详细超声波驱虫器设计报告 程序加仿真设计.docx
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详细超声波驱虫器设计报告程序加仿真设计
超声波驱虫器设计报告
一、设计任务与要求
人们日常生活中,尤其是夏季,人们常常遭遇蚊虫的叮咬,主要是蚊子叮咬后起包发痒,影响了人们的日常生活和工作。
根据生物学基本原理,利用蚊虫对超声波均会产生厌恶感,设计了此超声波驱虫器。
超声波驱蚊器不但环保节能而且对人体无害。
超声波驱虫器主要是NE555构成无稳态多谐振荡器,产生超声波信号,由压电超声波扬声器构成超声波发生装置。
从而可以产生频率X围为23—64kHzX围内,周而复始地变换十种不同频率的超声波,即可起驱除蚊子、蟑螂、苍蝇、跳蚤、等害虫的效果。
二、方案设计与论证
根据设计要求,对于超声波驱虫器的设计,可分为两大部分：
1、产生率X围为23—64kHzX围内,周而复始地变换十种不同频率的电信号。
2、利用23—64kHzX围内,周而复始地变换十种不同频率的电信号,驱动超声波喇叭产生超声波。
从而达到超声波驱蚊器的设计目标。
方案一
本方案依据不同种类昆虫,对不同波段超声波厌恶反应的生物现象,设计、制作超声波驱虫器。
本设计主要分为三大模块：
第一模块设计可提供由220V交流转化为5V直流的电源。
第二模块利用STC89C25芯片控制超声波发射频率,以应对不同驱虫需要,并且实现通过按钮切换,并在液晶显示屏上显示超声波驱虫器工作状态。
第三模块利用NE555芯片实现不同频率声波信号的输出,输出信号驱动超声波喇叭,且输出频率受控于单片机。
最终完成超声波驱虫器的设计,实现相应功能。
方案二
本方案依据不同种类昆虫,对不同波段超声波厌恶反应的生物现象,设计、制作超声波驱虫器。
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X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X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。
最终完成超声波驱虫器的设计,实现相应功能。
三、单元电路设计与参数计算
第一与第二设计方案公共部分,都是IC3〔NE555〕构成超声波振荡器。
由于NE555的7脚接入阻值不同,它们分别与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,驱动超声波喇叭产生超声波。
第一种设计
由单片机的P0、P2口接16位输出端,分别接16个不同阻值的电阻,P3.3、P3.6、P3.7口分别接三个弹性按钮。
当第一个按钮key1按下时,单片机检测到P3.3为低电位P0口工作,当第二个按钮key2按下时,单片机检测到P3.6为低电位P2口工作,当第三个按钮key3按下时,单片机检测到P3.7为低电位P0、P2口工作。
单片机P口的工作方式为0~7循环为高电平,这样就可以使NE555输出16种超声波信号。
针对不同害虫有不同工作模式,并且可以将工作方式显示在液晶屏幕上,分别有三种工作方式:
INSECTMODEL、MOUSEMODEL、ALLMODEL。
〔程序见附件1〕
第二种设计
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。
四、总原理图与元器件清单
1．总原理图
第一种方案：
第二种方案：
2.元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
1
LM7812
输入14~35V
输出12V
1
2
NE555D
输入电压4.5~16V
2
3
CD4017
输入电压
3~15V
1
4
瓷片电容
1
、0.1
2
5
STC89C52
输入定压
5V
1
6
1602液晶屏
8个数据口
1
7
电阻
2.2、6.8、4.7、10、15、18、22、27、33、39、470〔
〕
100〔
〕
12
8
电解电容
2200
、10
、
3
9
超声波喇叭
20KHZ`65KHZ
2
10
按钮
自弹
3
11
变压器
220V交流变24V交流
1
五、安装与调试
根据第一种设计方案,将各电子元件焊接在电路板,电路板实物如图所示。
在调试过程中分别按key1,key2,key3,在液晶显示屏上分别显示三种工作状态,如图所示。
但在随后的调试过程中,P0,P2口16个端口的电位,没有按照程序所写的那样,高低电位循环变化。
在随后的检查中,改进了程序写法,检查了电路板的焊接。
调试程序后液晶屏可按设计的正常显示,但P0,P2端口任然不能正常工作。
由于电路连接稍显复杂,而且焊接过程中安排不合理。
因此检查出问题所在特别复杂,便换了第二种方案。
第二种方法利用CD4017芯片,产生十个循环高低电位变化的信号,分别与10个阻值不同的电阻相连。
从而控制NE555产生十中超声波信号,驱动超声波喇叭。
根据第二种设计方案,将各电子元件焊接在电路板,电路板实物如图所示。
六、性能测试与分析
首先对超声波喇叭的输出电信号在示波器上显示,可发现屏幕中周期性的出现高频,伏指在0.6~1.16V之间的电信号。
首先用透明塑料袋将一只昆虫装入袋中,两个超声波喇叭放入袋。
起先昆虫会在袋中飞舞,冲撞熟料袋。
等待昆虫安静下来后,接通驱虫器电源,昆虫会出现躁动。
七、结论与心得
本次对超声波驱虫器的课程设计中,从选题到制定合适的设计方案,根据方案制定电路图,都是由自己查资料、思考所确定的。
查询非电子学资料也非常重要,在实验研究中,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。
