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高压静电灭虫器的研究与设计说明书.doc

高压静电灭虫器的研究与设计【机+电】【40张图纸】【全套图纸】【优秀】

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关键词：: 高压静电灭虫研究钻研设计图纸全套优秀

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高压静电灭虫器的研究与设计

39页 21000字数+说明书+任务书+答辩稿PPT+40张CAD图纸【详情如下】

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摘要

　　在现在工农业生产中，病虫害是科学研究中非常棘手的一项难题。传统的化学杀虫剂不仅杀虫效果不佳，而且对环境卫生、食品安全、人类健康等都有很大的不利影响。所以，洁净、安全的物理灭虫法的研究与设计就显得特别的必要，高压静电灭虫器的研究与设计就是在这种环境与条件下产生的。

　　本毕业论文研究和分析了高压静电的产生方法，并根据实际选择合适方案。由此来选择所需的电器元件和零件，设计灭虫器的主电路、控制电路、工作电路等。最后在设计基础上，将电器元件组成的电路集成到一块电路板上，将控制开关、电源等布置到合适位置，把工作装置设计成有益于人们应用的形式。

　　另外，在电学部分设计完成后，为灭虫器设计一个大小、重量、材料、形状合适的外壳，使其既实用又安全。

　　论文的研究结论有：

　　利用SG3525控制逆变电路可将直流电流转化成震荡的交流电，再通过MOSFET提高震荡频率。

　　利用普通变压器将低压高频交流电升压为较高压交流电流，倍压电路又将其进一步升压，并转化为高压直流静电，用于杀灭害虫。

　　为了提高杀灭害虫的功效，和杀灭不同植物上的害虫，高压灭虫器的高压探头可设计成不同形状的多电极的探头。

　　高压灭虫器的外壳为塑料材料制作的喷雾器结构形状。

本毕业设计特点与创新：

　　从环境和健康的话题出发，提出创新的杀虫方法，符合当今社会的可持续发展原则；

　　应用了电力电子技术中的PWM技术、逆变技术、倍压升压原理和SG3525、MOSFET、高压包等集成电学芯片等。

　　综合应用了机械、电工、电子、模具设计等多学科的专业知识。

　　　关键词：灭虫；高压静电；逆变；升压

第1章前言1

1.1 植物与园林植物1

1.2 园林植物病虫害的危害与现状1

1.3 植物病虫害防治2

1.3.1 化学防治2

1.3.2 其他病虫害防治方法4

1.4 本次毕业设计目的与研究内容7

1.4.1 研究目的7

1.4.2 研究内容7

1.5 本研究设计的技术路线7

第2章高压静电灭虫器电路设计8

2.1 高压静电灭虫器的方案选择8

2.1.1 方案示例8

2.1.2 方案分析与确定8

2.2高压静电灭虫器的电路设计计算11

2.2.1 高压灭虫器电路工作原理11

2.2.2 DC/AC逆变电路设计11

2.2.3 N沟道功率MOSFET 放大器75NF7520

2.2.4 升压电路设计22

2.2.5 高压探头的设计24

2.2.6 模块结构25

第3章外壳结构设计26

3.1 外壳材料选择26

3.2 结构设计26

3.2.1 背板结构设计26

3.2.2 面板结构设计29

3.2.3 输送电线装置结构设计29

3.2.4 喷头结构设计30

3.2.5 长杆结构设计30

3.2.6长杆与面板连接件结构设计31

3.2.7长杆与探头连接件结构设计32

3.2.8手柄结构设计32

3.2.8 装配图33

第4章结论与讨论34

4.1 结论34

4.2 讨论34

参考文献35

附录36

致谢44

2 高压静电灭虫器的设计

　　　（1）设计静电发生器总体结构、零件结构，做出结构图、零件图。

　　　（2）设计电路板、电路图，选择合适的电器元件，组装、配合成完整的静电发生器工作电路板，并使其外观、安全等性能达到最优。

　　　（3）利用Pro/E、CATIA等软件对灭虫器外形三维模型进行设计、零件进行组装，分析其工作过程。

1.5 本研究设计的技术路线

　　　（1）对目前农作物放虫情况进行调研，对现有农作物放虫的市场需求及现有产品进行调查分析，分析此研究的市场前景，知道本设计基本方案；

　　　（2）分析所设计的高压静电灭虫器的工作原理；

　　　（3）进行高压静电灭虫器的结构设计和工作能力的设计计算；

　　　（4）进行电路安全设计和外观设计；

　　　（5）进行高压静电灭虫器非电路部分结构的零件的二维工程图绘制；

　　　（6）关键零、部件进行三维模型设计与分析。

第2章高压静电灭虫器电路设计

2.1 高压静电灭虫器的方案选择

2.1.1 方案示例

方案一：静电、喷雾装置

　　　静电喷雾技术是应用高压静电在喷头与喷雾目标间建立一静电场，而农药液体流经喷头雾化后，通过不同的充电方式被充上电荷，形成群体电荷雾滴，然后再静电场力和其他外力的联合作用下，雾滴做定向运动而被吸附在目标的各个部位，达到沉积效率高、雾滴漂移散失少、改善生态环境等良好的性能。

方案二：中、低压静电灭虫

　　　此种静电灭虫器通过对提供的电压适当的升压，当害虫接触升压后的高压电网或灯丝时，强电流通过其身体，身体组织瞬间产生高温，使导电部分组织坏死，将害虫杀死或致残，致残的害虫在短时间内失去生存能力随之死亡，从而达到灭杀害虫的目的。

方案三：高压静电灭虫器

　　　此种静电灭虫器将电压升压到几千甚至几万伏的高压，高压电路经高压探头在一定范围内形成强电场，瞬间击穿空气放电，处于强电场中的害虫由于其身体的导电性，在强电流通过其身体时，身体组织瞬间产生高温，使导电部分组织坏死，将害虫杀死或致残，致残的害虫在短时间内失去生存能力随之死亡，从而达到灭杀害虫的目的。

