简易驱蚊器设计课设

1、桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸摘 要每当夏日来临人们在避免高温暴晒的同时也在想方设法消除蚊子的侵袭，但传统的方法存在很多弊端，不能有效的驱除蚊子，同时也不符合当代提倡绿色环保社会的要求。本次课程设计要做的就是通过超声波来驱逐蚊虫，所谓的超声波驱蚊就是通过仿生学原理设计相应电路使其能够产生频率在21KHZ-23KHZ的超声波，这个频率范围的超声波可以使怀卵期间的雌蚊子避而远之，从而达到驱蚊的效果。本课程设计通过DXP软件画出PCB原理图，以及最终的做板环节，实现了产生21KHZ-23KHZ频率的超声波，有一定的驱蚊效果。总体上实现了预期的功能。关

2、键词：驱蚊；超声波 ；单结晶体管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目录引言.11 超声波驱蚊的简介.11.1 生物学原理.11.2 超声波技术.12设计要求及方案.22.1 课程设计要求.22.2 设计方案.22.3设计原理及原理图.22.4器件选择.22.5重要器件介绍.3 2.5.1单结晶晶体管BT33F.32.5.2压电陶瓷片.53 各模块的原理与分析.53.1 振荡模块.53.1.1 模块组成.53.1.2电路分析.53.2 放大模块.73.1.1 模块组成.73.1.2 电路分析.74 实现与调试.84.1硬件配

6、置图.84.2 实验数值估算.94.3数据测量.94.4输出波形图.104.5测试结果及分析.115 结论.12谢辞.13参考文献.14第 2 页 共 15 页桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸引言:蚊子会咬人没错但是很多人都不知道其实公蚊子要人，只吸食植物的汁液。咬人的蚊子一般都是怀卵的雌蚊，。而雌蚊在怀卵期间又不喜欢与雄蚊接近,它们一感觉到雄蚊所发出的频率在21一23kHz的超声波信号，就会避而离去。所以根据生物学原理设计了电子驱蚊器，使其发出模拟雄蚊的超声波，从而驱逐雌蚊，避免蚊子叮咬。1. 超声波驱蚊的简介1.1生物原理虽然说人类听不出超声波，但不少动物却有此本领。它们可以利用超

7、声波“导航”、追捕食物，或避开危险物。大家可能看到过夏天的夜晚有许多蝙蝠在庭院里来回飞翔，它们为什么在没有光亮的情况下飞翔而不会迷失方向呢？原因就是蝙蝠能发出210万赫兹的超声波，同样蚊子也可以识别超声波，咬人的蚊子一般都是怀卵的雌蚊。而雌蚊在怀卵期间又不喜欢与雄蚊接近,它们一感觉到雄蚊所发出的频率在21一23kHz的超声波信号，就会避而离去。1.2超声波技术声波是属于声音的类别之一，属于机械波，声波是指人耳能感受到的一种纵波，其频率范围为16HZ-20KHZ。当声波的频率低于16HZ时就叫做次声波，高于20KHZ则称为超声波声波。声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。所谓振动是指物质的

8、质点在其平衡位置附近进行的往返运动。如，鼓面经敲击后，它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播，这便是声波。 超声波是指振动频率大于20000Hz以上的,其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限（20000Hz），人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性，目前腹部超声成象所用的频率范围在 25MHz之间，常用为33.5MHz（每秒振动1次为1Hz，1MHz=106Hz,即每秒振动100万次

9、，可闻波的频率在1620000HZ 之间）。超声波的两个主要参数：频率：F20KHz（在实际应用中因为效果相似，通常把F15K的声波也称为超声波）功率密度：p=发射功率(W)/发射面积(cm2);通常p0.3w/cm22 设计要求及方案 2.1课程设计要求（1）通过相应原理设计制作方案，使其能产生频率为21KHZ23KHZ的超声波信号（2）绘制相应原理图，并制作硬件以实现驱蚊的功能2.2设计方案利用单结晶晶体管BT33F振荡特性使其产生频率为21KHZ-23KHZ的振荡信号，然后通过后级放大器产生放大信号，耦合至压电陶瓷片，从而产生超声波。2.3 设计原理及原理图图2.1电源经Rl、RP向电容

10、C1充电，当充电达峰点电压时，单结晶体管VT1开启，并经电阻R3放电，当C1两端的电压下降到峰点以下时，单结晶体管截止。如此反复充电放电，产生振荡。调节电位器RP能改变振荡频率，使之在2123kHz左右。该振荡信号经电容C2耦合至VT2组成的放大电路，放大后的信号由电容C3输出，给压电陶瓷蜂鸣片发出超声波。2.4 器件选择：Q1-单结晶晶体管BT33FQ2-三极管9018（=120）RP1-电位器51kR1-电阻1kR2-电阻100R3- -电阻1kR4-电阻47kR5-电阻300R6-电阻1kBT1-电源6v9v直流电D1-发光二极管ledS1-三角开关C1-电容0.047fC2-电容0.0