这些生物学方面的资料对于超声波驱虫器频率的选择至关重。
再依据制定的方案购买元器件,在洞洞板上焊接电路板。
其次,通过这次课程设计,我对仿真软件protues有了一定的认识,积累了焊接电路的经验,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,例如恒压电源、示波器。
初步了解了电路的连接和布局的方法和注意事项；以与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,并且对元器件的价格与其对应的质量,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。
总的来说,在这次课程设计中学习了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。
同时也锻炼了意志力,遇到问题,解决问题的能力也得到了提高,实现书本知识到工程实践的过渡,让我受益颇多。
七、参考文献
[1]杨欣胡文锦X延强实例解读模拟电子技术.电子工业,2013.1
[2]郭天祥51单片机C语言教程.电子工业,2009.1
[3]苏家健.单片机原理与应用技术.高等教育,2004.11[4]周航慈.单片机程序设计基础.航空航天大学,2003.07[5]余锡存曹国华.单片机原理与接口技术[M].XX:
XX电子科技大学
[6]吴小玲,查玉平,陈京元,陈其才.《华中师X大学学报》[J].2014,48
附录：
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharcodetableI[]="INSECTMODEL";
ucharcodetableM[]="MOUSEMODEL";
ucharcodetableA[]="ALLMODEL";
ucharcodetable1[]="WORKING";
sbitlcden=P3^4;
sbitlcdrs=P3^5;
sbitkey1=P3^3;
sbitkey2=P3^6;
sbitkey3=P3^7;
consttab0[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};
consttab2[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};
ucharnum,a;
voiddelay;
voidwrite_com
{
lcdrs=0;
P1=com;
delay<5>;
lcden=1;
delay<5>;
lcden=0;
}
voidwrite_data
{
lcdrs=1;
P1=date;
delay<5>;
lcden=1;
delay<5>;
lcden=0;
}
voidinit<>
{
lcden=0;
write_com<0x38>;
write_com<0x0e>;
write_com<0x06>;
write_com<0x01>;
write_com<0x80>;
}
voidshowi<>
{
init<>;
for
{
write_data;
delay<200>;
}
//write_com<1>;
write_com<0x80+0x53>;
for
{
write_data;
delay<200>;
}
while<1>;
}
voidshowm<>
{
init<>;
for
{
write_data;
delay<200>;
}
//write_com<1>;
write_com<0x80+0x53>;
for
{
write_data;
delay<200>;
}
while<1>;
}
voidshowa<>
{
init<>;
for
{
write_data;
delay<200>;
}
//write_com<1>;
write_com<0x80+0x53>;
for
{
write_data;
delay<200>;
}
while<1>;
}
voidinsect<>
{
unsignedchark;
for
{
P0=tab0[k];
delay<500>;
}
}
voidmouse<>
{
unsignedchark;
for
{
P2=tab2[k];
delay<500>;
}
}
voidall<>
{
unsignedchark;
for
{
P0=tab0[k];
P2=tab2[k];
delay<500>;
}
}
voiddelay
{
uintx,y;
for0;x-->
for0;y-->;
}
voidinit1<>
{
TMOD=0X01;
TH0=<65536-50000>/256;
TL0=<65536-50000>%256;
EA=1;
ET0=1;
}
voidkeyscan<>
{
if
{
delay<10>;
if
{
a=1;
showi<>;
while
key1>;
delay<10>;
}
}
if
{
delay<10>;
if
{
a=2;
showm<>;
delay<10>;
while
key2>;
}
}
if
{
delay<10>;
if
{
a=3;
showa<>;
delay<10>;
while
key3>;
}
}
}
voidmain<>
{
init<>;
init1<>;
while<1>
{
keyscan<>;
if
insect<>;
if
mouse<>;
if
all<>;
}
}
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