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内容简介：: BBCC426.0744202040422.9646602011636113214024014脳1214脳52脳 62脳 35036078.32969813266脳 2.56脳 R 416.93133023124590118122762702805230瑗垮寳鍐滄灄绉戞妧澶鏈虹數瀛櫌闈鏉JMC鈥0鈥1鑱氭隘涔欑儻鍥鏍鏍璁閲缃姣渚1:3鍏寮绗寮璁璁鏍囧噯鍖鍒鍥瀹瀹宸鑹鏃鏈瀹鏍鏃鏈搴忓彿澶勬暟鏇存敼鏂囦欢鍙绛惧瓧鏃湡鎶鏈姹 1銆佹敞濉戜欢涓嶅緱鏈夌己闄凤紱 2銆侀浂浠惰闈幓姣涘埡銆鍏儴 BBCC426.0744202040422.9646602011636113214024014脳1214脳52脳 62脳 35036078.32969813266脳 2.56脳 R 416.9313302312459011812276270280523070瑗垮寳鍐滄灄绉戞妧澶鏈虹數瀛櫌闈鏉JMC鈥0鈥1鑱氭隘涔欑儻鍥鏍鏍璁閲缃姣渚1:3鍏寮绗寮璁璁鏍囧噯鍖鍒鍥瀹瀹宸鑹鏃鏈瀹鏍鏃鏈搴忓彿澶勬暟鏇存敼鏂囦欢鍙绛惧瓧鏃湡鎶鏈姹 1銆佹敞濉戜欢涓嶅緱鏈夌己闄凤紱 2銆侀浂浠惰闈幓姣涘埡銆鍏儴 BBCC96.9613214脳614脳3.514脳768609252352.197431083420300326.96169.94112.95604460270100280140506.96 25121321402409068.967脳 37脳 614脳144590118122318.96瑗垮寳鍐滄灄绉戞妧澶鏈虹數瀛櫌鑳屾澘JMC鈥0鈥2鑱氭隘涔欑儻鍥鏍鏍璁閲缃姣渚1:3鍏寮绗寮璁璁鏍囧噯鍖鍒鍥瀹瀹宸鑹鏃鏈瀹鏍鏃鏈搴忓彿澶勬暟鏇存敼鏂囦欢鍙绛惧瓧鏃湡鍏儴鎶鏈姹 1銆佹敞濉戜欢涓嶅緱鏈夌己闄凤紱 2銆侀浂浠惰闈幓姣涘埡銆附表1：（指导教师用）西北农林科技大学 2011 届本科毕业论文（设计）立题审批表论文（设计）题目高压静电灭虫器的研究与设计题目来源国家级课题省部级课题厅局级课题校级课题横向课题其他性质基础研究应用研究应用基础研究其他题目完成形式毕业论文毕业设计指导教师朱琳职称副教授从事专业机械工程协助指导教师职称从事专业立题理由（立题背景、目的和意义，不少于300字）中国是农业生产大国，在农业生产领域，目前仍然以化学农药防虫为主。随着化学农药的连年使用，农林作物害虫的抗药性也不断增加，用药量也在增加，对环境的污染愈来愈严重。农药对农业的污染，直接或间接的带来了牧业、渔业的污染乃至对人类及其环境的直接危害，加之农药的剧毒和高效一步步升级,导致人类的生存环境及生命安全面临严峻威胁。解决问题的根本思路应该是摆脱植物防护对农药的依赖。如何利用现代先进的科学技术，结合传统的精耕细作进行果蔬的种植管理，以及病虫害的综合防治，生产绿色食品是中国农业打开“绿色通道”，走向国际市场的重要一步。近年来，人们不断寻求高效低毒的农药，可是没有毒性的农药是不存在的。物理防治方法的有效应用可最大限度的减少农药的使用，保护生态环境。用静电灭虫是一种不用农药、不污染环境、不残留的物理灭虫方法。高压静电场对病菌也有明显的致死作用。静电技术作为一门新兴的边缘学科,其应用已经渗透到农业的各个领域,甚至作为改造传统农业生产的方式和手段之一。为此，本论文基于高压静电放电原理，进行一种高压静电灭虫器的研究与设计，来替代传统的化学农药灭虫。指导教师签名： 2010年11 月26 日毕业论文（设计）工作领导小组意见：组长签名：年月日高压静电灭虫器的研究与设计摘要在现在工农业生产中，病虫害是科学研究中非常棘手的一项难题。传统的化学杀虫剂不仅杀虫效果不佳，而且对环境卫生、食品安全、人类健康等都有很大的不利影响。所以，洁净、安全的物理灭虫法的研究与设计就显得特别的必要，高压静电灭虫器的研究与设计就是在这种环境与条件下产生的。本毕业论文研究和分析了高压静电的产生方法，并根据实际选择合适方案。由此来选择所需的电器元件和零件，设计灭虫器的主电路、控制电路、工作电路等。最后在设计基础上，将电器元件组成的电路集成到一块电路板上，将控制开关、电源等布置到合适位置，把工作装置设计成有益于人们应用的形式。另外，在电学部分设计完成后，为灭虫器设计一个大小、重量、材料、形状合适的外壳，使其既实用又安全。论文的研究结论有：（1）利用SG3525控制逆变电路可将直流电流转化成震荡的交流电，再通过MOSFET提高震荡频率。（2）利用普通变压器将低压高频交流电升压为较高压交流电流，倍压电路又将其进一步升压，并转化为高压直流静电，用于杀灭害虫。（3）为了提高杀灭害虫的功效，和杀灭不同植物上的害虫，高压灭虫器的高压探头可设计成不同形状的多电极的探头。（4）高压灭虫器的外壳为塑料材料制作的喷雾器结构形状。本毕业设计特点与创新：（1）从环境和健康的话题出发，提出创新的杀虫方法，符合当今社会的可持续发展原则；（2）应用了电力电子技术中的PWM技术、逆变技术、倍压升压原理和SG3525、MOSFET、高压包等集成电学芯片等。（3）综合应用了机械、电工、电子、模具设计等多学科的专业知识。关键词：灭虫；高压静电；逆变；升压Research and Design of High VoltageElectrostatic Insect KillerABSTRACTIn the present industrial and agricultural production, pest and disease is a scientific research very difficult problem. Not only killing the traditional chemical pesticides ineff - ective, but also for environmental health, food security, human health has a significant adverse effects. So, clean, safe pest control method of the physical and design is parti- cularly necessary, pest control device of high voltage electrostatic and design is in this environment and under the conditions generated.In this thesis I researched the method of high voltage static electricity, select the appropriate program according to the actual. As to select the required electrical components and parts, designed for insect killers main circuit, control circuit, the working circuit. Finally , based on the design, electrical components integrated circuit board, the control switch and power supply were arranged to the right location, the working device was designed to benefit people in the form of application.Thesis concluded that:(1) Using Inverter circuit controlled by SG3525,DC can be changed to Concussion current. Through the mosfet improve concussion frequency.(2) By using common low-voltage high-frequency ac transformer will boost for high-pressure ac current and voltage circuit, times its further boost, and translated into high-voltage dc static, and used to kill pests.