11、1fC3-电容 0.1fCR1-压电陶瓷片HTD_27A测试仪器：示波器V-252 直流稳压电源 万用表2.5重要器件介绍：2.5.1单结晶体管BT33F（1）单结晶体管又称双基极二极管其构造是在一片高电阻率的N型硅片一侧的两端各引出一个电极，分别称为第一基极B1和第二基极B2。而在硅片是另一侧较靠近B2处制作一个PN结，在P型硅上引出一个电极，称为发射极E。两个基极之间的电阻为RBB，一般在215kW之间，RBB一般可分为两段，RBB=RB1+RB2，RB1是第一基极B1至PN结的电阻；RB2是第一基极B2至PN结的电阻。图2.2图2.3（2）特性分析 在基极电源电压UBB一定时，单结管的电

12、压电流特性可用发射极电流IE和发射极与第一基极B1之间的电压UBE1的关系曲线来表示，该曲线又称单结管伏安特性，如下图所示。图2.4三个区域的分界点是P(称为峰点)和V（称为谷点）。UP、IP分别称为峰点电压和峰点电流；UV、IV分别称为谷点电压和谷点电流。由等效电路图2.5可知图2.5 （2.1）式中 称单结管分压比，一般为0.50.8。上式表明峰点电压随基极电压改变而改变，（3）主要功能：用于电路的起振，产生相对频率的振荡可构成可控整流电路从而把交流电变换为电压值可以调节的直流电（4）BT33F的管脚判别：判断单结晶体管发射极E的方法是：把万用表置于R*100挡或R*1K挡，黑表笔接假设的

13、发射极，红表笔接另外两极，当出现两次低电阻时，黑表笔接的就是单结晶体管的发射极。单结晶体管B1和B2的判断方法是：把万用表置于R*100挡或R*1K挡，用黑表笔接发射极，红表笔分别接另外两极，两次测量中，电阻大的一次，红表笔接的就是B1极。2.5.2 压电陶瓷片图2.5（1）压电陶瓷片是一种电子发音元件，在两片铜制圆形电极中间放入压电陶瓷介质材料，当在两片电极上面接通交流音频信号时，压电片会根据信号的大小频率发生震动而产生相应的声音来。压电陶瓷片由于结构简单造价低廉，被广泛的应用于电子电器方面如：玩具，发音电子表，电子仪器，电子钟表，定时器等方面（2）正负极判断：中心部分为其正极，四周的铜片为

14、其负极3 各模块的原理与分析3.1振荡模块3.1.1模块组成单结晶体管与电阻Rl、R2、R3、电位器RP及电容C1组成前级-单结晶振荡电路。 3.1.2电路分析单结晶体管振荡电路图2.5（1）当合上开关S后，电源通过R1、R2加到单结管的两个基极上，同时又通过R、RP向电容器C充电，uC按指数规律上升。在uC（uC=uE）UP时，单结管截止，R1两端输出电压近似为0。当uC达到峰点电压UP时，单结管的E、B1极之间突然导通，电阻RB1急剧减小，电容上的电压通过RB1、R1放电，由于RB1、R1都很小，放电很快，放电电流在R1上形成一个脉冲电压uo。当uC下降到谷点电压UV时，E、B1极之间恢复

15、阻断状态，单结管从导通跳变到截止，输出电压uo下降到零，完成一次振荡。 （2）当E、B1极之间截止后，电源又对C充电，并重复上述过程，结果在R1上得到一个周期性尖脉冲输出电压电路的工作过程是利用了单结管负阻特性和RC充放电特性，如果改变RP，便可改变电容充放电的快慢，使输出的脉冲前移或后移，从而改变控制角，控制了晶闸管触发导通的时刻。显然，充放电时间常数=RC大时，触发脉冲后移，大，晶闸管推迟导通；小时，触发脉冲前移，小，晶闸管提前导通。图2.6（3）触发脉冲频率计算：RBB=RB1+RB2 （公式3.1）=RB1/RBB（公式3.2）（公式3.3）注：称单结管分压比，一般为0.50.8 3.

