传感器电路制作指导书.docx
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传感器电路制作指导书
第一章电子听诊器
1简介
如图1是电子听诊器的原理图，这个电子听诊器从一个敏感的电容传声器开始，由电阻R1加偏压于传声器。
从传声器传出的声音信号经由电容C1和电阻R2，从运算放大器U1的负极输入。
从第一个运算放大器输出的信号经由R5和R6传给下一个运算放大器U2，运算放大器U2直接与最后一个运算放大器U3相连。
从U2输出的信号还传给一个电平计（由运算放大器U4组成），用于驱动一个双色发光二极管（D1、D2）。
U3输出的信号输出到最后的放大器U5，U5的电压受分压器RP1控制。
分压器分压控制端经过一个0.01UF的电容C5连接到U5上，最后阶段的电子听诊器的放大器U5由一个LM386功率放大集成电路组成，最末端放大器的放大倍数可以在20~200范围内部调节，通过R14和C6组成的电阻、电容联合工作电路实现，这个电路由开关S1控制。
LM386放大电路的输出最后传送到一个8欧的扬声器，或者经由电容C8传送到耳机，耳机插孔在J2处。
开关S2用来控制在需要的时候外接扬声器。
这种补充放大只用于信号非常小的情况。
当完成这个工程时，可能会发现，当扬声器靠近传声器或者电位计没有接地时会发出风鸣一样的响声。
这是由于扬声器发出的声音被话筒接收并放大的缘故，也就是通常所说的正反馈。
任何时候都必须要避免正反馈的发生。
这个电子听诊器很有趣并且应用很广，它可以满足很多应用需求，比如检测杂音、震动、泄漏等，只需利用一个管子接到传声器上就可以了。
图1
2接口说明
PCB板的接口按如下方式接线：
J3接电源，即9V电池，板子与电池通过电池扣连接，电池正极接板子上的+9V端，负极接GND。
3电子听诊器元器件表
学生要根据元器件的焊接位置自己焊接并连接电路，焊接时要注意电容、二极管、蜂鸣器等的正负极，不要接反。
名称
数量
焊接位置
直插电位器-3296W-1k
1
RP1
蜂鸣器-直插-D12
1
U6
电子听诊器PCB-L
1
芯片-DIP-8P-LM386N
1
U5
电容-直插-铝电解-240-10uF/35V
1
C6
接插件-耳机插座-5P-PJ324M
1
J2
电容-直插-铝电解-240-220uF/35V
1
C8
发光二极管-Ф5-红
2
D1-2
芯片-DIP-8P-LM741CN
4
U1-4
电容-直插-独石-240-0.1uF
5
C2-5C7
电阻-直插碳膜-1/4W-10k-J
2
R1R11
电阻-直插碳膜-1/4W-2.2k-J
3
R2R3R9
电阻-直插碳膜-1/4W-47k-J
1
R4
电阻-直插碳膜-1/4W-33k-J
3
R5R6R7
电阻-直插碳膜-1/4W-56k-J
1
R8
电阻-直插碳膜-1/4W-4.7k-J
1
R10
电阻-直插碳膜-1/4W-1k-J
1
R13
电阻-直插碳膜-1/4W-1.5k-J
1
R14
电阻-直插碳膜-1/4W-3.9k-J
1
R15
电容-直插-铝电解-10*17-470uF/35V
1
C1
电容-直插-瓷片-240-0.047uF
4
C2-5
带锁紧-接插件端子-2P-2.54（套）
1
J1
接插件-端子-3P-5.08-立（套）
1
9V电池扣
1
电池-9V
1
J3
拨动开关-10.5*5*5-5P
1
S1
第二章光听音器
1简介
光听音器是一个高增益的声音放大电路，它能够用来研究跳动的、闪烁的或者是变化的光。
这个电路非常简单，如图2所示，光听音器电路以光传感器为中心，电路中的光传感器是光电池，在J1处。
