智能电子灭蟑器的设计与实现文档格式.docx
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由于不使用化学药剂灭蟑，不会对环境和人体造成伤害。
因此电子灭蟑器在家居生活、工农业生产和保护公共资源等方面的使用都将带来巨大的经济效益和社会效益。
关键词：
新型灭蟑设备；
555芯片；
电子灭蟑器；
高压电；
Abstract
Cockroachestheharmtopeopleafterhousefly,sometimesmakepeoplemorehate.Itnotonlyspreaddisease,stillcanmakepeoplecauseallergicreactions.Traditionalbombstechnologyistousesomemethodsofcockroachmedicineandchemicalbombs.Butthechemicalscancausepollutiontotheenvironment,anddrugresidue,accumulationwillthreatenhumansurvivalenvironment.Evensomedrugsarenoteasydegradation,pollutiontotheenvironment.Therefore,designanewbombsequipment,isofgreatsignificanceinpracticalapplication.Itcanprotectthehumanbodyandlivingspacefromcockroaches,improvethequalityoftheproducts.Thepurposeofthisdesignistodesignabase555chipelectronicbombs,bycontrollingthetimingrelaycoiloutputhighvoltagedeadcockroach.Bombsintheprocessofmanualoperations,improvetheefficiencyofthebombs.Becausedonotusechemicalbombs,won'
tcauseharmtotheenvironmentandhumanbody.Soelectronicbombsinhousehold,industrialandagriculturalproductionandtoprotecttheuseofpublicresourceswillbringhugeeconomicbenefitsandsocialbenefits.
Keywords：
Novelmosquitocideequipment;
555chips;
Electronicbombs;
Highvoltage
目录
第1章绪论1
1.1选题背景及意义1
1.2国内发展现状2
1.3本课题主要内容2
1.4本文安排2
第2章系统设计方案3
2.1灭蟑器的系方案选择3
2.2电子灭蟑器系统构成3
2.2.1课题设计思想3
2.2.2电子灭蟑器的系统组成4
3硬件电路设计6
3.1主要器件介绍6
3.2系统硬件电路设计8
3.2.1高压产生电路设计8
3.2.2控制电路设计9
3.3系统总体电路图10
3.4本章小节11
4系统制作和调试12
4.1系统元件选取和制作12
4.2电源调试13
4.3高压输出电路调试13
4.4定时和光控电路调试14
设计总结与心得15
致谢16
参考文献17
第1章绪论
1.1选题背景及意义
蟑螂在汲取食物时，可以有很多的种类，它们属于杂食性昆虫之一，其食用的食品种类有瓜果、熟食、面包、糕点等，对于甜的面制食品有很强的吸引作用。
蟑螂特别喜欢吸食油脂类的东西，对它们有很大引诱力的是香麻油，在一些地方可以称之为“偷油婆”。
除了对一些食品喜欢以外，蟑螂也爱啃食一些其他的物体，例如在仓库，储藏室中，它们啃食纸张、皮革、肥皂等物品，在厕所、垃圾堆等场所，它们也会啃食腐败的有机物，对死去的动物很是钟爱。
因此它们的身体上或者是身体内都会有很多的病原体，不仅可以传播疾病，还会使人产生过敏反应。
蟑螂的扩散方式中，以主动扩散最为常见，其扩散到不同的场合下以滑翔或者是爬行的方式前进。
