电子止鼾器设计论文有电子设计图.docx

引 言当今社会科学技术飞速发展，日新月异，尤其电子信息技术突飞猛进。随着技术的发展，电子新产品不断涌现。电子技术的广泛应用，促进了工农业的发展，也丰富了我们的物质文化生活。电子止鼾器是一种能在使用者打鼾时发出微弱电脉冲信号从而刺激使用者改变睡眠姿势的电子产品。由于打鼾既有损于身体健康，又影响他人休息；针对这种情况，我们研发出这种产品，由于它工作简单，使用方便。激发电脉冲信号不会对人体构成伤害。长期使用该止鼾器可帮助打鼾者改变这种不良习惯，从而有利于人们身心健康的发展。因此，我们有理由相信我们的产品具有良好而广泛的市场前景，会得到广大使用者的认可和喜爱。 我们设计的这个课题很多不足之处，希望给予改正。第1章 概 述1.1 止鼾器 止鼾器作为一种新型的电子产品，是满足人们的需要而设计的。能够有效的减少打鼾者的打鼾次数，对打鼾者的身体健康以及家人的睡眠质量有很大的提高。因而这种方便、安全、小巧实用的产品被大众接受。随着科技的发展止鼾器越来越先进，越来越绿色环保并且价格也越来越便宜。图1展示的就是几种常见的电子止鼾器。图 1.1 止鼾器实物图图1.2 555 定时器的外引脚排列图2.1 设计任务 设计一个电子止鼾器，能够将打呼声转化为电信号，经过音频放大电路放大加到芯片NE555中是刺激脉冲产生器工作，在脉冲变压器的二次侧产生刺激电脉冲，此刺激电脉冲电脉冲加在打鼾者身体某部位，使打鼾者改变睡姿。2.2 设计要求基本要求：3、能够产生刺激电脉冲；4、方便，安全，好用 ；发展要求：1、 灵敏度好 ，精确收集声音信号，并转化成电信号；4、绿色环保，符合设计要求。第3章 理论设计3.1方案设计的比较及选定3.1.1 方案设计的比较该方案可以有多种设计思路与可行性方案 第一种方案：采用NE555时基集成电路制作的电子止鼾器。 图3.1是由音频检测放大电路和脉冲产生器电路组成。音频检测放大电路由桥式整流器、传声器（话筒）BM、音频放大管V1、V2、电容器C1、C2和电阻器R1R4组成。电源经过桥式整流滤波电路产生9V直流电压。接通电源开关S后，该电子止鼾器的音频检测放大电路进入工作状态。此时若使用者打鼾时，传声器BM会将鼾声变为电信号。该信号经V1、V2放大后，加至IC的4管脚，使刺激脉冲产生器工作，在脉冲变压器T2的二次侧产生刺激电脉冲，此刺激电脉冲通过电极加在打鼾者身体某部位（例如手、脚、颈或后背等处），使打鼾者改变睡眠姿势。停止打鼾后，刺激脉冲立即消失。 图3.1.1 方案一的放大部分电路原理图第二种方案：采用分立元件制作的电子止鼾器，它由鼾声检测放大电路和脉冲振荡器组成。鼾声检测检测放大电路有扬声器BL、耦合变压器T1、电容器C1、C2、音频放大晶体管V1、V2、电阻R1R3和电位器RP1、RP2等组成。脉冲振荡器由二极管VD1、振荡管V3、电容器C3、脉冲变压器T2和电位器RP3等组成。接通开关S后，鼾声检测放大电路进入工作状态。在无鼾声时，V2的集电极无音频电压输出，V3处于截止状态，电极A、B两端无刺激脉冲输出。当有鼾声发出时，鼾声经扬声器BL转换成电信号。该电信号经T1和C1耦合至V1的基极，经V1和V2放大后，从V2的集电极输出，在经过VD1加至V3的基极，使脉冲振荡器振荡工作，从A、B两端输出刺激电脉冲，使打鼾者该变睡姿，停止打鼾。电路图如下：图3.1.2 方案二的电路原理图 3.1.2 设计方案的选定第一种方案：其使用了一个555集成块，提高了最终的设计效果，降低了设计难度，符合设计要求。第二种方案： 其使用分立式元件不仅增大了设计的难度而且使整个电路的最终设计效果与可信度降低；使扬声器发出的两种不同频率的声响不易区分，效果不理想；还使设计成本增加。集成元件与分立式元件相比较，集成元件的优势：1、元件制作方便快捷。其将一个特定的功能集合在一起，供使用者使用，不必再花费过多的时间、精力。而且它保证并提高了整个电路的整体性能，使扬声器能清晰地发出两种不同频率的声响，较好的满足设计的要求。2、元件制作可行性高。集成元件提供了很大的可行度，而奋元件在复杂的电路中要不断地返回检查，增加了任务量。3、由分立元件组成的电路，如果电路选择得好，参数选择恰当，元件性能优良，设计和调试的好，则性能也很优良。但只要其中一个环节出现问题，则性能会低于一般集成电路。且为了不致过载、过流、过热等损坏元件，需要加以复杂的保护电路。集成功放电路成熟，低频性能好，内部设计具有复合保护电路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件参数稳定，无须调整，信噪比较小，而且电路布局合理，外围电路简单，保护功能齐全，还可外加散热片解决散热问题。3.2 系统设计 图 3.2.1 电路的系统框图电路的工作示意图如上图所示。当有脉冲信号输入时，经放大电路工作进行信号放大加到555芯片处理使刺激脉冲产生器工作，在脉冲变压器的二次侧产生刺激电脉冲。