简易测谎仪的设计与制作.doc

I 简易测谎仪的设计与制作 摘 要 本文的内容是关于简易测谎仪的制作 其中涉及了一些基本的电子技术 包括制 作电路板 制作稳压电源等基础的知识点 根据人一担说谎 心理上将有一定的变化 肾上腺素分泌增多 从而造成人的皮肤出汗 导致皮肤上的电阻降低的原理做成 虽 不像高级的测谎仪能同时检测人的瞳孔放大 心跳率等数据 但能实现基本的测谎功 能 对大多数人都能有效的检测其言辞的真假性 是一个便于携带 使用方便快捷 安全系数高的小电子产品 关键词 稳压电源 测谎仪 肾上腺素 瞳孔放大 心跳率 II 目录 第一章 设计方案的概述 1 1 1 设计宗旨 1 1 2 设计目的和要求 2 1 3 设计思路 2 1 4 设计说明 3 第二章测谎仪的原理 4 2 1 测谎仪的原理 4 2 2 直流稳压电源的原理 4 第三章设计步骤 5 3 1 设计电路板 5 3 1 1 设计电路板的步骤 5 3 1 2 印制电路板 5 3 2 焊接 5 3 2 1 元件说明 6 3 2 2 焊接 6 3 2 3 焊接的注意事项 7 3 3 制作一个直流稳压电源 7 3 3 1 思路 7 3 3 2 单元电路分析 8 3 3 3 电路原理图和 PCB 电路版图 11 3 3 4 测试结果 11 第四章心得体会 13 第五章致谢 14 第六章附录 15 参考文献 17 安徽财贸职业学院毕业设计 1 第一章第一章 设计方案的概述设计方案的概述 1 1 设计宗旨设计宗旨 测谎 是对谎言的鉴别活动 测谎 一词 是由 测谎仪 Lie Detector 而来 测谎 仪 的原文 Polygraph 直译为 多项记录仪 是一种记录多项生理反应的仪器 可以在 犯罪调查中用来协助侦讯 以了解受询问的嫌疑人的心理状况 从而判断其是否涉及 刑案 由于真正的犯罪嫌疑人此时大都会否认涉案而说谎 故俗称为 测谎 准确地 讲 测谎 不是测 谎言 本身 而是测心理所受刺激引起的生理参量的变化 不说谎的人觉得它很神秘 说谎的人觉得它很可怕 这就是神奇的测谎仪 面对 不断攀升的犯罪 善良的人们总是期望借助科学的灵丹妙药 将所有犯罪分子手到擒 来 测谎技术的推广者们正在说服人们相信 测谎仪就是这种灵丹妙药 使用测谎仪本身就可以给犯罪嫌疑人造成一定的心理压力 结合政策教育和使用 证据等方法 促使犯罪嫌疑人动摇瓦解 交待问题或者说明事实真相 使用时 测谎 人员通过反复说明和强调测谎仪的科学性 客观性 公正性和有效性 并利用犯罪嫌 疑人对测谎仪的神秘感 使其感到测谎仪是灵敏的 不容欺骗的 担心如果自己说谎 可能被当场识破 揭穿而暴露自己 从而加重了心理压力 实践中 确有一些犯罪嫌 疑人在测试过程中或测试后不久就交代了罪行 当然 实际的测谎过程远非如此简单 明了 一个调查犯罪的测谎器测验可能要花费 3 4 个小时 而其中用于生理测量的时 间仅 15 分钟左右 其余大部分时间花于审核问题 测前讯问 解释程序以及评判和讨 论测量结果等方面 例如 在正式测量前 测谎者要与被测者进行一段漫长的交谈 其目的主要有二 一是通过交谈和讯问了解被测者的个性和诚实程度 以便最后确定 正式测量时的讯问问题和讯问方式 二是向被测者介绍测谎器的 一贯正确性 使其 确信测谎器具有准确地分辨真话与谎言的可靠功能 从而对其产生威慑作用 以消除 其侥幸心理 为了让被测者确信测谎器是不可欺骗的 测谎者还要求被测者参与一项 示范性的验证 如要他在一副纸牌中随意地抽选一张 然后混杂于其他若干张纸牌中 当测验者拿着这几张纸牌依次问他 是不是这张 时 他一概回答 不是 但测谎者总能 正确地指出他所抽选的牌是哪一张 并告诉他这是根据测谎器对其回答时的生理变化 的测量结果 实际上 这些牌通常是事先作了记号的 由于精心设计的问题与测谎主题 有不同的关系 对被测人形成不同的心理刺激 从而触发不同的生理反应 引起一系 安徽财贸职业学院毕业设计 2 列生理参量 如肌电 脉搏 血压 呼吸 心跳 脑电波 声音 瞳孔等 变化 用仪器 测量这些参量的变化 