簡易驅(qū)蚊器設(shè)計課設(shè)

1、桂林電子科技大學(xué)課程設(shè)計（論文）報告用紙桂林電子科技大學(xué)課程設(shè)計（論文）報告用紙摘 要每當(dāng)夏日來臨人們在避免高溫暴曬的同時也在想方設(shè)法消除蚊子的侵襲，但傳統(tǒng)的方法存在很多弊端，不能有效的驅(qū)除蚊子，同時也不符合當(dāng)代提倡綠色環(huán)保社會的要求。本次課程設(shè)計要做的就是通過超聲波來驅(qū)逐蚊蟲，所謂的超聲波驅(qū)蚊就是通過仿生學(xué)原理設(shè)計相應(yīng)電路使其能夠產(chǎn)生頻率在21KHZ-23KHZ的超聲波，這個頻率范圍的超聲波可以使懷卵期間的雌蚊子避而遠(yuǎn)之，從而達(dá)到驅(qū)蚊的效果。本課程設(shè)計通過DXP軟件畫出PCB原理圖，以及最終的做板環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了產(chǎn)生21KHZ-23KHZ頻率的超聲波，有一定的驅(qū)蚊效果?？傮w上實現(xiàn)了預(yù)期的功能。關(guān)

2、鍵詞：驅(qū)蚊；超聲波 ；單結(jié)晶體管AbstractWhen the summer comes, in avoid high temperature exposure at the same time trying to eliminate the mosquitoes, but the traditional methods, there are many disadvantages cannot effectively expelling mosquito, also do not accord with the requirement of present society advocates

3、 the green environmental protection.The curriculum design to do is to expel mosquitoes by ultrasound, the so-called ultrasonic drive midge is through the principle of bionics design corresponding circuits to produce in 21 KHZ - 23 KHZ frequency ultrasound, the frequency range of the ultrasonic can m

4、ake pregnant female mosquitoes away during egg, so as to drive midge effect.This course design through DXP software schematic diagram, draw the PCB board, and ultimately do link, realizes the produce 21 KHZ - 23 KHZ frequency ultrasonic, there is a certain drive midge effect. On the whole, the desir

5、ed function.Key words：Drive midge ；Ultrasonic ；Unijunction transistor目錄引言.11 超聲波驅(qū)蚊的簡介.11.1 生物學(xué)原理.11.2 超聲波技術(shù).12設(shè)計要求及方案.22.1 課程設(shè)計要求.22.2 設(shè)計方案.22.3設(shè)計原理及原理圖.22.4器件選擇.22.5重要器件介紹.3 2.5.1單結(jié)晶晶體管BT33F.32.5.2壓電陶瓷片.53 各模塊的原理與分析.53.1 振蕩模塊.53.1.1 模塊組成.53.1.2電路分析.53.2 放大模塊.73.1.1 模塊組成.73.1.2 電路分析.74 實現(xiàn)與調(diào)試.84.1硬件配

6、置圖.84.2 實驗數(shù)值估算.94.3數(shù)據(jù)測量.94.4輸出波形圖.104.5測試結(jié)果及分析.115 結(jié)論.12謝辭.13參考文獻(xiàn).14第 2 頁 共 15 頁桂林電子科技大學(xué)課程設(shè)計（論文）報告用紙引言:蚊子會咬人沒錯但是很多人都不知道其實公蚊子要人，只吸食植物的汁液。咬人的蚊子一般都是懷卵的雌蚊，。而雌蚊在懷卵期間又不喜歡與雄蚊接近,它們一感覺到雄蚊所發(fā)出的頻率在21一23kHz的超聲波信號，就會避而離去。所以根據(jù)生物學(xué)原理設(shè)計了電子驅(qū)蚊器，使其發(fā)出模擬雄蚊的超聲波，從而驅(qū)逐雌蚊，避免蚊子叮咬。1. 超聲波驅(qū)蚊的簡介1.1生物原理雖然說人類聽不出超聲波，但不少動物卻有此本領(lǐng)。它們可以利用超

7、聲波“導(dǎo)航”、追捕食物，或避開危險物。大家可能看到過夏天的夜晚有許多蝙蝠在庭院里來回飛翔，它們?yōu)槭裁丛跊]有光亮的情況下飛翔而不會迷失方向呢？原因就是蝙蝠能發(fā)出210萬赫茲的超聲波，同樣蚊子也可以識別超聲波，咬人的蚊子一般都是懷卵的雌蚊。而雌蚊在懷卵期間又不喜歡與雄蚊接近,它們一感覺到雄蚊所發(fā)出的頻率在21一23kHz的超聲波信號，就會避而離去。1.2超聲波技術(shù)聲波是屬于聲音的類別之一，屬于機械波，聲波是指人耳能感受到的一種縱波，其頻率范圍為16HZ-20KHZ。當(dāng)聲波的頻率低于16HZ時就叫做次聲波，高于20KHZ則稱為超聲波聲波。聲波是物體機械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物質(zhì)的

