簡易測謊儀的設計與制作.doc

I 簡易測謊儀的設計與制作 摘 要 本文的內容是關于簡易測謊儀的制作 其中涉及了一些基本的電子技術 包括制 作電路板 制作穩(wěn)壓電源等基礎的知識點 根據人一擔說謊 心理上將有一定的變化 腎上腺素分泌增多 從而造成人的皮膚出汗 導致皮膚上的電阻降低的原理做成 雖 不像高級的測謊儀能同時檢測人的瞳孔放大 心跳率等數據 但能實現基本的測謊功 能 對大多數人都能有效的檢測其言辭的真假性 是一個便于攜帶 使用方便快捷 安全系數高的小電子產品 關鍵詞 穩(wěn)壓電源 測謊儀 腎上腺素 瞳孔放大 心跳率 II 目錄 第一章 設計方案的概述 1 1 1 設計宗旨 1 1 2 設計目的和要求 2 1 3 設計思路 2 1 4 設計說明 3 第二章測謊儀的原理 4 2 1 測謊儀的原理 4 2 2 直流穩(wěn)壓電源的原理 4 第三章設計步驟 5 3 1 設計電路板 5 3 1 1 設計電路板的步驟 5 3 1 2 印制電路板 5 3 2 焊接 5 3 2 1 元件說明 6 3 2 2 焊接 6 3 2 3 焊接的注意事項 7 3 3 制作一個直流穩(wěn)壓電源 7 3 3 1 思路 7 3 3 2 單元電路分析 8 3 3 3 電路原理圖和 PCB 電路版圖 11 3 3 4 測試結果 11 第四章心得體會 13 第五章致謝 14 第六章附錄 15 參考文獻 17 安徽財貿職業(yè)學院畢業(yè)設計 1 第一章第一章 設計方案的概述設計方案的概述 1 1 設計宗旨設計宗旨 測謊 是對謊言的鑒別活動 測謊 一詞 是由 測謊儀 Lie Detector 而來 測謊 儀 的原文 Polygraph 直譯為 多項記錄儀 是一種記錄多項生理反應的儀器 可以在 犯罪調查中用來協助偵訊 以了解受詢問的嫌疑人的心理狀況 從而判斷其是否涉及 刑案 由于真正的犯罪嫌疑人此時大都會否認涉案而說謊 故俗稱為 測謊 準確地 講 測謊 不是測 謊言 本身 而是測心理所受刺激引起的生理參量的變化 不說謊的人覺得它很神秘 說謊的人覺得它很可怕 這就是神奇的測謊儀 面對 不斷攀升的犯罪 善良的人們總是期望借助科學的靈丹妙藥 將所有犯罪分子手到擒 來 測謊技術的推廣者們正在說服人們相信 測謊儀就是這種靈丹妙藥 使用測謊儀本身就可以給犯罪嫌疑人造成一定的心理壓力 結合政策教育和使用 證據等方法 促使犯罪嫌疑人動搖瓦解 交待問題或者說明事實真相 使用時 測謊 人員通過反復說明和強調測謊儀的科學性 客觀性 公正性和有效性 并利用犯罪嫌 疑人對測謊儀的神秘感 使其感到測謊儀是靈敏的 不容欺騙的 擔心如果自己說謊 可能被當場識破 揭穿而暴露自己 從而加重了心理壓力 實踐中 確有一些犯罪嫌 疑人在測試過程中或測試后不久就交代了罪行 當然 實際的測謊過程遠非如此簡單 明了 一個調查犯罪的測謊器測驗可能要花費 3 4 個小時 而其中用于生理測量的時 間僅 15 分鐘左右 其余大部分時間花于審核問題 測前訊問 解釋程序以及評判和討 論測量結果等方面 例如 在正式測量前 測謊者要與被測者進行一段漫長的交談 其目的主要有二 一是通過交談和訊問了解被測者的個性和誠實程度 以便最后確定 正式測量時的訊問問題和訊問方式 二是向被測者介紹測謊器的 一貫正確性 使其 確信測謊器具有準確地分辨真話與謊言的可靠功能 從而對其產生威懾作用 以消除 其僥幸心理 為了讓被測者確信測謊器是不可欺騙的 測謊者還要求被測者參與一項 示范性的驗證 如要他在一副紙牌中隨意地抽選一張 