记录变化图谱 然后分析图谱 就可以判断被测人对问题的回 答是 诚实 还是 撒谎 认定和排除犯罪嫌疑是测谎的基本功能 特别是在侦查工作前期 侦查人员根据 初步侦查和调查掌握的情况 发现了嫌疑对象 但尚无确凿证据认定该对象是否犯罪 分子 通常采用传唤或拘传的方法 进行正面审查 以排除或肯定犯罪嫌疑 但作案 者和无辜者都会极力辩解 否认犯罪 其供述有的一时难以查证或虽能查证但需花费 大量时间和经费 这时 若使用测谎技术 就能迅速地排除大量的无辜嫌疑人 筛选 出重点嫌疑对象 在条件比较好的情况下还可以直接认定犯罪分子 然后围绕重点嫌 疑对象开展审讯和调查 可以事半功倍 大大提高破案效率 第一个尝试利用科学仪器 测谎 的人 叫西萨重 隆布索 Ceu are Lombroso 1895 年 他研制出一种 水力脉搏记录仪 通过记录脉搏和血压的变化判断嫌疑人是否与 此案有关 而且成功侦破了几起案件 1945 年 约翰 里德 John Reid 总结了前人的工 作 设计出能检测血压 脉搏 呼吸和皮肤电阻变化以及肌肉活动的多参量心理测试 仪 这种测谎仪器称为 里德多谱描记仪 也就是第二代测谎仪 成为现代多参量心 理测试仪的基础 60 年代初 由于电子技术飞速发展 出现了现代记录仪和多导仪 热敏电阻 光敏电阻和压电晶体均可作为换能器 1 2 设计目的和要求设计目的和要求 1 设计的目的 熟悉测谎仪的组成及其工作原理 提高我们读整机电路图和 PCB 电路版图的能力 我们通过对测谎仪的安装 焊接及调试 掌握了测谎仪的生产工艺 流程 提高我们的焊接技术水平 掌握电子元器件的识别及质量检测 学会故障判断 及排除 2 设计要求 分析并读懂测谎仪的电路原理图 对照原理图看懂接线原理图 正 确认识电路图上的元器件的符号 并与实物作对照 根据技术指标测试各电子元器件 的主要参数 认真仔细地进行安装与焊接 焊接完毕后按照技术要求进行调试 1 3 设计思路设计思路 人在说谎时 一般都会或多或少的产生紧张心理 其外在表现为出汗 从而使皮 肤的电阻降低 利用该生理和心理上的反应 就可以设计一个简单的测谎仪的电路图 如图 1 1 所示 安徽财贸职业学院毕业设计 3 图 1 1 测谎仪的原理图 图 1 1 为测谎仪的简单电路图 三极管 Q1 和 Q2 组成一个互补音频振荡器 其振 荡频率是由电阻 R 电容 C1 及两个测试接触点 A B 之间的电阻 RP 共同决定 当 A B 之间的电阻大时 振荡频率低 当 A B 之间的电阻 RP 小时 振荡频率高 所 以当人说谎时 心里紧张 汗腺分泌增加 使 A B 之间的电阻 RP 降低 振荡频率升 高 扬声器发出的声音音调将会变高 从而实现测谎功能 1 4 设计说明设计说明 1 任务 设计一个测谎仪 使其具有基本的测谎功能 能够方便的操作 并无危 险性 2 要求 1 满足系统功能和和性能要求 2 电路简单 体积小 3 可靠性高 4 调试简单 5 制作工艺简单 安徽财贸职业学院毕业设计 4 第二章第二章 测谎仪的原理测谎仪的原理 2 1 测谎仪的原理测谎仪的原理 说谎的人什么样 童话故事中的匹诺曹 一说谎鼻子就要长一寸 童话毕竟是童 话 没有人当真 现代科学证实 人在说谎时生理上的确发生着一些变化 有一些肉 眼可以观察到 如出现抓耳挠腮 腿脚抖动等一系列不自然的人体动作 还有一些生 理变化是不易察觉的 如 呼吸速率和血容量异常 出现呼吸抑制和屏息 脉搏加快 血压升高 血输出量增加及成分变化 导致面部 颈部皮肤明显苍白或发红 皮下汗 腺分泌增加 导致皮肤出汗 双眼之间或上嘴唇首先出汗 手指和手掌出汗尤其明显 眼睛瞳孔放大 胃收缩 消化液分泌异常 导致嘴 舌 唇干燥 肌肉紧张 颤抖 导致说话结巴 这些生理参量由于受植物神经系统支配 所以一般不受人的意识控制 而是自主的运动 在外界刺激下会出现一系列条件反射现象 这一切都逃不过测谎仪 的 眼睛 2 2 直流稳压电源的原理直流稳压电源的原理 直流稳压电源是电子 电器 自动化设备中的基本组成部分 主要部件为半导体 