电子驱蚊器设计与实现.docx

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电子驱蚊器设计与实现

电子驱蚊器的设计与实现

摘要：

夏天来临,各种昆虫活动频繁,在夏天晚上最让人无法忍受的是蚊子的叮咬，这些不仅影响了我们的睡眠，而且蚊虫的叮咬不管是对大人还是对小孩的身体都能造成伤害。

起初，我们会想到市场上卖的那种竹碳微烟型蚊香，通过点燃该蚊香来杀死这些蚊虫，虽然此办法可以有效地解决问题，但是大多数该蚊香点燃后，冒出的烟里不仅含有对人体构成有害的一些物质，还污染了室内的环境。

当人体吸到该有害烟轻者引发哮喘等疾病，还会使人的神经系统中毒，重者引发癌症。

基于以上不利因素的存在，我们设计了电子驱蚊器。

电子驱蚊器对蚊虫起到了一定的抑制作用，同时电子驱蚊器的使用步骤也很简单、方便。

它在驱、灭蚊的时候没有产生对人体有害的烟。

电子灭蚊器是一款现代环保、便宜的有机绿色产品。

关键词：

电子驱蚊器；健康；环保；有机绿色

Thedesignandimplementationofelectronicmosquitodispeller

Abstract：

Summer,allkindsofinsectactivityisfrequent,inthesummernightisthemostunbearablemosquitobites.thesenotonlyaffectoursleep,andmosquitobites,whetheradultsorchildrenofthebodycancauseharm.Firstofall,wewillthinkofthemarkettosellthebamboocarbonmicrotypemosquito-repellentincensesmoke,litbythemosquito-repellentincensetokillthemosquitoes,althoughthismethodcaneffectivelysolvetheproblem,butmostofthelitmosquito-repellentincense,notonlycontainharmfultohumanbodycompositioninthesmokefromsomeofthematerial,alsopollutetheindoorenvironment.Whenthebodytotheharmfulsmokelightpersoncausethediseasessuchasasthma,alsocanmakethepersonpoisoningofnervoussystem,thepersonthatweighcausecancer.Basedontheabovedisadvantagesexist,wedesigntheelectronicmosquitodispeller.Electronicmosquitodispellerofmosquitohasplayedacertaininhibitoryeffect,atthesametimetheuseofelectronicmosquitodispellerstepsissimple,convenient,anditdidn'tproduceinflooding,mosquitosmokeharmfultohumanbody.electronicmosquitokillerinmodernorganicgreenenvironmentalprotection,cheapproducts.

Keywords:

electronicmosquitodispeller；organicgreen；healthy；environmentalprotect

第一章绪论

1.1电子驱蚊器的背景

夏天来临,各种昆虫活动频繁,在夏天晚上最让人无法忍受的是蚊子的叮咬。

夏天由于天气闷热和蚊虫的叮咬，这些不仅影响了我们的睡眠，而且蚊虫的叮咬不管是对大人还是对小孩的身体都能造成伤害。

由于蚊虫频繁的困扰，起初，是由国外科学院通过研究化学药品来阻止蚊虫的频繁活动，虽然研究的化学药品对蚊虫有一定的遏制作用，但是化学药品的使用，是大范围的使用，这样不仅伤害了周围的植物和空气环境，而且也给人类的身体健康带来了伤害。

特别现在，还有大多数人类在使用竹碳微烟型蚊香，通过点燃该蚊香来杀死这些蚊虫，虽然此办法可以有效地解决问题，但是大多数该蚊香点燃后，冒出的烟里不仅含有对人体构成有害的一些物质，还污染了室内的环境。