从传感器输出信号到第一级放大器U1，运算放大器U1是一个LM741芯片，在运算放大器的输入和输出引脚之间连接一个增益电阻R1。
电容C2被用来连接第一个放大器的输出和第二个放大器U2的输入，集成电路U2是一个LM386声音放大器。
分压器R2放在U2的输入电路中，用来调节增益或是音量。
声音放大器的输出引脚5经由一个100UF电容C4与一个8欧扬声器SPK连接。
这个光听音器可以用一个9V电池提供电源，这样电路就可以比较轻便。
在连接电路时要注意电容和电池的正负极以及集成芯片的引脚，一般情况下，在芯片的顶部有一个直角切口或在引脚1附件有一个小的圆形凹陷。
这些标记会帮你找到引脚1的位置。
连接9V的电池组，从电池盒的正极引一根线连接开关另一端，开关的另一接线端连接到电路的正极C3上。
完成电路后，在接通电源之前要检查两遍电路连线，以避免在节点的时候烧毁电路。
人眼的视觉信息可以保持0.2S，因此光的频率如果大于50HZ，看起来就是持续的。
人耳对声音的感知要更加灵敏，频率范围可以使20~20000HZ。
所以光听音器将人眼无法识别的跳动、闪烁的光转化成声音，就可以听得清清楚楚了。
图2
2接口说明
J1接9V电源，即9V电池，电池和板子通过电池扣相连，电池正极接板子上的+9V端，负极接GND。
J2焊接光电池，注意正负极,光电池正极接J2端子2脚，负极接1脚，1脚焊盘为正方形，2脚焊盘为原型.
3光听音器元件表
学生要根据元器件的焊接位置自己焊接并连接电路，焊接时要注意电容、二极管、扬声器、传感器等的正负极，不要接反。
名称
数量
焊接位置
光听音器电路PCB-L
1
电容-直插-铝电解-240-100uF/35V
1
C4
芯片-DIP-8P-LM741CN
1
U1
扬声器-D22-8欧/0.25W
1
SPK
拨动开关-10.5*5*5-5P
1
S1
直插电位器-3296W-1k
1
R2
芯片-DIP-8P-LM386N
1
U2
电容-直插-瓷片-240-0.1uF
3
C1-3
电阻-直插碳膜-1/4W-1M-J
1
R1
光照度传感器-光电池-SP-203
1
J2
9V电池扣
1
电池-9V
1
J1
第三章雨水探测器
1简介
雨水探测器的传感器部分是用黏在一起的铝箔片组成的，此部分已安装在PCB板上。
图3描述了雨水探测器的传感器电路部分，传感器的一端接地，而另一端连接到一个1K的电阻，这个电阻作为第一个晶体管Q1的反馈电阻。
晶体管Q1是2N4403型号的PNP型晶体管，Q1的输出通过一个220K的电阻连接到第二个晶体管Q3，Q3是2N4401型号的NPN 型晶体管。
作为集流器的晶体管Q2连接到一个蜂鸣器的黑色极（负极），蜂鸣器的红色极（正极）连接到供电电源的正极。
样机使用3节5号电池作为电源，在S1处用一个单刀单掷开关（用拨动开关代替）把电源连接到电路中。
制作好雨水探测器后，可以通过短路两个输入引脚（也就是将输入端1K电阻引线连接到地，或者电源负极，这事蜂鸣器应该会发出蜂鸣。
）来简单测试它。
图3
图2Q12N4403
2接口说明
电池盒装上3节电池后有如下连接：
J1的+9V端接电池的正极即红线接头，J1的GND接电池的负极。
（实际输入电源为4.5V）
三极管接法：
如图2所示，左图Q1的B极（中间脚）接右图电路板上的最下方一端，左图E极接右图右边一端，左图C极接右图左边一端。
Q3-2N4001的封装与Q1一样，即管脚顺序相同。
蜂鸣器接法：
T1的1脚接蜂鸣器的正极，2脚接蜂鸣器负极。
3雨水探测器元件表
学生要根据元器件的焊接位置自己焊接并连接电路，焊接时注意三极管的引脚顺序。
名称
数量
焊接位置
雨水探测器PCB-L
1
拨动开关-10.5*5*5-5P
