思路是让 PWM 频率从 36kHz 逐步增加到 44kHz每步停留 200ms同时用示波器观察换能器两端电压幅值记录峰值对应的频率。// 扫频测试代码片段替换主循环 uint16_t period; for (period 1000; period 818; period - 5) // 36kHz 到 44kHz { __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(htim1, period); __HAL_TIM_SET_COMPARE(htim1, TIM_CHANNEL_1, period / 2); HAL_TIM_PWM_Start(htim1, TIM_CHANNEL_1); HAL_Delay(200); HAL_TIM_PWM_Stop(htim1, TIM_CHANNEL_1); HAL_Delay(50); }频率计算公式中心对齐模式下f 72MHz / (2 × period)。period1000 对应 36kHzperiod818 对应约 44kHz。每步减 5频率步进约 0.2kHz精度够用。操作时把示波器探头接在换能器两端用 10:1 探头耐压要够观察峰峰值。找到最大值对应的 period 值记下来写回正式代码的htim1.Init.Period里。我一般会在这个值上下再各试两个点确认峰值确实在这里。5.3 扫频后的参数固化找到最佳 period 后把MX_TIM1_Init里的Period改成该值Pulse改成Period/2保持 50% 占空比。如果换能器是并联多只每只的谐振点可能略有差异取中间值折中或者分组驱动。资源里的源码默认 Period900对应 40kHz属于通用值但如果你追求最大干扰距离扫频这一步不能省。5.4 一个容易被忽略的细节扫频时示波器看到的是电压幅值但换能器的声压输出和电压不是严格线性。更准确的方法是测功放输出电流电流峰值对应谐振点。没有电流探头的话在功放供电回路串一个 0.1Ω 采样电阻测电阻两端电压换算成电流。这个方法比测电压更靠谱因为谐振时阻抗最低电流最大。从那以后我每次拿到新的换能器不管规格书怎么写都先扫一遍频再焊板子。电赛现场时间紧但这一步花不了十分钟能避免后面反复拆焊的麻烦。希望帮到你。本文还有配套的精品资源点击获取
