多功能驅(qū)蟲器的設(shè)計

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）正文多功能驅(qū)蟲器的設(shè)計職業(yè)技術(shù)教育學(xué)院應(yīng)用電子技術(shù)教育專業(yè)徐秋（07440118）指導(dǎo)老師：趙海星（教授）摘要：人們研究發(fā)現(xiàn)，老鼠、蟑螂、蚊蠅等害蟲對頻率23KHz~59KHz的超聲波感到厭惡。多功能驅(qū)蟲器由555定時器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生基本信號，通過計數(shù)器多個輸出的脈沖與不同的RC電路，產(chǎn)生10個連續(xù)不同工作頻率的超聲波，在一定的空間范圍內(nèi)使形成蚊子、老鼠、蟑螂、蒼蠅等害蟲無法生存的環(huán)境，迫使他們自動遷移，也使害蟲無法在防治區(qū)范圍內(nèi)繁殖生長，從而達(dá)到驅(qū)逐老鼠、害蟲的目的。關(guān)鍵字：555定時器；計數(shù)器、超聲波；驅(qū)逐害蟲DesignofmultiinsecticideXUQiuDirector：ZHAOHai-xingAbstract:Itfoundthatrats,cockroaches,mosquitoesandotherpestsonthefrequencyofabout23KHz~59KHzultrasonicdisgusted.Multiinsecticidecomposedofthe555timermultivibratorbasicsignalgeneratedbythepulsecountermultipleoutputRCcircuitwithadifferent,resultingin10consecutivedifferentoperatingfrequencyultrasound,inacertainspacewithintheformationmosquitoes,rats,cockroaches,fliesandotherpestscannotsurviveintheenvironment,forcingthemtoautomaticallymigrate,alsounabletocontrolpestswithinthebreedingareagrowthtoachievetheexpulsionofmice,insectspurposes.Keywords:555timer;counters,ultrasonic;expulsionofpests引言人們被蚊子叮咬，皮膚起胞發(fā)癢。而且，蚊子在叮咬人們的過程中還會傳播登革熱、瘧疾病造成傳染病的肆虐。自古以來防治蚊子的方法很多。利用紗窗和蚊帳的隔離；利用固體蚊香和液態(tài)蚊香熏蒸等化學(xué)劑進(jìn)行驅(qū)趕；也有用殺蟲劑進(jìn)行滅蚊，或是用滅蚊燈，滅蚊拍等進(jìn)行物理殺蚊。然而這些傳統(tǒng)方法使用上費用較高、效果不盡理想，對環(huán)境也有不同程度的污染，使用上也有諸多的不便，尤其對辦公、醫(yī)療、居室等場所和嬰兒、老年人、患者等人群都有不適宜的方面。老鼠對人類的危害是顯而易見的，老鼠傳播各種人畜共患疾病，能攜帶200余種病原體，嚴(yán)重危害人類健康。老鼠對于農(nóng)業(yè)所造成的不良影響也是重大的，聯(lián)合國糧農(nóng)組織報告稱，全世界的農(nóng)業(yè)因鼠害所遭受的損失相當(dāng)于25個最貧窮國家的國民生產(chǎn)總值，價值170億美元。同時，老鼠也造成大面積的林業(yè)和牧業(yè)的土地面積的損害。而目前最常用的滅鼠方法主要有毒餌法和物理方法。

