电子与信息工程毕业论文：无线延时婴儿报尿器的设计.doc

1、本 科 毕 业 设 计无线延时婴儿报尿器的设计所在学院 专业班级 电子与信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I摘要少儿是祖国的花朵，对少儿的保护、身体的健康发育就要从婴儿做起。一般婴儿排尿次数较多，婴儿排尿后，如不及时更换尿布，容易引发婴儿湿疹，且使婴儿睡眠不好，影响其身体健康。因此，年轻的妈妈常为婴儿湿尿布得不到及时更换而感到烦恼。对此，我们需要研究一种小巧、安全、性能可靠的电子仪器来提醒年轻的家长们我们可爱的宝宝尿拉。本设计用 1mm 敷铜板制成湿度敏感栅，这也是现在市面上出现的报尿器做敏感栅所用的普遍的方法。然后用 2 个三极管，2 个电容，1 个固定电阻，1 个

2、可变电阻，1 个硅开关二极管组成延时传感电路。这一设计主要是利用电容的可充电性和硅开关二极管的正向特性及单向导通要求来实现延时效果的，而且改变滑动变阻器的阻值可以改变电容的充电速率，从而改变延时时间的长短。再利用元器件 TDC1808，MC145026 等组成一个遥控发射电路。MC145026 是一个数字编码器，可对 9 位输入信息进行编码。TDC1808 是一个信号发送器，该器件具有微型化，传输距离远，抗干扰能力强，无方向行及不受墙壁阻挡等特点。接着用 TDC1809、MC145027 和 LM358 组成一个遥控信号接收电路。TDC1809 是和 TDC1808 相配套的信号接收器，而 M

3、C145027 是与 MC145026 相配套的数字译码器，LM358 是一个信号放大器，它可以对 TDC1808 所发出的信号进行放大，以便于译码器对信号进行译码。最后用 KD9300 系列的音乐集成芯片和一个扩音器实现音乐报警功能。本文先是对报尿器的研究背景和现状作了介绍，再对所用的各个元器件和芯片的发展、功能及工作原理作了比较详细的介绍说明，接着开始作总的电路设计和各个元器件在本设计中的作用及实现方法，最好作总结。本设计的各个环节都达到了设计的要求。关键词：报尿器；发射器；译码器；元器件IIBaby wet Reminder wireless delayAbstractChildren

4、are the flowers, the protection of children, physical health and development must start from infancy. More general frequency of urination baby, baby, after urination, if not changing diapers, is apt to cause infant eczema, and make the baby sleep well, affecting their health. Therefore, the young mo

5、ther often wet diapers for babies fret not be replaced. In this regard, we need to study a small, safe, reliable electronic devices to alert parents of young babies in urine pull our lovely. This design is made with 1mm Bonded Copper humidity sensitive grid, which is now available in the report appe

6、ars to do a sensitive urine grid common method used. Then use two transistors, two capacitors, a fixed resistor, a variable resistor, a silicon switching diodes delay sensing circuit. This design is mainly used in rechargeable capacitor and silicon switching diode forward characteristics and require

7、ments to achieve a single wizard-pass delay effect, and the resistance to change can change the rheostat sliding capacitor charging rate, thus changing the delay time length. Re-use components TDC1808, MC145026 and other components of a remote control transmitter. MC145026 is a digital encoder can e

8、ncode input information 9. TDC1808 is a signal transmitter, the device has a miniature, transmission distance, anti-interference ability, without direction from the wall blocking the line and so on. Then use the TDC1809, MC145027, and LM358 form a remote control signal receiving circuit. TDC1809 TDC

9、1808 is matching the signal and the receiver, the MC145027 and MC145026 is supporting the digital decoder, LM358 is a signal amplifier, which can be issued on the TDC1808 signal amplification in order to facilitate translation of the signal decoder code. Finally, KD9300 series of music integrated ch

10、ip and a loudspeaker to achieve musical alarm function. This article first urine of the reported research background and current situation are introduced, and then on the various components used in the development of the chip, functions and working principle rather detailed description, and then beg

11、in to make the overall circuit design and various components role in the design and implementation methods, the best conclusion. All aspects of the design meets the design requirements.Key words: Reported that urine; Transmitter; Decoder; ComponentsIII目 录前言 .1第一章 绪论 .21.1 报尿器的研究背景及意义 .21.2 报尿器研究现状 .