(3) in order to improve the effect of kill pests, and kill pests on different plants, The probe of high pressure insect killer can be designed into a probe consist of many different shapes of electrodes.(4) high-pressure an extermination of the plastic materials for making the shell structure of the spray shape.The features and innovation of the graduation design: (1) From environmental and health topics, based on innovative insecticidal method, accord with the principles of sustainable development in todays society;(2) applied power electronic technology of PWM technology, inverter technology, and SG 3525 pressor principle and pressure, MOSFET, ignition coil etc integration electrical chips, etc. (3) comprehensive application of mechanical, electrical, electronic, mold design science professional knowledge.Key Words：kill pests；High voltage electrostatic；Inverter；boost目录第1章前言11.1 植物与园林植物11.2 园林植物病虫害的危害与现状11.3 植物病虫害防治21.3.1 化学防治21.3.2 其他病虫害防治方法41.4 本次毕业设计目的与研究内容71.4.1 研究目的71.4.2 研究内容71.5 本研究设计的技术路线7第2章高压静电灭虫器电路设计82.1 高压静电灭虫器的方案选择82.1.1 方案示例82.1.2 方案分析与确定82.2高压静电灭虫器的电路设计计算112.2.1 高压灭虫器电路工作原理112.2.2 DC/AC逆变电路设计112.2.3 N沟道功率MOSFET 放大器75NF75202.2.4 升压电路设计222.2.5 高压探头的设计242.2.6 模块结构25第3章外壳结构设计263.1 外壳材料选择263.2 结构设计263.2.1 背板结构设计263.2.2 面板结构设计293.2.3 输送电线装置结构设计293.2.4 喷头结构设计303.2.5 长杆结构设计303.2.6长杆与面板连接件结构设计313.2.7长杆与探头连接件结构设计323.2.8手柄结构设计323.2.8 装配图33第4章结论与讨论344.1 结论344.2 讨论34参考文献35附录36致谢4437前言第1章前言1.1 植物与园林植物植物是生命的主要形态之一，包含树木、花卉、农作物、花草等等。我们所熟悉的植物多为靠光合作用从太阳光中得到能量而生存的绿色植物。在农业生产中，农、林、牧、副、渔业都直接或间接地与植物有关。经济建设和人民生活所需的粮、棉、油、麻、丝、茶、糖、菜、烟、果、药等，都取自于植物；即使各种家畜、家禽、鱼类等的养殖，也需要植物作为饲料来源。在工业方面，无论是食品、油脂、制糖、制药、建筑、纺织、造纸等工业，或是橡胶、油漆、酿造、化妆品等工业，甚至冶金、煤炭、石油等工业都需要植物作为原料或利用到植物的产品。随着国家经济的发展，人们生活水平的提高，园林花卉业发展迅速。园林植物指种植于城镇公共绿地、专用绿地、游览区、庭院等地，以观赏其花、果、叶、根、枝干，绿化、美化效果好，又具有一定经济价值的各种草本、木本和藤本植物。发展园林花卉植物对于绿化环境、美化生活、发展经济都有重要的作用，在当今全面建设小康社会，举国保护生态环境，全面呼唤绿色革命的新形势下，更有特殊意义。1.2 园林植物病虫害的危害与现状园林花卉在发育的整个过程中经常遭受到不良因素的侵袭，导致其外部形态、内部组织或生理机能上发生异常变化，从而使花卉降低或完全丧失其社会、生态和经济效益。这种异常变化统称为园林花卉病虫害。我国园林植物病虫害，目前已知的有4000多种，含病毒1000多种，害虫3000多种，其中危害严重、影响较大的达数百种，对园林植物造成很大的危害。主要表现有：危害种子、幼苗，侵染、蚕食叶片，伤害花器、根部，污染环境，妨碍生态效益、社会效益、经济效益等。园林植物害虫一般有：食叶害虫、吸汁害虫、枝干害虫、地下害虫等。食叶害虫主要危害特点是：吃光叶片，削弱树势，危害健康的植株，多数种类繁殖能力强，产卵集中，易爆发成灾，并能主动迁移扩散，扩大危害的范围。吸汁害虫以刺吸式口器吸取幼嫩组织的养分，导致枝叶枯萎。枝干害虫生活隐蔽，害虫危害初期不易被发现，一旦出现明显被害征兆，则已失去防治有利时机。枝干害虫蛀食韧皮部、木质部等，影响输导系统传递养分、水分，导致树势衰弱或死亡，一旦受侵害后，植株很难恢复生机。地下害虫常见的有地老虎、蛴螬、蟋蟀、蝼蛄、白蚁等。在苗圃和一二年生的园林植物中，常常危害幼苗、幼树根部或近地面部分，严重影响植株正常生长。1.3 植物病虫害防治植物病虫害的防治原则是：消灭病原物或抑制其发生与蔓延;提高植物的抗病能力;控制或改造环境条件，使之有利于植物而不利于病原物，从而抑制病虫害的发生和发展。通常采用的病虫害防治方法主要有：化学的、生物的、物理的方法等。1.3.1 化学防治化学方法防治即我们常使用的农药防治，农药防治具有见效快、效果好、操作方便、适应性广及经济效益显著等特点。由于如上这些特点，农药防治植物病虫害的方法得到了广泛的使用和发展，从而，大量的农药被大量而广泛的应用，我国每年农药的使用量达80余万吨。农药必须用植保机械喷洒到植株或田间。在使用喷雾器喷洒农药时非常危险，很容易皮肤接触到农药而发生农药中毒，所以，进行农药喷洒时一定要做好防护：（1）喷洒时必须穿好防护衣裤，带口罩、手套等。与农药接触部位要立即用清水、肥皂清洗干净。伤患、孕妇、儿童等不宜进行作业。（2）不能逆风喷洒，小心中毒。（3）喷枪不可对准农作物直接喷射，以免损伤作物。（4）使用完毕，要将药液清理干净，并清洗喷雾器各部件，防治药品对零部件腐蚀严重。尽管做到以上各点，但是有时还会由于零件破损、开关漏水等原因，还会发生打气困难、药液泄露等而危害人类。农药进入自然界发生各种行为：渗透、滞留、扩散、遗失等移动行为；蓄积、富集等吸收行为；代谢、消解等演变行为以及循环、轭合、结合、矿化合聚合等多种行为。因农药使用不到带来许多不良的后果：（1）引发人畜急性中毒或对植物引发药害；（2）引起防治对象产生抗药性或形成病虫草害更加猖獗；（3）破坏自然界的生态平衡；（4）环境或食品的农药残留使人体农药负荷增加，甚至造成慢性中毒或其他疾病。1. 杀虫剂危害杀虫剂种类很多，如：有机磷杀虫剂、氨基酸酯类杀虫剂、拟除虫菊酯类杀虫剂、苯甲酰脲类杀虫剂等。最初，杀虫剂的确给害虫带来毁灭性的打击，粮食产量有所提高。但时间长了，害虫逐渐有了抗药力，于是农民便加大使用量。40年来，尽管世界杀虫剂的用量增加了10倍，但病虫害造成的农作物损失反而增加了一倍，仅病害就造成了12的减产。在五十年代中期，埃及棉田引进了杀虫剂，刚开始，被称为“征服大自然的一个重大胜利”。但到了1961年，棉花收成却减少了35。从1950-1964 年，尼加拉瓜棉花种植面积增加了10倍。植棉者听从美国国际开发总署技术人员的建议，每季除了使用化肥以外，还施用杀虫剂8次之多，收成是增加了，但到了 1966年，每季却要用杀虫剂30次，即使如此，棉花的产量依然从1965年的每英亩308公斤，降到1968年的233公斤。到了1971年，已有15种主要害虫对当时使用的杀虫剂产生了抗药性。越是有效的杀虫剂，有效的时间也越短。有几种害虫，目前已到了无药可杀、刀枪不入的程度。杀虫剂给人类健康带来的危害是巨大的。在美国，每年估计有45000例杀虫剂中毒事件，200人死亡。在中国，农药引起中毒的事故更为严重。1989年据 29个省统计，中毒人数9万多人，死亡16000多人。