1
S1
蜂鸣器-直插-D12
1
T1
带锁紧-接插件端子-2P-2.54（套）
2
J1-2
电池-5号-1.5V
3
电阻-直插碳膜-1/4W-1k-J
2
R1R4
电阻-直插碳膜-1/4W-100k-J
1
R2
电阻-直插碳膜-1/4W-220k-J
1
R3
5号电池盒-3节-带盖
1
芯片-TO-TO92-2N4403
1
Q1
芯片-TO-TO92-2N4401
1
Q3
第四章LCD温度计
1简介
LCD温度计的核心是一个二极管温度传感器和一个3位半显示屏，在该项目中一个1N4148二极管用作温度传感器，当传感点的温度变化时，二极管的电压以-2mV/°C的系数变化。
一般来说，20°时引起的电压大约是600mV。
当传感点的温度上升100°C而达到120°C时，峰值电压大约400mV[600mV-（2mV°C*100°C）]，此时温度计显示出随着温度变化的电压值。
可测量的温度范围在二极管可感应的范围之内，该二极管可测量-20~150°C的温度范围。
一般来说，二极管是用玻璃或者塑料封装的，所以，即使环境温度发生变化，二极管的电压也不会立即变化。
2接口说明
PCB板的接口按如下方式接线：
J1接电源，即9V电池，板子与电池通过电池扣连接，电池正极接板子上的+9V端，负极接GND。
J2J3接数字面板表，数字面板表的+5V接板子上的+5V端，两个“-”端分别接板子上J2J3的GND，“+IN”接J3的“温度”端。
3LCD温度计元件表
学生要根据元器件的焊接位置自己焊接并连接电路，焊接时要注意电容、二极管等的正负极，不要接反。
名称
数量
焊接位置
LCD温度计PCB-L
1
芯片-TO-TO220-LM7805CT
1
U1
电容-直插-瓷片-240-0.1uF
2
C1-2
数字面板表-80*43-5V-A-黑-HB5135
1
J2
单芯导线-0.5-软-红
0.5
单芯导线-0.5-软-黑
0.5
电池-9V
1
J1
二极管-直插-1N4148
1
D1
带锁紧-接插件端子-2P-2.54（套）
3
J1J2J3
直插电位器-3006P-1K
1
R1
9V电池扣
1
第五章湿度监测器
1简介
如图1所示，这个电容式湿度监测器的核心就是J2，就是电容湿度传感器-HS1101。
这个湿度监测器能够监测0%~100%之间的相对湿度。
这个电容式湿度传感器的电容可以从相对湿度为0%时的148PF变到相对湿度为100%时的178PF。
湿度监测器电路使用HS1101型电容湿度传感器，通过检测TCL555CP的变化频率输出来监测湿度的变化。
U3TCL555CP设置为一个稳定的多谢振荡器或者一个根据R3及J2来确定频率范围的振荡器。
随着湿度的变化，振荡器的频率将在13~15KHz之间变化。
电位计R5能够调整输出信号，因此湿度监测器就能被标定。
U3输出的变化频率转换成直流信号并耦合到一个运算放大器LM358，这个放大器能够根据0%~100%的相对湿度的变化输出0~5V的直流电压。
运算放大器的负输入端设置为参考源，而正输入端接入的是湿度传感器输出的变化信号。
LM358在引脚1处的输出提供了0~5V的直流电压。
数字面板表用来显示从传感器电路输出的0~5V电压。
U4：
A的输出反馈到一个电压分压器，这个分压器使得电压下降到2V，作为面板表的输入。
面板表的负输入端接到地。
湿度监测器通过J1处的+12V电池供电，电池通过S1处的电源开关接入到电路中。
为了避免上电时损坏电容，安装时一定要注意电容的极性，同时要注意二极管的极性，焊接稳压器时要注意它的引脚顺序，如图2图3所示，切勿焊反。
2接口说明
先将两盒电池盒按如下方式连接：
