传感器湿度报警电路设计.docx

1、传感器湿度报警电路设计石家庄铁道大学四方学院课程设计报告时间：2019年6月18日至 2019年6月19 日课程编号： S08011课程名称：测试技术课程设计学生姓名： 周智雄 学 号： 20166297专 业：电气工程及其自动化班 级： 方1610-1 指导教师： 湿度报警电路设计一、设计任务及要求：设计任务：1.当婴儿尿布尿湿后，若不及时更换，对婴儿健康不利，利用湿度传感器设 计一个尿湿报警器。设计要求：1有湿度传感器与三极管组成开关电路。2设计延时功能，当婴儿撒尿10s后才开始报警，避免惊吓婴儿。3完成3000字设计报告。、指导教师评语：设计过程（40分）：答辩过程（40分）：报告 （2

2、0分）：三、成绩指导教师签名： 年 月 日第1章设计目的 1第2章设计要求 1第3章硬件电路设计 13.1 电路设计结构框图3.2 传感器选择3.3 信号处理电路3.4 总电路图第 4 章 仿真与调试第 5 章 误差分析参考文献 错误！未定义书签 1 2 3 5错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。第 6 章 结论第1章设计目的这次课程设计，涉及的对象是湿度检测控制电路，既能检测尿布湿度又能对湿度起 到一定控制作用，实现其自动湿度调控功能。当婴儿尿布尿湿后，若不及时更换，婴儿 易感染尿布湿疹等疾病，对婴儿健康不利。所以将婴儿尿湿报警器放在婴儿尿布下面， 当婴儿撒尿后，延时1

3、0s就能从喇叭传出音乐声，提醒妈妈快给婴儿换尿布。利用湿度 传感器设计一个尿湿报警器。第2章设计要求(1) 有湿度传感器与三极管组成开关电路。(2) 设计延时功能，当婴儿撒尿10s后才开始报警，避免惊吓婴儿。(3) 完成3000字设计报告。NE555定时器和阻容原件实现延时。(5)采用直流电源12V。第3章硬件电路设计3.1电路设计结构框图传屈器本次设计既能检测尿布湿度又能对湿度起到一定控制作用。湿敏传感器是能感受外 界湿度的变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将环境湿度变换为电信号的装 置。利用湿敏传感器来实现对婴儿是否尿湿尿布的检测，实现对婴儿身体健康的保护。 此电路包括传感器检测电

4、路，延时电路和报警电路。如图 3-1所示。延日寸电路图3-1电路设计结构框3.2 传感器选择湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜， 当空气中的水蒸气吸附在感 湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、 酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发 生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。电子式湿敏传感器的准确度可达 2-3%RH，这比干湿球测湿精度高。湿敏元件的线性度及抗污染性差，

5、 在检测环境湿度时， 湿敏元件要长期暴露在待测环境 中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。这方面没有干湿球测湿方法好。湿度传感器是非密封性的，为保护测量的准确度和稳定性，应尽量避免在酸性、碱性及 含有机溶剂的气氛中使用。也避免在粉尘较大的环境中使用。为正确反映欲测空间的湿度， 还应避免将传感器安放在离墙壁太近或空气不流通的死角处。 如果被测的房间太大， 就应放 置多个传感器。而本次设计具体选用的是 MS01 湿敏电阻式传感器，是以硅粉为主体材料，参入少量金 属氧化物烧结而成的。 MS01 湿敏电阻式传感器的优点是体积小，寿命长，抗水性好，电阻 范围变化大，响应时间短因此便于推广应用，抗

6、水性好。婴儿尿湿报警器的基本原理是利用湿度进行控制的，平时湿敏传感器处于开路状态，而 VT1 属于 NPN 型三极管，因此集电极无电压输出，这里 VT1 相当于一个受湿度控制的电子 开关，利用模拟婴儿尿湿尿布时的情况。当婴儿尿湿尿布后，湿敏传感器被尿液短路， VT1 导通，延时电路就开始计时工作，计时 10s后，555定时器第3脚输出高电平，触发IC2进 行数模转换，三极管 VT2 进行放大信号后，由喇叭发出音乐声音，提示监护人及时给婴儿 换尿布，以达到保护婴儿身体健康的目的。3.3 信号处理电路检测电路由12v直流电源，作开关使用的8550型号的三极管VT1，MS01型的湿敏传 感器组成。导

7、线 1、2、3分别与延时电路的左边的导线 1、2、3相连。VT1 三极管是 PNP 型的，有三个引脚，分别是：基极，发射极，集电极；集电极基极电压：Vcbo-40v ;与8050(NPN)相对；所用材料为半导体硅；最大集电极电流为： 0.5A; 直流电增益为：10到60；功耗为：625mv;最大集电极发射电压(VCEO)为：25;频率为： 150MHz。检测电路如图 3-2所示。图3-2检测电路延时电路由一个NE555定时集成电路IC1、一个100uF电容、一个100KQ电阻和若干 导线组成。其中导线4、5、6与报警电路中导线4、5、6相连。该延时电路在婴儿撒尿大约 10s后才开始报警，其目的

