毕业设计-方案说明书婴儿尿床报警器.doc

中北大学2008届本科课程设计说明书

目 录

1设计目的、意义………………………………………………………………………1
2设计内容
2.1总体设计方案简介…………………………………………………………1
2.2单元电路设计及仿真结果…………………………………………………5
3结果分析…………………………………………………………………………………7
4设计总结…………………………………………………………………………………7
5设计心得…………………………………………………………………………………9
参考文献 …………………………………………………………………………………11

中北大学2008届本科课程设计说明书
1、设计目的、意义
通过自己动手设计制作，将电子技术相关理论知识与制作实践相结合，一方面巩固我们之前所学的电子技术的理论基础知识，另一方面也能够提高我们的动手能力，加深对电子技术原理的理解，增加学习电子技术的兴趣，为今后投入电子技术的开发应用打好基础。
2、设计内容
2、1总体设计方案设计简介
婴儿尿床报警器是在婴儿排尿后，能自动发出触发电路，使电路中的音频器（扩音器）发出声音，及时提醒母亲更换尿布，既能使婴儿湿尿布及时更换，又减少尿布更换次数，对婴儿身心健康十分有益。根据延时原理电路和音频发生器选择不同我们确定了以下三种方案。
方案一 以RC电路作为延时电路，以语音芯片控制语音
电路如图2.1所示，它由尿液探测、延时触发电路和音响发生电路等几部分组成。
闭合电源开关SA，电路进人待工作状态。此时，夹人婴儿干燥尿布中间的尿探头两电极呈开路，三极管VT1、VT2因无合适偏流均截止，集成电路IC的低电平触发端TG通过电阻器R3接电源正极，IC不工作，扬声器B无声。一旦尿探头捡拾到婴儿的尿液，由于尿里含电解质能够导电，故就相当于在探头间接人了一个几千欧姆的电阻，VT1马上由截止转为导通，电池G通过VTl、R2对C1充电，经过1 min后，C1两端电压充至约1.3V时，VD和VT2相继导通，与VT2集电极相连的IC触发端TG获得低电平信号，IC受触发从OUT端反复输出内储的音响电信号，经三极管VT3功率放大后，推动B、反复发出伴有弦琴曲声的“宝宝尿啦！—”提醒语。 电路中，R2和C1的充电时间常数确定尿床报警器延时发声的时间长短。R4为A的外接振荡电阻器，其阻值影响语音速度和音调。C2用来降低电池G的交流内阻，使B发声更加清晰。
元器件选择
IC采用HL一5168型音乐“宝宝尿啦！”语音集成电路芯片。
VTl、VT2均用9014或3 DG8型硅NPN小功率三极管，要求电流放大系数β＞150；VT3用9013或3DG12型硅NPN中功率三极管，要求电流放大系数β＞100。VD用1 N4148型硅开关二极管。
B用Φ27mm x 9mm、80、0. 1w超薄微型动圈式扬声器，以减小体积，方便安装。SA为小型拨动式开关。G用两节5号干电池串联而成，电压3V.
尿探头须自制：取一Φ30mm左右的稍厚塑料圆片，另取〉0.8m长的多股铜芯塑皮细导线两根，绞合成引线，将一端剥去25 mm长的塑皮后，平行地（间距〈10mm）穿人塑料圆片固定牢，另一端接电路盒即成。
如嫌1 min的延迟发声时间太长（或太短），可适当减小（或增加）C1容量或者R2阻值加以调节。但应注意R2阻值不可太大。如嫌语音声不够真切，可适当改变R4阻值（330～390kdZ）加以调节。
使用时，应将尿探头夹人干燥双层尿布中间最易感受到便液的地方；婴儿排尿后，应用干布吸去探头上的尿液，方可继续再次使用。
方案二 以RC电路作为延迟电路，以555芯片控制语音
延迟式婴儿尿床报警器原理图如图2.3所示，探头由单面敷铜板制作而成，当尿布干燥时它呈开路状态，电阻R1上端被悬空，VT1截止。VT2由电阻R2获得基极偏流而导通，电容C1两端被VT2短路不能被充电，VD与VT3均处于截止态，VT3发射极
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555时基电路的4脚为低电平，555时基电路被强制复位，扬声器B无声。一旦婴儿将尿布尿湿，探头因尿液导电而呈低阻状态，相当于R1上端通过一个几千欧的电阻接电源正极，VT1导通，VT2截止，解除对电容C1的封锁，正电源通过RP向C1冲充电，数分钟后，C1两端电压冲至1.4V时，VD与VT3相继导通，555时基电路的4脚跳变为高电平，强制复位被解除，电路立即起振，B就发声报信，通知妈妈快替婴儿更换尿布。