将其中一个电池盒的红线接头与另一个电池盒的黑线接头焊接，剩下的一个红线接头作为12V电池的正极输入端，另一个黑线头作为电池负极的输出端；装上电池。
J1的1脚接电池正极，2脚接电池负极。
SP1和SP2接数字面板表，数字面板表的+5V端接SP1的+5V端，数字面板表的两个“-”接SP1和SP2的GND，数字面板表的“+IN”接SP2的“信号”端。
图1
图2U1
图3U5
3湿度检测器元件表
学生要根据元器件的焊接位置自己焊接并连接电路
名称
数量
焊接位置
湿度监测器PCB-L
1
二极管-直插-1N4148
2
D1-2
电容-直插-铝电解-160-1uF/35V
1
C1
电容-直插-铝电解-160-4.7uF/35V
3
C3C5-6
芯片-TO-LM317T
1
U1
芯片-DIP-8P-LM358
1
U4
接插件-插针-2X-单排
2
J3
芯片-DIP-8P-TLC555CP
1
U3
直插电位器-3296W-5k
1
R1
直插电位器-3296W-20k
1
R5
电容-直插-铝电解-320-0.1uF/35V
2
C2C7
电容-直插-CBB-240-270pF/50V
1
C4
电阻-直插碳膜-1/4W-240-J
1
R2
电阻-直插碳膜-1/4W-100k-J
1
R3
电阻-直插碳膜-1/4W-51k-J
1
R4
电阻-直插碳膜-1/4W-30k-J
3
R6-7R10
电阻-直插碳膜-1/4W-150k-J
1
R8
电阻-直插碳膜-1/4W-43k-J
1
R9
电阻-直插碳膜-1/4W-20k-J
1
R11
电阻-直插碳膜-1/4W-220-J
1
R12
电阻-直插碳膜-1/4W-220-J
1
R13
电阻-直插碳膜-1/4W-150-J
1
R14
拨动开关-10.5*5*5-5P
1
S1
电容湿度传感器-HS1101
1
J2
数字面板表-80*43-5V-A-黑-HB5135
1
单芯导线-0.5-软-红
0.5
单芯导线-0.5-软-黑
0.5
电池-5号-1.5V
8
带锁紧-接插件端子-2P-2.54（套）
4
J1-2SIP1-2
5号电池盒-4节-带盖
2
芯片-TO-TO220-LM7805CT
1
U5
注：
R12为电阻-直插碳膜-1/4W-220-J
第六章电子指南针
1简介
电子指南针的原理是基于1897年霍尔发现的霍尔效应，霍尔发现通电导体放在磁场中会在导体中产生小的电位差。
霍尔效应传感器是一小片通有电流的半导体，它输出的电压取决于导体的材料的宽度，并且在没有磁场时电压可以忽略不计，如图1所示，图中给出了霍尔效应指南针的电路。
U3和U4的霍尔效应装置有三个线性终端，他们由稳压器U1提供5V电源。
传感器的输出是直流电压，在休眠状态下输出电压是2.5V，然后随着与磁力线角度的变化呈现线性变化。
典型的传感器输出电压的灵敏度是1.3mV/G。
电路中用了两个霍尔效应传感器，这样灵敏度是单个传感器的两倍。
两个传感器放置时方向相反，这样一个输出正电压，一个输出负电压。
传感器两个输出端的电压差代表了磁场的强度和方向。
输出的电压差连接到一个差分放大器U2-A上，U2-A的输出（引脚1）在电子指南针电路板指向地磁北极时输出电压最低（电压为零），此时电路中的现象为发光二极管D1亮，指向其他方向时二极管都灭，正对地磁南极时输出电压最大。
D1的亮灭程度和时间点可通过调节电位器R9来改变。
调试时，把连接以及焊接好的电子指南针电路板水平放置，打开电源开关并小心调节R9至LED一亮一灭的状态，然后等待10S至电路稳定。
当来回拨动电路的开关时，LED会一亮一灭。
R9设置好了以后把电子指南针旋转一圈，就会发现LED在圆周的某一个弧度内是亮的，在另一外一个弧度内是灭的，如果不是，接着调节R9。