毒餌法滅鼠是把殺鼠劑拌入老鼠喜歡吃的食物（誘餌）配成毒餌，從而消滅它，然后它容易引起家畜的誤食，以及這種方法沒有主動性。物理方法滅鼠常用的有鼠夾、鼠籠、粘鼠膠和電貓等方法。其實用性可想而知，不夠完善。然對于城市居民正常生活的影響和危害最大的，還是在城市家庭害蟲中名列第一的蟑螂。它可以攜帶痢疾桿菌、大腸桿菌等40多種致病細(xì)菌，以及蛔蟲、線蟲、蟯蟲等多種寄生蟲卵；同時也是誘發(fā)人類哮喘和過敏的因素之一。人類一直都沒有有效的消滅蟑螂的方法，只是見之殺之。隨著科技的進(jìn)步，人們開始逐步運用科學(xué)知識尋求合理的高效的滅害方法。力求能夠達(dá)到有統(tǒng)一的滅害，將殺蚊，殺鼠，殺蟲進(jìn)行一個合并化，研制一種能夠多效的滅害的儀器或方法。當(dāng)然首當(dāng)其沖的應(yīng)該是超聲波驅(qū)蟲器。超聲波驅(qū)蟲的方法已經(jīng)開始應(yīng)用，利用蚊子、蟑螂、老鼠等害蟲對介于23KHz～59KHz之間的超聲波頻率產(chǎn)生厭惡的原理設(shè)計而成。對家中出現(xiàn)的眾多昆蟲都能有所影響，起到驅(qū)蟲的目的和效果,創(chuàng)造一個優(yōu)質(zhì)的生活環(huán)境。超聲波驅(qū)蟲器環(huán)保而且對人體無害，是現(xiàn)在所不可缺少的小電器。2系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計一臺能驅(qū)趕蚊子、蟑螂及老鼠的電子儀器。1、利用超聲波驅(qū)蟲的作用，設(shè)計能驅(qū)趕蚊子、蟑螂及老鼠等的電路。真；2、功耗低，能連續(xù)工作，人體無察覺，20米范圍有效；3、對設(shè)計的電路仿真，并制作其電路。4、撰寫設(shè)計報告。3設(shè)計的背景和意義本驅(qū)蟲器的設(shè)計是利用產(chǎn)生和發(fā)射的各種頻率，因此在一定的空間范圍內(nèi)使之能夠產(chǎn)生一個蚊子、老鼠、蟑螂、蒼蠅等害蟲無法生存的環(huán)境，迫使他們自動遷移，無法在防治區(qū)范圍內(nèi)繁殖生長，從而達(dá)到驅(qū)逐老鼠，害蟲的目的。超聲波驅(qū)蟲器產(chǎn)生的超聲波不但環(huán)保節(jié)能而且對人體無害。它發(fā)出的超聲波聲壓遠(yuǎn)離人類的耳朵聽覺范圍，對于人類及家庭寵物，不會造成任何傷害。并且不干擾家用電器。它是利用超聲波的運用以達(dá)到驅(qū)趕影響人們正常工作，生活，學(xué)習(xí)的各種蟲類。每一種昆蟲響應(yīng)一種特定的頻率的超聲波。而單一頻率是不能驅(qū)趕多種昆蟲，而且超聲波并非是單長音，必須是短促的聲音，才能使這些害蟲討厭而溜走。而超聲波在作為驅(qū)鼠的這種方法，它的研究和應(yīng)用已經(jīng)有很長的一段時間了。在中國預(yù)防醫(yī)院科學(xué)院，在20世界70年代就開始就已經(jīng)對驅(qū)鼠器的現(xiàn)場做了大量的研究以及觀察，并且得出了一些正確的具有權(quán)威性的結(jié)論。如超聲波驅(qū)蟲器在其使用前期對褐家鼠有一些肯定性的驅(qū)趕作用，但是后鼠卻對超聲波驅(qū)蟲器有表現(xiàn)出適應(yīng)的現(xiàn)象。4系統(tǒng)的設(shè)計原理4.1總體框圖及整體分析該系統(tǒng)設(shè)計是由電源電路、基準(zhǔn)電路、計數(shù)電路、振蕩電路、放大電路、超聲波發(fā)射頭六部分組成。而其中的電源電路將用于提供一個穩(wěn)定的直流電源供給后續(xù)的電路工作，即在220v的交流電源電壓用變壓器轉(zhuǎn)化交流12v電壓后在經(jīng)過電源電路將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娐匪枰?v電壓以保證整個電路的電源需求。在電源電路設(shè)計時，主要考慮其輸出電壓和功率。在這個系統(tǒng)中，芯片對電源紋波的要求不是很高，關(guān)鍵在于輸出功率。