12、21.3 本文的设计要求与结构安排 .4第二章 总体方案 .52.1 传感器的介绍 .52.2 射频发射分析 .52.3 发射器 TDC1808/TDC1809 .62.4TDC1808A .72.5 数字编码器 MC145026/MC145027 .72.6 三极管 .72.7 二极管 .92.8 运算放大器 LM358 .102.9 音 乐 集 成 电 路 KD9300.11第三章 硬件设计 .133.1 自制湿度敏感器 .133.2 尿湿传感器的工作原理 .133.3 遥控发射电路图 .143.4 发射器 TDC1808 .153.5 数字编码器 MC145026.153.6 遥控接受电

13、路图 .163.7 接收组件 TDC1809.163.8 音乐集成电路 .17第四章 总结 .18致谢 .20参考文献 .211前言随着科技的不断发展，人们的生活水平越来越好，人们对物质水平的要求越来越高。尤其是我国，在改革开放后，中国的科学技术发展迅猛，综合国力迅速提高，广大国民的生活条件有了很大的改善，从当处的吃不饱、穿不暖、睡不好，到如今的小康水平，变化不可谓不大。而随着生活水平的提高，教育事业也得到了很大的发展。如今，绝大多数的人都受过高等教育。现在的家长与以前相比，在素质上有了很大的提高，在教育观念上也有了很大的改善。也正因此，孩子们如何健康成长这一问题越来越被家长们重视，而婴幼儿的

14、教育和健康的发育成长尤为重要。不能及时的更换被尿湿的尿布是最让年轻的家长们头疼的事了。应为是刚出生没多久的婴儿，还不会说话，也什么都不懂，即便尿尿了他自己也不知道，更不会和别人说，而不及时跟换又会对婴儿的健康成长造成很大的不良影响，对此现象，有很多有关专家做过研究，最先用来解决这一问题的而且有一定效果的是一种叫做“尿不湿”的纸尿裤，但是，这种纸尿裤也会带来很多麻烦和不良现象，所以很多专家就又继续开发研究，而随着电子技术的不断发展，各种电子产品的不断出现，一种叫做的报尿器的电子产品在市场上出现。这种报尿器一在市场上出现就受到广大的年轻家长们所关注，继而被广大的人民群众所接受和喜爱。最先是在欧美等

15、发达国家的市场上出现了报尿器。与发展中国家相比，发达国家的家长们在意识上和教育观念上要比发展中国家的家长们先进，所以他们先意识到了在婴儿身上出现问题的重要性，而在科技上也都领先于发展中国家，所以他们最先研究出来报尿器。当时出现的报尿器在现在看来是非常简陋的。它仅仅只有一个湿敏传感器加一个语音提示集成芯片。它虽然能起到提示作用，但也仅此而已，它也会带来很多麻烦和一些负面影响。随着科学技术的的提高，延迟技术的发展，市场上又出现了延迟式报尿器，而到了 70 年代，国际上无线技术得到了广泛的应用，随之就又出现了无线报尿器，这也是目前市场上比较成熟的、最受欢迎的一种报尿器。在国内，由于各种原因，在 80

16、 年代才出现报尿器，而国内的报尿器发展和国际的差不多，由简到难，由单一到复杂，到 21 实际处国内也有了无线的婴儿报尿器。在产品的原理设计上也都大同小异，而随着生活水平的提高，人们的要求也随之变高，因此，报尿器也在不断的发展，功能也越来越完善。通过了解和分析实际报尿器的工作原理和方式，我设计了一个无线的，具有延时功能的报尿器。我运用无线射频技术实现了信号的无线发送和接受，再用电容充电和二极管导通工作原理完成延时功能，最后用 KD9300 系列的芯片实现报警。以后报尿器应该会向着简易化，多功能化，高性能安全化发展。2第一章 绪论1.1 报尿器的研究背景及意义少儿是祖国的花朵，对少儿的保护、身体的

