简易测谎仪的设计与制作.docx
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简易测谎仪的设计与制作
简易测谎仪的设计与制作
摘要
本文的内容是关于简易测谎仪的制作，其中涉和了一些基本的电子技术，包括制作电路板，制作稳压电源等基础的知识点，根据人一担说谎，心理上将有一定的变化，肾上腺素分泌增多，从而造成人的皮肤出汗，导致皮肤上的电阻降低的原理做成。
虽不像高级的测谎仪能同时检测人的瞳孔放大，心跳率等数据，但能实现基本的测谎功能，对大多数人都能有效的检测其言辞的真假性，是一个便于携带，使用方便快捷，安全系数高的小电子产品。
关键词:
稳压电源；测谎仪；肾上腺素；瞳孔放大；心跳率
第一章设计方案的概述
1.1设计宗旨
测谎，是对谎言的鉴别活动。
“测谎”一词，是由“测谎仪”（LieDetector）而来；“测谎仪”的原文Polygraph，直译为“多项记录仪”，是一种记录多项生理反应的仪器，可以在犯罪调查中用来协助侦讯，以了解受询问的嫌疑人的心理状况，从而判断其是否涉和刑案。
由于真正的犯罪嫌疑人此时大都会否认涉案而说谎，故俗称为“测谎”。
准确地讲，“测谎”不是测“谎言”本身，而是测心理所受刺激引起的生理参量的变化。
不说谎的人觉得它很神秘，说谎的人觉得它很可怕，这就是神奇的测谎仪。
面对不断攀升的犯罪，善良的人们总是期望借助科学的灵丹妙药，将所有犯罪分子手到擒来。
测谎技术的推广者们正在说服人们相信，测谎仪就是这种灵丹妙药。
使用测谎仪本身就可以给犯罪嫌疑人造成一定的心理压力，结合政策教育和使用证据等方法，促使犯罪嫌疑人动摇瓦解，交待问题或者说明事实真相。
使用时，测谎人员通过反复说明和强调测谎仪的科学性、客观性、公正性和有效性，并利用犯罪嫌疑人对测谎仪的神秘感，使其感到测谎仪是灵敏的，不容欺骗的，担心如果自己说谎，可能被当场识破、揭穿而暴露自己，从而加重了心理压力。
实践中，确有一些犯罪嫌疑人在测试过程中或测试后不久就交代了罪行。
当然，实际的测谎过程远非如此简单明了。
一个调查犯罪的测谎器测验可能要花费3～4个小时，而其中用于生理测量的时间仅15分钟左右，其余大部分时间花于审核问题、测前讯问、解释程序以和评判和讨论测量结果等方面。
例如，在正式测量前，测谎者要与被测者进行一段漫长的交谈。
其目的主要有二：
一是通过交谈和讯问了解被测者的个性和诚实程度，以便最后确定正式测量时的讯问问题和讯问方式；二是向被测者介绍测谎器的“一贯正确性”，使其确信测谎器具有准确地分辨真话与谎言的可靠功能，从而对其产生威慑作用，以消除其侥幸心理。
为了让被测者确信测谎器是不可欺骗的，测谎者还要求被测者参与一项示范性的验证。
如要他在一副纸牌中随意地抽选一张，然后混杂于其他若干张纸牌中。
当测验者拿着这几张纸牌依次问他“是不是这张”时，他一概回答“不是！
”但测谎者总能正确地指出他所抽选的牌是哪一张，并告诉他这是根据测谎器对其回答时的生理变化的测量结果（实际上，这些牌通常是事先作了记号的）。
由于精心设计的问题与测谎主题有不同的关系，对被测人形成不同的心理刺激，从而触发不同的生理反应，引起一系列生理参量（如肌电、脉搏、血压、呼吸、心跳、脑电波、声音、瞳孔等）变化，用仪器测量这些参量的变化，记录变化图谱，然后分析图谱，就可以判断被测人对问题的回答是“诚实”还是“撒谎”。
认定和排除犯罪嫌疑是测谎的基本功能。
特别是在侦查工作前期，侦查人员根据初步侦查和调查掌握的情况，发现了嫌疑对象，但尚无确凿证据认定该对象是否犯罪分子，通常采用传唤或拘传的方法，进行正面审查，以排除或肯定犯罪嫌疑。
但作案者和无辜者都会极力辩解，否认犯罪，其供述有的一时难以查证或虽能查证但需花费大量时间和经费。
这时，若使用测谎技术，就能迅速地排除大量的无辜嫌疑人，筛选出重点嫌疑对象，在条件比较好的情况下还可以直接认定犯罪分子，然后围绕重点嫌疑对象开展审讯和调查，可以事半功倍，大大提高破案效率。
第一个尝试利用科学仪器“测谎”的人，叫西萨重·隆布索（CeuareLombroso）。
1895年，他研制出一种“水力脉搏记录仪”，通过记录脉搏和血压的变化判断嫌疑人是否与此案有关，而且成功侦破了几起案件。