8、質(zhì)點在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運動。如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動，這種振動狀態(tài)通過空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。 超聲波是指振動頻率大于20000Hz以上的,其每秒的振動次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20000Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點是超聲頻率高，波長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性，目前腹部超聲成象所用的頻率范圍在 25MHz之間，常用為33.5MHz（每秒振動1次為1Hz，1MHz=106Hz,即每秒振動100萬次

9、，可聞波的頻率在1620000HZ 之間）。超聲波的兩個主要參數(shù)：頻率：F20KHz（在實際應(yīng)用中因為效果相似，通常把F15K的聲波也稱為超聲波）功率密度：p=發(fā)射功率(W)/發(fā)射面積(cm2);通常p0.3w/cm22 設(shè)計要求及方案 2.1課程設(shè)計要求（1）通過相應(yīng)原理設(shè)計制作方案，使其能產(chǎn)生頻率為21KHZ23KHZ的超聲波信號（2）繪制相應(yīng)原理圖，并制作硬件以實現(xiàn)驅(qū)蚊的功能2.2設(shè)計方案利用單結(jié)晶晶體管BT33F振蕩特性使其產(chǎn)生頻率為21KHZ-23KHZ的振蕩信號，然后通過后級放大器產(chǎn)生放大信號，耦合至壓電陶瓷片，從而產(chǎn)生超聲波。2.3 設(shè)計原理及原理圖圖2.1電源經(jīng)Rl、RP向電容

10、C1充電，當(dāng)充電達(dá)峰點電壓時，單結(jié)晶體管VT1開啟，并經(jīng)電阻R3放電，當(dāng)C1兩端的電壓下降到峰點以下時，單結(jié)晶體管截止。如此反復(fù)充電放電，產(chǎn)生振蕩。調(diào)節(jié)電位器RP能改變振蕩頻率，使之在2123kHz左右。該振蕩信號經(jīng)電容C2耦合至VT2組成的放大電路，放大后的信號由電容C3輸出，給壓電陶瓷蜂鳴片發(fā)出超聲波。2.4 器件選擇：Q1-單結(jié)晶晶體管BT33FQ2-三極管9018（=120）RP1-電位器51kR1-電阻1kR2-電阻100R3- -電阻1kR4-電阻47kR5-電阻300R6-電阻1kBT1-電源6v9v直流電D1-發(fā)光二極管ledS1-三角開關(guān)C1-電容0.047fC2-電容0.0

11、1fC3-電容 0.1fCR1-壓電陶瓷片HTD_27A測試儀器：示波器V-252 直流穩(wěn)壓電源 萬用表2.5重要器件介紹：2.5.1單結(jié)晶體管BT33F（1）單結(jié)晶體管又稱雙基極二極管其構(gòu)造是在一片高電阻率的N型硅片一側(cè)的兩端各引出一個電極，分別稱為第一基極B1和第二基極B2。而在硅片是另一側(cè)較靠近B2處制作一個PN結(jié)，在P型硅上引出一個電極，稱為發(fā)射極E。兩個基極之間的電阻為RBB，一般在215kW之間，RBB一般可分為兩段，RBB=RB1+RB2，RB1是第一基極B1至PN結(jié)的電阻；RB2是第一基極B2至PN結(jié)的電阻。圖2.2圖2.3（2）特性分析 在基極電源電壓UBB一定時，單結(jié)管的電

12、壓電流特性可用發(fā)射極電流IE和發(fā)射極與第一基極B1之間的電壓UBE1的關(guān)系曲線來表示，該曲線又稱單結(jié)管伏安特性，如下圖所示。圖2.4三個區(qū)域的分界點是P(稱為峰點)和V（稱為谷點）。UP、IP分別稱為峰點電壓和峰點電流；UV、IV分別稱為谷點電壓和谷點電流。由等效電路圖2.5可知圖2.5 （2.1）式中 稱單結(jié)管分壓比，一般為0.50.8。上式表明峰點電壓隨基極電壓改變而改變，（3）主要功能：用于電路的起振，產(chǎn)生相對頻率的振蕩可構(gòu)成可控整流電路從而把交流電變換為電壓值可以調(diào)節(jié)的直流電（4）BT33F的管腳判別：判斷單結(jié)晶體管發(fā)射極E的方法是：把萬用表置于R*100擋或R*1K擋，黑表筆接假設(shè)的