超大规模集成电路的计算机自然也不能免俗 随着近年各种硬件设备频率 速度和功 耗的提高 电源对于整个系统稳定性的影响也越来越大 那么直流稳压电源又是如何 工作的呢 直流稳压电源是一种将 220V 工频交流电转换成稳压输出地直流电压的装置 它需 要经过变压 整流 滤波 稳压四个环节才能完成 四个环节的工作原理如下 1 电源变压器 是降压变压器 它将电网 220V 交流电压变换成符合需要的交 流电压 并送给整流电路 变压器的变比由变压器的副边电压确定 2 整流滤波电路 整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压 在经滤波电路 滤除较大的纹波成分 输出纹波较小的直流电压 常用的整流滤波电路有全波整流滤 波 桥式整流滤波等 3 滤波电路 可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除 从而得 到比较平滑的直流电压 各滤波电容 C 满足 RL C 3 5 T 2 或中 T 为输入交流信号周 期 RL 为整流滤波电路的等效负载电阻 4 稳压电路 稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定 不随交流电网电压和 安徽财贸职业学院毕业设计 5 负载的变化而变化 常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器 安徽财贸职业学院毕业设计 5 第三章第三章 设计步骤设计步骤 3 1 设计电路板设计电路板 3 1 1 设计电路板的步骤设计电路板的步骤 1 设计电路原理图 在制作原理图的文件中绘制出电路原理图 2 生成网络表 在原理图的基础上进行电气规格检查并生成网络表 3 设计印制电路板 在 PCB 文件中将网络表导入 可以利用自动布线和手工布 线两种方式设计最后的印制板 3 1 2 印制电路板印制电路板 1 用尺子量出测谎仪的外形尺寸 2 工作电压 3V 3 利用 Protel 99 SE 软件绘制出测谎仪的 PCB 电路板图如下 图 3 1 测谎仪的电路板图 3 2 焊接焊接 安徽财贸职业学院毕业设计 6 3 2 1 元件说明元件说明 1 电阻 在焊接之前 可以使用色环识别法或者数字万用表测量出元件清单中的电阻的阻 值并记录 在误差允许的范围内使用电阻 色环电阻每种颜色代表的数值如表 3 1 所 示 表 3 1 色环电阻的识别图 黑棕红橙黄绿蓝紫灰白 0123456789 2 电容 和电阻一样 电容在焊接之前也要使用数字万用表进行测量 在安装电容时要求 电容的管脚的长度要适中 要正确判断管脚的正负极 否则将不能实现测谎仪的功能 3 喇叭 把喇叭放好后 可用电烙铁将其周围的塑料靠近喇叭的边缘烫下去吧喇叭压紧 以免其松动不稳 4 二极管 注意二极管的有阴极阳极的极性 不能装错 型号标记要易看可见 焊接立式二 极管时 对最短引线焊接时间不能超过 2s 5 三极管 注意 e b c 装散热片 应将接触面平整 打磨光滑后在紧固 管脚与电路板上 需连接时 要用塑料导线 3 2 2 焊接焊接 1 焊接的基本要求 1 熟悉电子产品的安装及焊接工艺 2 对焊接点的基本要求 焊点要有足够的机械强度 保证被焊件在受振动或冲击时不致脱落 松动 不 能用过多焊料堆积 这样容易造成虚焊 焊点与焊点的短路 焊接可靠 具有良好的导电性 必须防止虚焊 虚焊是指焊料与被焊件表面没 有形成合金结构 只是简单地依附在被焊金属表面上 安徽财贸职业学院毕业设计 7 焊接点表面要圆滑 清洁 焊点表面应有良好光泽 不应有毛刺 空隙 无污 垢 尤其是焊剂的有害残留物质 要选择合适的焊料和焊剂 2 焊接 1 测量元件 元件焊接前必须要用万用表测量其大小和验证其是否正常 2 准备焊接工具 电烙铁 焊锡丝 松香 螺丝刀 钳子等工具 3 焊接 元器件的装插焊接应遵循先小后大 先轻后重 先低后高 先里后外 的原则 这样有利于装配的顺利进行 4 检查 焊接完成后 