当人体吸到该有害烟轻者引发哮喘等疾病，还会使人的神经系统中毒，重者引发癌症。

基于以上不利因素的存在，因此，为了营造我们健康和清净的环境，我们设计了电子驱蚊器。

1.2电子驱蚊器的设计方案

本系统电子驱蚊器的设计主要从两个方面去设计的：

（1）蚊虫为什么会这么“傻”飞到我们设计的电子驱蚊器这个陷阱，电子驱蚊器是什么魔力把蚊虫引诱到身边来的。

（2）本系统设计的电子驱蚊器为什么起到驱、灭蚊作用，是用什么方式达到这个效果的。

对于以上两个问题的具体设计解决方案如下：

本系统设计的电子驱蚊器主要是采用了引蚊电路和灭蚊电路两部分。

总体原理框图如下图：

图1.1电子驱蚊器原理框图

下面是对引蚊电路和灭蚊电路的设计：

（1）根据蚊虫的趋光性、取暖性这一习性，所以本次设计的引蚊电路采用了紫外灯管发光。

原理框图如下图：

图1.2引蚊电路原理框图

（2）本次设计的灭蚊电路，采用的是高压灭蚊，高压的产生是高频振荡电路、倍压整流电路将低电压放大到更大的电压值，然后把这个可以灭蚊的电压加在高压电网上，以达到灭蚊的效果的高压电路。

原理框图如下图：

图1.3灭蚊电路原理框图

1.3电子驱蚊器的发展与意义

本系统设计电子驱蚊器的使用，不仅对蚊虫起到了一定的抑制作用，同时电子驱蚊器的使用步骤也很简单、方便。

它在驱、灭蚊的时候没有产生对人体有害的烟。

由此可见，电子驱蚊器在日常生活中对驱蚊、灭蚊起到了有效的效果。

电子驱蚊器的环保和驱蚊效果已经逐渐被人类认可，因此，后期经过不断技术研发和创新，电子灭蚊器的种类越来越多。

伴随着科技的不断发展，现在对电子驱蚊器的设计，大多数的电子驱蚊器都是利用蚊虫的习性，特征经行研究的。

我们受到的蚊虫的伤害和困扰，往往这些蚊虫都是雌性蚊虫，尤其是一些怀孕的雌性蚊虫，由于这些蚊虫需要繁殖和一些需要躲避雄性蚊虫的怀孕雌性蚊虫，所以我们可以利用雄性蚊虫求偶来引诱，把这些雌性蚊虫引诱到某个可以灭蚊的区域内，进而起到驱、灭蚊作用。

还有，在我们日常生活中，我们经常会看到蚊虫喜欢在日光灯周围活动，我们可以利用蚊虫的趋光性、取暖性来引诱，进而起到驱、灭蚊作用。

现在我们常用的电子驱蚊器都是电蚊拍、超声波电子驱蚊器，灭蚊灯等。

第二章电子驱蚊器的工作原理

2.1工作原理

2.1.1引蚊电路原理

本系统根据引蚊电路原理框图，设计了引蚊电路的电路原理图如下图：

图2.1引蚊电路原理图

根据引蚊电路原理图，闭合开关SB，电路构成了闭合回路，有电流的流动，电源G的正极与发光二极管的正极相连，这时总电流的分流使得发光二极管导通，发光二极管瞬间发出红色亮光。

紫外灯管就会发出一定强度波长的紫外光，由于蚊虫的趋光性、取暖性，蚊虫会很活跃，很快的积聚在电子驱蚊器的周围，这是本系统引诱蚊虫的方法。

2．1.2灭蚊电路原理

本系统根据灭蚊电路原理框图，设计了灭蚊电路的电路原理图如下图：

图2.2灭蚊电路原理图

根据灭蚊电路原理图，闭合开关SB，电路构成了闭合回路，有电流的流动，电流经过由三极管VT和变压器T构成的高频振荡器，三极管VT和变压器T得电工作，首先是三极管VT把电源G的电压3V直流电放大变成18kHz左右的交变电流，输出的18KHz左右的交变电流经过由线圈L1、L2、L3组成的升压变压器T，被变压器T升压到约500V，也就是L3两端可实测的电压值。

被高频振荡电路放大的500V电压经过由二极管VD2、VD3、VD4和电容C1、C2、C3组成的三倍压整流电路。

电压再次被升高到U=3*500=1500V左右，也就是电阻R3两端的电压。

然后1500V的电压被加在了蚊拍的金属网Dw上，这样就产生高压灭蚊的功能。

2.1.3电子驱蚊器的总体原理图

本系统设计的电子驱蚊器总体电路原理图是将引蚊电路与灭蚊电路并联在一起，电路原理图如下图

图2.3电子驱蚊器原理图

根据图2.3电子驱蚊器原理图，闭合开关SB，电路构成了闭合回路，有电流的流动，电流由电源G的正极向节点A流动，在节点A分流，一部分的分流经过引蚊电路，使得引蚊电路正常工作，引蚊电路的正常工作，将蚊虫引诱到电子驱蚊器的周围。