8、是让婴儿把尿撒完。如果没有延时电路，婴儿一撒尿，报警器立 即报警，这样会吓到婴儿，造成闭尿现象，会危害婴儿健康。延时电路如图3-3所示。1 42+ C*4riooyF23JCt6NE555 5I4r&图3-3延时电路NE555定时器由3个阻值为5k Q的电阻组成的分压器、两个电压比较器 C1和C2、基 本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其 中1引脚为接地端；2引脚为低电平触发端。由此输入低电平触发脉冲； 3引脚为输出端。输出高电压约低于电源电压1V3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光 二极管、指示灯等；4引脚为复位端。输入负脉冲，

9、或使其电压低于 0.7V,可使NE555定时器直接复位；5引脚为电压控制端。在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时 经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰。6引脚为高电平触发端。由此输入高电平触发脉冲； 7引脚为放电端。NE555定时器输出低电平时，放电晶体管 TD导通，外接电容元件通过TD 放电；8引脚为电源端。可在5V 18V范围内使用。NE555定时器的内部结构如图3-4所示。图3-4 NE555定时器内部结构图报警电路由数模转换器IC2、喇叭BL和9014三极管VT2组成，VT2三极管为NPN型, 耐压值较大。IC2有T端与S端，T端从555集成电路3引脚接收电信号，转换成声

10、音信号 后由S端输出模拟信号，经三极管 VT2放大后，由喇叭输出。导线4、5、6分别与延时电 路的4、5、6导线相连。报警电路如图3-5所示。4图3-5 报警电路3.4 总电路图整个电路由三个电路单元所组成。(1) 由湿敏传感器MS01、VT18550、DC12V、开关S与若干导线组成的检测电路;由一个NE555定时集成电路IC1、一个100uF电容、一个100KQ电阻和若干导线组 成的延时电路；(3)由软封装音乐集成电路IC2、9014型三极管VT2、喇叭BL和若干导线组成的报警电 路。总电路原理如图3-6所示。图3-6 总电路原理图第4章仿真与调试本次实验选用的是电阻式湿敏传感器。电阻式湿

11、度传感器是利用湿敏元件的电气特性， 随湿度的变化而变化的原理进行湿度测量的传感器，而湿敏传感器是由湿敏元件和转换电路 等组成，能感受外界湿度变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将环境湿度变换为 电信号的装置。在尿湿报警器仿真电路中，它是由检测电路、延时电路、报警电路组成。电 源电压采用12V的直流电压，用开关J1代替湿敏传感器，其闭合来模拟婴儿尿床后，湿敏 传感器被短路的情况。Q1(2N3906)为三极管；电阻R1、R2、R4起到了限流保护的作用， R3与电容C1组成阻容元件；LM555CN代替NE555定时器，实现延时；发光二极管 LED1 代替音乐集成电路，包括IC2和喇叭。当音乐响

12、起时，二极管发绿光。 XMM1是多功能数字电表，主要是为了观察J1接通后，检测三极管集电极是否有电压输出。按图4-1所示连接电路，接通测试开关(模拟婴儿尿尿)，待10s后，发光二极管点亮(模 拟音乐报警)。仿真电路如图4-1所示。LM555CN 亠三U1Rd WvIkD11.986 V图4-1仿真电路图第5章分析误差传感器放入测量位置的过程中产生的误差， 传感器的存在所引起的误差，传感器本身特 性所引起的误差，环境条件变化带来的误差中温度变化所产生的误差最为显著， 所以在现实 中误差必定存在且误差较大。第6章结论婴儿尿湿报警器是利用湿敏传感器能感受外界湿度的变化 ，并通过器件材料的物理或化 学

13、性质变化，将环境湿度变换为电信号的功能，来实现对婴儿是否尿湿尿布的检测，以实现 对婴儿身体健康的保护。它的工作原理是：平时湿敏传感器处于开路状态，而 VT1属于PNP 型三极管，因此集电极无电压输出，这里 VT1相当于一个受湿度控制的电子开关。当婴儿尿布尿湿后，湿敏传感器被尿液短路，通过尿液与电源正极相连，使 J1导通，其集电极输出低电平， VT1 则由截至转为导通，从而解除对 C1 的封锁，这时正电源就通过电阻 R3 向 电容C1充电，因充电需要时间，所以 R4的左端仍保持低电平。随着充电不断进行， C1两端电压逐渐升高，使 NE555 定时触发器导通，第 3 引脚端口输出高电平，音乐报警器

14、开始 报警，提醒监护人及时给宝宝换尿布。电路的延时时间主要由 R3、C1 的充电时间常数决定， R3、C1 数值愈大，延时时间愈 长，反之则短。该尿湿报警器有一个延时电路，当婴儿撒尿时，开始计时，计时时间到，报警装置开始 报警，其目的是让婴儿把尿撒完。如果没有延时电路，婴儿一撒尿，报警器立即报警，这样 会惊吓婴儿，造成闭尿现象，会危害婴儿健康。所以应用调频收音机接收无线报警信号，让 报警器远离婴儿，以免对婴儿造成伤害。参考文献1 胡向东,刘京诚，余成波传感器与检测技术M.机械工业出版社，2001.2 刘润华,刘立山.模拟电子技术 M. 高等教育出版社 ,2003.3 张庆双.电子技术M.科学出版社,2006.