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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流基于NE555制作超声波撵狗器的设计.精品文档.唐山师范学院本科毕业论文 题 目 用NE555制作超声波撵狗器学 生 XXX指导教师 XXX年 级 2010级专 业 电子信息科学与技术系 别 物理系唐山师范学院物理系2014年5月郑重声明本人的毕业论文（设计）是在指导教师XXX的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑重声明。毕业论文（设计）作者（签名）： 年 月 日目 录标题.1中文摘要.11 序言.12 总体设计方案.
2、2 2.1撵狗器的原理.2 2.2课题设计任务.2 2.3电源电路选择.2 2.4超声波发射器件选择.3 2.5系统结构.43 硬件系统设计.4 3.1 NE555工作原理. 4 3.2 NE555控制电路. 5 3.3 超声波发射电路. 6 3.4 电源电路. 74 系统测试 . 8 4.1测试方法. 8 4.2 测试结果. 8 4.3 误差分析. 85 结束语 . 9参考文献. 10致谢. 11附录.12外文页.14 用NE555制作超声波撵狗器的设计XXX摘 要 基于NE555制作超声波撵狗器的设计以NE555为系统的核心控制部分，由电源电路、频率调节电路、NE555主控电路和超声波发射
3、电路四部分组成。各部分电路协调工作，然后进行硬件的调试运行，最终达到设计电路的频率可调及驱赶狗的功能。设计中通过改变NE555内部两个比较器的正向输入端和反相输入端的数值大小产生一定频率的超声波，然后通过超声波喇叭发射出去。特点是设计思路简单、清晰，成本低。关键词 NE555 超声波 频率 可调 1序言1919年兰杰文(Langevin)发明了一种能工作于超声频率的X切割式石英振动片。在第一次世界大战时期，交战国之一的法国，深感德国潜水艇威胁很大，采用一种新式武器声纳，声纳安装了兰杰文超声波振动片，能发现潜入海底隐蔽的德国潜水艇。现在，由于科学技术的发展，超声波技术已应用到各个方面，促进了社会
4、的进步和生产力的发展。超声波是超过人能听到的最高频（2万赫兹）的声波，可广泛应用在各技术部门。超声波的发现源于意大利。18世纪时，意大利教士，生物学家斯帕兰札尼揭示了蝙蝠能在黑暗中飞行自如的奥秘，它是用超声波确定障碍物的位置的。今医生借超声波可观察，监视母腹中胎儿的位置，生长发育和活动情况，并及早确定是否双胞胎或胎儿畸形。超声波亦能用于诊断胆结石，肝肿大及眼球、胰腺、乳房、肾等脏器的病变。此外，利用超声波还可进行金属探伤，航海探测等。近十年来，国内科研人员在超声波回波信号的处理方法、新型超声波换能器研发、超声波发射脉冲选取等方面进行了大量理论分析与研究，并针对超声波测距的常见影响因素提出温度补
5、偿、接收回路串入自动增益调节环节等提高超声波测距精度的措施。超声波发生器是现代电子科技的产物，它在现代生活中扮演着重要的角色，它的简单和灵活实现特性，它已融入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。该设计主要对使用NE555设计简易超声波发生器进行了分析，并介绍了基于NE555超声波发生器硬件系统组成。利用可调电位器产生不同频率来获得我们要求的超声波，最终可随意调节想要频率的超声波。并且该设计分别从原理图、主要芯片、各模块原理及各模块的调试来详细阐述。2 总体设计方案2.1撵狗器的原理许多动物在听觉方面特别发达，能够听到人类所不能听到的较高频率的声音，许多商业化的害虫驱赶器就是根据这个原理制造
6、的，通常它们的频率范围在30到50kHz之间。该设计的原理也是如此，但又有所不同，这是一个超声波范围大的超声波发生器，可以用来驱赶狗，因为狗的听觉的频率范围是15到50kHz之间，如果能利用一种强大的高功率超声波脉冲对狗类听觉系统进行有效的干扰和刺激，使其无法忍受，并感到恐慌(频率范围13kHz-16kHz)及不安(频率范围18kHz-22kHz)，表现出食欲不振(频率范围14kHz-17kHz)、逃离(频率范围21kHz-24kHz)、甚至抽搐(频率范围25kHz-35kHz)等症状，从而就能达到将狗类驱赶离开的目的。人和一些动物的发声频率范围和听觉频率范围349，如表1。 表2人和一些动物
7、的发声频率范围和听觉频率范围发声频率范围（Hz）听觉频率范围（Hz）发声频率范围（Hz）听觉频率范围（Hz） 人85-110020-20000 蝙蝠10000-1200001000-120000 狗452-180015-50000 鼠10-20030000-50000 猫760-150060-65000 海豚7000-12000150-1500002.2课题的设计任务该设计是用NE555为核心控制元件，设计一个超声波发生器。以NE555作为主控核心，与可调电阻、高频喇叭等模块组成核心主控制模块。该设计主要对使用NE555超声波发生器进行了分析，并介绍了基于NE555超声波撵狗器的硬件系统组成。