杀虫剂经各种反应行为生成多种农药中间体，如；氨基酸酯类杀虫剂可转换为异氰酸甲酯和甲氨基甲酰氯等。异氰酸甲酯不稳定，遇水变成不对称的二甲基脲，遇碱分解，有强烈的气味，有催泪作用，极易燃烧。甲氨基甲酰氯遇碱遇水分解，易引起爆炸，高温不稳定，对眼、呼吸道有刺激作用。杀虫剂或其中间体进入人的机体后，能与体液和组织发生生物化学作用，而扰乱或破坏机体的正常生理功能，破坏机体的正常结构，引起暂时性或持久性病理状态，甚至危及生命，而成“毒药”。有机磷剂在人体体内通过抑制胆碱酯酶活性，使它失去分解乙酰胆碱的功能，对神经产生过多刺激，诱发一系列神经系统症状。儿童由于自身的各种特点，如：较低的体重、器官正常发育、较高的代谢率以及独特的行为方式。他们对农药的敏感性更强，所以危害也更加严重。许多高毒农药会造成致癌、致畸、致突变等危害，严重伤害儿童的神经系统发育、智力发育等。2 农药的限用和禁用目前,无论是国内还是国外,一些化学农药对人类存在着“三致”(即致癌、致畸、致突变)问题及对生态环境的污染问题,尤其是对地下水的污染,已经影响到人类的生存和健康。因此,世界各国分别对一些高毒剧毒农药制定了禁用和限用政策。全球禁止或限制使用的12种有毒化学品根据签署的一项联合国公约,12种有毒化学物将在世界各地被法律禁止或限制使用。这项公约将禁止、逐步停止或大幅度减少一系列有害工业化学品和杀虫剂的使用,而这些化学物质已经在土壤和水中残存了几十年。这12种有毒化学品包括8种杀虫剂(艾氏剂、氯丹、滴滴涕、狄氏剂、异狄氏剂、七氯、灭蚊灵和毒杀芬)、2种工业化合物(多氯化联苯和六氯苯)以及2种由燃烧和工业加工带来的副产品。这些有毒化学物质不仅难于进行生物降解,而且流动性很强,能够通过自然循环散布到世界各地。这些污染物能够沿食物链传播,在动物体内富含脂肪的组织上积聚,并被怀疑会引起过敏、先天缺陷、癌症、免疫系统和生殖器官受损等。联合国环境规划署发言人迈克尔.威廉斯表示:“这是一项具有历史意义的成就,它使我们有机会清除人类制造的某些毒性最强的物质”。国家经贸委和农业部制定出逐步封杀5种高毒剧毒农药的时间表2004年1月1日,我国开始撤销甲胺磷、久效磷、甲基对硫磷、对硫磷、磷胺5种高毒农药生产、销售、使用的有关证书;2007年1月1日,我国将全面禁止这5种高毒剧毒农药的使用。按照既定计划,国家经贸委将高毒剧毒农药产品的禁用时间分为三个阶段。第一阶段为2004年1月1日2004年12月31日。此阶段开始撤销5种高毒农药产品生产、销售、使用的有关证书,并开始部分禁用,使5种高毒农药的使用比例下降15%;第二阶段为2005年1月1日2006年12月31日。此阶段严格禁止5种高毒农药原药生产企业外的其它企业生产或加工此类产品,并将高毒农药的使用范围局限于棉花、小麦、玉米、水稻4种作物;第三阶段自2007年1月1日起,全面禁止上述5种高毒农药的使用。目前我国5种高毒农药的总产量约为10万/,占农药总量的20%25%,其产值则占总产值的15%左右,约为3个亿。这3亿元产值减少的损失主要由高毒农药原药生产企业来承担。高毒农药品种禁用时间表的颁布,标志着我国农药产品结构调整计划全面启动。农业部种植业司司长陈萌山在加强农药管理新闻发布会上宣读了199号农业部公告：为从源头上解决农产品尤其是蔬菜、水果、茶叶的农药残留超标问题，农业部在对甲胺磷等5种高毒有机磷农药加强登记管理的基础上，又停止受理一批高毒、剧毒农药的登记申请，撤销一批高毒农药在一些作物上的登记。现公布国家明令禁止使用的农药和不得在蔬菜、果树、茶叶、中草药材上使用的高毒农药品种清单。国家明令禁止使用的农药：六六六，滴滴涕，毒杀芬，二澳氯丙烷，杀虫脒，二澳乙烷，除草醚，艾氏剂，狄氏剂，汞制剂，砷、铅类，敌枯双，氯乙酸胺，甘氟，毒鼠强，氟乙酸钠，毒鼠硅。在蔬菜、果树、茶叶、中草药材上不得使用和限制使用的农药：甲胺磷，甲基对硫磷，对硫磷，久效磷，磷胺，甲拌磷，甲基异柳磷，特丁硫磷，甲基硫环磷，治螟磷，内吸磷，克百威，涕灭威，灭线磷，硫环磷，蝇毒磷，地虫硫磷，氯唑磷，苯线磷19种高毒农药不得用于蔬菜、果树、茶叶、中草药材上。三氯杀螨醉，氰戊菊酯不得用于茶树上。任何农药产品都不得超出农药登记批准的使用范围。1.3.2 其他病虫害防治方法除喷洒杀虫剂来防治植物病虫害外，还可以利用光、声、电、微波、射线、激光灯等物理技术诱杀。（一）高温杀虫法。最适宜昆虫生长发育的环境温度为2223，在此温度界限内，昆虫发育繁殖的很快，温度高于或低于此界限时，昆虫的发育则受到阻滞，将延缓它的发育期以致死亡。害虫的致死高温为50以上，当害虫处在50高温环境中，经8小时；各发育阶段的害虫皆可杀死；当环境温度为60时，经56小时即可杀死；当环境温度为70时，则只需30分中即可杀死。高温环境使虫体壁上的护蜡层和蜡层被破坏，使体内水分过份蒸发，新陈代谢急剧加快，虫体蛋白质凝固，而加速致死。高温杀虫法在早期曾使用过阳光曝晒法和烘房烘烤法，这两种方法虽有一定的杀虫效果，但对纸张、纺织品等档案藏品的材料贸地有不同程度的损坏，光氧化、热氧化等化学变化，使纸张脆裂，强度下降，颜色减退。故曝晒和烘烤的方法应被淘汰，而远红外辐照杀虫和微波辐照杀虫新技术正兴超推广。（二）低温杀虫法。根据害虫的生活习性，将其置于致死低温的环境中，害生由于过度寒冷使体液出现冷麻痹，进而造成死亡。害虫生长繁殖需一定的温湿度条件，当环境温度在815时，害虫停止发育繁殖；温度在48时，害虫进入冬眠，持续时间长也可致死；温度在-4以下，害虫细胞结构被破坏致死，温度下降至-20时，害虫的体液会结晶作用而致死。在-1040的温度内，害虫在较短的时间内即可致死。低温冷冻杀虫具有杀灭效率高，操作简便、安全可靠、不污染环境等优点。（三）绝氧杀虫法。空气是昆虫重要的生态因子，为消灭害虫，将空气中各种气体的正常比例加以调节，使含氧气量减少至绝氧，使氮气或二氧化碳增加，从而使害虫失去赖以维持生命的氧气，使害虫的正常活动受到抑制，直至窒息而死。此法具有无毒、无害、杀虫效果好的优点。（四）物理杀虫法。物理防治是用物理手段创作特殊的环境，使害虫的身体机能破坏，恒之不育或死亡，达到防虫灭虫的目的。由于它具有杀虫高效、无残毒、不污染环境、方法简便等优点，故在害虫防治技术方面有广阔的发展前景。（五）环境安全型温室病虫害防治。环境安全型温室是现代蔬菜生产企业建设的重点设施，它是利用物理植保技术为植物全生育期提供不打农药的植物保护。环境安全型温室病虫害防治范围包括地下病虫害、地上病虫害防治和特效植保技术。（六）静电喷雾灭虫法国外静电灭虫的研究：早在1882 年，Rayleigh 就开始其开拓性的雾滴静电化研究。此后静电喷雾技术经过不断研究改进和提高，被广泛用于手工业上，例如喷漆和印刷。首次利用静电进行农药喷撒试验的是20 世纪40 年代法国的Hampe 之后，美国一些大学如佐治亚大学进行了正式的研究试验。他们的试验都证明，利用静电场散布农药药粉，其对植物的附着率大大提高。到了20 世纪60 年代后半期已转向静电产业的应用，如发明了电子吸尘器、静电涂抹器等。这些成功的发明反过来又促进静电研究者进行农药静电喷撤的深人研究。如美国、英国、加拿大等都先后对液体药静电喷雾进行了深入的研究，并促使其产业化。静电喷雾的研究首先集中在各类静电喷头上。如S E Law 研制的嵌入式静电感应喷头，英国研制了转盘式静电喷头，日本研制了微型锥孔旋转喷头、弥雾喷头。美国在80 年代市场上已有静电喷粉机和温室用风送式静电喷雾机出售。美国佐治亚大学的Law 博士及其学生们首次发明了气助静电喷雾系统(Air-Assisted Electrostatic Spraying System,缩写为AA-ESS)，其喷头流量在每分钟当500 毫升下产生3050 毫微米直径的雾滴，而用电源低(低于l 千瓦)，耗电少(少于2550 毫瓦)，而电荷质量比则达-10mCkg。美欧等国的静电喷雾设备日趋完善，Bertelli、Randell 公司生产的静电喷头使用12V直流电，能够产生40kv 的高压，可用于喷杆喷雾机和背负式机动喷雾喷粉机上，该喷头比普通喷头可减少药液损失65，大大降低农药对环境的污染。美国的Law 等人研究的气力式喷头的感应式带电系统已经商品化，但只主要用于保护地作物。还有大量的有关液力式喷头和旋转圆盘喷头的研究进展，但不幸的是还没有一个能真正商品化，用于干旱作物。国内静电灭虫研究：我国静电喷雾技术的研究始于20 世纪70 年代末。上海首先成立了静电喷雾实验协作组，上海明光仪表厂、江苏太仓静电设备厂、丹阳电子研究所及北京农业大学等先后研制了手持转盘式静电喷雾器；河北邯郸市机械研究所研究了电场击碎手持式静电喷雾器；南京林业大学研制了高射程静电喷雾机。