超声波驱蚊仪

电子产品创作设计课程项目设计论文

题目 超声波驱蚊仪

院系: 电子工程学院

班级: 021212

作者: 沙丰，潘振宇，单昊聪，付博勋

西安电子科技大学

摘要

摘要

在日常生活中，尤其是夏季，人们总会遭遇蚊虫的叮咬，主要是蚊子，由此产生了各式各样的驱虫设备，其中超声波驱蚊器不但环保节能而且对人体无害。根据生物学基本原理，设计了此电子变频线路，模拟各种雄蚊翅膀抖动的声波（雄蚊所发21-23KHZ超声波），吸血的雌蚊听到上述声波，便会立即逃走，从而达到驱除蚊虫的目的。此电子驱虫器电路，主要是由NE555和CD4017构成时钟振荡器、计数器和多谐振荡器，由扬声器和三极管构成发生设备，从而可以产生频率范围为23-64KHZ的超声波（分为10个频段），NE555双时基电路中，第一个时基电路接成频率可调的（1-3HZ）无稳态多谐振荡器，第二个时基电路接成无稳态多谐振荡器，但它具有大约45KHZ的固定振荡频率，23KHZ-64KHZ的频率范围，是通过C2两端电压耦合到第二个时基电路的控制电压端来实现，辐射超声波的元件是压电高音喇叭，这样就能有效驱除蚊子、蟑螂、苍蝇、跳蚤、老鼠等害虫。最后我们总结出了一些结论，“特殊的变频电路可以模拟驱虫翅膀抖动的声波驱除蚊虫”的结论，在实验研究中，我们得知蚊虫对频率在26-28KHZ声波具有很强的反感性，但对于人耳是听不到这么高频率的声波的。

关键词 电子变频线路 模拟 声波 驱除蚊虫

超声波驱蚊仪

Abstract

In everyday life, especially in summer, people always suffered mosquito bites, mainly mosquitoes, thereby producing a wide variety of insect repellent device, which is not only environmentally friendly energy ultrasonic insect repellent and harmless. According to the basic principles of biology, designed the electronic inverter circuit, simulate a variety of male mosquito wings acoustic jitter (male mosquitoes issued 21-23KHZ ultrasound), blood-sucking female mosquitoes hear the sound wave, will immediately run away, so as to get rid of the purpose of mosquitoes. The electronic circuit insecticide, mainly constituted by the CD4017 NE555 and clock oscillator, counter, and the multivibrator, and the transistor constituted by a speaker generating device, which can generate an ultrasonic frequency range 23-64KHZ (divided into 10 bands ), NE555 dual time base circuit, the first time base circuit connected to a frequency tunable (1-3HZ) astable multivibrator, the second time base circuit connected as astable multivibrator but it has a fixed oscillation frequency of about 45KHZ, 23KHZ-64KHZ frequency range, the voltage across C2 is coupled by a control voltage terminal to the second time base circuit to achieve, the ultrasonic radiating element is a piezoelectric tweeter, so can effectively repel mosquitoes, cockroaches, flies, fleas, rats and other pests.Finally, we summarize some conclusions, "a special inverter circuit can be simulated worming wings acoustic jitter repel mosquitoes" conclusion, the experimental study, we learned that mosquitoes in 26-28KHZ frequency sound waves have a strong aversion to sex, but for the human ear can not hear such a high frequency sound waves.

Keywords electronic inverter circuit analog sound waves repel mosquitoe

目录

目录

一、设计任务、要求??????????????????1

二、设计目的?????????????????????1

三、原理电路设计???????????????????1

电路基本原理???????????????????2 555 定时器的结构原理???????????????3 压电扬声器工作原理????????????????5 Cd4017 工作原理?????????????????5

四、电路制作及其遇到的问题??????????????7

五、器件清单?????????????????????8

六、实验总结与体会??????????????????8

七、参考文献?????????????????????13

超声波驱蚊仪

一、设计任务、要求

任务：随着科学技术的发展，超声波驱蚊器已经成为了人类不可缺少的小家电，它不但环保节能而且对人体无害。经本小组实验期间查阅资料得知超声波驱蚊器有以下特点：超声波驱蚊器的工作原理分为点频式（固定频率），扫频式（频率是变动的有变频式之称）和合成式（把几种频率合成在一起有调频式之称）。工作机理均为雄蚊式（叮人的一般是怀孕期的雌蚊，听到雄蚊所发出21-23KHZ超声波就会避开）蝙蝠式（蚊子对天敌蝙蝠所发26-28KHZ超声波也异常恐惧）蜻蜓式（蚊子对天敌蜻蜓发出的5K-10KHZ的声波也十分恐惧）噪音式等等。我们设计并制作在23~64khz的范围内周而复始地变换着产生10种不同频率的超声波的多频超声波发生器电路。