然后混雜于其他若干張紙牌中 當測驗者拿著這幾張紙牌依次問他 是不是這張 時 他一概回答 不是 但測謊者總能 正確地指出他所抽選的牌是哪一張 并告訴他這是根據測謊器對其回答時的生理變化 的測量結果 實際上 這些牌通常是事先作了記號的 由于精心設計的問題與測謊主題 有不同的關系 對被測人形成不同的心理刺激 從而觸發(fā)不同的生理反應 引起一系 安徽財貿職業(yè)學院畢業(yè)設計 2 列生理參量 如肌電 脈搏 血壓 呼吸 心跳 腦電波 聲音 瞳孔等 變化 用儀器 測量這些參量的變化 記錄變化圖譜 然后分析圖譜 就可以判斷被測人對問題的回 答是 誠實 還是 撒謊 認定和排除犯罪嫌疑是測謊的基本功能 特別是在偵查工作前期 偵查人員根據 初步偵查和調查掌握的情況 發(fā)現了嫌疑對象 但尚無確鑿證據認定該對象是否犯罪 分子 通常采用傳喚或拘傳的方法 進行正面審查 以排除或肯定犯罪嫌疑 但作案 者和無辜者都會極力辯解 否認犯罪 其供述有的一時難以查證或雖能查證但需花費 大量時間和經費 這時 若使用測謊技術 就能迅速地排除大量的無辜嫌疑人 篩選 出重點嫌疑對象 在條件比較好的情況下還可以直接認定犯罪分子 然后圍繞重點嫌 疑對象開展審訊和調查 可以事半功倍 大大提高破案效率 第一個嘗試利用科學儀器 測謊 的人 叫西薩重 隆布索 Ceu are Lombroso 1895 年 他研制出一種 水力脈搏記錄儀 通過記錄脈搏和血壓的變化判斷嫌疑人是否與 此案有關 而且成功偵破了幾起案件 1945 年 約翰 里德 John Reid 總結了前人的工 作 設計出能檢測血壓 脈搏 呼吸和皮膚電阻變化以及肌肉活動的多參量心理測試 儀 這種測謊儀器稱為 里德多譜描記儀 也就是第二代測謊儀 成為現代多參量心 理測試儀的基礎 60 年代初 由于電子技術飛速發(fā)展 出現了現代記錄儀和多導儀 熱敏電阻 光敏電阻和壓電晶體均可作為換能器 1 2 設計目的和要求設計目的和要求 1 設計的目的 熟悉測謊儀的組成及其工作原理 提高我們讀整機電路圖和 PCB 電路版圖的能力 我們通過對測謊儀的安裝 焊接及調試 掌握了測謊儀的生產工藝 流程 提高我們的焊接技術水平 掌握電子元器件的識別及質量檢測 學會故障判斷 及排除 2 設計要求 分析并讀懂測謊儀的電路原理圖 對照原理圖看懂接線原理圖 正 確認識電路圖上的元器件的符號 并與實物作對照 根據技術指標測試各電子元器件 的主要參數 認真仔細地進行安裝與焊接 焊接完畢后按照技術要求進行調試 1 3 設計思路設計思路 人在說謊時 一般都會或多或少的產生緊張心理 其外在表現為出汗 從而使皮 膚的電阻降低 利用該生理和心理上的反應 就可以設計一個簡單的測謊儀的電路圖 如圖 1 1 所示 安徽財貿職業(yè)學院畢業(yè)設計 3 圖 1 1 測謊儀的原理圖 圖 1 1 為測謊儀的簡單電路圖 三極管 Q1 和 Q2 組成一個互補音頻振蕩器 其振 蕩頻率是由電阻 R 電容 C1 及兩個測試接觸點 A B 之間的電阻 RP 共同決定 當 A B 之間的電阻大時 振蕩頻率低 當 A B 之間的電阻 RP 小時 振蕩頻率高 所 以當人說謊時 心里緊張 汗腺分泌增加 使 A B 之間的電阻 RP 降低 振蕩頻率升 高 揚聲器發(fā)出的聲音音調將會變高 從而實現測謊功能 1 4 設計說明設計說明 1 任務 設計一個測謊儀 使其具有基本的測謊功能 能夠方便的操作 并無危 險性 2 要求 1 滿足系統功能和和性能要求 2 電路簡單 體積小 