1945年，约翰·里德（JohnReid）总结了前人的工作，设计出能检测血压、脉搏、呼吸和皮肤电阻变化以和肌肉活动的多参量心理测试仪，这种测谎仪器称为“里德多谱描记仪”，也就是第二代测谎仪，成为现代多参量心理测试仪的基础。
60年代初，由于电子技术飞速发展，出现了现代记录仪和多导仪。
热敏电阻、光敏电阻和压电晶体均可作为换能器。
1.2设计目的和要求
1．设计的目的：
熟悉测谎仪的组成和其工作原理，提高我们读整机电路图和PCB电路版图的能力。
我们通过对测谎仪的安装、焊接和调试，掌握了测谎仪的生产工艺流程，提高我们的焊接技术水平；掌握电子元器件的识别和质量检测：
学会故障判断和排除。
2．设计要求：
分析并读懂测谎仪的电路原理图，对照原理图看懂接线原理图，正确认识电路图上的元器件的符号，并与实物作对照。
根据技术指标测试各电子元器件的主要参数，认真仔细地进行安装与焊接，焊接完毕后按照技术要求进行调试。
1.3设计思路
人在说谎时，一般都会或多或少的产生紧张心理，其外在表现为出汗，从而使皮肤的电阻降低，利用该生理和心理上的反应，就可以设计一个简单的测谎仪的电路图如图1-1所示。
图1-1测谎仪的原理图
图1-1为测谎仪的简单电路图，三极管Q1和Q2组成一个互补音频振荡器，其振荡频率是由电阻R、电容C1和两个测试接触点A、B之间的电阻RP共同决定。
当A、B之间的电阻大时，振荡频率低；当A、B之间的电阻RP小时，振荡频率高。
所以当人说谎时，心里紧张，汗腺分泌增加，使A、B之间的电阻RP降低，振荡频率升高，扬声器发出的声音音调将会变高，从而实现测谎功能。
1.4设计说明
1．任务：
设计一个测谎仪，使其具有基本的测谎功能，能够方便的操作，并无危险性。
2．要求：
（1）满足系统功能和和性能要求
（2）电路简单，体积小
（3）可靠性高
（4）调试简单
（5）制作工艺简单
第二章测谎仪的原理
2.1测谎仪的原理
说谎的人什么样？
童话故事中的匹诺曹，一说谎鼻子就要长一寸。
童话毕竟是童话，没有人当真。
现代科学证实，人在说谎时生理上的确发生着一些变化，有一些肉眼可以观察到，如出现抓耳挠腮、腿脚抖动等一系列不自然的人体动作。
还有一些生理变化是不易察觉的，如：
呼吸速率和血容量异常，出现呼吸抑制和屏息；脉搏加快，血压升高，血输出量增加和成分变化，导致面部、颈部皮肤明显苍白或发红；皮下汗腺分泌增加，导致皮肤出汗，双眼之间或上嘴唇首先出汗，手指和手掌出汗尤其明显；眼睛瞳孔放大；胃收缩，消化液分泌异常，导致嘴、舌、唇干燥；肌肉紧张、颤抖，导致说话结巴。
这些生理参量由于受植物神经系统支配，所以一般不受人的意识控制，而是自主的运动，在外界刺激下会出现一系列条件反射现象。
这一切都逃不过测谎仪的“眼睛”。
2.2直流稳压电源的原理
直流稳压电源是电子、电器、自动化设备中的基本组成部分，主要部件为半导体超大规模集成电路的计算机自然也不能免俗。
随着近年各种硬件设备频率、速度和功耗的提高，电源对于整个系统稳定性的影响也越来越大。
那么直流稳压电源又是如何工作的呢？
直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出地直流电压的装置，它需要经过变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。
四个环节的工作原理如下：
（1）电源变压器：
是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
（2）整流滤波电路：
整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。
在经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压。
常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。
（3）滤波电路：
可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压，各滤波电容C满足RL-C=（3-5）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。