13、發(fā)射極，紅表筆接另外兩極，當(dāng)出現(xiàn)兩次低電阻時，黑表筆接的就是單結(jié)晶體管的發(fā)射極。單結(jié)晶體管B1和B2的判斷方法是：把萬用表置于R*100擋或R*1K擋，用黑表筆接發(fā)射極，紅表筆分別接另外兩極，兩次測量中，電阻大的一次，紅表筆接的就是B1極。2.5.2 壓電陶瓷片圖2.5（1）壓電陶瓷片是一種電子發(fā)音元件，在兩片銅制圓形電極中間放入壓電陶瓷介質(zhì)材料，當(dāng)在兩片電極上面接通交流音頻信號時，壓電片會根據(jù)信號的大小頻率發(fā)生震動而產(chǎn)生相應(yīng)的聲音來。壓電陶瓷片由于結(jié)構(gòu)簡單造價低廉，被廣泛的應(yīng)用于電子電器方面如：玩具，發(fā)音電子表，電子儀器，電子鐘表，定時器等方面（2）正負(fù)極判斷：中心部分為其正極，四周的銅片為

14、其負(fù)極3 各模塊的原理與分析3.1振蕩模塊3.1.1模塊組成單結(jié)晶體管與電阻Rl、R2、R3、電位器RP及電容C1組成前級-單結(jié)晶振蕩電路。 3.1.2電路分析單結(jié)晶體管振蕩電路圖2.5（1）當(dāng)合上開關(guān)S后，電源通過R1、R2加到單結(jié)管的兩個基極上，同時又通過R、RP向電容器C充電，uC按指數(shù)規(guī)律上升。在uC（uC=uE）UP時，單結(jié)管截止，R1兩端輸出電壓近似為0。當(dāng)uC達(dá)到峰點電壓UP時，單結(jié)管的E、B1極之間突然導(dǎo)通，電阻RB1急劇減小，電容上的電壓通過RB1、R1放電，由于RB1、R1都很小，放電很快，放電電流在R1上形成一個脈沖電壓uo。當(dāng)uC下降到谷點電壓UV時，E、B1極之間恢復(fù)

15、阻斷狀態(tài)，單結(jié)管從導(dǎo)通跳變到截止，輸出電壓uo下降到零，完成一次振蕩。 （2）當(dāng)E、B1極之間截止后，電源又對C充電，并重復(fù)上述過程，結(jié)果在R1上得到一個周期性尖脈沖輸出電壓電路的工作過程是利用了單結(jié)管負(fù)阻特性和RC充放電特性，如果改變RP，便可改變電容充放電的快慢，使輸出的脈沖前移或后移，從而改變控制角，控制了晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通的時刻。顯然，充放電時間常數(shù)=RC大時，觸發(fā)脈沖后移，大，晶閘管推遲導(dǎo)通；小時，觸發(fā)脈沖前移，小，晶閘管提前導(dǎo)通。圖2.6（3）觸發(fā)脈沖頻率計算：RBB=RB1+RB2 （公式3.1）=RB1/RBB（公式3.2）（公式3.3）注：稱單結(jié)管分壓比，一般為0.50.8 3.

16、2放大模塊3.2.1模塊組成三極管Q2與電阻R4,R5構(gòu)成后一級-放大電路3.2.2電路分析圖2.7放大電路的功能是利用三極管的電流控制作用，或場效應(yīng)管電壓控制作用，把微弱的電信號（簡稱信號，指變化的電壓、電流、功率）不失真地放大到所需的數(shù)值，實現(xiàn)將直流電源的能量部分地轉(zhuǎn)化為按輸入信號規(guī)律變化且有較大能量的輸出信號。放大電路的實質(zhì)，是一種用較小的能量去控制較大能量轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換裝置。放大電路組成的原則是必須有直流電源，而且電源的設(shè)置應(yīng)保證三極管或場效應(yīng)管工作在線性放大狀態(tài)；元件的安排要保證信號的傳輸，即保證信號能夠從放大電路的輸入端輸入，經(jīng)過放大電路放大后從輸出端輸出；元件參數(shù)的選擇要保證信號