另一部分的分流经过灭蚊电路，使得灭蚊电路正常工作，灭蚊电路将3V电压升压到1500V,并加在了高压电网上，由引蚊电路引诱来的蚊虫，就会触及高压电网，蚊虫造成高压电网短路，就会被电网上的1500V电压、电流、电弧击晕、击毙。

2.2其他几种常见的灭蚊器

下面是与本系统设计的驱蚊器不一样的三种驱蚊方式，它们的工作原理如下：

（一）灭蚊灯

在炎热的夏天，由于天气过热，人体受热会散发出一定气味，还有的人呼出的二氧化碳气体都是吸引蚊虫的物质，灭蚊灯就是根据这一特征制作的，当灭蚊灯接通电源正常工作时，就能像我们人体一样，能散发出蚊虫喜欢的物质，将蚊虫引诱到灭蚊灯的补蚊气旋中，由于蚊虫在气旋中失去水分，脱干而死。

而且此灭蚊灯还能起到消毒，净化空气的作用。

（二）超声波驱蚊器

由于夏天过热，蚊虫活动频繁，尤其对我们产生伤害的都是一些怀孕的雌性蚊虫，这样也使得蚊虫繁殖过快，但是这些怀孕的雌性蚊虫都特别害怕雄性蚊虫，也害怕蜻蜓，超声波驱蚊器就是因为这一习性制作的，它的主要原理是仿照雄性蚊虫或者蜻蜓发出的超声波来驱赶蚊虫的。

（三）电击灭蚊灯

这是另外一种电子驱蚊器，此电子驱蚊器与图2.3的电子驱蚊器的最大区别就是：

它的输入电压就是我们日常生活中用的220V电压，还有，它不含有高频振荡电路。

此电子驱蚊器的组成部分是由接入的220V电源电压、紫外灯管发光电路、倍压整流电路和高压电网构成的。

首先是将电子驱蚊器接入220V电源电压，使整个电路导通。

第二步主要是紫外灯管发光电路导通，电流经过紫外灯管，紫外灯管就会发出一定波长强度的紫外光，由于蚊虫的趋光性、取暖性的习性，蚊虫会聚集到电子驱蚊器的周围。

然后220V的电压经过三倍压整流电路，三倍压整流电路将220V的电源电压放大到800V~1500V，最后800V~1500V的电压就会被加在了高压电网上，此时，被紫外光引诱的蚊虫会触及到高压电网，蚊虫会使得高压电网短路，而被击毙，另外高压电网积聚的电压会降低，但是高压电网的电压会在很短时间里再次积聚，以不让蚊虫逃跑。

而且加载在高压电网上电压虽然很大，但是电流值却非常小，不会对我们人类产生伤害。

第三章灭蚊电路中的高频振荡电路

3.1高频振荡电路的工作原理

本系统设计的灭蚊电路采用了高频振荡电路

将振荡电路大致可以分为：

图3.1振荡电路原理框图

从第一个图可知，振荡电路被分为：

LC反结合型振荡电路（简称振荡电路）、固态振动子振荡电路、RC振荡电路。

本系统中的高频振荡电路只能用LC振荡电路，不能用RC振荡电路，由电容与电阻组成的RC振荡电路为调谐电路，调谐电路不产生高谐波，所以RC振荡电路无法用于高频振荡电路当中。

第二个图说明了高频振荡电路的工作原理，从图可看出，振荡电路由输入信号Vi、回授电路放大率A、输出信号、反馈回授电路回授率Vf构成的。

在振荡电路的两端加上电源，在电源或振荡电路内给个输入信号Vi,当振荡电路满足回授电路放大率A>1的条件时，输入信号Vi就会被放大电路放大产生较大的输出信号输出，且由图可知，还有一部分放大的信号经过回授电路反馈，当回授电路回授率Vf>1时，也就是正反馈时，信号又再次被放大，这也就形成了振荡信号，当振荡电路满足Vi与Vf同相的条件时，振荡信号又变成了新的输入信号Vi，这样循环持续振荡。