（4）稳压电路：
稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。
常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。
第三章设计步骤
3.1设计电路板
3.1.1设计电路板的步骤
1．设计电路原理图。
在制作原理图的文件中绘制出电路原理图
2．生成网络表。
在原理图的基础上进行电气规格检查并生成网络表。
3．设计印制电路板。
在PCB文件中将网络表导入，可以利用自动布线和手工布线两种方式设计最后的印制板。
3.1.2印制电路板
1．用尺子量出测谎仪的外形尺寸。
2．工作电压：
3V
3．利用Protel99SE软件绘制出测谎仪的PCB电路板图如下：
图3-1测谎仪的电路板图
3.2焊接
3.2.1元件说明
1．电阻
在焊接之前，可以使用色环识别法或者数字万用表测量出元件清单中的电阻的阻值并记录，在误差允许的范围内使用电阻。
色环电阻每种颜色代表的数值如表3-1所示。
表3-1色环电阻的识别图
黑
棕
红
橙
黄
绿
蓝
紫
灰
白
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2．电容
和电阻一样，电容在焊接之前也要使用数字万用表进行测量。
在安装电容时要求电容的管脚的长度要适中，要正确判断管脚的正负极，否则将不能实现测谎仪的功能。
3．喇叭
把喇叭放好后，可用电烙铁将其周围的塑料靠近喇叭的边缘烫下去吧喇叭压紧，以免其松动不稳。
4．二极管
注意二极管的有阴极阳极的极性，不能装错；型号标记要易看可见；焊接立式二极管时，对最短引线焊接时间不能超过2s。
5．三极管
注意e、b、c，装散热片，应将接触面平整、打磨光滑后在紧固，管脚与电路板上需连接时，要用塑料导线。
3.2.2焊接
1.焊接的基本要求
（1）熟悉电子产品的安装和焊接工艺
（2）对焊接点的基本要求
焊点要有足够的机械强度，保证被焊件在受振动或冲击时不致脱落、松动。
不能用过多焊料堆积，这样容易造成虚焊、焊点与焊点的短路。
焊接可靠，具有良好的导电性，必须防止虚焊。
虚焊是指焊料与被焊件表面没有形成合金结构，只是简单地依附在被焊金属表面上。
焊接点表面要圆滑、清洁，焊点表面应有良好光泽，不应有毛刺、空隙，无污垢，尤其是焊剂的有害残留物质，要选择合适的焊料和焊剂。
2．焊接
（1）测量元件：
元件焊接前必须要用万用表测量其大小和验证其是否正常。
（2）准备焊接工具：
电烙铁、焊锡丝、松香、螺丝刀、钳子等工具
（3）焊接：
元器件的装插焊接应遵循先小后大，先轻后重，先低后高，先里后外的原则，这样有利于装配的顺利进行。
（4）检查：
焊接完成后，仔细检查是否有漏焊、虚焊现象，并和时进行修改。
3.2.3焊接的注意事项
焊接之前应先插上电烙铁的插头，给电烙铁加热。
焊接时，焊锡与电路板、电烙铁与电路板的夹角最好成45度，这样焊锡与电烙铁的夹角成90度。
焊接时，焊锡与电烙铁的接触时间不要太长，以免焊锡过多或是造成漏锡；也不要过短，以免造成虚焊。
元件的脚尽量要直，而且不要伸出太长，以1毫米为好，多余的可以减掉。
焊完时，焊锡最好呈圆滑的圆锥状，而且还要有金属光泽。
3.3制作一个直流稳压电源
3.3.1思路
1．电源主要性能参数为输入参数、输出参数、电磁兼容性指标和其他指标等4类。
（1）输入参数
输入电压国内应用的单相为220V。
输入频率我国市电频率为50Hz。
（2）输出参数
输出电压输出额定电压为3V
稳压稳流精确
（3）电磁兼容性指标
电磁兼容性包括两个方面：
电磁敏感性、
电磁干扰
（4）其他指标：
与体积和重量有关的功率密度、电压温度系数环境温度指标等，其中电压温度系数最为重要。
2．稳压电源是由电源变压器、整流电路、滤波电路、和稳压电路四部分组成：
图a稳压电源的组成框图
图b整流机稳压过程
图3-2稳压电源的组成框图和原理和整流与稳压过程
3.3.2单元电路分析
（1）电源变压器
电源变压器的作用是将220V的交流电压,变换成整流滤波电路所需要的交流电压。