17、健康发育就要从婴儿做起。一般婴儿排尿次数较多，婴儿排尿后，如不及时更换尿布，容易引发婴儿湿疹，且使婴儿睡眠不好，影响其身体健康。因此，年轻的妈妈常为婴儿湿尿布得不到及时更换而感到烦恼。最先重视这一问题的是欧美等一些发达国家。他们起先为了解决这一问题，研究发明了一种叫做“尿不湿”的婴儿尿布。它是由淀粉和丙烯酸盐做主要原料制成， 。 “尿不湿”的突出特点是吸水和蓄水量大得惊人。其吸收生理盐水是自身重量的 4060 倍，所以小孩尿尿不必担心尿湿裤子，流出的尿会被它全部吸光，因此俗称“尿不湿”。 就使用尿不湿的那部分皮肤而言，健康的皮肤应当是干爽的。湿皮肤很快就会变的脆弱，易于发生尿布疹。为了最大限度

18、地减少尿不湿造成的湿润，应当经常更换尿不湿，并使用吸收力特强的尿不湿。如果你使用传统尿布，则更应当经常检查和更换尿布。对于新生婴儿，你似乎要一直不停地换尿不湿。随着孩子的不断成长，尿不湿的更换次数会逐渐减少，开始时平均每天是十次，逐渐减少到六次，这也给广大的年轻家长们造成了很大的麻烦。而且， “尿不湿”也有很大的危害。如尿不湿透气性能差，散热性能也不够理想。男婴使用偏小偏紧的尿不湿，不利于他们的睾丸发育。偏紧偏小的尿不湿，紧紧兜在男婴的胯下，大腿根部因缺乏足够的空隙，空气难以流通，胯下热量难以散去，久而久之即易使男婴睾丸正常生长受影响，日后极易罹患不育症。若给女婴使用的尿不湿偏小偏紧，由于她们

19、胯下温度高、不透气，细菌易大量繁殖，常常侵犯女婴的外阴、尿道口等部位。因此，给小婴儿选购尿不湿应掌握这样一个原则：宁松勿紧、宁稍大勿偏小。已经用过一次、有点儿脏的尿不湿，切忌再次乃至多次使用，否则就会因小失大而贻误孩子的健康。而且如果一直使用尿不湿会让孩子养成习惯性随意小便，现在欧美一些孩子四周岁的时候还在使用就是因为尿不湿让孩子养成了习惯性小便。对于以上种种不利因素，就又有一些专家对此做研究，于是报尿器就随之诞生了。报尿器的出现不仅解决了婴儿排尿后湿尿裤得不到及时更换的问题，也解决了“尿不湿”带来的种种危害。1.2 报尿器研究现状报尿器顾名思义就是一种能够提示婴儿或重病患者尿了的一种仪器。报

20、尿器在国内的发展也有一段历史了。早在 80 年代末，就有一位科学家赵景贤先生发明了一种报尿器。他把这种仪器命名为婴幼儿电子报屎报尿器。它利用两个电极作为开关，放在婴儿尿布上，彼此不接触，这样就相当于断路，一旦婴儿撒尿，尿水使两个电极导通，电源加在音乐集成电路上，这个电路一导通工作就会驱动蜂鸣器发声报警。这样就会第一时间提醒年轻的妈妈你的宝宝尿了。这个报尿器设计的结构比较简单，其主要的电路是音乐集成电路 IC。3这个报尿器由于当时科技的限制，做的比较粗糙，有很多不足之处。比如它没有抗干扰装置，不能调音量等等。而随着科技的发展，报尿器的技术在 90 年代得到了很大的发展，有不少科学家这这方面取得了

21、不错的成果。一位叫冯士华的科学家在 1991 年制作了一个婴儿电脑报尿器，这种报尿器包括一个音乐集成电路和扬声器，他采用的是双面敷铜印刷电路板式传感器两电极作为开关，放在婴儿尿布上,当婴儿撒尿,传感器电极导通,电源加在集成电路上,音乐集成块工作时,驱动扬声器发声报警。与 80 年代的报尿器比较，它有个显著的优点是它有抗干扰装置，而且它还可以调节语音和节奏。随后，又有不少人申请了这方面的专利。这些专利基本上都是第一种类型的，即即时型的。这种类型的报尿器结构都比较简单，所用器材较少，容易制作，方便使用，而且是第一时间提醒，很有效。但是，也因此都有一个不足之处，就是婴儿一撒尿便立即发出音响，虽然有些