R9调节到较好的状态时LED亮时的弧度要尽可能小。
当指南针的LED在亮的状态时，要注意亮、灭状态转换的两个点。
当指南针面对两个点的中间时，所指的就是地磁北极。
图1
图2UGN3503U
图3
2接口说明
J1接9V电池，电池正极接J1的+9V端，负极接GND端。
UGN3503U接法：
如图2所示，将UGN3503U平面朝上放置时，管脚朝下，从左往右顺序依次为123，1为VCC，接图2右图中U3U4的绿色标示管脚，2脚接地，3脚为输出。
2N3904接法：
左图C极接右图右边的孔，B极接右图下边的孔，E极接右图左边的孔。
3电子指南针元件说明
学生要根据元器件的焊接位置自己焊接并连接电路。
电子指南针PCB-L
1
芯片-TO-TO220-LM7805CT
1
U1
发光二极管-Ф5-红
1
D1
芯片-DIP-14P-LM324N
1
U2
电阻-直插碳膜-1/4W-100k-J
3
R3-4R12
电阻-直插碳膜-1/4W-47k-J
4
R5R7R11R13
电阻-直插碳膜-1/4W-4.7k-J
2
R1-2
电阻-直插碳膜-1/4W-470k-J
1
R6
电容-直插-瓷片-240-0.1uF
4
C1-4
直插电位器-3296W-50k
1
R9
拨动开关-10.5*5*5-5P
1
S1
电池-9V
1
J1
芯片-TO-TO92-2N3904
1
Q1
芯片-DIP-3P-UGN3503U
2
U3U4
带锁紧-接插件端子-2P-2.54（套）
1
J1
9V电池扣
1
电阻-直插碳膜-1/4W-240K-J
2
R8R10
电阻-直插碳膜-1/4W-560-J
1
R14
第七章机电一体化电梯
1简介
机电一体化电梯这个实验项目，分为两部分。
（1）电子线路部分，它用来控制电动机；
（2）机械部分，它包括齿轮箱或减速系统。
本实验中用起重机模型代替电梯。
电梯采用普通DC直流电供电，我们用四节5电池作为电源。
传感器J1、J2、J3用片开关（干簧管）做成，把一块小磁铁固定在电梯上，当电梯向上和向下运动到每一层楼时，由于干簧管被磁铁吸引，所以电梯会停下来。
继电器K3用来使电梯停在每一层（水平）上，正像由传感器J1到J3控制的那样。
每次电梯停下时，操作员必须等待片刻，然后按下S2再次启动电路，并且允许电梯继续按照其预定电路行进。
在电梯运行到终点（即电梯的最高点和最低点），需要通过拨动微动开关K2来改变电梯的方向。
通过调节电位器R4可以改变电梯的速度，但避免使其速度过快。
2接口说明
J7接6V直流电机，J7的正方形焊盘接口接电机的正极，另一个接口接电动机的负极。
J4接电池，J4的电源“+”接电池的正极即红线接头，“-”接电池负极，即黑线接头。
6V电动机与起重机模型相连，用来驱动起重机。
3机电一体化电梯元件说明
学生要根据元器件的焊接位置自己焊接并连接电路。
不锈钢圆头十字螺丝-M4*10
4
SIG1-4
电池-5号-1.5V
4
电容-直插-瓷片-240-1uF
1
C1
电容-直插-铝电解-240-1000uF/16V
1
C2
电阻-直插碳膜-1/8W-1k-J
3
R1-3
镀鉻六角螺母-M4
4
二极管-直插-1N4007
3
D1-3
机电一体化简易电梯PCB-L
1
钮子开关-D6-250V/2A-6P二档
1
K2
起重机模型（带电机）
1
三极管-直插-TIP42C
1
Q1
芯片-DIP-8P-NE555P
1
U1
芯片散热器-TO220
1
直插按键-12*12*4-4P
1
S2
直插电位器-3296W-100k
1
R4
带锁紧-接插件端子-2P-2.54（套）