因为我们需要的是第电压,所以必须要一个变压器将电网的市电降低至我们所需要的。
（2）整流电路
整流电路是把交流电压转变为直流脉动的电压。
常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式整流等。
这里采用常用的桥式整流，如图3-3所示。
图3-3整流电路的电路图
图3-4整流前和整流后的波形图
当A为高电平时，电流由A点流出，经D1，RL，D3流入B点，因而负载电阻RL上的电压等于电压器副边电压，即uo=u2，D2和D4承受的反向电压为-u2。
当A点为低电平时，电流由B点流出，经D2，RL,D4流入A点，负载电阻RL上的电压等于-u2,即u0=-u2,D1,D3承受的反向电压为u2。
这样，由于D1，D3和D2，D4两对二极管交替接通，致使负载电阻RL上在u2的整个周期内都有电流流过，而且方向不变。
整流二极管的选择：
在单相桥式整流电路中，因为每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上平均电流的一半，根据波形知输出电压平均值约为0.9U2。
其中U2为变压器次级交流电压的有效值。
（3）滤波电路
滤波电路：
用于滤去整流输出电压中的纹波，一般用电抗元件组成。
因此滤波又分电容率波和电感滤波。
这里采用电容滤波。
电路如图3-5、3-6所示。
图3-5滤波电路
图3-6滤波和滤波后的波形
当A点为高电平时，C充电理想情况下，变压器无损耗，二级管道通电压为0，所以uc（uL）与u2相等，即曲线的ab段，当u2到达峰值时，开始下降，C开始放电，uc下降趋势与u2基本相同即bc段，但电容按指数规律放电所以当u2下降到一定数值后，uc的下降速度小于u2的下降速度，使uc大于u2从而导致D1、D3反向偏置而截止。
此后，电容C继续放电，uc按指数规律继续下降，如图中cd段。
当u2的负半周幅值变化到恰好大于uc时，D2、D4因加正向电压变为导通，u2对C冲电，uc上升到u2的峰值后开始下降，下将到一定数值时D2，D4变为截止，C对RL放电，uc按指数规律下降，放电到一定数值时D1，D3导通重复上述过程。
因为电容具有储能功效，经滤波后输出电压不仅变得平滑而且平均值也提高。
通常认为：
滤波电容越大越好。
这是因为整流特性与时间常数R.C的值有关，他的数值越大，电容放电越慢，滤波效果越好。
实际电路中电容的容量满足RLC=（3-5）T/2D的条件。
（4）稳压电路
随着半导体工艺的发展,现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。
最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。
常用的有L7800系列L7900系列三端集成稳压器，如图3-7所示。
图3-7稳压原理图
原理说明：
电网电压↑→U1↑→UO↑（UZ）↑→IDZ↑→UR↑→Uo↓
若ΔIDZ≈-ΔIL，则UR基本不变，UO也就基本不变。
利用IDZ的变化来补偿IL的变化。
RL↓→Uo↓（U2↓）→IDZ↓→IR↓ RL↓→IL↑→IR↑
若ΔUI≈ΔUR，则UO基本不变。
利用R上的电压变化补偿UI的波动。
3.3.3电路原理图和PCB电路版图
1．直流稳压电源的电路原理图如图3-8所示。
图3-8直流稳压电源的电路原理图
2．直流稳压电源的PCB电路板图如图3-9所示
图3-9直流稳压电源的电路板图
3.3.4测试结果
1．测试方法
（1）目光检测法：
根据设计的要求和指标，需对成品进行参数的测试。
在进行参数的测量前必须保证元器件的安装没有发生错误。
所以可以用目眼检测的方法进行。
（2）仪器测量法：
设计要求测试电源的稳压系数，内阻，和纹波电压。
这些数据的测试必须用到实验仪器设备。
测试输出电压为5V，符合三端稳压器的给定值。
2．基本检查
在通电前认真检查安装电路，必须对电路进行以下事项的检查：
（1）电源变压器的一次和二次绕组是否搞错，否则将会造成变压器损坏.。
（2）三端稳压器的输入、输出和公共一定要识别清楚，不能搞错。
特别是公共端不能开路，如果开路，很可能导致负载损坏。