22、可以调节音量，可以尽量让音乐柔和、舒缓，但往往还是会惊动婴儿不能一次排完尿，待换上新的尿布后，又会很快尿湿。对此，就有科学家研究了一种语音延时型报尿器。在 90 年代末，专家彬彬，研制了一种延迟式电子音乐报尿器。它由圆片形湿敏探头、电子延迟开关和音乐集成电路三大部分组成。因为多了个电子延迟开关，所以电路变得复杂了去多。它的延时开关由V1、V2 两个三极管等组成，宝宝没尿时湿敏探头电阻无穷大 ,V1 截止，V2 导通，电容器C1 被 V2 的 C-E 极断路而无法充电，所以 C1 两端电压为 0，二极管 V3 截止，音乐集成电路 IC 不工作。当湿敏探头被尿液浸湿后，电阻值变少，V1 导通 V2

23、 截止，电容器 C1 通过电位器 RP 充电，使 C1 两端电压随时间逐渐上升，当电压升到一定值时，二极管 V3 导通。IC 就获得触发电压而工作，音乐信号经 V4 放大后震动扬声器和发光管 LED 发出声光信号。调节电位器 RP 阻值，因改变电容器 C1 充电速率，因而可调节延迟时间的长短。这种报尿器就很好的解决了婴儿因为提示音被吓到不能一次排完尿而需要多次换尿布的问题，可以省去年轻妈妈不少麻烦。这种电路还有个好处是可以根据自己婴儿的情况调节延迟的时间，这样既不会打断婴儿排尿又可以让妈妈尽快的知道宝宝尿了，一举两得。但是这个报尿器不能控制音乐的节奏和声响，有可能会因为声音过急过响而吓到宝宝使

24、其哭闹，又有可能会因为声音过轻而无法很好的提醒到婴儿的家人宝宝已经尿了，从而使其失去了其应有的价值。这个问题随着科技的进步，在 21 世纪初得到了很好的解决。专家张晓东先生，设计了一种语音延时型报尿器，这种报尿器的设计原理和专家彬彬的设计原理大同小异，不同之处在于他所用的音乐集成电路是 LH5168 型语音集成电路芯片。在这个集成芯片上外接一个振荡电阻器，这样改变这个电阻器的阻值就可以改变语音的速度和音调。而且他还在电源和扬声器之间并联了一个电容，这个电容可以降低电源的交流内阻，使扬声器的发音更加的清晰。这种报尿器一面世就广受消费者用户欢迎，它解决了年轻妈妈的不少烦恼，又让宝宝得到了健康发展。

25、随后又有人对此作了改进，在原有的基础上增加了测试报警功能和防误报警功能。不管是即时型的还是延迟型的，都可以很好的完成提示功能，也都有各自得优缺点，但他们都有一个共同的不足之处，他们都是有线的。即湿敏探头或传感器与报警提示装置是有导线连着的，众所周知小宝宝都是很爱闹的，万一一不小心搞到导线了很容易损坏仪器，而且还有安全隐患，因为是有线的所以宝宝的移动范围受到了很大的限制，要一直带着提示装置会很不方便，所以就需要研究一种无线婴儿报尿器。在 2004 年，专家夏益强研4究了一种无线报尿器，他利用信号发射装置和信号接收装置来完成无线电的传输，而且他的特点是在信号发射装置的电源供电线路中串联了定时开关，

26、可以通过定时开关自动切断信号发射装置的电源，从而克服了信号发射装置连续发射无线信号的缺点，大大降低了对电源的消耗。1.3 本文的设计要求与结构安排本文的设计要求是设计一个无线的，具有延迟功能的，可以提示宝宝尿了的报尿器。基本要求是报警声音要缓和，可以采用催眠曲报警；要在宝宝尿完后的一段时间后再发出报警提示。利用射频无线技术设计一个无线的信号接发装置的电路，再利用电容的充电的原理和二极管的单向导通要求的原理设计具有延迟功能的电路，最后再用 KD9300 系列的音乐集成芯片设计出报警电路。本文先是介绍了设计背景和研究现状，再具体介绍了所用器件和芯片的功能和工作原理及用法，然后设计总的硬件电路，最后