这些单位与使用部门配合，在多种作物上进行了大量喷洒分布及防治效果实验，但都没达到实用推广阶段。江苏理工大学在建立室内静电喷雾实验系统和大量实验的前提下，研制了转盘式手持微量静电喷雾器、车载式静电喷雾机和拖拉机牵引式风送静电喷雾机，并进行了大面积田间应用实验，取得了良好的灭虫效果。江苏理工大学对静电场作用下的液滴雾化展开了较为系统的研究，认为静电作用可以降低液体表面张力，减少雾化阻力，同时同性电荷间的排斥作用产生与表面张力相反的附加内外压力差，从而提高雾化程度。南京林业大学对静电喷雾灭蝗技术的研究，认为静电喷雾可降低农药的表面张力，从而提高蝗虫受药概率，同时还增强农药雾滴在蝗虫及植株上的附着力，延长农药对蝗虫的残效期。郑家强（1990）建立了描述风动转笼式静电喷头雾滴尺寸的数学模型。罗惕乾（1994）研究了电极充电过程，建立了环状电极充电电场的数学模型。余扬（1995）对超低量静电喷雾机具的充电效果进行了研究，证明了感应式充电效果最佳，并确认工作充电电压仅为3.54.5kV 便可获得足够的充电效果。金晗辉（1999）对荷电气液两相同轴圆射流进行了LDV 研究，认为在静电喷雾两相流流场中，粘性阻力是射流初始阶段气液相间作用最主要的因素，且输运相直接决定了喷雾的射程和范围。闻建龙（2000）对荷电改善喷雾均匀性进行了实验研究，认为雾滴荷电在提高喷雾均匀性、细化雾滴粒径等方面有明显效果。液体的电导率对于静电喷雾的充电效果和雾化质量有较大影响。葛自良（2000）得出结论：电导率极小的液体，在液滴形成过程中，电荷跟不上表面的移动，电荷面密度达不到导致液滴分裂的必要值，因而不会发生雾化现象。闻建龙（2003）认为：对水等电导率较好的液体，环状感应电极能取得较好的充电效果；而对柴油等绝缘液体，必须施加高强度电场才能使其有效充电，因此只有采用针状、锥状电极才能使其带上电荷。由于农药安全和环境问题的凸现，近年来静电喷雾技术也日益受到重视，目前，仅有一些草原灭蝗、林业防治病虫害等方面的试验性应用。可以预见，随着静电喷雾技术的日益成熟，其应用也必将在农、林、牧业等方面广为普及。1.4 本次毕业设计目的与研究内容1.4.1 研究目的本论文拟从植物病虫害防治入手，通过调查目前市场上的病虫防治现状，研究各种方法的性能、优缺点等，选用科学、环保、高效的物理防治病虫害的新方法。从静电杀虫法进行研究、分析、设计，最终设计出一套功能完备的“高压静电灭虫器”。1.4.2 研究内容1 高压静电灭虫器功能研究（1）研究静电对害虫的伤害作用及是否会伤害到农作物的正常生长发育，通过分析、实验、计算选定静电灭虫器电压、电流等要求。（2）研究高压静电发生器的发电原理，分析其电场工作原理、电荷运动原理等。（3）调查、研究市场对静电灭虫器的需求及发展，根据人们的要求，对灭虫器的大小、重量、轮廓等进行设计。2 高压静电灭虫器的设计（1）设计静电发生器总体结构、零件结构，做出结构图、零件图。（2）设计电路板、电路图，选择合适的电器元件，组装、配合成完整的静电发生器工作电路板，并使其外观、安全等性能达到最优。（3）利用Pro/E、CATIA等软件对灭虫器外形三维模型进行设计、零件进行组装，分析其工作过程。1.5 本研究设计的技术路线（1）对目前农作物放虫情况进行调研，对现有农作物放虫的市场需求及现有产品进行调查分析，分析此研究的市场前景，知道本设计基本方案；（2）分析所设计的高压静电灭虫器的工作原理；（3）进行高压静电灭虫器的结构设计和工作能力的设计计算；（4）进行电路安全设计和外观设计；（5）进行高压静电灭虫器非电路部分结构的零件的二维工程图绘制；（6）关键零、部件进行三维模型设计与分析。第2章高压静电灭虫器电路设计高压静电灭虫器电路设计2.1 高压静电灭虫器的方案选择2.1.1 方案示例方案一：静电、喷雾装置静电喷雾技术是应用高压静电在喷头与喷雾目标间建立一静电场，而农药液体流经喷头雾化后，通过不同的充电方式被充上电荷，形成群体电荷雾滴，然后再静电场力和其他外力的联合作用下，雾滴做定向运动而被吸附在目标的各个部位，达到沉积效率高、雾滴漂移散失少、改善生态环境等良好的性能。方案二：中、低压静电灭虫此种静电灭虫器通过对提供的电压适当的升压，当害虫接触升压后的高压电网或灯丝时，强电流通过其身体，身体组织瞬间产生高温，使导电部分组织坏死，将害虫杀死或致残，致残的害虫在短时间内失去生存能力随之死亡，从而达到灭杀害虫的目的。方案三：高压静电灭虫器此种静电灭虫器将电压升压到几千甚至几万伏的高压，高压电路经高压探头在一定范围内形成强电场，瞬间击穿空气放电，处于强电场中的害虫由于其身体的导电性，在强电流通过其身体时，身体组织瞬间产生高温，使导电部分组织坏死，将害虫杀死或致残，致残的害虫在短时间内失去生存能力随之死亡，从而达到灭杀害虫的目的。2.1.2 方案分析与确定1 方案一分析方案一的实质还是传统的药物灭虫方法，只是在原来的灭虫方法上增加了静电作用，从而提高了原来的灭虫效果。静电场作用下的液体雾化机理为：静电作用可以降低液体表面张力，减少雾化阻力，同时，同性电荷间的排斥作用产生与表面张力相反的附加内外压力差，从而提高雾化程度。两个电荷之间的作用力叫库仑力，用公式表示为：（F是库仑力，q是电荷、E是该点的电场强度）。就是说带电粒子受电场方向的力作用，如果带电电荷q的粒子处于自由运动状态，它就会沿着电场方向即电力线方向运动。这样如果将喷头施加负电场，那么电力线即从喷嘴出发到靶标物结束，由于电力线具有穿透性，故它可以穿入靶标物的内部，如植株枝干的内部。如果喷头施加的负电场足够强大，那么从喷嘴喷出的雾滴所带静电为负电荷，电荷很小，吸引力也很小、而植物表面的静电为正电荷，这些正电荷(吸引力很强，是地球引力的40倍)把雾滴强拉到植物表面，附着于植物叶正面和背面。这就是利用静电场的力实现雾滴在植物冠的内部附着，从而成倍地增加了药液或药粉对植物叶面(无论冠内或冠表)的覆盖率和均匀度，其结果是增加了药液与病虫害接触的机会，提高了喷药效果和降低了用药量。怎样使雾滴带电是最关键的问题，雾滴充电主要有三种方法：（1）电晕充电法。是用静电高压电晕使雾滴带电（如图1）。即把L1 和L2 接地，L3 接高压正极电源，尖端电极4 将产生足以使周围空气电离的局部强电场，从而对正在雾化的雾滴进行充电。（2）接触式充电法。是静电高电压直接置于液体中，经喷嘴喷出后即成带电水雾。即把L1 接高压正极电源，去掉感应极环3 和尖端电极4，电荷由导体直接对正在雾化的雾滴进行充电。（3）感应式充电法。是在外部电压电场作用下，使液体在喷嘴出口形成水雾的瞬间，根据静电感应原理，使喷出的雾滴带有与外部电场电荷极性相反的电荷。即在L1 和L2 之间加一电源，把尖端电极4 去掉，在喷头1 和感应极环3 之间的电场使电荷绕回路流动，正电荷聚积在感应极环上，负电荷聚积在喷头和喷液流束上。这个电场便对正在雾化的雾滴进行充电。静电喷雾的特点：静电喷雾在工农业生产，如静电喷涂、静电喷雾冷却、除尘、灭火、燃烧、及静电农药喷洒等方面得到广泛的应用。实验与研究表明：静电在均匀、细化雾滴及提高雾滴在目标物的沉积量、均匀性、吸附性等方面有明显效果。静电喷雾具有以下特点：（一）雾滴均匀。有效地降低雾滴尺寸，提高雾滴谱均匀性，静电电压为-20KV 时，雾滴尺寸降低约10%，雾滴谱均匀性提高约5。（二）电荷相同。静电喷雾形成的雾滴带有相同的负电荷，在空间运动中相互排斥，不发生凝聚，所以对目标作物覆盖均匀。且相同尺寸的雾滴，带电雾滴与叶面有较大的接触面积，作物更容易吸收。（三）异性电荷。带电雾滴的感应使作物的外部产生异性电荷，在电场力的作用下，雾滴快速吸附到作物的正反面，提高了农药在作物上的沉积量，改善了农药沉积的均匀性。农药在作物表面上的沉积量比常规法多36，叶子背面农药沉积量比常规法多31，作物顶部、中部和根部农药沉积量分布均匀性都有显著提高。从而提高药剂的利用率，减少农药的使用量，降低施药成本。电场力的吸附作用减少了农药的飘移，降低了农药对环境的污染。（四）持效期长。由于带电雾滴在作物上吸附能力强，而且全面均匀，施药率高，所以农药在叶子上粘附牢靠，耐雨淋，有较长的残效期。灭虫效果有较大幅度提高。如野外露天场地上对自由活动的苍蝇进行静电喷雾和常规喷雾l 小时后，静电喷雾的平均杀伤率为66.6，而常规喷雾为36.2；草原灭蝗发现，静电喷雾在48 小时后药效已高于标准15%。（五）条件限制。不适用于无导电性的各种农药制剂；另外静电喷雾器械结构较复杂，对材料要求高，成本相对也高；同时对操作人员的要求也较高。