（3）或整流桥的引脚和滤波电容器的极性不能接反，否则将会损坏元器件。
（4）检查负载端是否有短路现象。
第四章心得体会
经过几周的努力，我终于完成了我的毕业设计。
在这几周的制作过程中，让我知道了测谎仪和直流稳压电源的设计与制作的各个步骤以和其中的细节，也让我掌握了不少在以后工作学习中需要的基本技能以和解决问题思路和方法。
在整个设计与制作的过程中，我们遇到了很多我们意想不到的问题，比如元器件的封装图的画法等，但通过尽心尽力地去完成和完善，最终还是顺利地完成了测谎仪的设计与制作。
尽管这个过程是艰难的，但又是充满了快乐和每一步成功后的喜悦。
最终我用自己的双手实现了我的预期目标。
在设计过程中，虽然对于理论知识有所了解，但是对于元器件的连接，以和焊接往往不能得心应手，尤其在焊接过程中，常出现虚焊，焊焦问题，自己的焊接技术也有待提高。
在组装电路以和焊接过程中应注意以下几点：
1．了解电路工作原理的情况下，熟知元器件功能，按照电路图组装电路，注意正负极以和元器件的安装顺序；
2.焊接时不能忽视浸润这一方面，先浸润再焊接，避免虚焊；
3.测试电路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏。
4.注意桥式整流电路中二极管的极性，不应反接。
5.按照原理图焊接时必须注意安全。
第五章致谢
经过一个多月的努力，我的毕业设计已经接近尾声。
由于经验的缺乏，难免有许多考虑不周全的地方，很多时候会走一些弯路，如果没有老师的指导，以和同学的帮助，我是很难完成我的毕业设计的。
在这里，首先要感谢我的指导老师周琳老师和赵春柳老师，老师平日里工作繁多，但在本次设计中无论从选题、开题还是设计草案的确定和修改等过程中都给了我悉心的指导。
老师们教给我们的不仅是书本上的知识，还让我们在平时的实践中提高了我们动手的能力，这些宝贵的实践将积极影响我今后的学习和工作，在此，我表示衷心的感谢。
感谢您们在此期间给予我的帮助，这份帮助使我在这段时间里可以专攻于设计，谢谢！
其次，我要感谢帮助我完成这个设计的同学们，在大学生活即将结束的最后的日子里，我们再一次印证了团结就是力量这句真理，把一个从没有上手的课题，圆满地完成了。
正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉和的知识，更让我得到了知识以外的东西，就是团结与友谊。
虽然毕业在即，但我们通过这次设计更加的增了友谊。
知识是人类进步的阶梯，而传授知识的各位老师就是我们登上阶梯的领路人。
没有各位老师的辛勤培育，便不会有我们今天的累累果实。
在这里，我要感谢那些孜孜不倦教诲我们了各位老师，祝愿你们桃李满天下。
最后还要感谢我的母校——安徽财贸职业学院三年来对我的培养，她使我从一个什么都不懂的小女孩转变成一个有理想、有抱负的青年。
她教给我的不仅是进入社会后生存的本领，更重要的是艰苦朴实、求实进取的精神力量，这将鼓舞我在人生的道路上不断前进。
第六章附录
1．元件清单：
（1）测谎仪的清单
表6-1测谎仪的清单
三极管
Q1
BC547
Q2
BC556
电阻
R1
100K
R2
4.7K
Rab
1.8K
电容
C1
0.01μF
蜂鸣器
1个
开关
1个
电源
3V
导线
若干
面包板
50mm*30mm
（2）直流稳压电源的清单
表6-2直流稳压电源的清单
三极管
VT1
9013
VT2
9013
VT3
9014
电阻
R1
2K
R2
680
R3
100
R4
100
RP
1K
二极管
1N4148
VD5-VD6
1N4007
VD1-VD4
变压器
220V50Hz9V
熔断器
1个
插头
1个
2．绘制封装
4．元器件
参考文献
[1]张伟、张瑾、张立宝编著电路设计与制版人民邮电出版社2010
[2]苏丽萍编著电子技术基础西安电子科技大学出版社2010
[3]张玉莲编著电子CAD（Protel99SE）实训指导书西安电子科技大学出版社2007
[4]李春雷管莉编著电子测量与电子产品检验电子工业出版社2007
[5]周雪编著模拟电子技术西安电子科技大学出版社2002
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