仔细检查是否有漏焊 虚焊现象 并及时进行修改 3 2 3 焊接的注意事项焊接的注意事项 焊接之前应先插上电烙铁的插头 给电烙铁加热 焊接时 焊锡与电路板 电烙 铁与电路板的夹角最好成 45 度 这样焊锡与电烙铁的夹角成 90 度 焊接时 焊锡与 电烙铁的接触时间不要太长 以免焊锡过多或是造成漏锡 也不要过短 以免造成虚 焊 元件的脚尽量要直 而且不要伸出太长 以 1 毫米为好 多余的可以减掉 焊完 时 焊锡最好呈圆滑的圆锥状 而且还要有金属光泽 3 3 制作一个直流稳压电源制作一个直流稳压电源 3 3 1 思路思路 1 电源主要性能参数为输入参数 输出参数 电磁兼容性指标和其他指标等 4 类 1 输入参数 输入电压 国内应用的单相为 220V 输入频率 我国市电频率为 50Hz 2 输出参数 输出电压 输出额定电压为 3V 稳压 稳流精确 3 电磁兼容性指标 电磁兼容性包括两个方面 电磁敏感性 电磁干扰 4 其他指标 与体积和重量有关的功率密度 电压温度系数 环境温度指标等 安徽财贸职业学院毕业设计 8 其中电压温度系数最为重要 2 稳压电源是由电源变压器 整流电路 滤波电路 和稳压电路四部分组成 图 a 稳压电源的组成框图 图 b 整流机稳压过程 图 3 2 稳压电源的组成框图及原理及整流与稳压过程 3 3 2 单元电路分析单元电路分析 1 电源变压器 电源变压器的作用是将 220V 的交流电压 变换成整流滤波电路所需要的交流电压 因为我们需要的是第电压 所以必须要一个变压器将电网的市电降低至我们所需要的 2 整流电路 整流电路是把交流电压转变为直流脉动的电压 常见的小功率整流电路 有单相 半波 全波 桥式整流等 这里采用常用的桥式整流 如图 3 3 所示 图 3 3 整流电路的电路图 安徽财贸职业学院毕业设计 9 图 3 4 整流前和整流后的波形图 当 A 为高电平时 电流由 A 点流出 经 D1 RL D3 流入 B 点 因而负载电阻 RL 上的电压等于电压器副边电压 即 uo u2 D2 和 D4 承受的反向电压为 u2 当 A 点为低电平时 电流由 B 点流出 经 D2 RL D4 流入 A 点 负载电阻 RL 上的电压等 于 u2 即 u0 u2 D1 D3 承受的反向电压为 u2 这样 由于 D1 D3 和 D2 D4 两对二极 管交替接通 致使负载电阻 RL 上在 u2的整个周期内都有电流流过 而且方向不变 整流二极管的选择 在单相桥式整流电路中 因为每只二极管只在变压器副边电压的 半个周期通过电流 所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上平均电流的一半 根 据波形知输出电压平均值约为 0 9U2 其中 U2为变压器次级交流电压的有效值 3 滤波电路 滤波电路 用于滤去整流输出电压中的纹波 一般用电抗元件组成 因此滤波又 分电容率波和电感滤波 这里采用电容滤波 电路如图 3 5 3 6 所示 图 3 5 滤波电路 安徽财贸职业学院毕业设计 10 图 3 6 滤波和滤波后的波形 当 A 点为高电平时 C 充电理想情况下 变压器无损耗 二级管道通电压为 0 所以 uc uL 与 u2相等 即曲线的 ab 段 当 u2到达峰值时 开始下降 C 开始放电 uc下降趋势与 u2基本相同即 bc 段 但电容按指数规律放电所以当 u2下降到一定数值 后 uc的下降速度小于 u2的下降速度 使 uc大于 u2从而导致 D1 D3 反向偏置而截止 此后 电容 C 继续放电 uc按指数规律继续下降 如图中 cd 段 当 u2的负半周幅值变化到恰好大于 uc时 D2 D4 因加正向电压变为导通 u2对 C 冲电 uc上升到 u2的峰值后开始下降 下将到一定数值时 D2 D4 变为截止 C 对 RL放电 uc按指数规律下降 放电到一定数值时 D1 D3 导通重复上述过程 因为电容具有储能功效 经滤波后输出电压不仅变得平滑而且平均值也提高 通 常认为 滤波电容越大越好 