3 可靠性高 4 調試簡單 5 制作工藝簡單 安徽財貿職業(yè)學院畢業(yè)設計 4 第二章第二章 測謊儀的原理測謊儀的原理 2 1 測謊儀的原理測謊儀的原理 說謊的人什么樣 童話故事中的匹諾曹 一說謊鼻子就要長一寸 童話畢竟是童 話 沒有人當真 現代科學證實 人在說謊時生理上的確發(fā)生著一些變化 有一些肉 眼可以觀察到 如出現抓耳撓腮 腿腳抖動等一系列不自然的人體動作 還有一些生 理變化是不易察覺的 如 呼吸速率和血容量異常 出現呼吸抑制和屏息 脈搏加快 血壓升高 血輸出量增加及成分變化 導致面部 頸部皮膚明顯蒼白或發(fā)紅 皮下汗 腺分泌增加 導致皮膚出汗 雙眼之間或上嘴唇首先出汗 手指和手掌出汗尤其明顯 眼睛瞳孔放大 胃收縮 消化液分泌異常 導致嘴 舌 唇干燥 肌肉緊張 顫抖 導致說話結巴 這些生理參量由于受植物神經系統支配 所以一般不受人的意識控制 而是自主的運動 在外界刺激下會出現一系列條件反射現象 這一切都逃不過測謊儀 的 眼睛 2 2 直流穩(wěn)壓電源的原理直流穩(wěn)壓電源的原理 直流穩(wěn)壓電源是電子 電器 自動化設備中的基本組成部分 主要部件為半導體 超大規(guī)模集成電路的計算機自然也不能免俗 隨著近年各種硬件設備頻率 速度和功 耗的提高 電源對于整個系統穩(wěn)定性的影響也越來越大 那么直流穩(wěn)壓電源又是如何 工作的呢 直流穩(wěn)壓電源是一種將 220V 工頻交流電轉換成穩(wěn)壓輸出地直流電壓的裝置 它需 要經過變壓 整流 濾波 穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成 四個環(huán)節(jié)的工作原理如下 1 電源變壓器 是降壓變壓器 它將電網 220V 交流電壓變換成符合需要的交 流電壓 并送給整流電路 變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定 2 整流濾波電路 整流電路將交流電壓變換成脈動的直流電壓 在經濾波電路 濾除較大的紋波成分 輸出紋波較小的直流電壓 常用的整流濾波電路有全波整流濾 波 橋式整流濾波等 3 濾波電路 可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除 從而得 到比較平滑的直流電壓 各濾波電容 C 滿足 RL C 3 5 T 2 或中 T 為輸入交流信號周 期 RL 為整流濾波電路的等效負載電阻 4 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定 不隨交流電網電壓和 安徽財貿職業(yè)學院畢業(yè)設計 5 負載的變化而變化 常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調式三端穩(wěn)壓器 安徽財貿職業(yè)學院畢業(yè)設計 5 第三章第三章 設計步驟設計步驟 3 1 設計電路板設計電路板 3 1 1 設計電路板的步驟設計電路板的步驟 1 設計電路原理圖 在制作原理圖的文件中繪制出電路原理圖 2 生成網絡表 在原理圖的基礎上進行電氣規(guī)格檢查并生成網絡表 3 設計印制電路板 在 PCB 文件中將網絡表導入 可以利用自動布線和手工布 線兩種方式設計最后的印制板 3 1 2 印制電路板印制電路板 1 用尺子量出測謊儀的外形尺寸 2 工作電壓 3V 3 利用 Protel 99 