为了能够找到更好的生活条件以及寻找到更优越的休息环境，它们主要以主动扩散为主。
其主要寻找的指标包含有适宜的湿度和温度、食物以及隐蔽场所。
例如如果在气温较低的室内场合下,蟑螂大部分将会移居到其他的缝隙中，这种环境条件最好靠近温度较高的物体,或移居到比较温暖的环境中，例如在暖气当中。
在一些温度较高的南方地区,尤其是在炎热的高温气候中,他们的行为会更加灵活，可以做更远的滑翔从而可以以较快的速度找到合适的阴凉的场所避暑。
每当到了傍晚,它们常常会躲进水槽里,为了获得充足的水分和适宜湿度。
在比较适宜居住的地区，蟑螂可以选择性的移居到室外，有利于他们寻找和汲取更多的食物。
但是它们不会进行大范围的迁移,除非当时的环境突然改变以至于它们不能继续的生活下去。
传统的灭蟑技术是化学药品会对环境造成环境污染，威胁到人类的生存环境。
常用的灭蟑螂方法是捕杀、毒杀和熏杀法。
由于捕杀费人费力，灭蟑效率很低；
毒杀易发生二次中毒，且杀死的蟑螂不易发现而引起环境污染和疾病的传播，毒杀灭蟑螂会对人和家禽的造成威胁；
熏杀灭蟑螂对人体健康产生了严重的威胁，在生活区、办公区灭蟑效果非常差。
随着经济的快速发展，健康问题已经成为人们最关注的话题。
电子杀蟑器满足了人们对健康和环保的需求，在农业生产和日常生活中起到了非常重要的作用，通过对电子灭蟑器的研究，可以使我了解当灭蟑器的发展状况，掌握更多的知识。
通过将学到的知识与实际应用相结合，可以提高动手和动脑能力，扩大自己的知识面。
随着集成芯片和基于嵌入式概念的各行业的广泛应用于工业控制、农业的生产、水利系统的控制、智能安防等方面，减少了这些行业人力紧张的问题。
电子灭蟑和杀虫设备在各行业的应用减少了人们对化学药物的的依赖，通过电子灭虫杀死的害虫可以喂养家禽，使家禽的蛋白质含量增加。
电子灭蟑螂灭虫设备不但节约了生产成本而且在灭虫的同时不会对环境造成污染。
因此，研究在现实生活中能够产生巨大的社会效益和经济效益[1]。
1.2国内发展现状
随着科技的发展的，电子技术推动人类文明的进步。
随着人们健康观念的不断更新，对化学灭虫残留引起了广泛关注，在生命学、卫生学中都引起高度的关注。
在我国加入世贸组织后，在国内开展了推广灭虫器的活动，这对国家创汇、农民增收、保护人类健康等方面有着重要的意义。
我国60年代开始推广的使用黑光灯诱杀成虫的技术取得了非常好的效果，频振式杀虫器也在一些地区的到了应用。
随着微电子技术的发展，电子杀虫器开始进入人们的活，由于它价格低廉、稳定性高，安全环保的特点很快就受到了各地农民的欢迎，并在全国各地得到了广泛的推广。
1.3本课题主要内容
本设计的目的是设计一款电子灭蟑器，它能够定时的输出高压电死蟑螂。
因此电子灭蟑器的使用在家居生活、工农业生产和保护公共资源等方面都将带来巨大的经济效益和社会效益。
系统设计应该实现以下功能
1、根据光照强度自动控制灭蟑器的开关。
2、定时控制灭蟑器的杀虫时间。
3、灭蟑器应具备节能、环保、使用方便等特点。
电子灭蟑器是微电子技术和信息技术结合的新型产品，系统设计应考虑以下几点：
1、系统设计应以绿色环保、高效灭蟑，不污染室内居住环境和人体健康为前提。
2、系统设计应考虑时间、地点和环境的因素对产品应用产生的影响。
3、设计应该适用在不同的场合，做到灭蟑无死角。
1.4本文安排
本文主要介绍了基于555定时芯片的电子灭蟑器的设计过程，首先介绍了课题的选题背景和意义，然后介绍了国内外现状。
第二章对常用的灭蟑方法进行对比，选择本设计采用的灭蟑方法，同时提出系统的设计思想，对设计中应用的主要器件选型进行分析，画出系统结构图。
第三章介绍了系统的硬件设计以及器件选型。
设计系统的硬件电路图，同时对系统各模块的工作原理进行详细的分析。
第四章是介绍系统的调试，对调试中出现的问题进行分析。
最后对本文的工作进行总结。
第2章系统设计方案
2.1灭蟑器的系方案选择
1、物理方法。
通常采用人工捕捉、沸水浇烫、太阳曝晒等，物理灭蟑的方法，最虽然没有副作用，但是这种方法见效慢，无法做到真正的灭蟑。
影响了人们正常的工作和生活。
2、化学方法。
采用化学药剂如敌敌胃灭蟑螂、敌百虫蟑螂粉、二氯苯醚菊酯酒精溶液等，化学灭蟑的方法，在家居、宾馆、酒店使用，不但灭蟑效果差而且成本非常高。
由于化学药剂很难自身分解和挥发，有害的成份能够在空气能停留很长的时间，对人的身体造成了巨大伤害。