基準(zhǔn)信號電路產(chǎn)生一個1Hz的矩形波信號，提供給計數(shù)器作為輸入，因此計數(shù)器Q0~Q9的輸出端逐一輸出10個不同的高電平，這計數(shù)器輸出的10個不同的高電平輸入給振蕩電路，使其振蕩電路在這不相同的10個高電平的作用下經(jīng)過不同阻值的10個電阻，從而產(chǎn)生10個不同的振蕩頻率輸出，每一秒鐘切換一個頻率值，如此循環(huán)。振蕩電路輸出的信號是不足以達(dá)到驅(qū)蟲目的的。這個信號在空氣中會衰減，需要有足夠大的功率才能對目標(biāo)起作用。放大后的信號通過超聲波發(fā)射頭發(fā)送。超聲波驅(qū)蟲器的系統(tǒng)框圖如圖4-1所示。計數(shù)分頻電路計數(shù)分頻電路圖4-1超聲波驅(qū)蟲器的系統(tǒng)框圖4.1.1該電源電路主要是為了給后續(xù)電路提供穩(wěn)定的5v直流電源并保證其正常運作，并且同時起到一個有效控制及節(jié)能的作用。首先用合適的變壓器將220v的交流電轉(zhuǎn)化為12v的交流電，在使其經(jīng)過可調(diào)式三級穩(wěn)壓管CW317所構(gòu)成的內(nèi)部有過流過熱保護(hù)的電路后，在經(jīng)過由固定電阻R1和精密可調(diào)電位器RP1組成的電壓輸出調(diào)節(jié)電路，在這里，根據(jù)串聯(lián)分壓的分壓公式可得輸出電壓Vo≈1.25（1+RP1／R1），即輸出電壓可有RP1的調(diào)節(jié)而改變，其中，R1的電阻阻值可以選用120Ω～240Ω，而流過R1的電流為泄放電流，大小為5mA～10mA，因此電阻R1的阻值選擇240Ω。而后，電容與精密可調(diào)電位器RP1并聯(lián)構(gòu)成了濾波電路，用以減少輸出的文波電路。其與電阻R1并聯(lián)的二極管的作用是防止輸出端對地短路時后，損壞到穩(wěn)壓器件。電源電路如圖4-2所示。圖4-2穩(wěn)壓電源電路在電源電路中并用充電電容和可調(diào)電阻的串聯(lián)與電阻的并聯(lián)來實現(xiàn)時控節(jié)能。這樣設(shè)計的不足之處，定時時間短促，并且精度不高。電源電路中通過大功率三極管的連接以及它的特性完成電源的導(dǎo)通和斷開。在其中，固定電阻R2的作用是大功率三極管的基極限流，防止可調(diào)電阻調(diào)到0歐姆時，三極管基極電流過大，燒壞三極管。三極管的通斷，控制了7805穩(wěn)壓芯片是否有輸入電壓。當(dāng)三極管飽和時，7805輸出5V直流電，系統(tǒng)正常工作。當(dāng)三極管斷開時，7805沒有輸出，系統(tǒng)斷電。在這個電源電路中，開關(guān)S1可以處于三種切換狀態(tài)。第一是當(dāng)開關(guān)S1處于斷開狀態(tài)時（懸空），7805輸出電壓0v，電路不工作。第二是在開關(guān)S1接至R3電阻端時，電路輸出穩(wěn)定電壓直流5v，電路正常運行驅(qū)蟲工作。第三是在開關(guān)S1接至RP2可調(diào)電阻端時，通過電容C5，固定電阻R2,可變電阻RP2,中功率三極管Q5構(gòu)成的電路，在對電容C5充電的同時從7805輸出5v直流電壓，然后當(dāng)電容充滿電后電路便會自動斷開以達(dá)到節(jié)能，環(huán)保的功能。無論電路處于什么狀態(tài)時，而在電路中只要切換總開關(guān)K1，驅(qū)蟲電路便手動斷電，則電容C5，固定電阻R2，可調(diào)電阻RP2，指示燈D形成了一個放電回路，指示燈亮，對電容進(jìn)行放電，當(dāng)指示燈不亮?xí)r，則電容放電完成，便可在次進(jìn)行自動斷電的驅(qū)蟲效果。4.1.2在電路中，基準(zhǔn)信號電路是將一個CD4060與晶振32768和CD4013連接組成。