电子驱蚊器课程设计

电子驱蚊器课程 测控电路设计 专 业:测控技术与仪器 班 级: 姓 名: 学 号: 目录 1. 设计思 路 ………………………………………………………………………… 1 2. 设计方 案 ………………………………………………………………………… 1 2.1 电子驱蚊器的设 计 ……………………………………………………1 2.1.1 桥式整流电路的方案设 计 ……………………………………………1 2.1.2 555定时器多谐振荡器的方案设 计 ………………………………1 2.2 设计原理框 图 ……………………………………………………………… 1 3. 单元电路设 计 …………………………………………………………………… 2 3.1 桥式整流电路原理 图 ……………………………………………………… 2 3.2 555定时器多谐振荡器原理 图 …………………………………………… 2 4. 电路工作原理及参数计 算 ……………………………………………………… 3 4.1 桥式整流电路工作原理及参数计 算 …………………………………………3 4.2 555定时器多谐振荡器工作原理及参数计 算 …………………………… 3 5. 整体电路 图 …………………………………………………………………………6 6. 小 结 …………………………………………………………………………………7 7. 参考文 献 ………………………………………………………………………… 8 电子驱蚊器 1. 设计思路 通过查阅资料得知:咬人的蚊子一般都是怀卵的雌蚊，雄蚊并不咬人。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21-23kHz的超声波信号，就会避而离去。因此，电子驱蚊器需要一个超声波发生器，由文献查得555定时器能构成多谐振荡器，与压电式蜂鸣器组合就能发出超声波。 2. 设计方案 2.1电子驱蚊器的方案设计 ? 根据设计要求:工作电压5V，超声频率21,23kHz，输出功率0.25W。查阅资料，经过整理了解，该电子驱蚊器需要用全桥整流电路和555定时器多谐振荡器。 ? 选用220V交流电转5V直流电全桥整流电路设计方案和555芯片。 ? 画出一个实现电路功能的大致框图。 ? 画出框图中的各部分电路，选用各种集成运放和其它模拟集成电路。对各部分电路的工作原理作出说明。 ? 画出整个设计电路的原理电路图，并简要地说明电路的工作原理。 2.1.1 桥式整流电路的方案设计 (1)根据设计要求:工作电压5V。查阅资料，经过整理了解，学会了设计全桥整流电路。 (2)选用匝数比为220:9的 变压器，电解电容，电阻，三端稳压器，4个二极管和LED灯等元器件。 (3) 画出原理的电路图，并简要地说明电路的工作原理。 2.1.2 555定时器多谐振荡器的方案设计 (1)根据设计要求:超声频率21,23kH。查阅资料，经过整理了解，学会了设计555定时器多谐振荡器。 (2)选用555芯片，电阻，滑动变阻器，电容等元器件。 (3) 画出原理的电路图，并简要地说明电路的工作原理。 2.2设计原理框图 1 图1原理框图 3.单元设计 3.1桥式整流电路原理图 图2桥式全波整流电路原理图 3.2 555定时器多谐振荡器原理图 2 图3 555定时器多谐振荡器 4.电路工作原理及参数计算 4.1桥式整流电路工作原理及参数计算 按图2所示电路由变压器和4个二极管组成一个桥式整流电路，整流后就得到一个电压波动很大的直流电源，所以在这里接一个330uF/25V的电解电容。 变压器输出端的9V电压经桥式整流并电容滤波，在电容电解电容C两端大约会有11V多一点的电压，假如从电容两端直接接一个负载，当负载变化或交流电源有少许波动都会使C1两端的电压发生较大幅度的变化，因此要得到一个比较稳定的电压，在这里接一个三端稳压器的元件。 三端稳压器是一种集成电路元件，内部由一些三极管和电阻等构成，在电路时可简单的认为这是一个能自动调节电阻的元件，当负载电流大时三端稳压器内的电阻自动变小，而当负载电流变小时三端稳压器内的电阻又会自动变大，这样就能保持稳压器的输出电压保持基本不变。[1] 因为我们要输出5V的电压，所以选用7805。LM7805最大可以输出1A的电流，内部有限流式短路保护，短时间内，输出端对地(2脚)短路并不会使7805烧坏。虽然7805最大电流是一安培，但实际使用一般不要超过500mA,否则会发热很大，容易烧坏。一般负载电有200mA以上时需要散热片。 三端稳压器后面接一个105mF的电容，这个电容有滤波和阻尼作用。[2] 按照电路设计，加上220V交流电源后，发光二极管会亮，显示电路工作状态, 然 3 后对用万用对输出进行开路检测，显示输出Vo=5.02V，接着接上10k左右的负载，显示Vo=4.85v。[3] 相关参数计算:桥式全波整流电路 VL=0.9V2=0.9×9=0.81V IL=VL R=0.81 10=0.081A L IID=L 2=0.081 2=0.0405A VM= 2=12V C?0.289 f×UI×0.08 =0.289 (100×1.5×0.05)=105mF 54.2 555定时器多谐振荡器工作原理及参数计算 (1)555定时器内部结构 555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路,其内部结构如图4所示及管脚排列如图4所示。 