3.3单元电路设计图3.3.1 NE555方波发生电路原理图 图3.3.2波形发生 图3.3.3前端波形整形由555定时器组成的多谐振荡器及其工作波形图如图3.3.4所示，其中R1、R2和电容C为外接元件。图3.3.4 NE555定时器组成的多谐振荡器及其工作波形图引脚功能：Vi1（TH）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。Vi2（）：低电平触发端，简称低触发端，标志为。VCO：控制电压端。VO：输出端。Dis：放电端。：复位端。555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络，产生 1/3VCC和2/3VCC两个基准电压；两个电压比较器C1、C2；一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器（低电平触发）；放电三极管T和输出反相缓冲器G3。是复位端，低电平有效。复位后, 基本RS触发器的端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。在555定时器的VCC端和地之间加上电压，并让VCO悬空，则比较器C1的同相输入端接参考电压2/3VCC，比较器C2反相输入端接参考电压1/3VCC ，为了学习方便，我们规定：当TH端的电压2/3VCC时，写为VTH=1，当TH端的电压1/3VCC时，写为VTR=1，当端的电压1/3VCC时，写为VTR=0。 低触发：当输入电压Vi21/3VCC 且Vi11/3VCC 且Vi12/3VCC，则VTH=1，比较器C1输出为低电平，无论C2输出何种电平，基本RS触发器因=0，使1，经输出反相缓冲器后，VO0；T导通。这时称555定时器“高触发”。555定时器的“低触发”、“高触发”和“保持”三种基本状态和进入状态的条件（即VTH、VTR的“0”、“1”）必须牢牢掌握。 VCO为控制电压端，在VCO端加入电压，可改变两比较器C1、C2的参考电压。正常工作时，要在VCO和地之间接001F（电容量标记为103）电容。放电管Tl的输出端Dis为集电极开路输出。555定时器的控制功能说明见表2.6。根据555定时器的控制功能，可以制成各种不同的脉冲信号产生与处理电路电路，例如,史密特触发器、单稳态触发器、自激多谐振荡器等。 表3.3.1 555定时器的控制功能说明阈值输入 触发输入 复位 RS输出Vo放电管T 0 0 导通 1 10 1截止 1 010导通 1 11 不变不变输出信号的参数有： 电路振荡周期： （3.2.1）电容充电时间： （3.2.2）电容放电时间： （3.2.3）电路振荡频率： （3.2.3）输出波形占空比： （3.2.4）其中为由上升到所需时间，为电容C放电所需时间。555电路要求与均应不小于，但两者之和应不大于。由于555定时电路内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，用 555定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。外部组件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的组件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此，这种形式的多谐振荡器应用很广。3.3.2 桥式整流电路单相桥式整流电路的工作原理： 为了克服半波整流的缺点，常采用桥式整流电路，如下图所示，图3.3.5中V1、V2、V3、V4四只整流 二极管接成电桥形式，故称为桥式整流。图 3.3.5 单相桥式整流电路原理图1. 工作原理和输出波形设变压器二次电压u2=21/2U2sint，波形如电压、电流波形图3.3.6(a)所示。在u2的正半周，即a点为正，b点为负时，V1、V3承受正向电压而导通，此时有电流流过RL，电流路径为aV1RLV3b，此时V2、V4因反偏而截止，负载RL上得到一个半波电压，如电压、电流波形图3.3.6(b)中的0段所示。若略去二极管的正向压降，则uOu2。电压、电流波形在u2的负半周，即a点为负b点为正时，V1、V3因反偏而截止，V2、V4正偏而导通，此时有电流流过RL，电流路径为bV2RLV4a。这时RL上得到一个与0段相同的半波电压如电压、电流波形图(b)中的2段所示，若略去二极管的向压降，uu2。由此可见，在交流电压u2的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻RL，故RL上得到单方向全波脉动的直流电压。可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍，所以桥式整流电路输出电压平均值u=20.45U2=0.9U2。