此方案设计装置由水箱、水管、高压喷嘴、升压变压器、低压直流电源等结构组成。高压喷嘴外套装有一个静电环，并利用导线连通电源和静电环，其他装置与普通的灭虫器械结构和工作原理相同。此装置的设计要求：一、设计普通喷雾器所有的各种工作部件的形状、功能等。二、设计给雾滴充电的装置的形式和结构，分析带电雾滴在电场中的运动规律、灭虫原理、灭虫作用等。三、电路设计。设计直流变交流、低压变高压的电路以及电源与高压电路间的连接等。此方案在一定程度上提高了杀虫的效果，降低了环境污染，但它的实质还是化学灭虫，它是从化学灭虫到静电灭虫方式转变进程中的一步，不是我们的最终目标。2 方案二分析此方案已经完成了从药物杀虫到静电杀虫的原理转变，但是，由于此方案升压利用的是普通的升压变压器，升压范围有限制，不能达到很高的电压，其功效也很难达到我们所期望的效果。3DJ200型多功能静电灭虫灯是用来杀灭多种害虫如苍蝇、蚊子、蚜虫、白粉虱、斑潜蝇、蓟马、双翅目害虫、鞘翅目害虫、鳞翅目害虫等，这种灭虫灯的电极电压为2300-3000V。3DJ-90型多功能静电灭虫灯电极电压：3500-3600V。储粮仓房所用电子灭虫网是利用某些害虫趋光、善飞行等特性，将害虫引诱到高压电网上，当害虫触及电网时，被电击死亡。其工作最终电压为2500V。由以上几个例子可知：静电电压都在几千伏时，要想有效的将害虫迅速杀死，电压需借助电网、电灯丝等工具与害虫直接接触，从而将其杀死。3 方案三分析静电在方案二和方案三中起到直接灭虫的作用，这两种方案完全依靠静电杀虫，没有用到一滴药剂。方案三将静电电压提高到几十千伏甚至几百千伏，目的就是使害虫在特高压强电场中触电，不需要直接接触高压电极，在空间内迅速使其生命组织坏死、致残等，在极短的时间内将害虫毙命。对于不同的害虫，可通过调节放电电压、功率和频率等达到杀虫的最佳效果。此方案的主要装置就是高压探头和逆变电路、变压电路。装置包括箱体和手柄，箱体中设有蓄电池、脉冲电源，手柄设有电压调节器和电极探头等（具体分析、设计见下部分）。4 方案确定通过上述方案分析与比较，方案一是利用电能提高化学防治害虫的方法，实质是属于化学防治；方案二是接触电网或电灯式的中、低压静电灭虫；方案三完全依靠高压电，并有一定距离的情况下杀虫。从功能、实用、环境等因素条件出发，最终确定选择第三种方案：高压静电灭虫。2.2高压静电灭虫器的电路设计计算2.2.1 高压灭虫器电路工作原理此灭虫器由便携式固体蓄电池提供12V直流稳压电源，低压直流电源通过升压电路变换成高频交流电输出，再用高频变压器将其电压升到3KV-4KV，最后经高压电容和高压硅堆组成的倍压电路按不同的倍压级数要求将其升压，从而达到要求的高压静电场，对置于电场内的害虫病菌放电，在40KV-50KV的高压下，将害虫和病菌杀死。电路设计参数如表所示：技术规格参数备注供电电源12V DC功率5W最高输出电压50KV频率40KHZ高压电流0.02mA灭虫器电路设计的步骤大致可以分为如上几步：一、将蓄电池提供的低压直流电经过逆变电路得到高频低压交流电；二、将低压交流电通过低压变压器和倍压电路升压，得到高频高压的理想高压电，输送到高压探头，用于杀灭害虫。此电路设计的内容包括：DC/AC变换电路设计、升压电路设计、高压探头设计。2.2.2 DC/AC逆变电路设计电力电子技术中，实现直流电和交流电转变的设备为换流器：交流变直流的设备叫整流器，直流电变交流电的设备叫逆流器。与所有电力电子装置一样，根据功能的不同，可以将逆变器划分为主电路、控制电路和辅助电路三大部分。逆变器输入的直流电量可以有两种基本形式：一种是利用电容进行滤波，直流回路的电压波形平直，输出呈低阻抗，逆变器中开关管的通断作用就是将直流电压以一定的方向和次序分配给负载的各相，形成矩形波、PWM波等交流电压，这种逆变器叫电压型逆变器；另一种是利用电感加以滤波，直流回路的电流波形平直，输出呈高阻抗，逆变器中开关管的通断作用就是将直流电流以一定的方向和次序分配给负载的各相，形成矩形波、PWM波交流电流，这种逆变器叫电流型逆变器。随着功率半导体开关器件的发展，在绝多数流域都采用高效、简便的电压型逆变器。逆变器输出电压不稳定，谐波含量高，除了能通过改变输出电压脉冲的幅值对输出进行调节和控制外，功率半导体开关器件的开关动作还可以有另外的控制模式：脉冲宽度调制（pulse width modulation，PWM）和脉冲频率调制（pulse frequency modulation， PFM）。对于PWM，功率半导体开关器件的开关频率相对固定不变，通过调制开通或关断的时间达到控制变换的目的，又称定频调宽控制；在PFM中，功率半导体开关器件的开通或关断的时间保持相对恒定，通过改变开关的频率达到控制变换的目的，又称定宽调频控制。由于PWM的分析、控制和实现都较PFM简单，因此被绝多数逆变器所采用。1、 PWM控制的基本原理理论基础：如图2，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积；效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。图2 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲图3 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形面积等效原理：分别将如图2所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图3a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图3b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。如图4，用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。SPWM波形脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。图4 用PWM波代替正弦半波2、 PWM逆变电路及其控制方法目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM技术。逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场合。PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目前实用的几乎都是电压型。输出波形作调制信号，进行调制得到期望的PWM波；通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波；等腰三角波应用最多，其任一点水平宽度和高度成线性关系且左右对称；与任一平缓变化的调制信号波相交，在交点控制器件通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合PWM的要求。调制信号波为正弦波时，得到的就是SPWM波；调制信号不是正弦波，而是其他所需波形时，也能得到等效的PWM波。结合IGBT 单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明：如图5，设负载为阻感负载，工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补。控制规律：o正半周，V1通，V2断，V3和V4交替通断，负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段为正，一段为负，负载电流为正区间，V1和V4导通时，o等于d，V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，o=0，负载电流为负区间，io为负，实际上从VD1和VD4流过，仍有o=d，V4断，V3通后，io从V3和VD1续流，o=0，o总可得到d和零两种电平。o负半周，让V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通断，o可得-d和零两种电平。图5 单相桥式PWM逆变电路单极性PWM控制方式（单相桥逆变）：在r和c的交点时刻控制IGBT的通断。r正半周，V1保持通，V2保持断，当rc时使V4通，V3断，o=d，当rc时使V4断，V3通，o=0。