化学药剂灭蟑，只能使蟑螂在局部的空间内得到控制，长期的使用化学药剂会造成蟑螂的进化，使蟑螂抗药性不断增强[2][3]。
3、超声波方法。
超声波灭蟑器的工作是通过555时基集成电路接成超声波发生器，输出频率为32-62KHZ的超声波信号，该超声波信号可以使蟑螂感到不安达到驱赶蟑螂的目的。
4、电子方法。
电子灭蟑螂器由高压发生器和定时循环控制器两部分组成。
高压发生器通倍压方式将220V的交流电压升压到1200V左右加到杀灭电极上。
由定时控制电路能够自动连通高压发生器的工作电源，对高压反生器的工作电源进行控制，通过产生的高压电将蟑螂电死。
通过在实际应用中的效果可以看出，物理灭蟑方法，浪费人力和时间；
化学灭蟑的方法，对环境和人体会产生巨大的伤害。
超声波灭蟑的方法可靠性较差，如果遇到遮挡将影响灭蟑的效果，超声波没灭蟑的方法是以驱赶为主，没有真正灭蟑。
电子灭蟑器通过产生高压电死蟑螂，而且对人体和环境都不会造成影响。
是灭蟑的最有效的方法，因此本设计选择电子灭蟑方案[4][5]。
2.2电子灭蟑器系统构成
2.2.1课题设计思想
1、需要解决的问题
要实现电子灭蟑器的需要解决以下三个问题：
1）如何产生直流高压电。
2）如何定时控制高压电的通断。
3）如何通过实现根据环境光照强度不同实现对高压输出的通断的控制。
2、解决思路
1）设计中需要产生直流高压，用于电死蟑螂。
直流电压可以通过两种方式获得。
一是选用直流电压或是电池组，这种实现方式成本过高，不适合推广。
另外一种方式是通过交流转换成直流的方式取得直流高电压。
这种方式输入的电压AC220是目前最常用的供电方式，适合在家庭、宾馆等公共场合使用。
本设计选择交流转换成直流的供电方式产生高压直流电。
2）实现定时的方式一般采用单片机内部的定时器、定时芯片和时间继电器等几种方式，时间继电器价格昂贵而且功能单一不适合系统的扩展；
单片机虽然价格不高，但是设计中需要编程控制，增加了设计难度，如果使用单片机定时，会增加产品的体积，而且同时会增加系统的成本；
相比前两者时钟芯片具有几个低廉，通过简单的外围电路设计便可实现定时，因此本设计选择555定时器实现定时。
3）光强的检测可以通过光电模块、光强光敏电阻和光敏三极管都可以实现对光照强度的检测。
光电模块的采集需要单片机实现，不适合本方案中使用。
光敏电阻的阻值是随着光线的变化而变化，而光敏三极管是利用外照光线的变化,来控制电路的通或断，由于本设计中光照强度的检测是需要实现电路的通断控制，所以选择光敏三极管实现有光无光的判断[6]。
2.2.2电子灭蟑器的系统组成
根据上面的分析，确定电子灭蟑器的硬件由由高压电路、电源电路、定时电路和光控电路所组成。
高压电路功能实现高压的输出，电源路为芯片和各功能模块提供你工作电源，定时电路实现定时的通断高压的功能，光控电路通过判断有光和无光实现对高压的通断控制。
系统结构如图1所示。
图1电子灭蟑器系统结构图
高压电路由二极管、继电器和电容等组成;
高压电路是利用220v的交流电，通过升压整流电路，转换成需要的1200V的直流电，输出，用于电死蟑螂。
电源电路输入是220v交流电，经过整流、滤波电路后经过降压和稳压电路，为555集成电路提供10-12v的直流稳压电源;
定时电路由555定时器、电阻、二极管、电容组成的定时电路。
通过调整芯片外部的匹配电阻，可以改变定时时间。
光控电路由光电三极管来控制。
无光照时，光电三极管VT呈高电阻，IC定时电路正常工作，控制输出高压。
有光照时，光电三极管VT呈低阻状态，555定时器复位，无高压输出[7]。
本章首先介绍了几种常的灭蟑方法，通过对种灭蟑方法的对比，选择了本设计的采用的灭蟑方法。
然后对电子灭蟑器的设计思路和系统构成进行了详细的说明。
提出电子灭蟑器的系统结构，并对各个功能模块的组成和工作原理进行了详细的说明。
3硬件电路设计
3.1主要器件介绍
1、控制制芯片。
系统设计中的控制芯片采用555定时芯片。
1）芯片的用途。
利用555芯片可以构成施密特触发器，在TTL接口的系统中使用，实现波形的整形和脉冲鉴幅功能；
在信号发生系统里，该芯片可以构成多谐振荡器，产生固定频率的方波信号；
在定时延时的控制系统中，555芯片可以构成单稳态触发器，作为定时和整形功能使用。
可用555芯片的特性，通过外围电路的设计可以实现游戏机电路、音响报警电路、电源转换电路、频率转换电路和定时控制电路等。