桥式整流电路中，由于每两只二极管只导通半个周期，故流过每只二极管的平均电流仅为负载电流的一半，在u2的正半周，V1、V3导通时，可将它们看成短路，这样V2、V4就并联在u2上，其承受的反向峰值电压为UR=21/2U2。同理，V2、V4导通时，V1、V3截止，其承受的反向峰值电压2. 电路参数计算公式：（a）整流输出电压平均值: （3.3.1）(b)二极管平均电流： （3.3.2）（c）二极管最大反向电压： （3.3.3）图 3.3.6 整流电路输出波形 由上图可见，在交流电压u2的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻RL，故RL上得到单方 向全波脉动的直流电压。可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍。桥式整流电路与半波整流电路相比较，其输出电压UO提高，脉动成分减小了。第4章 软件仿真4.1 仿真电路图仿真原理图如图4.1图 4.1 仿真电路原理图4.2 仿真过程结 论首先，这次课程设计给我提供了一次很好的锻炼机会，刚开始进行课程设计的时候，我表现出了极大的热情。上网查资料、询问高年级同学的经验，我时刻猜测着我会从中获得什么，这是一个难得的锻炼机会。止鼾器是个很有意思的课程设计课题，因为它能解决一些很实际的问题，打鼾即对自己的健康不利也影响他人的睡眠，在宿舍常会有室友打鼾，所以做起来会很有兴趣。在设计的过程中，我发现了我理论知识上有不少的漏洞，这给了我不少压力，于是我又挤出时间努力加深文化知识。对于Muitism10软件，我真的很陌生，从网上下了个试用版，之前，老师没有教过，我们也没有学习过。真是赶鸭子上架啊！为了将课程设计做好，我不得不先花一部份时间去学习，摸索。在用Multism10软件进行仿真的时候，我进行的有些缓慢，有时感觉连对了的时候总是出不了正确结果。我总是尽自己所能解决这些问题，有时是因为设计错误，有时是连线错误，有时是电阻电容选择错误。还有就是英语太差，软件是英文的，还要查字典。最后请教了老师，把仿真弄出来了。当电路设计好后，我感到感到很充实，很有成就感。当然 ，遗憾的是由于时间和条件的限制没能把实物做出来、。通过这次课程设计，我拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到了较大的提高。安排这次课程设计的基本目的，在于通过理论与实际的结合、人与人的沟通，进一步提高思想觉悟。尤其是观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。作为整个学习体系的有机组成部分，把课堂上学到的系统化的理论知识，尝试性的应用与实际设计工作中，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想。检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。对我们电子信息专业的学生说，实际能力的培养至关重要，而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的，必须从课堂走向实践。这也是一次预演和准备毕业设计工作。通过课程设计，让我们找出自身状况与实际需要的差距，并在以后的学习期间及时补充相关知识，为求职与正式工作做好充分的知识、能力准备，从而缩短从校园走向社会的心理转型期。进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。综上所述，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，同时又是一门讲道理科，给我许多道理，给我很多的思维，给了我莫大的空间。致 谢在设计过程中高老师给了我很大的帮助，在这里感谢高老师的辛苦工作！真诚祝高老师工作顺利！ 许长春 2010年6月28日参考文献1.阎石 ，数字电子技术基础，高等教育出版社 ，20062、童诗白 华成英， 模拟电子技术基础，高等教育出版社3.赵从毅，555定时器的功能图表示法及其用法4.付家才.-，电子工程实践技术M.北京:化学工业出版社,2003.325.李书浩译，数字逻辑应用与设计 北京机械工业出版社,20006. 张庆双等编著实用电子电路200例 机械工业出版社2005年版附 录1、电路工作原理图2、电路仿真图3、元器件清单 表4.1 原器件清单类别数值数目二极管1N4007 2三极管（NPN）S9031硅NPN2芯片NE5551话筒驻极体传声器1脉冲变压器1：10磁芯线圈电阻22K、2M、5.1K、4.7K、100K各2、1、1、1、1、个电容0.01uF2极性电容10uF 50uF各1个开关1