婴儿尿湿报警器的设计
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[摘 要] 本文从信号采集，信号处理，信号输出的的基本设计理念出发，通过运用尿探头、功率放大、功能切换及调节的技术和选择晶体管9013、音乐芯片KD-9300、扬声器等相应的元器件来实现婴儿尿湿报警器的设计，并对设计出的婴儿尿湿报警器进行实际测验和调试，记录并分析实验结果数据，使尿不湿报警器安全、有效地工作在最佳状态。
[关键词] 尿探头 晶体管 功率放大 功能切换报警。
引言
婴儿尿不湿作为现代有小孩的家庭居家不可或缺的一部分，它简单、方便、便宜，能够很好地帮助父母照顾婴儿，但尿不湿却不能及时地将尿不湿的干湿情况反映给大人，在这种情况下，婴儿尿湿报警器就能发挥很大的作用。本文将电子电路，数字电路，晶体管以及信号的传递与处理等各方面电子理论知识应用于实践生活中，服务与社会。该婴儿尿湿报警器主要由尿探头和工作盒两部分构成，其外形如图1所示，它具有成本低、质量可靠以及安全性高等优点。当婴儿排尿后，它能够奏响《世上只有妈妈好》乐曲或彩灯报警，提醒大人及时更换尿布。
全文从婴儿尿湿报警器的电路结构、工作原理、和测试结果三个方面进行论述。
1.电路结构
1.1 电路组成
婴儿尿湿报警器如图2所示，它主要由尿探头、晶体管两级放大、彩灯报警功能、音乐器集成电路、扬声器报警功能和工作指示电路等5部分组成。
1.1.1探头
尿探头作为尿不湿报警器的第一级，用来采集原始信号，检测婴儿尿湿情况并转换为电信号，输入至下一级电路。因此，其灵敏度和可靠性是至关重要的，本文采用的是典型的金属丝树状交叉尿探头，如图2中所示，简单、实用、可靠。
1.1.2三极管两级放大
从尿探头输出的原始电信很微弱，不足以驱动尿不湿报警器的彩灯及扬声器报警部分，故简易地利用两个NPN晶体管组成复合管构造出两级放大电路，如图2中所示。作为婴儿尿湿报警器报警器的第二级，通过对第一级电路得到的原始信号进行放大处理，送至第三级驱动相关的功能。
1.1.3彩灯报警、音频集成报警
此部分是婴儿尿湿报警器的功能区，它作为婴儿尿湿报警器的第三级，也是尿不湿报警器的核心部分。功能区主要由S3控制的彩灯报警电路及音乐集成电路、S2控制的扬声器报警电路组成。它通过从声音和光两个方面及时地将尿不湿的干湿情况反映给大人，实现报警。
2.工作原理
当闭合开关S1，工作指示灯L1蓝灯亮时，表明电路正常工作，在婴儿未排尿时，尿探头两电极间断路，晶体管两级放大V1通过电位器R1接电源负极，无输入信号，整体电路不工作。当婴儿排尿时，一旦尿探头检测到婴儿的尿液时，由于尿液中含有能导电的电解质，相当于在探头电极之间接入了一个几千到几百千欧的电阻，故得到一个电流很微弱触发信号，经过三极管两级放大电路V1部分的放大，再分别去驱动由S3控制的彩灯报警电路及音乐集成电路、S2控制的扬声器报警电路。其中，当S3闭合时，彩灯部分发光报警，当S2闭合时，音乐芯片输出端循环输出芯片内内储音乐的电信号，经过晶体三极管V2的功率放大后，驱动扬声器M奏响音乐。
电路中，音乐集成电路的触发电压大小和彩灯报警电路的驱动电压大小由电位器R1和尿探头检测到的尿电阻对电池E的分压及三极管两级放大电路V1共同确定。，通过改变R1的阻值可以调节婴儿尿湿报尿的灵敏度。
3.测试结果
3.1测试成功率
在完成婴儿尿湿报警器设计做出实验成品后，进行实验测试，实验次数52次，成功实现报警51次，则测试成功率P=51/52×100%=98.1%
3.2反应时间
在婴儿排尿后，利用数字毫秒计测得如下数据
则报警器反应时间平均值=(798+824+784+820+831+907+834+828+835)/9=829mS且尿不湿报警器的反应时间不超过907mS。
3.3全机功率
3.3.1待机功率
当婴儿未排尿时，整体电路处于待机状态，利用万用表分别测得电源E及其两端电流I，并计算出相应的待机功率W。
3.3.2报警功率
当婴儿排尿且电路处于正常工作状态时，分别闭合S3断开S2发光报警，闭合S2断开S3音频报警，同时闭合S2和S3音频与发光报警。利用万用表分别测得上述三种报警状态电源两端各电流I，并计算相应的报警功率W。
4.结语
本婴儿尿湿报警器将相关的电子知识应用到科学实践和社会生活中，服务于社会，服务于大众，其实用性可行性集中体现了科技以人为本的理念；同时它兼有成本低，安全可靠、使用效果好及制作简单等优点，能够满足广大用户的需求，具有一定的研究价值和广阔的市场。
参 考 文 献
[1]童诗白、华成英主编.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社.2006.5.
[2]韩纪庆等编著.语言信号处理.清华大学出版社[M].2004.9.
[3]赵树杰等编著.信号检测与估计理论.清华大学出版社[M].2005.11.