根據(jù)CD4060的構(gòu)造及原理可知，它是由一個振蕩器和一個14級二進(jìn)制串行計數(shù)器組成的。其中的振蕩器可以是RC或者晶振電路組成，當(dāng)RC高電平時，14級二進(jìn)制串行計數(shù)器則清零，同時振蕩器無效。而CD4013是一種雙D觸發(fā)器，在以CD4013為基礎(chǔ)組成的若干個二分頻電路的基礎(chǔ)上，加上異或門等反饋控制，即可很方便地組成N/2分頻電路。此時電路中，與晶振直接相連的CD4060將晶振32768產(chǎn)生的信號，即32.768KHZ頻率，經(jīng)CD4060的14級分頻后從其3腳輸出一個大小為2Hz的矩形波信號，這個有效信號再經(jīng)過一個CD4013構(gòu)成的二分頻觸發(fā)器后被分成一個1Hz的秒信號，提供給計數(shù)器作為輸入，則4013的1腳輸出一個穩(wěn)定的大小為1HZ的矩形波信號。該驅(qū)蟲器中的基準(zhǔn)信號電路通過32768的晶振與10M的電阻并聯(lián)并與CD4060的11腳10腳相連如圖3-2，CD4060內(nèi)部9，10，11這3只腳為非門構(gòu)成了一個啟振電路，而電阻R4的兩端通過50Pf的電容接地，CD4060的12腳也同時接地，便使得CD4060的10腳產(chǎn)生一個32768Hz的矩形波信號?；鶞?zhǔn)信號電路如圖4-3所示。圖4-3基準(zhǔn)信號電路圖4.1.3計數(shù)分頻此電路中的計數(shù)器電路主要使用芯片CD4017（十進(jìn)制計數(shù)／分頻器）。從CD4013輸出的1HZ的基準(zhǔn)信號作為時鐘基準(zhǔn)信號脈沖從CD4017的14腳輸入，其中將CD4017的13腳和15腳接地構(gòu)成了一個十進(jìn)制計數(shù)器電路，使得計數(shù)器的Q0~Q9輸出端逐一輸出10個不同的高電平，這計數(shù)器輸出的10個不同的高電平輸入給振蕩電路。在我所設(shè)計的計數(shù)器電路中，從CD4017的10個輸出端Q0~Q9中輸出信號經(jīng)過二極管和電阻的串聯(lián)輸出一個頻率。即如有一個時鐘脈沖輸入的時候其中某一個輸出端口為高電平，則其他端口為低電平，然后這個高電平通過二極管和電阻輸給振蕩電路作為信號輸入。依次循環(huán)，則在每一秒會產(chǎn)生一個在害蟲厭惡范圍內(nèi)的頻率。電路如圖4-4。圖4-4計數(shù)分頻電路4.1.4如圖4-6所示的振蕩電路是主要利用NE555這塊芯片連接成的的，其工作電壓范圍在1.4v與16v之間。而NE555是一個高穩(wěn)定度脈沖控制器，它能產(chǎn)生精確定時脈沖。且其輸出驅(qū)動電流可達(dá)200mA。;在NE555處于穩(wěn)態(tài)工作方式時，它的延時時間由一個外接電阻R16和一個外接電容C16確定，則可延時數(shù)微妙到數(shù)小時。在NE555處于多諧振蕩器工作方式時，它輸出的脈沖占空比由二個外接電阻R16和一個外接電容C51和C61確定。圖4-5振蕩電路圖連接在電路中的芯片NE555產(chǎn)生10個頻率范圍在23KHz~59KHz的超聲波信號用來驅(qū)趕家中的蚊子、蟑螂、老鼠等害蟲。每一個信號的維持時間大約為一秒。這樣短促的動態(tài)變化的信號對家中的大多昆蟲都會有效過，從而營造了一個蚊子、老鼠、蟑螂等害蟲厭惡的環(huán)境，并且其范圍大于20米，使得害蟲從而逃離。如何產(chǎn)生23KHz~59KHz的頻率？是驅(qū)蟲器電路設(shè)計的關(guān)鍵。我所設(shè)計的驅(qū)蟲器電路，在計數(shù)器電路與NE555連接電路后產(chǎn)生10個短促的頻率。它的大小有計數(shù)器中的電阻和NE555的外接電阻，外接電容的大小所決定。