16、2放大模块3.2.1模块组成三极管Q2与电阻R4,R5构成后一级-放大电路3.2.2电路分析图2.7放大电路的功能是利用三极管的电流控制作用，或场效应管电压控制作用，把微弱的电信号（简称信号，指变化的电压、电流、功率）不失真地放大到所需的数值，实现将直流电源的能量部分地转化为按输入信号规律变化且有较大能量的输出信号。放大电路的实质，是一种用较小的能量去控制较大能量转换的能量转换装置。放大电路组成的原则是必须有直流电源，而且电源的设置应保证三极管或场效应管工作在线性放大状态；元件的安排要保证信号的传输，即保证信号能够从放大电路的输入端输入，经过放大电路放大后从输出端输出；元件参数的选择要保证信号

17、能不失真地放大，并满足放大电路的性能指标要求（1） 各元件作用 三极管V：实现电流放大。集电极直流电源Ucc :确保三极管工作在放大状态。 集电极负载电阻Rc :将三极管集电极电流的变化转变为电压变化，以实现电压放大。基极偏置电阻Rb :为放大电路提供静态工作点。（2） 工作原理Ui直接加在三极管V的基极和发射极之间，引起基极电流Ib作相应的变化 。 通过V的电流放大作用，V的集电极电流Ic也将变化 。 Ic的变化引起V的集电极和发射极之间的电压Uce变化。 Uce中的交流分量Uce经过C2畅通地传送给负载RL，成为输出交流电压Uo,，实现了电压放大作用。 耦合电容C1和C2 :隔直流通交流。

18、（3）静态工作点估算： IB=(UCC-UBE)/RB（公式3.4）IC=IB （公式3.5）UCE=UCC-ICRC （公式3.6）4 实现与调试4.1硬件配置图图4.14.2实验数值估算（1）单结晶体管振荡频率范围估算根据公式（3.1）（3.2）（3.3）知频率范围8khzf50khz（2）估算静态工作点根据公式（3.4）（3.5）（3.6）得出静态工作点Ib=0.11mAIc=11mA Uce=3v4.3数据测量（1）单结晶体管振荡电路：用万用表用万用电表R10档分别测量EB1、EB2间正、反向电阻（测量前需要将单结晶管在电路中卸下）REB1REB2RBE1RBE2RBB12.365k1

19、0.063k78.532k69.530k10.250K表4.1（2）单极晶体管共射放大电路：测量静态工作点：不加输入信号，将放大器输入端接地UBQUCQUBEQUCEQ0.7V2.24V0.70V2.24V表4.2（3）调节电位器观察示波器使其振荡频率在2123KHZ，然后测量各级电压电压UEB1UEB2UB1UB2UE 1.3 V 2.1V 2.5V0.17V3.5V 表4.3（4）测量放大倍数Av，保持电位器固定，观察示波器，记录相应数据RLUiUOAV=UO/Ui23k980.78V 3.01V3.858表4.44.4输出波形图：4.4.1单结晶体管振荡电路输出波形图4.24.4.2超声

20、波驱蚊器输出波形图4.34.5结果及分析由所测各项数据可知调试结果（在误差允许范围内）与估算值基本相同（1）单结晶体管振荡频率在5KHZ到48KHZ内可调（2）单极晶体管共射放大电路工作在放大状态由实测波形可知（1）单极共射放大电路对前级输入信号的放大倍数约为4倍（2）单结晶体管充电时间长于放电时间，且充放电过程之间为突变电源通过R1、R2加到单结管的两个基极上，同时又通过R1、RP1向电容器C1充电，充电电压uc按指数规律上升。在uC小于峰点电压Up时，单结管截止，R3两端输出电压近似为0。当uC达到峰点电压UP时，单结管的E、B1极之间突然导通，电阻RB1急剧减小，电容上的电压通过RB1、

21、R1放电，由于RB1、R1都很小，所以放电很快，放电电流在R3上形成一个脉冲电压uo。当uC下降到谷点电压UV时，E、B1极之间恢复阻断状态，单结管从导通跳变到截止，输出电压uo下降到零，完成一次振荡。5 结论本次设计虽然能产生驱蚊效果但也存在很多弊端，如：（1）超声波驱蚊器虽然能够产生驱蚊效果但是因为存在不同种类蚊子对超声波频率敏感程度不同等原因使得其产生的超声波并不能做到对所有蚊子产生驱逐效果。（2）该设计采用蓄电池供电，随这使用时间的增长其电源电压会降低从而对频率产生一定的影响。（3）虽然超声波人类听不到但是也会对人体产生一些危害。但好处也显而易见，其有效的避免了传统驱蚊的费时费力以及污染问题。本次课程设计虽然过程坎坷，遇到很多不懂或难以解决的问题，但是结果是令人满意的。其最终实现驱蚊效果，能够有效的产生频率21KHZ-23KHZ