r负半周，V1保持断，V2保持通，当rc时使V3断，V4通，o=0，虚线of表示o的基波分量。波形见图6。图 6 单极性PWM控制方式波形双极PWM控制方式可以根据同样的原理得到相似的结论，波形如图7：图 7 双极性PWM控制方式波形单相桥式电路既可采取单极性调制，也可采用双极性调制。3、 SG3525 SG3525是电流控制型PWM控制器，电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化，并经过驱动N沟道功率MOSFET输出升高的高频脉冲电压。由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。 SG3525是脉冲宽度调制器控制集成电路,具有集成基准电压，振荡器同步，软启动时间控制，输入欠电压锁定等功能。SG3525的引脚如图8所示。SG3525的内部具体框图9：图9 SG3525内部框图SG3525引脚功能及特点简介：1.Inv.inpt(引脚1)：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。 2.Noninv.inpt(引脚2)：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚9）之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。 3.Sync(引脚3)：振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。 4.OSC.Otpt(引脚4)：振荡器输出端。 5.CT(引脚5)：振荡器定时电容接入端。 6.RT（引脚6）：振荡器定时电阻接入端。 7.Discharge(引脚7)：振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，构成放电回路。 8.Soft-Start(引脚8)：软启动电容接入端。该端通常接一只5 F 的软启动电容。 9.Compensation(引脚9)：PWM比较器补偿信号输入端。在该端与引脚2之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。 10.Shtdown(引脚10)：外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。该端可与保护电路相连，以实现故障保护。 11.Otpt A（引脚11）：输出端A。引脚11和引脚14是两路互补输出端。 12.Grond(引脚12)：信号地。 13.Vc(引脚13)：输出级偏置电压接入端。 14.Otpt B（引脚14）：输出端B。引脚14和引脚11是两路互补输出端。 15.Vcc（引脚15）：偏置电源接入端。 16.Vref(引脚16)：基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极好的基准电压。特点如下：（1）工作电压范围宽：835V。（2）5.1（1 1.0%）V微调基准电源。（3）振荡器工作频率范围宽：100Hz400KHz.（4）具有振荡器外部同步功能。（5）死区时间可调。（6）内置软启动电路。（7）具有输入欠电压锁定功能。（8）具有PWM琐存功能，禁止多脉冲。（9）逐个脉冲关断。（10）双路输出（灌电流/拉电流）： mA(峰值)。（1）SG3525的工作原理：SG3525 内置了5.1V精密基准电源，微调至 1.0%，在误差放大器共模输入电压范围内，无须外接分压电组。SG3525还增加了同步功能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。在CT引脚和Discharge引脚之间加入一个电阻就可以实现对死区时间的调节功能。由于SG3525内部集成了软启动电路，因此只需要一个外接定时电容。SG3525的软启动接入端（引脚8）上通常接一个5 F的软启动电容。上电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此与软启动电容接入端相连的PWM比较器反向输入端处于低电平，PWM比较器输出高电平。此时，PWM琐存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通。只有软启动电容充电至其上的电压使引脚8处于高电平时， SG3525才开始工作。由于实际中，基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的采样电压则加在误差放大器的反相输入端上。当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而升高时，误差放大器的输出将减小，这将导致PWM比较器输出为正的时间变长，PWM琐存器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将最终变短，从而使输出电压回落到额定值，实现了稳态。反之亦然。外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当 Shutdown（引脚10）上的信号为高电平时，PWM琐存器将立即动作，禁止SG3525的输出，同时，软启动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程。注意，Shutdown引脚不能悬空，应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响SG3525的正常工作。欠电压锁定功能同样作用于输出级和软启动电路。如果输入电压过低，在SG3525的输出被关断同时，软启动电容将开始放电。此外，SG3525还具有以下功能，即无论因为什么原因造成PWM脉冲中止，输出都将被中止，直到下一个时钟信号到来，PWM琐存器才被复位。（2）振荡频率的确定：振荡频率由三个外部元件RT、CT和RD设置，分别接在6、5、7引脚上。振荡频率为：其中，0.7RTCT为定时电容充电时间，3RDCT为定时电容放电时间。本设计设定振荡频率为40kHz，取CT2200pF，RT=10k，RD=1000。（3）输出脉宽的调整：如图10，PWM脉冲宽度由引脚9和引脚8中电平较低的一端控制。芯片内部的误差放大器A1将电压反馈信号与基准电压信号偏差放大后送入比较器A2的反向输入端，比较器正向输入端的输入则来自电容器CT上的锯齿波，两者做比较后输出方波脉冲来控制SG3525内部输出功放管的占空比，本设计中将8引脚经电容接地，9引脚接反馈电压，由此调整输出电压的稳定。图中，A1为SG3525中的误差放大器，1、2、9分别为芯片管脚，R1R7、C1、C2均为外接电阻电容。SG3525的16引脚输出5V参考电压。电阻R3、R4及A1构成反比例运算器，R4/R3为其静态放大倍数，其值越大控制精度越高。但放大倍数太大将引起振荡，因此引入C1和R5使误差放大器成为不完全比例积分控制器，此时静态误差放大倍数不变，动态误差放大倍数减小，既不影响控制精度，又避免过冲引起振荡。（4）脉冲的关断当11引脚加上高电平时，实现对输出脉冲的封锁。本设计使用该项功能实现输出过流过压、输入欠压的保护。输入欠压保护如图10所示，D1为蓄电池极性反接保护。SG3525的引脚16输出参考电压5V，取R3R4=10k。在正常情况下，A1的反相输入端电压大于正向输入端电压，A1输出低电平，二极管D1、D2截止。当蓄电池电压低于10V时，比较器1开始工作，输出由低电平变为高电平，D2、D3导通，并把同相输入端电位提升为高电平，使得1一直稳定输出高电平，向SG3525的引脚10输出关断信号。图10 输出直流高压调节原理图图11 输入欠压保护电路输出电流过载保护如图12所示，运放2及外围电阻构成反比例放大器，运放3及外围电路构成比较器。R3为取样电阻，取2.2，2W。当负载电流增大时，该电阻的压降增大。图12 输出电流过载保护电路运放3正向输入端输入电压为： =(1+R2/R1)(R3/R4)合理的调整R1、R2、R3、R4的取值，使得当负载电流超过1.5A后，3的正向输入端电位高于反向输入端，输出高电位，二极管D2、D3导通，并把同相输入端电位提升为高电平，使得1一直稳定输出高电平，向SG3525A的10引脚输出关断信号。