8、利用改变外围电路电位器的大小来获得我们所需要的超声波的频率，最终达到驱赶狗离开的效果。并且该论文分别从原理图、主要芯片、各模块原理以及数据分析来进行了详细阐述。对于狗的年龄大小等因素的影响，听觉频率范围也有所不同，但是，总的来说只要知道狗的大致听觉频率范围，通过调节电位器的阻值大小，使频率在这个范围内，就能达到一定的效果。2.3电源电路选择该设计中，主要为NE555供电以及发射超声波电路提供电源，其本身的难度要求不高，因而对电源的要求不高，我们在选择电源的时候，在满足要求的情况下选择节能环保的电源模块。方案一：线性电源。线性电源是先将交流电经过变压器降低电压幅值，再经过整流后，得到脉冲直流电。
9、后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。我们选取了一块12V900mAh的锂电池做总电源供电，使用LM317作为稳压模块，稳压模块输出0-12V可调。经试验测量，稳压模块输出为5V，纹波非常小，而且输出功率满足小车要求。方案二：开关电源。开关电源时利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。LM2576系列开关稳压集成电路是线性三端稳压器件（如78XX系列端稳压集成电路）的替代品，它具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流能力从而可为系统的稳定、可靠工作提供强有力的保证。方案三：干电池。选用四节1.5V锌锰干电池作为系统的总电源供电。可通过780
10、5稳压芯片稳压输出+5V直流电压，其能量、寿命、高低温适应性，都很好，可以很好的保障系统稳定可靠的工作。分析：开关电源和线性电源虽然可以满足系统的要求，但是考虑到携带方便的影响以及来自电源高频干扰的影响。结论：由以上种种分析，无论从对系统影响还是携带方便，以及性价比考虑，选择了干电池作为系统的总电源。2.4超声波发射器件选择该设计中，发射超声波的频率范围是1122KHz，故在选择超声波发射器件时，要满足频率范围的需要，同时也要考虑性价比。方案一：超声波测距发射模块。该模块电路复杂，并且频率范围窄。方案二：超声波喇叭。它容易驱动，工作电压范围大，额定频率范围是2.5-60KHz，操作温度-10-
11、60度。结论：综合以上比较分析，选择方案二。超声波喇叭的实物图如图2.4.1图2.4.1超声波喇叭实物图超声波喇叭的参数如下：声压测试额定电压：5.5Vp-p最大工作电压：30Vp-p额定频率范围：2.5-60kHz工作频率：405kHz声压：90dB操作温度：-10-60度储藏温度:-10-70度2.5系统结构该设计以NE555控制核心，电源电路、频率调节电路以及超声波发射电路等部分组成。设计中以NE555为控制核心芯片，连接成多谐振荡器，在NE555的两个输入端接在一起，把该端接入电位器一端，通过改变电位器接入电路里的阻值，进而调节产生波的频率，然后通过超声波喇叭发射出去，故可满足该设计的
12、设计要求。该设计中NE555需要正5伏直流电压，故采用7805稳压芯片输出所需正5伏直流电压接入NE555的电源端。系统结构框图如图2.5.1所示。图2.5.1 系统结构框图 3 硬件系统设计3.1 NE555工作原理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。由555定时器组成的多谐振荡器如图3.1.1所示，其中R1、R2和电容C为外接元件。其工作波如图3.1.2所示。 图 3.1.1 555多谐振荡器 图3.1.2 555多谐振荡器工作波形图设电容的初始电压，t时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端，比较器1输出为高电平，输出为低电平，即，（1表示高电位，0表示
13、低电位），触发器置，定时器输出此时，定时器内部放电三极管截止，电源经，向电容充电，逐渐升高。当上升到时，输出由翻转为，这时，触发顺保持状态不变。所以0t期间，定时器输出为高电平。时刻，上升到，比较器的输出由变为，这时，触发器复，定时器输出。期间，放电三极管导通，电容通过放电。按指数规律下降，当时比较器输出由变为，触发器的，的状态不变，的状态仍为低电平。时刻，下降到，比较器输出由1变为0，R-S触发器的1，0，触发器处于1，定时器输出。此时电源再次向电容C放电，重复上述过程1。通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出，电容放电时，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