17、能不失真地放大，并滿足放大電路的性能指標(biāo)要求（1） 各元件作用 三極管V：實現(xiàn)電流放大。集電極直流電源Ucc :確保三極管工作在放大狀態(tài)。 集電極負(fù)載電阻Rc :將三極管集電極電流的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓?，以實現(xiàn)電壓放大?；鶚O偏置電阻Rb :為放大電路提供靜態(tài)工作點。（2） 工作原理Ui直接加在三極管V的基極和發(fā)射極之間，引起基極電流Ib作相應(yīng)的變化 。 通過V的電流放大作用，V的集電極電流Ic也將變化 。 Ic的變化引起V的集電極和發(fā)射極之間的電壓Uce變化。 Uce中的交流分量Uce經(jīng)過C2暢通地傳送給負(fù)載RL，成為輸出交流電壓Uo,，實現(xiàn)了電壓放大作用。 耦合電容C1和C2 :隔直流通交流。

18、（3）靜態(tài)工作點估算： IB=(UCC-UBE)/RB（公式3.4）IC=IB （公式3.5）UCE=UCC-ICRC （公式3.6）4 實現(xiàn)與調(diào)試4.1硬件配置圖圖4.14.2實驗數(shù)值估算（1）單結(jié)晶體管振蕩頻率范圍估算根據(jù)公式（3.1）（3.2）（3.3）知頻率范圍8khzf50khz（2）估算靜態(tài)工作點根據(jù)公式（3.4）（3.5）（3.6）得出靜態(tài)工作點Ib=0.11mAIc=11mA Uce=3v4.3數(shù)據(jù)測量（1）單結(jié)晶體管振蕩電路：用萬用表用萬用電表R10檔分別測量EB1、EB2間正、反向電阻（測量前需要將單結(jié)晶管在電路中卸下）REB1REB2RBE1RBE2RBB12.365k1

19、0.063k78.532k69.530k10.250K表4.1（2）單極晶體管共射放大電路：測量靜態(tài)工作點：不加輸入信號，將放大器輸入端接地UBQUCQUBEQUCEQ0.7V2.24V0.70V2.24V表4.2（3）調(diào)節(jié)電位器觀察示波器使其振蕩頻率在2123KHZ，然后測量各級電壓電壓UEB1UEB2UB1UB2UE 1.3 V 2.1V 2.5V0.17V3.5V 表4.3（4）測量放大倍數(shù)Av，保持電位器固定，觀察示波器，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)RLUiUOAV=UO/Ui23k980.78V 3.01V3.858表4.44.4輸出波形圖：4.4.1單結(jié)晶體管振蕩電路輸出波形圖4.24.4.2超聲

20、波驅(qū)蚊器輸出波形圖4.34.5結(jié)果及分析由所測各項數(shù)據(jù)可知調(diào)試結(jié)果（在誤差允許范圍內(nèi)）與估算值基本相同（1）單結(jié)晶體管振蕩頻率在5KHZ到48KHZ內(nèi)可調(diào)（2）單極晶體管共射放大電路工作在放大狀態(tài)由實測波形可知（1）單極共射放大電路對前級輸入信號的放大倍數(shù)約為4倍（2）單結(jié)晶體管充電時間長于放電時間，且充放電過程之間為突變電源通過R1、R2加到單結(jié)管的兩個基極上，同時又通過R1、RP1向電容器C1充電，充電電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升。在uC小于峰點電壓Up時，單結(jié)管截止，R3兩端輸出電壓近似為0。當(dāng)uC達(dá)到峰點電壓UP時，單結(jié)管的E、B1極之間突然導(dǎo)通，電阻RB1急劇減小，電容上的電壓通過RB1、

21、R1放電，由于RB1、R1都很小，所以放電很快，放電電流在R3上形成一個脈沖電壓uo。當(dāng)uC下降到谷點電壓UV時，E、B1極之間恢復(fù)阻斷狀態(tài)，單結(jié)管從導(dǎo)通跳變到截止，輸出電壓uo下降到零，完成一次振蕩。5 結(jié)論本次設(shè)計雖然能產(chǎn)生驅(qū)蚊效果但也存在很多弊端，如：（1）超聲波驅(qū)蚊器雖然能夠產(chǎn)生驅(qū)蚊效果但是因為存在不同種類蚊子對超聲波頻率敏感程度不同等原因使得其產(chǎn)生的超聲波并不能做到對所有蚊子產(chǎn)生驅(qū)逐效果。（2）該設(shè)計采用蓄電池供電，隨這使用時間的增長其電源電壓會降低從而對頻率產(chǎn)生一定的影響。（3）雖然超聲波人類聽不到但是也會對人體產(chǎn)生一些危害。但好處也顯而易見，其有效的避免了傳統(tǒng)驅(qū)蚊的費時費力以及污染問題。本次課程設(shè)計雖然過程坎坷，遇到很多不懂或難以解決的問題，但是結(jié)果是令人滿意的。其最終實現(xiàn)驅(qū)蚊效果，能夠有效的產(chǎn)生頻率21KHZ-23KHZ