SE 軟件繪制出測謊儀的 PCB 電路板圖如下 圖 3 1 測謊儀的電路板圖 3 2 焊接焊接 安徽財貿職業(yè)學院畢業(yè)設計 6 3 2 1 元件說明元件說明 1 電阻 在焊接之前 可以使用色環(huán)識別法或者數字萬用表測量出元件清單中的電阻的阻 值并記錄 在誤差允許的范圍內使用電阻 色環(huán)電阻每種顏色代表的數值如表 3 1 所 示 表 3 1 色環(huán)電阻的識別圖 黑棕紅橙黃綠藍紫灰白 0123456789 2 電容 和電阻一樣 電容在焊接之前也要使用數字萬用表進行測量 在安裝電容時要求 電容的管腳的長度要適中 要正確判斷管腳的正負極 否則將不能實現測謊儀的功能 3 喇叭 把喇叭放好后 可用電烙鐵將其周圍的塑料靠近喇叭的邊緣燙下去吧喇叭壓緊 以免其松動不穩(wěn) 4 二極管 注意二極管的有陰極陽極的極性 不能裝錯 型號標記要易看可見 焊接立式二 極管時 對最短引線焊接時間不能超過 2s 5 三極管 注意 e b c 裝散熱片 應將接觸面平整 打磨光滑后在緊固 管腳與電路板上 需連接時 要用塑料導線 3 2 2 焊接焊接 1 焊接的基本要求 1 熟悉電子產品的安裝及焊接工藝 2 對焊接點的基本要求 焊點要有足夠的機械強度 保證被焊件在受振動或沖擊時不致脫落 松動 不 能用過多焊料堆積 這樣容易造成虛焊 焊點與焊點的短路 焊接可靠 具有良好的導電性 必須防止虛焊 虛焊是指焊料與被焊件表面沒 有形成合金結構 只是簡單地依附在被焊金屬表面上 安徽財貿職業(yè)學院畢業(yè)設計 7 焊接點表面要圓滑 清潔 焊點表面應有良好光澤 不應有毛刺 空隙 無污 垢 尤其是焊劑的有害殘留物質 要選擇合適的焊料和焊劑 2 焊接 1 測量元件 元件焊接前必須要用萬用表測量其大小和驗證其是否正常 2 準備焊接工具 電烙鐵 焊錫絲 松香 螺絲刀 鉗子等工具 3 焊接 元器件的裝插焊接應遵循先小后大 先輕后重 先低后高 先里后外 的原則 這樣有利于裝配的順利進行 4 檢查 焊接完成后 仔細檢查是否有漏焊 虛焊現象 并及時進行修改 3 2 3 焊接的注意事項焊接的注意事項 焊接之前應先插上電烙鐵的插頭 給電烙鐵加熱 焊接時 焊錫與電路板 電烙 鐵與電路板的夾角最好成 45 度 這樣焊錫與電烙鐵的夾角成 90 度 焊接時 焊錫與 電烙鐵的接觸時間不要太長 以免焊錫過多或是造成漏錫 也不要過短 以免造成虛 焊 元件的腳盡量要直 而且不要伸出太長 以 1 毫米為好 多余的可以減掉 焊完 時 焊錫最好呈圓滑的圓錐狀 而且還要有金屬光澤 3 3 制作一個直流穩(wěn)壓電源制作一個直流穩(wěn)壓電源 3 3 1 思路思路 1 電源主要性能參數為輸入參數 輸出參數 電磁兼容性指標和其他指標等 4 類 1 輸入參數 輸入電壓 國內應用的單相為 220V 輸入頻率 我國市電頻率為 50Hz 2 輸出參數 輸出電壓 輸出額定電壓為 3V 穩(wěn)壓 穩(wěn)流精確 3 電磁兼容性指標 電磁兼容性包括兩個方面 電磁敏感性 電磁干擾 4 其他指標 與體積和重量有關的功率密度 電壓溫度系數 環(huán)境溫度指標等 安徽財貿職業(yè)學院畢業(yè)設計 8 其中電壓溫度系數最為重要 2 穩(wěn)壓電源是由電源變壓器 整流電路 濾波電路 和穩(wěn)壓電路四部分組成 圖 a 穩(wěn)壓電源的組成框圖 圖 b 整流機穩(wěn)壓過程 圖 3 2 穩(wěn)壓電源的組成框圖及原理及整流與穩(wěn)壓過程 3 