當(dāng)Q0輸出一個高電平的時候，經(jīng)二極管D1和電阻R6（2.2K）與電阻R16（10K）、電容C61（1000P）組成了一次振蕩，這時NE5553號引腳輸出的信號為：f==64.3KHz（4-1）當(dāng)計數(shù)器Q1輸出一個高電平的時候，經(jīng)二極管D2和電阻R7（4.7K）與電阻R16（10K）、電容C61（1000P）組成了一次振蕩，這時NE5553號引腳輸出的信號為：f==57.8KHz（4-2）當(dāng)計數(shù)器Q2輸出一個高電平的時候，經(jīng)二極管D3和電阻R8（6.8K）與電阻R16（10K）、電容C61（1000P）組成了一次振蕩，這時NE5553號引腳輸出的信號為：f==53.3KHz（4-3）當(dāng)計數(shù)器Q3輸出一個高電平的時候，經(jīng)二極管D4和電阻R9（10K）與電阻R16（10K）、電容C61（1000P）組成了一次振蕩，這時NE5553號引腳輸出的信號為：f==47.6KHz（4-4）f=1/{0.7(R6+R13)*C3+0.7*R13*C3}\#"0.00"當(dāng)計數(shù)器Q4輸出一個高電平的時候，經(jīng)二極管D5和電阻R10（15K）與電阻R16（10K）、電容C61（1000P）組成了一次振蕩，這時NE5553號引腳輸出的信號為：f==40.8KHz（4-5）當(dāng)計數(shù)器Q5輸出一個高電平的時候，經(jīng)二極管D6和電阻R11（18K）與電阻R16（10K）、電容C61（1000P）組成了一次振蕩，這時NE5553號引腳輸出的信號為：f==37.5KHz（4-6）當(dāng)計數(shù)器Q6輸出一個高電平的時候，經(jīng)二極管D7和電阻R12（22K）與電阻R16（10K）、電容C61（1000P）組成了一次振蕩，這時NE5553號引腳輸出的信號為：f==34.0KHz（4-7）當(dāng)計數(shù)器Q7輸出一個高電平的時候，經(jīng)二極管D8和電阻R13（27K）與電阻R16（10K）、電容C61（1000P）組成了一次振蕩，這時NE5553號引腳輸出的信號為：f==30.3KHz（4-8）當(dāng)計數(shù)器Q8輸出一個高電平的時候，經(jīng)二極管D9和電阻R14（33K）與電阻R16（10K）、電容C61（1000P）組成了一次振蕩，這時NE5553號引腳輸出的信號為：f==26.9KHz（4-9）當(dāng)計數(shù)器Q9輸出一個高電平的時候，經(jīng)二極管D10和電阻R15（39K）與電阻R16（10K）、電容C61（1000P）組成了一次振蕩，這時NE5553號引腳輸出的信號為：f==24.2KHZ（4-10）4.1.5聲波是物體傳播能量的一種形式，即為物體的振動狀態(tài)。而振動它又是指物體的中心質(zhì)點在平衡點附近進(jìn)行的反復(fù)往返運動形式。所謂超聲波就是振動頻率大于20000Hz以上的聲波，人耳是無法感覺到這些聲音的。超聲頻率就是聲音頻率。何為聲音頻率呢？任何物體振動自然會發(fā)出聲音，而我們將它每秒鐘振動的次數(shù)變稱為聲音頻率。而頻率高于20000HZ的聲波又被我們稱為超聲波?？偹苤?，超聲波具有不能穿透障礙物、方向性強(qiáng)、傳播距離短、衰減快等特性。這是超聲波的缺點同時也是它的優(yōu)點,正因為這個特性，大部份超聲波能通過反射、及折射的方式進(jìn)行傳播，乃至覆蓋整個防治空間。這樣大的一個分布空間，正好符合我們的設(shè)計需要。超聲波的傳播途徑是通過周圍物體無數(shù)次反射的方式進(jìn)行傳播的，乃至形成超聲波防護(hù)網(wǎng)覆蓋整個防治空間。如果驅(qū)鼠器的功率不夠，超聲波在經(jīng)過數(shù)次的反射或折射后，其能量將會大打折扣，甚至衰減到無法達(dá)到驅(qū)除老鼠目的，所以使用較大功率的驅(qū)鼠器才會達(dá)到更佳驅(qū)除的效果。