另外，在回授电路中，如果设置了特定的回授电路，特定的、我们需要的频率，那么回授电路就只会选择特定的频率回授。

振荡电路有很多种类，振荡电路种类的改变往往是由于振荡电路中的反馈电路改变导致的，振荡的特性：

（1）在振荡电路中，存在着频率变化，频率的变化决定着振荡电路的特性变化；

（2）频率的变动可以用以下数值表示之。

频率温度系数相对于温度变化时的频率变动，用ppm/℃表示；电源电压变动电源电压变化时的频率变动，用%/V表示。

（3）正弦波输出的失真表示是振荡波形是否失真，如果为当振荡波形为正弦波时，失真率成为零。

在高频率振荡电路中，还要考虑到振荡频率以及振荡频率范围。

3.1.1高频振荡电路中的三极管

本系统的电路设计用到的三极管。

三极管的最大功能作用就是把进入的微弱信号经过放大成辐值较大的电信号。

要使得三极管达到放大电流的作用，通常在制作三极管时，把发射区的多数载流子（自由电子）浓度做的很高，同时基区的多数载流子浓度做得很低，为了使三极管接通电源时发射结能够发生正偏。

当在发射结加上电源，发射结就会发生正偏，由于发射区的多数载流子（自由电子）浓度高于基区的多数载流子浓度，发射区的自由电子通过发射结向基区的空穴扩散，进而形成了发射极电流Ie。

由于发射区的自由电子不断进入基区，基区的电子浓度就逐渐增加，当增加到比集电区的多数载流子的浓度高时，自由电子就会从基区通过集电结向集电区扩散，进而形成了集电极电流Ic。

又因为基区本身存在着一定浓度的空穴，会有些自由电子无法从基区流向到集电区，而流向集电区的自由电子与留在基区的自由电子的比例关系反应了三极管的放大能力。

集电区的自由电子也会有少部分会向基区扩散和留在了集电结，但是，当在集电结的两端加上反向电压，由于反向电压在集电结产生了电场力，由于电场力的作用了，阻止集电区的这部分自由电子向基区扩散和把留在了集电结的自由电子吸引回到了集电区，把这部分电流称为集电极主电流Ib，另外电场力也使得集电区的空穴扩散到了基区，这部分就形成了数值很小且对温度很敏感的饱和电流。

根据电流连续性原理得：

Ie=Ic+Ib，当基极的电流值Ib越小，Ie与Ib的差值就越大，也就是集电极的电流值Ic就会增大，这就是三极管电流被放大的原理。

在直流电电路中，Ib与Ic就存在着一定的比例关系，数学算式：

α1=Ic/Ib，把Ib与Ic的比值称为直流放大倍数。

在交流电当中，把集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib的比值称为交流电流放大倍数，数学算式：