本设计中需要555芯片实现定时的控制功能[8]。
2）芯片的管脚介绍和工作原理。
芯片共有8个脚，其中1脚和8脚是芯片的地和电源引脚，芯片在作为实基电路时工作电压为4-16V之间；
3脚是输出端；
2脚是低触发端；
6脚是高触发端；
4脚的作用是清零端，如设计中不使用该引脚需要将该引脚接高电平；
5脚是控制电压端；
7脚是放电端，当实现定时功能时，该引脚为电容的放电。
555组成的电子灭鼠器电路由高电压发生器和定时循环控制器两部分电路组成。
高电压发生器通过倍压的方式，将220V交流电压升压至1200V左右加至杀灭电极上。
定时控制电路能够在停歇一段时间后，自动接通高压发生器的工作电源，工作一段时间后又能使电源断开，停歇一段时间。
电路中，VDl~VD4与Cl~C4组成4倍压升压电路，它能把220V交流电源通过4级升压变为1200V的高压。
Rl、R2为高压泄放电阻，在停歇时间到来后将电容上的残存电荷放掉，以保证主人的安全。
NE555与R5、R6及C7等组成超低频多谐振荡器，作为灭鼠器的工作与停歇循环控制电路
芯片原理图见图3-1所示：
图3-1555定时芯片原理图
555内部的两个比较器决定芯片的定时功能。
芯片内部的电路图见图3-2所示：
图3-2555定时芯片内部结构图
通过对芯片内部的C1和C2比较器的输出的电压控制，控制内部RS触发器和放电管的状态。
当芯片上电后，如果5脚不连接外部器件，当在C1同相输入2/3的电源电压，C2的反相输入电源电压，此时如果TR引脚的电压小于的1/3电源电压，C2输出低电平，触发器RS被1，输出端输出为电源电压。
如果TH的电压大于电源电压的2/3，TR端的电压大于的1/3电源电压，C1输出低电平而C2输出高电平，RS触发器被置低，此时输出端输出低电平。
表3-1555定时器逻辑功能表
TH
TR
Rd
OUT
DIS
×
导通
>
2/3Vcc
1/3Vcc
1
<
保持
截止
上表即为555定时器的逻辑关系图，接入电阻和电容等其他元件，555定时器即可形成多种不同功能的电路。
比如形成单稳态触发器，施密特触发器或者是多谐振荡器等，并可根据不同的实际要求，组成不同的应用型电路。
以单稳态触发器为例，说明555芯片的应用原理：
在外部接上RC元件，即可在555定时器上形成单稳态触发电路，即单稳态触发器。
因此外接的元件RC决定了暂稳态的持续时间，也称之为延时，如果使用不同的RC，可以改变延时时间，其可在几微秒至几十分钟之间任意变化，如果这种电路触发一个小型的继电器时，它就相当于起到了一个计时器的作用，并且可以通过重新设置复位端的方法，使得计时状态终止，并重新进入下一计时状态。
555定时器在其他的电路中起到的作用与此相似，本文不再一一举例说明。
2、光敏三极管的工作原理。
光电转换电路和光电流放大电路两个部分组成。
它的工作原理和普通三极管基本相同，备电流的放大能力。
不同的是集电极电流可以受基极电流和光的控制完成。
当外部光照强度发生变化时，电极之间的阻值会随之变化。
3.2系统硬件电路设计
本设计硬件电路主要由整流滤波电路、降压电路、高压产生电路、控制电路、555定时电路和光控电路组成。
设计中输入为AC220交流电，通过高压产生电路产生1200V的高压；
另外输入交流电经过整流滤波电路，在经过降压为定时器提供工作的直流电压；
由555定时芯片控制继电器的线圈实现对输出高压的控制，光控电路和定时电路是555芯片的输入，它们可以决定定时输出的时间和有光和无光时候对输出的控制。
硬件结构见图3-3所示：
图3-3系统硬件结构图
3.2.1高压产生电路设计
高压电路功能是需要实现的功能是将输入的AC220交流电压，通过电路设计转换成直流的高压输出。
电路设计由电容、二极管组成高压电路。
继电器的两个常开的触点直接K1和K2直接接在AC220上。
当K2为正半周、K1负半周时，电流通过D1对电容C1进行充电，此时C1两端的电压为311V。
当K1正半周，K2负半周时电流通过D4管在叠加上C1两端的电压为C4充电，这样C4两端的电压将是两倍的交流峰值电压，根据同样的计算方法可以计算出C3两端电压为负的两倍峰值电压，这样输出DE两端的电压为4倍的交流峰值电压，可以差生1000V的直流电压。