图4 555定时器内部结构 图5 555定时器引脚排列 它由分压器、比较器、基本R--S触发器和放电三极管等部分组成。分压器由三个5K? 4 2 的等值电阻串联而成。分压器为比较器A1、A2提供参考电压，比较器A1的参考电压为Vcc， 3 1 加在同相输入端，比较器A2的参考电压为Vcc，加在反相输入端。比较器由两个结构相 3 同的集成运放A1、A2组成。高电平触发信号加在A1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R--S触发器RD端的输入信号;低电平触发信号加在A2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R—S触发器SD端的输入信号。基本R--S触发器的输出状态受比较器A1、A2的输出端控制。[4] (2)多谐振荡器工作原理 由555定时器组成的多谐振荡器如图3所示，其中R1、R2和电容C为外接元件。其工作波下图6所示。 _ _ 图6 555定时器多谐振荡器的工作波形 设电容的初始电压UC,0，t,0时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触 __ 1 发端VTH,VTL,0< V,,，比较器A1输出为高电平，A,输出为低电平，即RD?1，SD?0(1 3 表示高电位，0表示低电位)，R?S触发器置1，定时器输出u0?1此时Q?0，定时器内 1 部放电三极管截止，电源Vcc经R1，R2向电容C充电，uc逐渐升高。当uc上升到Vcc时， 3 _ A2输出由0翻转为1，这时RD?SD?1，R?S触发顺保持状态不变。所以0<t<t1期间，定时器输出u0为高电平1。 __ 2 t?t1时刻，uc上升到Vcc，比较器A1的输出由1变为0，这时RD?0，SD?1，R?S 3 __ 触发器复0，定时器输出u0?0。 5 t1?t?t2期间，Q?1，放电三极管,导通，电容,通过R2放电。uc按指数规律下降， __2当uc?Vcc时比较器A1输出由,变为1，,,,触发器的RD?SD?1，Q的状态不变，u03_ 的状态仍为低电平。 __1t?t2时刻，uc下降到Vcc，比较器A2输出由1变为0，R---S触发器的RD?1，SD?3 0，触发器处于1，定时器输出u0?1。此时电源再次向电容C放电，重复上述过程。 通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出u0?1，电容放电时，u0?0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波， 其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。[1] (3)振荡周期 由图6可知，振荡周期T?T1?T2。T1为电容充电时间，T2为电容放电 时间。 充电时间 T1?(R1?R2)Cln2?0.7(R1?R2)C 放电时间 T2?R2Cln2?0.7R2C 矩形波的振荡周期T?T1?T2?ln2(R1?2R2)C?0.7(R1?2R2)C 因此改变R1、R2和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。 对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量外，还有一个参数:占空比q，q=脉宽tw/周期T，tw指输出一个周期内高电平所占的时间。图(C)所示电路输出矩形波的占空比q?T1T1R?R2[1]。 ??1 TT1?T2R1?2R2 查555多谐振荡器的工作参数手册，得到输出电压:U0=1/3×U=1/3×5=1.6V，根据设计要求输出功率为0.25W，故 I=P/U0=0.25/1.6=0.16A,R=UO/I= 1.6/0.16=10Ω。 5.整体电路图 6 图7电子驱蚊器原理电路图 6.小结 通过这次课程设计，让我更加深刻了解课本知识，和以往对知识的疏忽得以补充，在设计过程中遇到一些模糊的公式和专业用语,在使用手册时，有的数据很难查出，但是这些问经过这次设计，都一一得以解决，我相信这本书中还有很多我未搞清楚的问题，但是这次的课程设计给我相当的基础知识，为我以后工作打下了严实的基础。课程设计是一个重要的教学 环节，通过课程设计使我们了解到一些实际与理论之间的差异。通过课程设计不仅可以巩固专业知识，而且还可以培养和熟练使用资料，运用工具书的能力，把我们所学的课本知识与实践结合起来，起到温故而知新的作用。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门设计课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论 有了具体的认识。总之，这次课程设计使我收获很多、学会很多、比以往更有耐心很多。 7 感谢学校及老师给我们这次课程设计的机会，最真挚的感谢尤老师，在设计过程中，老师精心的辅导和不厌其烦地的态度才使得我们以顺利的完成这次设计，他那无私的奉献的精神照耀着我们对学习的热爱，同时也增加我们对知识的追求和欲望度。 参考文献 [1] 康光华(电子技术基础[M](北京:高等教育出版社，2011( [2] 孟立凡(传感器原理及技术[M](北京:国防工业出版社，2010( [3] 毕满清(模拟电子技术基础[M](北京:电子工业出版社，2010( [4] 郝晓剑(测控电路设计与应用[M](北京:电子工业出版社，2012( 8