14、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。3.2 NE555控制电路设计中以NE555为控制核心芯片，连接成多谐振荡器。为了保证NE555正常工作，须在4管脚接高电平，因而接入了VCC(+5V),否则NE555芯片可能不工作。NE555定时器的功能主要由内部的两个比较器A1、A2决定的。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的同相输入端的电压为2VCC/3，A2的反相输入端的电压为VCC/3。够成多谐振荡器时一般可以空接，也可以对地接0.1微法滤波电容，即是104电容，主要目的是为了提高比较器A1的正
15、向输入端和比较器A2反相输入端的稳定性1。设计中要求超声波的频率范围可调，为了使设计更加优化，误差更小，选用改变电阻的大小，来改变输出超声波的频率，需要输出频率的范围是11kHz到22kHz之间，由于频率的要求，C1选取了103电容，根据计算公式:T=1/(R1+2*R2)C1ln21，f=1/T。基于计算的方便以及现有的元器件，R1选取大小为1000欧姆，计算得出R2大小是在2.77千欧姆到6.06千欧姆之间，故选用了10千欧姆的电位器。NE555控制电路如图3.2.1。 图3.2 .1 NE555控制电路3.3超声波发射电路该设计中，由于狗的听觉频率有一部分属于次超声波，范围是10kHz到
16、20kHz之间7，在选取超声波发射器件时，我选用了高频喇叭2，其一，高频的范围是3到30MHz之间，而高频喇叭的工作频率范围是2.5到60kHz之间，而一般情况下狗的听觉频率范围是15到50kHz之间，因此高频喇叭满足设计的要求；其二，经过试验测量NE555定时器输出端的电压不高3V，而高频喇叭最大的工作电压是30Vp-p，因此不需要驱动电路去驱动高频喇叭。同时为了使撵狗的效果更加好，我使用了两个高频喇叭并联的接法。超声波发射电路如图3.3。如图3.3.1 超声波发射电路3.4电源电路该设计需要正5伏直流电源，在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声。例如在数字电路中，当电路从一个状态转换为
17、另一种状态时，就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声，是电路可靠性设计的一种常规做法，在电源输入端跨接一个10-100uF的电解电容，如果电路板位置允许，采用100uF以上的电解电容器的抗干扰效果会更好。故MC7805T芯片输入端为了抗干扰效果更好，选取220uF的电解电容。MC7805T输出端电解电容，是通过稳压后的缓冲滤波电容，这个电解电容的选择，可根据负载电路的用电电流实际大小来确定，只要够用即可，此电容容量不易过大，因此电容容量过大。开机时的浪涌电流会损坏MC7805T芯片，一般不要大于1000uF。因此MC7805T芯片输
18、出端选用了220uF的电解电容。另外，为了在闭合电流总开关SW时，能够显示电路正常工作，采用发光二极管做指示灯，因为发光二极管能够通过的最大电流是20mA68，所以选取了1千欧姆的电阻与发光二级管（LED）串联，以达到发光二极管正常工作。图3.4.1 电源电路 4 系统测试4.1测试方法该设计测试中，首先将电源正负极接入7805稳压电路的输入端，打开总电源开关，将示波器的输入端接在NE555芯片的Q输出端，改变电位器R2的值，并用万用表测出当前电位器R2接入电路的电阻值，记录下来，此时再记录下示波器的读数，这样依次改变电位器R2的值，记下相应波的周期值。由于该设计对频率的精度没有太高的要求，只
19、是为了大致了解频率大小的情况，以此表明该设计的频率是可以改变的，故所测试的数据均是整数值。4.2测试结果R1=1000欧姆，R2(可调)，C=10nF, 超声波周期T=(R1+2*R2)*C*ln2超声波频率f=1/T测试结果和理论结果对比如表2。 表2测试结果和理论结果对比R2的阻值/千欧姆 1 1.5 2 2.5 3 4 5 6输出脉冲频率理论值/KHz 48 36 28 24 20 16 13 6输出脉冲频率实验值/KHz 49 36 30 25 19 16 15 74.3误差分析根据振荡周期公式T=(R1+2*R2)*C*ln2，频率f=1/T，计算得出的数据与实验得出的数据比较，存在
20、一定的误差。分析原因，其一，由于计算所使用的电阻和电容的值是理论值，而在实际制作时，有可能是稍微偏小或稍微偏大的；其二，由于在使用示波器读取周期时，示波器本身就有误差，读数时亦有偏差。该设计对产生的超声波的大小的精确度没有太大的要求，综合以上分析，该设计满足设计目的，5 结束语该设计以NE555为控制核心的超声波撵狗器，在硬件有机结合下，可以实现手动调剂频率的功能，NE555可工作于5V-12V直流电源10，使用电位器来改变NE555的THRE和TRIG端的输入阻值，进而可以产生不同频率的脉冲信号。该设计用改变电阻值而没有采用改变电容值，因为从成本来说，滑动电容器价格比电位器高很多，其次滑动电