2.2.3 N沟道功率MOSFET 放大器75NF751、MOSFET结构金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管（field-effect transistor）。MOSFET依照其“通道” 的极性不同，可分为n-type与p-type的MOSFET，通常又称为NMOSFET与PMOSFET. 图13是典型平面N沟道增强MOSFET的剖面图。它用一块P型硅半导体材料作衬底(图l3a)，在其面上扩散了两个N型区(图13b)，再在上面覆盖一层SiO2绝缘层(图13c)，最后在N区上方用腐蚀的方法做成两个孔，用金属化的方法分别在绝缘层上及两个孔内做成三个电极：G(栅极)、S(源极)及D(漏极)，如图13所示。从图13中可以看出栅极G与漏极D及源极S是绝缘的，D与S之间有两个PN结。一般情况下，衬底与源极在内部连接在一起。为了改善某些参数的特性，如提高工作电流、提高工作电压、降低导通电阻、提高开关特性等有不同的结构及工艺，构成所谓VMOS、DMOS、TMOS等结构。图14是一种N沟道增强型功率MOSFET的结构图。虽然有不同的结构，但其工作原理是相同的。2、MOSFET工作原理要使增强型N沟道MOSFET工作，要在G、S之间加正电压VGS及在D、S之间加正电压VDS，则产生正向工作电流ID。改变VGS的电压可控制工作电流ID。如图15。若先不接VGS ，在D与S极之间加一正电压VDS ，漏极D与衬底之间的PN结处于反向，因此漏源之间不能导电。如果在栅极G与源极S之间加一电压VGS，此时可以将栅极与衬底看作电容器的两个极板，而氧化物绝缘层作为电容器的介质。当加上VGS时，在绝缘层和栅极界面上感应出正电荷，而在绝缘层和P型衬底界面上感应出负电荷。这层感应的负电荷和P型衬底中的多数载流子(空穴)的极性相反，所以称为“反型层”，这反型层有可能将漏与源的两N型区连接起来形成导电沟道。当VGS电压太低时，感应出来的负电荷较少，它将被P型衬底中的空穴中和，因此在这种情况时，漏源之间仍然无电流ID。当VGS增加到一定值时，其感应的负电荷把两个分离的N区沟通形成N沟道，这个临界电压称为开启电压(或称阈值电压、门限电压)，用符号VT表示(一般规定在ID10A时的VGS作为VT)。当VGS继续增大，负电荷增加，导电沟道扩大，电阻降低，ID也随之增加，并且呈较好线性关系，如图15所示。此曲线称为转换特性。因此在一定范围内可以认为，改变VGS来控制漏源之间的电阻，达到控制ID的作用。增强型MOSFET特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。在高压灭虫器中，经逆变电路后得到了低频的方波电压，经N沟道功率MOSFET后可输出升高的高频脉冲电压，同时，它又可驱动高频升压变压器在后续的电路中对电压进行升压。此设计的MOSFET选择的型号为75NF75，它是一种单级型电压控制器件，不但有自关断能力，而且有驱动功率小开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等优点，在电路中做功率驱动放大器。图16 MOSFET 75NF75技术参数：2.2.4 升压电路设计1、低压升压图17 封装高压包和高压包内电路图经逆变电路得到的交流电电压很低，远远达不到灭虫的要求，还需要进一步的多次升压才能达到要求。第一步是低压升压，我们可以用普通的变压器来升压。另外，从装置结构和尺寸大小的限制，我们这里使用设计封装好的高压包来完成第一步的升压步骤。经MOSFET 放大器75NF75驱动高频升压变压器，使高频脉冲电压提升到3KV4KV。高压包初级线圈是0.3*3多股并绕12匝，次级0.1的漆包线，1600匝，采用的是F98的磁芯。2、高压升压经过第一步的升压过程，我们得到了3KV4KV较高压的电压，要想再进一步的用变压器升压会有很多问题，如绝缘问题和变压器体积变大。变压器利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和磁芯。变压器的主要部件是贴心和套在贴心上的绕组，两绕组在正常情况下没有点联系，知识依靠磁场进行交换电流。也就是两者是绝缘的关系。另外，除了绕组绝缘外，变压器的绝缘还有引线及分接开关绝缘，套管内绝缘、套管下部油中的沿面绝缘以及外绝缘等。变压器绝缘多采用油浸式绝缘、陶瓷绝缘等。低压时，通过这些绝缘方式都能使变压器安全工作，但是，当变压器的电压高于两绕组间的绝缘件可承受的最高电压或高压击断油中绝缘体时，变压器变不能达到其正常变压的效果。如果既要达到升压的目的，又能很好的绝缘，变压器的体积就会增大很多，这对依靠人力背负的灭虫器来说是不实际的，本设计采用倍压电流来进行高压升压。高频升压变压器输出的高频脉冲电压，通过倍压整流电路进一步得到提升，最终达到40KV50KV直流电压。倍压整流电路即具有一般整流电路将交流电变为直流电的作用，又能将输入电压成倍提高后输出。倍压整流电路的实质是电荷泵。（1）倍压电路的简单工作原理:当变压器次级输出电压为上正下负时，电流方向如图18所示，变压器向上臂电容充电储能。当变压器次级输出电压为上负下正时，电流方向如下图所示，上臂电容通过变压器次级向下臂充电。如果不带负载，稳态时，除了最左边的那个电容，其他每个电容上的电压为2,所以总的电压输出为6。事实上，由于高阶倍压整流电路带载能力很差，输出很少的功率就会导致输出电压大幅度跌落，假设输出电流为I，每个电容的容量相同，为C，交流电源频率为f，则：电压跌落为：输出电压纹波为：图18 倍压电路工作原理图在本设计中，电压跌落和电流不稳定问题可以不予考虑，因为，高压的目的就是杀虫，而高压探头电路末端放电处，在很短时间内，在空间内形成强电场，并将其中的害虫杀害。这个过程时间极短，在电压跌落之前已经完成。另外，电流稳定要求也不高，所以，倍压电路完全能够符合设计要求。（2）倍压电路灌封考虑设备使用的可靠性和安全性，防止电路打火现象，在整个高压部分（高压包，倍压），都用了高压绝缘环氧树脂灌封。采用绵阳惠利生产的电子绝缘环氧（9001-1514A/B），混合比例： A:B=5:1。常温固化:4-8小时。耐压系数20kv/mm。2.2.5 高压探头的设计高压探头的结构和外形决定着高压灭虫的效果。因高压电放电时的近距捷径放电效应，单电极放电时的作用面积很小，杀虫的效果和效率较低。因此，在设计高压电极时在每个探头上安装了4对8只电极，并尽量将每对电极分开安装。这样当高压探头扫过植物叶面时，会同时形成较大的放电电场，较大的提高灭虫效果。探头的外形设计主要依据植物叶面形状及间隙情况考虑。直杆带角度探头比较容易插入植物叶面间隙，较能顾及植物叶面和叶背上下两面扫描放电，对植物叶面放电覆盖效果较好，操作移动也很方便。（本设计只设计长圆柱形探头）。2.2.6 模块结构综上设计，得结构模块如下：电池主板高压包倍压探头输出产品组成：部件数量备注12V铅酸电池1个PCB印制电路板1块包含SG3525、MOSFET、高压包等高压包5个倍压模块10个外壳结构设计外壳结构设计第3章外壳结构设计3.1 外壳材料选择高压灭虫器的外壳强度要求不大，主要从质量轻、经济实用、且有一定的硬度和韧性。根据以上条件，外壳设计为塑料材料。目前电器容器中最常用的热塑性塑料为聚氯乙烯（Polyvinyl chloride polymer ，PVC），常用做板材、管材、鞋底、玩具、门窗、电线外皮、文具等。聚氯乙烯本色为微黄色半透明状，有光泽。简称PVC，由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂。是氯乙烯的均聚物。氯乙烯均聚物和氯乙烯共聚物统称为氯乙烯树脂。PVC为无定形结构的白色粉末，支化度较小。工业生产的PVC分子量一般在5万12万范围内，具有较大的多分散性，分子量随聚合温度的降低而增加；无固定熔点，8085开始软化,130变为粘弹态，160180开始转变为粘流态。聚氯乙烯有较好的机械性能，抗张强度60MPa左右，冲击强度510kJm2；有优异的介电性能，具有难燃、耐酸碱、抗微生物、耐磨并具有较好的保暖性和弹性。所以可用做电器设备的外壳。聚氯乙烯塑料重量轻，节省投资，重量比钢铁轻很多，可大大减轻结构重量，降低材料消耗，大大节省经济投资。所以，高压灭虫器的外壳材料选聚氯乙烯塑料材料。3.2 结构设计机型外壳设计首要考虑的是安全性，其次是便携性和美观性。根据人工操作的习惯及经验，外

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