通过下面的电路可以实现交流220V电压转换成1000V的直流电压输出用于电死蟑螂。
高压电路设计原理见图3-4所示：
图3-4高压产生电路原理图
3.2.2控制电路设计
控制电路实现的功能是定时控制和根据有光和无光实现对高压输出的控制，控制电路部分由电源处理部分、定时控制部分、光控部分所组成。
1、电源电路设计。
电源输入是AC220V，由电阻R3降压后，由D5到D8四个整流二极管组成的桥式整流电流，流经由C6、R4和D9构成的滤波稳压电路，其中C6和R4构成阻容滤波电路，D9起到稳压的作用。
输入电源经过整流和稳压处理后为555芯片提供10到12V的工作电压。
电源电路设计原理见图3-5所示：
图3-5电源电路原理图
2、定时电路设计。
定时电路由555芯、R5\R6、D10、D11和C7组成。
当芯片上电后，电压经过D11和R5给C7进行充电，当C7正负极两端的的电压达到电源电压的三分之二的，555芯片被复位，芯片3脚输出低电平，继电器的线圈两端没有电压，继电器不动作，AE两端不输出高压。
这时C7通过D10和R6经过555的7脚放电，当C7两端电压下降到三分一电压时IC被置位，3脚输出高电平，继电器线圈两端有电压，继电器的触点动作K1和K2输出高压，如果有蟑螂在电极板，就会被输出的高压电死。
当C7放电到一定的电压，电源电压对电容C7充电，重复上充放电和控制的过程。
通过调节电路中的R5\R6的大小，可实现充放电时间调整，下图中R5和R6的电阻值大小可以实现10-15分钟的定时通断继电器。
定时电路设计原理见图3-6所示：
图3-6定时电路原理图
3、光控电路设计。
蟑螂在光线亮的时候很少活动，因此设计中需要选择光控电路对通断的时间进行控制。
这样可以节约用电，光电三极管Q1来实现对有光和无光的检测。
在没有光照时，光电三极管呈现高电阻状态，经与电阻R7进行分压后，IC的4脚为复位端输出高电压，定时电路可以正常的进行工作。
在有光照的时候，光电三极管呈低阻的状态，4脚输出低电位，芯片处于复位状态，定时芯片无法正常工作，继电器线圈处于无电转态，没有高压输出。
光控电路见图3-7所示：
图3-7电路原理图
3.3系统总体电路图
系统总体电路见图3-8所示：
图中J1为AC220输入，D5-D8组成整流电路，C1到C4组成高压电路，555芯片实现定时控制和光控功能，AE两端是高压输出端。
图3-8电子灭蟑器总体电路图
3.4本章小节
本章通过对电子灭蟑器各个部分的原理进行阐述，并在此基础上对电子灭蟑器的系统的硬件电路设计进行了详细介绍，首先对硬件设计中需要主要器件的工作原理进行详细的介绍，将硬件需要实现的功能分成若干个功能模块，其中分别包括电源电路模块、定时电路设计模块、光控电路模块，然后对每个功能模块的工作原理和电路设计进行详细的说明，最后设计灭蟑器的硬件的总体电路图。
4系统制作和调试
4.1系统元件选取和制作
1、元件的选取：
（1）采用NE555基极模块；
（2）3DV912A-13光电三极管；
（3）1u/400V，两个电容C1和C2；
（4）0.33u/630V，电容C3和C4；
（5）0.68u/400V，电容C5；
（6）100-300欧，水泥电阻R1；
（7）1兆瓦/1W，R2和R3；
（8）33-100欧/1W；
（9）JRC-19F（4078），触点形式为2c，线圈电压为直流12V，继电器K；
（10）发光二极管：
BT301，BT201；
（11）稳压值为12V的2CW110；
稳压二极管VD9。
其中电容C1、C2、C3、C4、C5具有极强的耐压性，是因为其选用的介质材料中还有涤纶成分，因此电源的极性与绝缘性能无关。
所以在交流电路中可以起到降低电压的作用。
其中的R2、R3、R4都是金属膜电阻。
2、制作过程：
用刀刻法或者是腐蚀的方法在环氧树脂铜片上刻出电路板的形状为梳子形状，以150mm*100mm为标准，两板之间不能出现短路的情况，对于普通制作者来讲，为了制作的精细程度，两电极板之间的间隔应在5mm,但对于专业制作者来讲，两个电极板之间的距离应该在3mm左右。
另外要注意在同一级的电极板金属线上要焊接几个大头针，为了吸引蟑螂，在大头针上放蟑螂的诱食。
更要注意的是，由于变压器分离的降压方法在电源处没有被使用，因此电
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