图2.2 婴儿尿床警报器原理图
图中，S1是即时与延迟转换开关，需要延迟报尿功能时，应将开关S1合上，电路延迟时间可通过RP进行调节；当不需要延迟功能，可将S1打开，这样当探头一旦遇到尿液或其他导电液体时，电路能立即发声报信。
方案三
婴儿尿床报警器电路由湿敏传感器、延迟放大电路、语音报警电路和电源电路等组成，如图2.2所示。

图2.3 婴儿尿床警报器原理图
延迟放大电路由晶体管Vl-V3、二极管VD、充电电容器Cl、电位器RP和有关外围元器件组成
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语音报警电路由语音集成电路IC、音频放大管V4、扬声器BL和外围阻容元件组成。
　　电源电路由电源开关S、电源GB和滤波电容器C3组成。
　　接通电源开关S后，电源GB为整机各电路提供工作电压。
　　在婴幼儿未尿床时，湿敏传感器两端的电阻值几乎为无穷大，晶体管Vl截止，V2导通，二极管VD和晶体管V3均截止，语音集成电路IC因5脚 (触发端TRI)始终为低电平而不工作，扬声器BL不发声。
　　一且婴幼儿尿床，湿敏传感器两端因尿液导电而由高阻状态变为低阻状态，使Vl正偏导通，V2截止，电源电压经RP对电容器CI充电，当Cl充电结束后 (1-2min)，二极管VD与晶体管V3相继导通，V3发射极输出的高电平使IC受触发而工作，从lC的7脚 (O/P输出端)输出语音信号，该信号经V4放大后，推动扬声器BL发出语音提醒声。
　　调节RP的电阻值，可以改变婴幼儿尿床后报警器动作的延迟时司。
　　改变R3的电阻值，可改变报警语音的声调。
　　元器件选择：VD选用1N4148型硅开关二极管。
　　VI-V3均选用S9014或3DC6型硅NPN型晶体管;V4选用S9013或C8050型硅NPN型晶体管。
　　IC选用内部储存 "注意换尿布"语音信息的CMOS语音集成电路。
　　BL选用8Ω、O.25-0.5W的微型电动式扬声器。
　　湿敏传感器采用2Ommx2Omm的敷铜板刻制。   
考虑以上方案的简洁程度以及能否仿真等特点，我们决定对方案一和方案二进行实际的研究和仿真，以验证电路的实用性。
2、1单元电路设计及仿真
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方案一以RC电路作为延时电路，以语音芯片控制语音的单元电路设计和仿真。
总的电路可分为：
1、尿液探测电路，以便能实时监测。当婴儿尿床时，尿液是电解质，会使电路导通，尿液探头相当于是一个几千欧的电阻

图2.4 尿液探测电路导通后电路图及其仿真结果
2、RC延时电路，延迟后续电路触发，使报警时间延迟。同时可通过调节变阻器RP的大小，按需求的调节报警时间。

图2.5 延迟时间可调电路及其仿真结果图
3、尿床后，电路触发，语音芯片输入端产生低电平输入信号的电路图。

图2.6 语音芯片输入信号产生电路及仿真结果
4功率放大电路，产生足够大的信号，刺激扬声器放出声音。
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图2.7 功率放大电路及仿真波形
方案二：以RC电路作为延迟电路，以555芯片控制语音的单元电路设计和仿真。
1、尿液探测电路RC延时电路同方案一的原理相同
图2.8 尿床后电路导通电容充电电路及充电后仿真结果
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2、555芯片4端复位端的输入信号产生电路及仿真结果。

图2.9 555芯片4端输入信号的产生电路及方针结果
3、555芯片接入组成多谐振荡器产生使扬声器起振的电路。

图2.10 555芯片组成多谐振荡器电路及仿真结果波形图
3、结果分析
方案一中含有集成语音芯片，在仿真软件中无法实现，故将电路分为两部分。第一部分电路只要输出一个低电平即可。由结果可知，集电极电压为334.495mV，为低电平，可以将语音芯片触发。第二部分电路为一功率放大器。原电路中该部分输入为语音信号，在仿真中，用一信号发生器替代。从输出波形可以看出，该部分电路完成了其应有的功能。总体来说，此方案中电路相对比较简单，易于实现，可行性比较高。
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方案二虽无语音芯片，但含有555芯片。整个电路分三部分，延时电路、产生高电位电路和多谐振荡器。前两部分比较简单，易于实现。延时电路采用RC电路实现，比较简单。产生高电位电路的输出为2.277V，基本满足高电位要求。多谐振荡器的复位端对电位大小要求较高，稳定性太差，故电路不容易实现。综上所述，方案二较方案一复杂，不如方案一中电路稳定，输出容易失真，可行性较差。
4、设计总结
通过设计研究和仿真电路，我们意识到其实婴儿尿床
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报警器组成的基本原理都基本相似，即都含有：尿液检测电路，基本延时可调电路，语音模块，功率放大电路以及扬声器。而区别则是以不同的电路、数电、模电知识去实现这些功能电路。实现尿液检测一般是利用湿度传感器，利用湿度传感器，对尿布的湿度进行检测，当婴儿尿床后，湿度传感器会给出一个信号，立即发光报警。实现延时则一般采用RC延时电路，通过电容的充电时间来控制延迟时间，同时用555芯片也可实现延时，而且延迟时间还更精准一些，只是相对RC电路更复杂些。语音模块与功率放大，实现的方式则相对而言更丰富一些，555定时器，晶体管等都能够实现。婴儿尿床报警器通过系列电路，驱动语音模块发声，在第一时间提醒看护人员婴儿尿床以便及时更换尿布，又不对婴儿造成惊吓，有利于婴儿的身心健康，这正是设计这一报警器的实用意义。