經(jīng)過橋式推免功率放大電路放大后的超聲波信號，能夠傳輸?shù)母h(yuǎn)使其更好的達(dá)到驅(qū)逐害蟲的目的。橋式推挽功率放大器如圖4-6所示。圖4-6橋上功率放大電路5系統(tǒng)的的測試5.1測試儀器及設(shè)備數(shù)控直流電源（GPD-3303）、數(shù)字示波器，。5.2測試的過程和方法我所設(shè)計的作品是一臺能驅(qū)趕蚊子、蟑螂及老鼠的電子儀器，即多功能驅(qū)蟲器。它是利用超聲波能夠驅(qū)蟲的原理，來產(chǎn)生10個短促的且不同的振蕩頻率輸出從而產(chǎn)生蚊子，蟑螂及老鼠等所畏懼的23khz-59kh之間的頻率，以至于達(dá)到環(huán)保型驅(qū)蟲的效果。即通過計數(shù)器各輸出的脈沖與其不同的RC電路，由555定時器組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生10個連續(xù)不同工作頻率的超聲波。它是利用對各種頻率的產(chǎn)生和發(fā)射，在一定的空間范圍內(nèi)使之能夠產(chǎn)生一個蚊子、老鼠、蟑螂、蒼蠅等害蟲無法生存的環(huán)境，迫使他們自動遷移，無法在防治區(qū)范圍內(nèi)繁殖生長。5.2.此驅(qū)蟲電路的電源電路將220v的交流電源轉(zhuǎn)化為5v直流電源，而在電源電路中有三位開關(guān)S，可以選擇自動斷電式驅(qū)蟲。電路中開關(guān)K既用與連通電路，也用于電路中充電電容的放電。因此電源電路的輸出電壓為5v。5.2.在測試電路時，插上芯片，接通電源，通電以后，在基準(zhǔn)電路中，電路的信號經(jīng)過CD4060的14級分頻后，而其10腳則由于與晶振32768直接相連，因此輸出是為正弦波，如下圖5-1所示。圖5-1CD4046十四分頻輸出而信號通過CD4060其3腳，輸出2HZ的矩形波信號，如下圖5-2所示。圖5-22Hz信號然再經(jīng)過CD4013這塊芯片構(gòu)成的一個二分頻觸發(fā)器將矩形波信號分成一個頻率只有1Hz的矩形波信號，通過CD4013的1腳輸出，作為計數(shù)器的輸入信號。其圖形為一矩形波，如圖5-3。圖5-3基準(zhǔn)信號5.2.3驅(qū)蟲信號的測試而NE555這塊芯片連接成了一個振蕩電路，從而產(chǎn)生超聲波信號，即其三腳產(chǎn)生一個矩形波信號，且其頻率在23KHz~59KHz。這個信號的頻率隨著1Hz的基準(zhǔn)時鐘改變，圖5-4為信號輸出頻率為21.7KHz。這個信號是不足以驅(qū)蟲的，還需要后及功率放大，然后在通過發(fā)射頭發(fā)射出去。圖5-4驅(qū)蟲信號6結(jié)束語通過這次畢業(yè)設(shè)計，讓我獲得了許多無法從課本上獲得的實際工作經(jīng)驗，也鞏固了自己學(xué)習(xí)的文化水平，更主要的是使我學(xué)會了自學(xué)。通過對超聲波驅(qū)蟲器的設(shè)計、安裝、調(diào)試，我學(xué)到了很多新的知識的，得到了很大的鍛煉，同時也鞏固了我在學(xué)校中所學(xué)到的知識點。本次設(shè)計雖受到一定的條件的限制，，但在指導(dǎo)老師的認(rèn)真輔導(dǎo)下，基本上達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計要求和目的。在設(shè)計過程中，涉及到很多專業(yè)的知識，，真正地把理論知識與實踐操作相結(jié)合，既鞏固理論知識，更讓我加深了對各種設(shè)備的使用。我覺得畢業(yè)設(shè)計期間的收獲遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在校的理論學(xué)習(xí)收獲，還有大大的增強(qiáng)了自己的動手能力。還使我體會到集體的力量和團(tuán)體合作