3 2 單元電路分析單元電路分析 1 電源變壓器 電源變壓器的作用是將 220V 的交流電壓 變換成整流濾波電路所需要的交流電壓 因為我們需要的是第電壓 所以必須要一個變壓器將電網的市電降低至我們所需要的 2 整流電路 整流電路是把交流電壓轉變?yōu)橹绷髅}動的電壓 常見的小功率整流電路 有單相 半波 全波 橋式整流等 這里采用常用的橋式整流 如圖 3 3 所示 圖 3 3 整流電路的電路圖 安徽財貿職業(yè)學院畢業(yè)設計 9 圖 3 4 整流前和整流后的波形圖 當 A 為高電平時 電流由 A 點流出 經 D1 RL D3 流入 B 點 因而負載電阻 RL 上的電壓等于電壓器副邊電壓 即 uo u2 D2 和 D4 承受的反向電壓為 u2 當 A 點為低電平時 電流由 B 點流出 經 D2 RL D4 流入 A 點 負載電阻 RL 上的電壓等 于 u2 即 u0 u2 D1 D3 承受的反向電壓為 u2 這樣 由于 D1 D3 和 D2 D4 兩對二極 管交替接通 致使負載電阻 RL 上在 u2的整個周期內都有電流流過 而且方向不變 整流二極管的選擇 在單相橋式整流電路中 因為每只二極管只在變壓器副邊電壓的 半個周期通過電流 所以每只二極管的平均電流只有負載電阻上平均電流的一半 根 據波形知輸出電壓平均值約為 0 9U2 其中 U2為變壓器次級交流電壓的有效值 3 濾波電路 濾波電路 用于濾去整流輸出電壓中的紋波 一般用電抗元件組成 因此濾波又 分電容率波和電感濾波 這里采用電容濾波 電路如圖 3 5 3 6 所示 圖 3 5 濾波電路 安徽財貿職業(yè)學院畢業(yè)設計 10 圖 3 6 濾波和濾波后的波形 當 A 點為高電平時 C 充電理想情況下 變壓器無損耗 二級管道通電壓為 0 所以 uc uL 與 u2相等 即曲線的 ab 段 當 u2到達峰值時 開始下降 C 開始放電 uc下降趨勢與 u2基本相同即 bc 段 但電容按指數規(guī)律放電所以當 u2下降到一定數值 后 uc的下降速度小于 u2的下降速度 使 uc大于 u2從而導致 D1 D3 反向偏置而截止 此后 電容 C 繼續(xù)放電 uc按指數規(guī)律繼續(xù)下降 如圖中 cd 段 當 u2的負半周幅值變化到恰好大于 uc時 D2 D4 因加正向電壓變?yōu)閷?u2對 C 沖電 uc上升到 u2的峰值后開始下降 下將到一定數值時 D2 D4 變?yōu)榻刂?C 對 RL放電 uc按指數規(guī)律下降 放電到一定數值時 D1 D3 導通重復上述過程 因為電容具有儲能功效 經濾波后輸出電壓不僅變得平滑而且平均值也提高 通 常認為 濾波電容越大越好 這是因為整流特性與時間常數 R C 的值有關 他的數值 越大 電容放電越慢 濾波效果越好 實際電路中電容的容量滿足 RLC 3 5 T 2D 的 條件 4 穩(wěn)壓電路 隨著半導體工藝的發(fā)展 現在已生產并廣泛應用的單片集成穩(wěn)壓電源 具有體積小 可靠性高 使用靈活 價格低廉等優(yōu)點 最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入 輸出和公 共引出端 故稱之為三端集成穩(wěn)壓器 常用的有 L7800 系列 L7900 系列三端集成穩(wěn)壓器 如圖 3 7 所示 圖 3 7 穩(wěn)壓原理圖 原理說明 電網電壓 U1 UO UZ IDZ UR Uo 安徽財貿職業(yè)學院畢業(yè)設計 