这是因为整流特性与时间常数 R C 的值有关 他的数值 越大 电容放电越慢 滤波效果越好 实际电路中电容的容量满足 RLC 3 5 T 2D 的 条件 4 稳压电路 随着半导体工艺的发展 现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源 具有体积小 可靠性高 使用灵活 价格低廉等优点 最简单的集成稳压电源只有输入 输出和公 共引出端 故称之为三端集成稳压器 常用的有 L7800 系列 L7900 系列三端集成稳压器 如图 3 7 所示 图 3 7 稳压原理图 原理说明 电网电压 U1 UO UZ IDZ UR Uo 安徽财贸职业学院毕业设计 11 若 IDZ IL 则 UR基本不变 UO也就基本不变 利用 IDZ的变化来补偿 IL的 变化 RL Uo U2 IDZ IR RL IL IR 若 UI UR 则 UO基本不变 利用 R 上的电压变化补偿 UI的波动 3 3 3 电路原理图电路原理图和和 PCB 电路版图电路版图 1 直流稳压电源的电路原理图如图 3 8 所示 图 3 8 直流稳压电源的电路原理图 2 直流稳压电源的 PCB 电路板图如图 3 9 所示 图 3 9 直流稳压电源的电路板图 安徽财贸职业学院毕业设计 12 3 3 4 测试结果测试结果 1 测试方法 1 目光检测法 根据设计的要求和指标 需对成品进行参数的测试 在进行参 数的测量前必须保证元器件的安装没有发生错误 所以可以用目眼检测的方法进行 2 仪器测量法 设计要求测试电源的稳压系数 内阻 和纹波电压 这些数据 的测试必须用到实验仪器设备 测试输出电压为 5V 符合三端稳压器的给定值 2 基本检查 在通电前认真检查安装电路 必须对电路进行以下事项的检查 1 电源变压器的一次和二次绕组是否搞错 否则将会造成变压器损坏 2 三端稳压器的输入 输出和公共一定要识别清楚 不能搞错 特别是公共端 不能开路 如果开路 很可能导致负载损坏 3 或整流桥的引脚和滤波电容器的极性不能接反 否则将会损坏元器件 4 检查负载端是否有短路现象 安徽财贸职业学院毕业设计 13 第四章第四章 心得体会心得体会 经过几周的努力 我终于完成了我的毕业设计 在这几周的制作过程中 让我知 道了测谎仪和直流稳压电源的设计与制作的各个步骤以及其中的细节 也让我掌握了 不少在以后工作学习中需要的基本技能以及解决问题思路和方法 在整个设计与制作 的过程中 我们遇到了很多我们意想不到的问题 比如元器件的封装图的画法等 但 通过尽心尽力地去完成和完善 最终还是顺利地完成了测谎仪的设计与制作 尽管这 个过程是艰难的 但又是充满了快乐和每一步成功后的喜悦 最终我用自己的双手实 现了我的预期目标 在设计过程中 虽然对于理论知识有所了解 但是对于元器件的连接 以及焊接 往往不能得心应手 尤其在焊接过程中 常出现虚焊 焊焦问题 自己的焊接技术也 有待提高 在组装电路以及焊接过程中应注意以下几点 1 了解电路工作原理的情况下 熟知元器件功能 按照电路图组装电路 注意正 负极以及元器件的安装顺序 2 焊接时不能忽视浸润这一方面 先浸润再焊接 避免虚焊 3 测试电路时 必须要保证焊接正确 才能打开电源 以防元器件烧坏 4 注意桥式整流电路中二极管的极性 不应反接 5 按照原理图焊接时必须注意安全 安徽财贸职业学院毕业设计 14 第五章第五章 致谢致谢 经过一个多月的努力 我的毕业设计已经接近尾声 由于经验的缺乏 难免有许 多考虑不周全的地方 很多时候会走一些弯路 如果没有老师的指导 以及同学的帮 助 我是很难完成我的毕业设计的 在这里 首先要感谢我的指导老师周琳老师和赵春柳老师 老师平日里工作繁多 但在本次设计中无论从选题 开题还是设计草案的确定及修改等过程中都给了我悉心 的指导 老师们教给我们的不仅是书本上的知识 还让我们在平时的实践中提高了我 们动手的能力 这些宝贵的实践将积极影响我今后的学习和工作 在此 我表示衷心 的感谢 感谢您们在此期间给予我的帮助 这份帮助使我在这段