21、容器的误差较大，对输出超声波的频率有较大的影响。此外，本设计更人性化，在设计中加入了LED小灯来指示电路系统的工作状态，给人以更好的视觉体验。该超声波撵狗器具有设计简单、操作方便、价格低廉的特点，对于现代人们的生活具有广阔的应用前景和实用价值。参考文献 1 阎石.数字电子技术基础M（第五版） 北京：高等教育出版社，2006,457-498. 2 何希才. 传感器及其应用电路M.北京：电子工业出版社，2001,92-97. 3 江平.超声波小动物驱赶器 实用电子文摘 1995年07期:20-23. 4 陈道友.基于超声波的变电站动物驱赶装置设计电工技术 2011年9期:57-60. 5 裴春梅.
22、一种基于手持设备的动物昆虫驱赶方法的设计电源技术应用 2013年2 期:44-48. 6 张毅刚.单片机原理及应用M.北京:高等教育出版社,2003. 7 Cuajungco MPSamie MAPfluegers Archiv, SCI 2009.2. 8 何立民. MCS-51系列单片机应用系统设计M.北京:北京航空航天大学出版社.2001,34-36.9 Allen PDSchmuck NIson JRWalton JPHearing Research, SCI 2009 1/2.10 B.P.SinghMinerals Engineering 1999.4.致 谢时间飞逝，大学的学习生
23、活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。首先非常感谢学习开设这个课题，为本人日后从事电子方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如动手实践能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。首先，我要特别感谢我的指导老师XXX老师对我的悉心指导，在我的论文书及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清
24、了设计思路和操作方法，并对我所做的设计提出了有效的改进方案。李金钟老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多受益终生的东西。再次对XXX老师表示衷心的感谢。其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了很多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。另外，我还要感谢大学四年中和我一起走过的同学和朋友对我的关心和支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。最后，我要感谢我的父母对我的关心和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私
25、奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。附录：电路原理图：实物图：外文页：NE555 thrust produced by an ultrasonic dog controlXXX Directed by XXX Associate professorAbstract NE555 produce ultrasonic dog is designed to expel NE555 as part of the core control system, from the power circuit, audio frequency adjustment circuit, NE555 contr
26、ol circuit and an ultrasonic transmitter circuit composed of four parts. Coordination of the various parts of the circuit, and then the hardware commissioning, and ultimately achieve adjustable frequency circuit design and driving dog function. By changing the design of NE555 two internal comparator positive input terminal and the inverting input of the numerical size of a certain frequency ultrasound, and then emitted by the ultrasonic horn.Design thinking is characterized by simple, clear, and low cost.Key words NE555 adjustable ultrasonic frequency