11 若 IDZ IL 則 UR基本不變 UO也就基本不變 利用 IDZ的變化來補償 IL的 變化 RL Uo U2 IDZ IR RL IL IR 若 UI UR 則 UO基本不變 利用 R 上的電壓變化補償 UI的波動 3 3 3 電路原理圖電路原理圖和和 PCB 電路版圖電路版圖 1 直流穩(wěn)壓電源的電路原理圖如圖 3 8 所示 圖 3 8 直流穩(wěn)壓電源的電路原理圖 2 直流穩(wěn)壓電源的 PCB 電路板圖如圖 3 9 所示 圖 3 9 直流穩(wěn)壓電源的電路板圖 安徽財貿職業(yè)學院畢業(yè)設計 12 3 3 4 測試結果測試結果 1 測試方法 1 目光檢測法 根據設計的要求和指標 需對成品進行參數的測試 在進行參 數的測量前必須保證元器件的安裝沒有發(fā)生錯誤 所以可以用目眼檢測的方法進行 2 儀器測量法 設計要求測試電源的穩(wěn)壓系數 內阻 和紋波電壓 這些數據 的測試必須用到實驗儀器設備 測試輸出電壓為 5V 符合三端穩(wěn)壓器的給定值 2 基本檢查 在通電前認真檢查安裝電路 必須對電路進行以下事項的檢查 1 電源變壓器的一次和二次繞組是否搞錯 否則將會造成變壓器損壞 2 三端穩(wěn)壓器的輸入 輸出和公共一定要識別清楚 不能搞錯 特別是公共端 不能開路 如果開路 很可能導致負載損壞 3 或整流橋的引腳和濾波電容器的極性不能接反 否則將會損壞元器件 4 檢查負載端是否有短路現象 安徽財貿職業(yè)學院畢業(yè)設計 13 第四章第四章 心得體會心得體會 經過幾周的努力 我終于完成了我的畢業(yè)設計 在這幾周的制作過程中 讓我知 道了測謊儀和直流穩(wěn)壓電源的設計與制作的各個步驟以及其中的細節(jié) 也讓我掌握了 不少在以后工作學習中需要的基本技能以及解決問題思路和方法 在整個設計與制作 的過程中 我們遇到了很多我們意想不到的問題 比如元器件的封裝圖的畫法等 但 通過盡心盡力地去完成和完善 最終還是順利地完成了測謊儀的設計與制作 盡管這 個過程是艱難的 但又是充滿了快樂和每一步成功后的喜悅 最終我用自己的雙手實 現了我的預期目標 在設計過程中 雖然對于理論知識有所了解 但是對于元器件的連接 以及焊接 往往不能得心應手 尤其在焊接過程中 常出現虛焊 焊焦問題 自己的焊接技術也 有待提高 在組裝電路以及焊接過程中應注意以下幾點 1 了解電路工作原理的情況下 熟知元器件功能 按照電路圖組裝電路 注意正 負極以及元器件的安裝順序 2 焊接時不能忽視浸潤這一方面 先浸潤再焊接 避免虛焊 3 測試電路時 必須要保證焊接正確 才能打開電源 以防元器件燒壞 4 注意橋式整流電路中二極管的極性 不應反接 5 按照原理圖焊接時必須注意安全 安徽財貿職業(yè)學院畢業(yè)設計 14 第五章第五章 致謝致謝 經過一個多月的努力 我的畢業(yè)設計已經接近尾聲 由于經驗的缺乏 難免有許 多考慮不周全的地方 很多時候會走一些彎路 如果沒有老師的指導 以及同學的幫 助 我是很難完成我的畢業(yè)設計的 在這里 首先要感謝我的指導老師周琳老師和趙春柳老師 老師平日里工作繁多 但在本次設計中無論從選題 開題還是設計草案的確定及修改等過程中都給了我悉心 的指導 老師們教給我們的不僅是書本上的知識 還讓我們在平時的實踐中提高了我 們動手的能力 這些寶貴的實踐將積極影響我今后的學習和工作 在此 我表示衷心 的感謝 感謝您們在此期間給予我的幫助 這份幫助使我在這段