α=△Ic/△Ib，低频时α和α1的数值相近似相等（α≈α1）。

三极管是一种电流放大器件，但由于电压U=I*R，所以通常由三极管与电阻组合成电压放大器件。

3.1.2高频振荡电路中的变压器

变压器是由两个或者两个以上的线圈包裹铁芯（或磁芯）的组件构成的。

接在电源一边的线圈统称为初级线圈，接在输出端的线圈称为次级线圈。

当变压器的初级线圈有交流电流流过时，铁芯由于磁性产生磁通，使次级线圈感应电流电压，这就是变压器的基本工作原理过程。

通常在初级线圈上接通交流电流，利用电磁感应原理感应次级线圈产生感应电动势。

当次级线圈匝数N2多于初级线圈匝数N1时，此时，变压器会将输入的低电压提高一定数值输出，这就是进行升压的过程，即次级线圈的感应电动势比初级线圈电压还要高。

反之亦然，线圈N2

变压器的电压与线圈之间的关系如何呢？

通过理论和实践得知：

初级、次级电压和线圈圈数间存在一定比例关系：

n=U1/U2=N1/N2

该式中n称为电压比（圈数比），U1为初级线圈电压，次级线圈电压为U2，当n<1时，该变压器为升压变压器；当n>1时，该变压器成为了降压变压器。

另有初级、次级电流和线圈圈数之比：

I1/I2=N2/N1

电功率P1=P2

注意：

当只有一个次级线圈且是理想变压器时上式等式成立。

当有两个或两个以上的次级线圈时，P1=P2+P3+…+Pn，U1/N1=U2/N2=U3/N3=Un/Nn，电流则须利用电功率的关系式去求。

3.2采用555芯片的高频振荡电路

振荡电路采用555芯片，构成占空比可控制电路。

555芯片内部是集数字和模拟电路于一体的电路设计。

555电路结构设计简单，灵活应用电路在波形发生器、定时延时电路等，还可以设计成多谐振荡电路、触发电路。

采用555芯片构成的占空比可调振荡电路如下图：

图3.2振荡电路原理图

占空比可调电路通过二极管的特性来改变电路中电容时间参数不同，同时通过改变图中电位器来改变电容的充放电时间。

周期T=T1+T2，占空比Q=T1/T。

NE555电路内部集成了两个电压比较器，由RS触发器和分压器组成，其在电路中的功能分别是输出功率和晶体管放电。

多谐振荡器的基本工作过程是连接电源V2供电，对电容C1进行充电，当电压上升到一定时，电压比较器输出低电平，RS触发器OUT端输出0，多谐振荡周期T被导通，此时电容C放电。

当电压下降到某个值时，NE555芯片内的电压比较器输出高电平，RS触发器置1，T截至，此刻电容C充电。

电压上升到一个阈值时，触发器又被置0，完成一个振荡周期......如此反复，通过改变触发器高低电平，完成振荡周期。

振荡周期T=7/10*C*（R5+2*R4）计算。

振荡电路的占空比可调电路，其加在直流电源下工作。

电阻大小分别为：

R1=4.9KΩ，R2=30KΩ，R3=25KΩ，R4=2KΩ，R5=148KΩ。

电路仿真结果如下：

图3.3占空比振荡波形

从仿真波形可以计算出：

周期T=0.55S，电压U=6V。

本系统的高频振荡电路与采用555芯片的高频振荡电路相比较起来，本系统的高频振荡电路更加实用，并且制作简单，提高电压的速度更快。

第四章灭蚊电路中的倍压整流电路

4.1倍压整流电路原理图

本系统设计的电路中还用到了倍压整流电路。

此电路是通过二极管的特性单向导电性,电容的储能功能对电路中的电压升压。

倍压整流电路原理如下图:

图4.1倍压整流原理图

图4.1为高压电路。

左边交流电220V通过二极管和电容组成的电路进行升压，电路输出电压Vcc连接到电网上对飞来的蚊虫电晕击杀。

通过理论计算，倍压整流电路输出的电压达到千伏。

4.1.1二极管的工作原理

二极管是由一个由N型半导体和P型半导体形成的PN结构成的，因此PN结的某些特性，如：

单方向导电性，也带给了二极管。

所以在电路中，二极管的导通电流是从阳极（正极）流向阴极（负极）。

二极管的两个导电特性：

（一）正向特性

在电路中，将电路中的高电位端接在二极管的阳极（正极），将电路中的低电位端接在二极管的阴极（负极），二极管就会产生导通电流，这种连接方式称为正向偏置。

但是，任何一种电器都有个可以使自己正常工作的“门槛电压”，二极管也不另外，像锗管的“门槛电压”约为0.2V，硅管的“门槛电压”约为0.6V，只有加在锗管两端的电压至少为0.2V、加在硅管两端的电压至少为0.6V时，才能产生真正的导通电流，如果外加的电压非常小，小于“门槛电压”，二极管也不能正常工作。

而且，通常把使得二极管导通的电压称为二极管的正向压降，导通过后的电压基本上保持不变。

（二）反响特性

在电路中，二极管的连接方式与正向特性相反，将电路中的高电位端接在二极管的阴极（负极），将电路中的低电位端接在二极管的阳极（正极），这时二极管中几乎没有电流流过，这时二极管处于截止状态，这种连接方式称为反向偏置。