5
J1-4J7
5号电池盒-4节-带盖
1
干簧管MKA-1410310-152*14mm
3
第八章带传感器的机器人
1简介
这里介绍的是非常简单的机器人，利用机械传感器探测障碍物，当检测到物体时，小车会反转其运动，并且向后方运行几秒钟，然后再次向前运行，但是这次是在新的方向上运行。
缓冲传感器用微动开关构成，并安装在电路板上，应强调指出，在于障碍物接触的任何情况中，微动开关应在足够长的时间内闭合其触点，以便能触发电路。
本项目中将机器人电路板固定在小车模型上，用以代替机器人。
为增加实验的趣味性和综合性，此部分需要学生自己组装。
检验传感器工作的正确性。
把电池放在电池盒内，并且用S1接通电路，这时机器人应该沿着直线开始向前运行。
一台或两台电动机向后转动，反转它们的连接。
如果碰到障碍物时，电动机应该反转它们的方向，使机器人反向运行。
调整R1和R2，于是这个运动将仅持续较短的时间。
在超过了计划的时间后，机器人将再次向前运行。
2接口说明
J1和J2分别接两个电动机，电动机除了与电路板相连，还要与小车相连用于驱动小车。
J5接电池，在电路板正面放置时，J5右边孔接电池正极，左边孔接电池负极。
J3和J4接两个微动开关。
3带传感器机器人元件说明
学生要根据元器件的焊接位置自己焊接并连接电路。
带传感器的机器人PCB-L
1
三极管-直插-8050
2
Q1-2
二极管-直插-1N4148
4
D1-4
带锁紧-接插件端子-2P-2.54（套）
5
J1-5
芯片-DIP-8P-NE555P
2
U1-2
电阻-直插碳膜-1/8W-1k-J
2
R5-6
电阻-直插碳膜-1/8W-2.2k-J
3
R3-4
不锈钢圆头十字螺丝-M4*10
4
SIG1-4
拨动开关-10.5*5*5-5P
1
S1
电阻-直插碳膜-1/4W-2k-J
1
R7R8
电池-5号-1.5V
4
电容-直插-瓷片-240-1uF
2
C1-2
传感器机器人散件-双风扇风动力模型车（带双马达）
1
单芯导线-0.5-软-红
0.5
单芯导线-0.5-软-黑
0.5
M2.3*7自攻螺丝
10
5号电池盒-4节-带盖
1
直插电位器-3296W-100k
2
R1-2
行程开关HV-15-1C25KW7-0
2
J3J4没有
双刀双掷继电器HK19F-DC6V-SHG
2
K1K2没有
第九章电子炮
1简介
利用存储在电容中的能量，把它们转变成磁场，从而把大炮的炮弹发射到数米以外，是本实验项目要达到的目的。
当电流流过导线时，便产生了磁场。
如果导线构成了线圈，磁场会加强。
如果把任意一块磁性金属放到线圈附近，当电流流过线圈时，磁力将会吸引这块金属。
这就是螺线管的工作原理。
如果螺线管有足够的力量把小金属块吸引过来，那么它就可以把物体发射到一定远的地方。
火炮的功率与作用在线圈上的电流大小有关，所以采用了特殊电路，这个电路的目的就是利用存储在电容器的能量，产生出强大的电流脉冲。
当电容器连接到线圈时，放电过程只能持续几毫秒，但是会流过很强的电流，产生很强的磁场。
这个磁场足以把金属心抽出去，并用这种抽力将炮弹发射出去。
电路连接完成后，打开电池开关使其通电，按下S2时给电容充电，几秒后按下S3发射。
金属心用M4的长杆螺丝代替，炮弹可以用木块或者塑料做成，本试验中也可以用纸球代替，炮筒用漆包线和吸管做成，将漆包线密集的绕在吸管上即可，把长杆螺丝放在用漆包线做成的炮筒中，学生要自己做个小的硬纸片，中间穿孔，套在螺钉上，保证小纸片的直径要大于吸管的直径。
进行实验时用物体将炮筒支起，用硬纸板给
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