详细超声波驱虫器设计报告程序加仿真

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。从而可以产生频率范围为23—64kHz范围内，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、产生率范围为23—64kHz范围内，周而复始地变换十种不同频率的电信号。2、利用23—64kHz范围内，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。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:INSECT MODEL、MOUSE MODEL、ALL MODEL。（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C 3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、总原理图及元器件清单

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

1F μ、0.1F μ 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（ΩK ） 100（Ω）

12

8 电解电容

2200F υ、10F υ、

3

9 超声波喇叭 20KHZ`65KHZ 2 10

按钮 自弹 3

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

11 变压器220V交流变

24V交流

1

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。