要求：使十种频率的信号持续期各为一秒，周而复始的产生。

二、设计目的

1．掌握电子系统的一般设计方法

2．掌握模拟IC器件的应用

3．培养综合应用所学知识来指导实践的能力

4．熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法

5．掌握常用元器件的识别和测试

6．培养学生综合电子电路知识，解决电子技术方面常见实际问题的能力，促使学生积累际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、训练技能、追求创新、走向实用。

7．在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。

三、原理电路设计

经科学研究发现昆虫对超声波有不同程度的恐惧，本小组采用超声波驱蚊器，超声波驱鼠器，超声波驱蟑器的核心技术，及昆虫害怕超声波这一特点，设计了此款超声波驱虫器。本机发出的超声波声压远离人类的耳朵听觉范围，对于人类及家庭宠物，不会造成任何伤害。

该电子驱虫器电路由时钟振荡器、计数器、多谐振荡器和音频输出电路组成，多频超声波发生器电路见图，Ic1（NE555）构成时钟振荡器，产生频率为1HZ的时钟信号，此信号作用于IC2（CD4017）的时钟输入端cp，使IC2的输出端 1

原理电路设计

Q0~Q9依次输出高电平，各输出端高电平持续期均为1s，IC3（NE555）构成超声波振荡器，

由于IC2的Q0~Q9输出端电阻R4~R13的阻值各不相同，他们分别与C3组成的充电时间常数不同，因此在Q0~Q9依次为高电平的各个时段内，IC3输出的振荡频率不同。当Q0为高电平时，IC3输出约23KHZ的信号，当Q9为高电平时，IC3输出约64KHZ的信号。十种频率的信号持续期各为1s，周而复始的产生，因而压电扬声器B周而复始的发出10种不同频率的超声波。

555定时器的结构原理：

（TTL）工艺制作的称为 555，用 互补金属氧化物（CMOS ）工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图如右图所示。

2

超声波驱蚊仪

3

4

超声波驱蚊仪

无稳态模式：在此模式下，555以振荡器的方式工作。这一工作模式下的555芯片常被用于频闪灯、脉冲发生器、逻辑电路时钟、音调发生器、脉冲位置调制（PPM）等电路中。如果使用热敏电阻作为定时电阻，555可构成温度传感器，其输出信号的频率由温度决定。

双稳态模式（或称施密特触发器模式：在DIS引脚空置且不外接电容的情况下，555的工作方式类似于一个RS触发器，可用于构成锁存开关。

压电扬声器工作原理

当给压电陶瓷片施加激励电场时，根据压电晶体的逆压电效应，压电陶瓷片即产生形变，而压电陶瓷片与扬声器的的振动膜片连接在一起，当压电陶瓷片伸展的时候，振动膜片就会如图 a 所示的那样向上弯曲，当压电片收缩的时候，振动膜就会如图 b 所示的那样向下弯曲，这样就推动了空气，辐射出声音。

压电扬声器的特点:

压电扬声器具有超薄（本压电扬声器厚度≤1.5mm，动圈扬声器厚度≥

3.4mm）、紧凑的封装，超薄外形易于手机、笔记本电脑等便携式终端设备音频部分的灵活设计。

多层陶瓷膜片通过双向振动模式，产生平滑的响应频，高质量的声音以及高的电声转换效率（动圈式手机扬声器在90db的声压下的功耗一般在 120 毫瓦，同样条件下压电扬声器只有15毫瓦）。

结构简单，平面外形结构易于扬声器固定和贴装在有限的空间内。

对音腔的要求低（后腔的尺寸对压电扬声器的S.P.L影响不大，动圈扬声器的后腔是必需的，需要后腔的声学效应来提高S.P.L）。

无磁铁材料，不会产生对铁砂等吸入。

无线圈材料，不会产生电磁干扰和电磁辐射。

压电陶瓷材料具有抗电磁干扰和阻燃特性。

驱动压电扬声器的放大器电路具有与驱动动圈扬声器不同的输出驱动要求。压电扬声器的结构要求放大器驱动大电容负载，并在较高的频率下输出更大的电流，同时保持高输出电压。

压电扬声器的低频响应有限。

Cd4017工作原理：

5

原理电路设计

CD4017：十进制计数器/脉冲分配器

CD4017 是5 位Johnson 计数器，具有10 个译码输出端，CP、CR、INH 输入端。时钟输

cd4017

入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH 为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。CR 为高电平时，计数器清零。

Johnson 计数器，提供了快速操作、2 输入译码选通和无毛刺译码输出。防锁选通，保证了正确的计数顺序。译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。在每10 个时钟输入周期CO 信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。