27、作总结。图 1.1 设计原理流程图湿度敏感器 延迟传感电路 数字编码信号发送信号接收数字译码报警5第二章 总体方案2.1 传感器的介绍现在的信息技术发展革命，用人自身感觉器官既无法等到准确的数据，同时对很多无法用器官感测的事物不得不望而止步，而传感器就是一种代替人的感觉器官来获取信息、数据的媒介。为了能够与信息时代信息量激增、要求捕获和处理信息的能力日益争强的技术发展趋势保持一致，对于传感器性能指标的要求越来越严格；与此同时，传感器系统的操作性亦被提上了议事日程，因此还要求传感器必须配有标准的输出模式；而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求，所以他们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感

28、器所取代；后者主要由硅材料构成，具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等特点。信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。传感器是将实际中的力、声、光、温度、湿度等非电量转化为电量的媒介，也可以这么说传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换为电信号或其他所需形式的信息输出

29、，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制的等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器是一个汇聚物理、化学、材料、电子、生物工程等多类型交叉学科。传感器技术是构成现代信息技术的三大技术之一。对于它的定义是“一种能把特定的信息按照一定的规律转换成可用信号输出的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成” 。传感器的分类可分为：压力敏和力敏传感器，位置传感器，液面传感器，能耗传感器，速度传感器，热敏传感器， 加速度传感器，射线辐射传感器，振动传感器，湿敏传感器，磁敏传感器，真空度传感器，物传感器等。现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基

30、本趋势是和半导体以及介质材料的应用密切关联的。2.2 射频发射分析无线技术分很多种种类，目前，主要的方式有调频无线技术、红外无线技术和蓝牙无线技术三种，其成本和特点也不尽相同。调频无线技术的原理和收音机工作原理比较接近，多数使用数字方式。调频无线技术比较成熟，实现的成本比较低。其缺点是无线电波容易受到干扰，当周围有频率比较接近的无线电波时会产生明显的失真。为了克服这一缺点，6可以把无线调频载波频率设的非常高，远远高于无线广播的载波频率。红外无线方式的优点是抗干扰能力强，缺点是要想获得高质量的红外调制信号电路比较复杂，并且由于红外线的波长较短，光衍射能力较差，因此红外无线技术传输距离比较短，对障

31、碍物敏感。蓝牙无线技术是上个世纪 90 年代,瑞典 Ericsson 公司开发了一种新技术，他的特点是容易穿透障碍物，全方位的数据传输，可以从一个点发送到多个点，而且系统稳定，缺点是电路设计比较复杂，成本较高，而且传输距离短。经过多方的比较分析，本设计的无线方面还是运用调频无线技术较佳。射频发射电路在高频电路中占有很重要的地位。设计发射电路要考虑的因素很多：馈电电路结构、功率匹配电路结构、电路工作效率和功率损耗等，本设计中，射频输出功率较小，因此电路工作效率和功率损耗不是突出问题，但仍然需要考虑，根据各种因素条件限制，本设计的遥控发射电路由发射器 TDC1808、数字编码器 MC145026

32、和一个传感器电路组成。2.3 发射器 TDC1808/TDC1809TDC1808/1809 是专为无线电遥控设备设计的遥控发射和接收集成电路，该器件具有微型化，传输距离远，抗干扰能力强，无方向行及不受墙壁阻挡等特点，其中 TDC1808 是不用天线的微型发射电路，出厂时将发射频率调在 250-350MHz 的范围内，其错开频率有 10条种，而 TDC1809 则是与 TDC1808 相配对使用的无需接收天线的遥控接收头，它能接收到 TDC1808 发射头发出的射频信号并解出调制信号。 TDC1808/TDC1809 是三端器件，其引脚功能：表 2.1 TDC1808/TDC1809 引脚功能表型号 TDC1808 TDC1809引脚号 1 2 3 1 2 3功能 电源正极 电源负极 调制输入 解调输出 电源正极 电源负极TDC1808/TDC1809 主要电气参数：表 2.2 TDC1808/TDC1809 主要电气参数表TDC1808参数名称 单位 参数值工作电压 V 1.5-18工作电流 mA 5（加调制）输出功率 mW 10频率 MHz 250-350TDC1809工作电压 V 5.1工作电流 mA 等候电流 mA 0.5频率 MHz 与 1808 相匹配