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5、设计心得
为期两周的课程设计终于要结束了，现在算是可以放松下来休息一下了。回想起来，这两周的确是有些辛苦，怎么来说呢，痛苦并快乐着吧，其中也收获了不少，给自己的记忆更深刻一些吧。
接到任务后，就感觉到，的确是有些茫然！为了完成任务，我和搭档在图书馆借了基本相关书籍，仔细的研读起来。细看之后才发现，确实有些棘手，但在和搭档的共同讨论研究之后，逐渐发现了一点眉目。另外我们还在网上找见了几个做好的实例，仔细分析研究之后，我们对自己的设计方案，也有了大致的轮廓。很快我们的第一种方案也就定了下来，但我们并没有停下，一鼓作气把第二三种方案也定了下来。
方案定下来了，接下来就是做枯燥的电路仿真了。虽说已经有了心理准备，但我们还是被狠狠的打击了一番。原理图与实际电路图，可以说差别很大，参数稍有偏差根本出不了结果。难归难，但我们总不能停滞不前吧，在我跟搭档好几天的奋战，终于将第
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一种方案的结果仿真了出来。有了前面的经验，第二种发难也很开仿真了出来。我们有认真的对设计过程进行了总结，最终完成了设计报告。
在这两周里，我们不仅要完成课程设计的所有内容，还要参加期末考试，可以说是时间紧任务重。但我和搭档都没有退缩，勇敢地迎上去，顺利的完成了期末考试，课程设计也完成的差不多了。
在这次课程设计中，我有以下几点心得：
(1)有利于我们学习能力的提高。这里所说的学习能力包括获取资料的能力、理解前人思路的能力、系统设计能力、动手能力、分析排除故障能力、表达能力等很多方面，课程设计的课题及要求决定了上述能力缺一不可。
(2)有利于我们团队精神的培养。在课堂之外实际的工作中，我们一般都要与人合作共同完成某一项目，这就非常需要团队精神，而这一点在课堂常规教学中得到的锻炼是很有限的。课程设计要求两人组队，共同完成设计内容，这就要求二个人必须互相信任、互相配合、分工合作。在顺境时要相互提醒保持冷静，逆境时要相互鼓励共度难关，出现问题时不能相互埋怨。这些与课堂教学强调独立性是有明显区别的。
(3) 有利于我们心理素质的锻炼。课程设计结果的产生有很大的不确定性，一个极其偶然的失误都会导致最终的不理想结果，因此需要我们具备良好的心理素质，全心全意投入到设计方案，并且以一颗平常心面对最终的结果。戒骄戒躁，要有足够的耐心。
这次一次非常有意义的课程设计，让我们的动手能力有了很大的提高。在这两周中，非常感谢老师对我们的帮助，没有她们的帮助，我们也不会这么顺利的完成课程设计。还有很多同学也对我们提供了帮助，在这里非常感谢他们。
课程设计就要结束了，虽然我们都很累，但我相信我所收获的，并非设计报告上的那些东西。相信这次课程设计将让我受益终身。

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参考文献
1．傅劲松.电子制作实例集锦.福州：福建科学技术出版社，2006.
2．张庆双. 实用电子电路200例. 机械工业出版社，2003
3．刘修文. 实用电子电路设计制作300例. 中国电力出版社，2005
4. 陈汝全. 电子技术器件应用手册. 机械工业出版社，2007
5. 张晓乐. 电子制作从想法到实现. 福建科学技术出版社，2004
6. 单海校. 电子综合实训. 北京大学出版社，2006
7. 陈有卿. 实用555时基电路300例. 中国电力出版社，2005
8. 韩焱. 数字电子技术基础. 电子工业出版社，2009
9.毕满清. 电子技术实验与课程设计. 机械工业出版社，2005

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