在非理想的状态下，二极管虽然处在反向偏置，但二极管中不可能没有电流流过，仍然会有微弱的反向电流（简称漏电流）流过二极管。

而且加在二极管两端的反向电压逐渐增大且达到一定数值时，反向电流也会急剧增大，PN结的动态平衡就会受到一定的影响，二极管也就会失去单方向导电的特性，这种状态称为二极管的击穿，电压简称为击穿电压。

4.1.2电容

在一般实验电路中，因为电容充、放电特性，通常在线路当中，经过电容的是直流电时，电容会慢慢储藏电荷，这时有电荷的流动，当电容充满电能时，直流电流就不经过电容器。

当经过电容的是交流电时，电容充电也会随着有规律的交流电有规律的充电，放电也会遵循交流电的规律释放电能。

这样形成了电容的另一个特性：

通交流，阻直流。

由于电容通交流、阻直流的特性，在我们日常生活中起到了重要的作用本系统的倍压整流电路所用的电容首先选的是耐压的电容，如果电容不够耐压，很容易被外加的超大电压击穿损坏。

4.2倍压整流电路

倍压整流电路是由耐高压的电容器和整流二极管组成的，由于整流二极管和电容器的数量不同，整流电路输出的电压是输入电压的倍数也不同，通常每增加一组整流二极管和电容器，倍数就增加一倍，这样就有二倍压、三倍压和N倍压整流电路。

在我们日常实际当中常用到高电压、小电流的地方，因此，倍压整流电路就可以把较低的交流电压转换成一个较高的直流电压。

4．2.1倍压整流电路的工作原理

倍压整流电路的整流是由二极管引起的，同时也将产生的电压慢慢导引到能贮存的每个电容上，又因为每个电容是串联的，极性是同相的，因此把每个电容里电压叠加起来，这样就能输出高于输入电压的高压来。

4.2.2二倍压，三倍压整流电路

图4.2是一个二倍压整流电路。

图4.2二倍压整流电路原理图

二倍压整流电路：

电路是由V1、V2组成的变压器、两个整流二极管VD1、VD2及两个电容器C1、C2组成的。

其工作原理：

当二倍压整流电路E2处于正半周时，根据二极管的单向导电性，整流二极管VD1导通，整流二极管VD2截止，电流经过VD1导引C1在不断充电，直到电容C1上的电压充到接近E2的最大值，并基本保持不变；当二倍压整流电路E2处在负半周时，整流二极管VD2导通，整流二极管VD1截止，C2由V2对其充电，然后再将C1的电压加上C2的电压在加上电源电压得到C2的峰值电压，电路经过几个周期后，电容C2上的电压逐渐稳定在2倍的C1峰值电压即2Em，它的值是变压器电级电压的二倍，所以叫做二倍压整流电路。

在实际电路中，负载上的电压Uf=2.8*E2,整流二极管VD1和VD2所承受的最高反向电压均为Uf,电容器上的电压Uc1=E2，Uc2=2E2。

三倍压整流电路：

在图2二倍压整流基础的电路上加－个电容器C3和一个整流二极管VD3，就可以组成三倍压整流电路，三倍压整流电路的工作原理是：

三倍压整流电路的前两个半周期的工作原理同二倍压整流电路原理，C2的电压达到2E2。

当进行第三个半周期工作时，整流二极管VD2截止，VD1、VD3都导通，C3经过VD3充电，电路C3的峰值电压Uc3=2E2，在负载上的电压Uf=3E2左右，即D3所受的反向电压为Uf，电容C3上的电压Uc3=3E2，上面描述的过程就是三倍压整流的实现功能方式。

从二倍压整流电路和三倍压整流电路可知，在二倍压整流基础电路上加多个电容器和相对应于电容数目的整流二极管即可得到N倍压整流电路。

当N为偶数时，输出电压从上边读取。

当n为奇数时，输出电压从下边读取。

第五章紫外灯与高压电网

5.1发光二极管

本系统的设计用到的紫外灯主要用的是发光二极管。

发光二极管（英语：

Light-EmittingDiode，简称LED）是一种早在1962年出现能发光的半导体电子元件。

这种半导体电子元件，最初只能发出低光度的红光，随着科技技术的发展，逐渐出现了其他单色光的版本，时至今日能发出的光已大致分