CD4017 提供了16 引线多层陶瓷双列直插(D)、熔封陶瓷双列直插(J)、塑料双列直插(P)和陶瓷片状载体(C)4 种封装形式。

工作条件

电源电压范围：3V-15v

输入电压范围：0V-VDD

工作温度范围

M 类：55℃-125℃

E 类：40℃-85℃

极限值

电源电压：-0.5V-18v

输入电压：-0.5V-VDD 十0.5V

输入电流：±10mA

6

四．电路制作调试及其遇到的问题

1.调试方法：

整个电路安装完毕后，可在电容器C4两端并接一只0.047uf涤纶电容器，使多谐振荡器的工作频率降低至人耳能够听到的音频信号频率（20HZ-20KHZ）。若接通电源后，扬声器中能输出频率每秒钟均变化的音频信号，则说明该电路工作正常，将0.047uf电容器焊下即可。

2.遇到的问题：

①焊接时焊锡内含的松香吸入过多有头晕等不适感

②进行焊接前没有对整体电路做布局导致一个一个元件焊接时电路板上导线繁杂，布局混乱给电路焊接带来了极大麻烦

③电路设计时的电阻电容并不能全部购买到所需求的阻值，容值，需要通过 7

电路制作调试及其遇到的问题

其他电阻电容进行串并联以替代购买不到的元器件

④焊接时焊锡加的过多导致与其他电位相连导致短路

⑤实验室电源可能由于使用时间过长出现故障，直流电实际电位与标示电位有出入，需要测量方能使用

⑥调试时输出频率不能达到设计时的工作范围，原因是电路板和导线本身存在分布电容，导致实际的电容高于设计电容

五、器件清单

固定电阻：470kΩ（2个）、100Ω（2个）、2.2k（1个）、4.7k（1个）、5.8k（1个）、10k（1个）、15k（1个）、18k（1个）、22k（1个）、

27k（1个）、33k（1个）、34k（1个）、22k（1个）全部选用1/4w碳膜电阻器 电解电容：1p（1个）、10p（1个）、620p（1个）

二极管：11个 VD1-VD11均选用1N4148型开关二极管；VD12选用1N4007型整流二极管。

运放芯片:IC1555(1个)、IC3555(1个)

直流电源：12v一个

超声波喇叭：一个

分频芯片cd4017：1个

金属固定脚：4个

六、实验总结与体会

1、结论

经过本次对超声波驱虫器的实验研究，从实际上，我们验证了理论的正确性和严谨性。经过了几次失败，我们终于得到“特殊的变频电路可以模拟驱虫翅膀抖动的声波驱除蚊虫”的结论，在实验研究中，我们得知蚊虫对频率在26-28KHZ声波具有很强的反感性，但对于人耳是听不到这么高频率的声波的。

2、作品的优点和缺点

自己觉得本作品的优点有四个：①输出波形的频率可以在一定的范围内调节。②输出三角波的幅值可以在一定的范围内调节。另外，本电路存在一定的缺点，方波的输出波形的顶部出现小小倾斜（即失真）。

③因电路板本身存在电容使电容充电时间增长频率范围发生变化，不能达到原有的设计要求

8

超声波驱蚊仪

3、改进方案

针对本电路的不足，自己觉得改善电路的方法是选用适当阻值的限流电阻，性能和稳压值更好的二极管，另外，还可以换用更好的运算器芯片。

针对电路板本身的缺陷，我们用额外电容串联充电电容使电容容值下降

4、心得体会

首先学习电路的基本设计方法，使我对抽象的理论有了具体的认识。加深对课堂知识的理解和应用。完成指定的设计任务，理论联系实际，实现书本知识到工程实践的过渡；学会设计报告的撰写方法。

其次，通过这次课程设计，我对仿真软件有了一定的认识，懂得焊接电路，更懂得如何使用万用表我掌握了常用元件的识别和测试，熟悉了常用的仪器仪表的使用，初步了解了电路的连接和布局的方法和注意事项；以及如何选择元件参数以提高电路的性能等等。特别是在元器件选用上，通过计算算出来的电容电阻，在市面上未必能买得到，买不到我们只能通过再修改参数或选用临近值的元器件，并且对元器件的行情也有了一定的了解。另外，如果买不到所要求的电阻，那就可以选购适当的变阻器来替代。反正一句话，方法不是唯一的，有很多东西是可以相互替换和相互补救的。

七、参考文献

[1].孙万蓉《数字电子技术基础》西安电子科技大学出版社2009.2

[2].孙肖子《模拟电子电路及技术基础》西安电子科技大学出版社2008.1

9