畢業(yè)論文 -盲人用電子指南音響

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　Abstract1</p><p><b>　　前言2</b></p><p>　　第一章 控制電路，555定時(shí)器及霍爾元件的簡(jiǎn)介3</p><

2、;p>　　1.1 控制電路3</p><p>　　1.2 555定時(shí)器3</p><p>　　1.3 霍爾元件6</p><p>　　第二章 盲人用電子指南音響設(shè)計(jì)及控制電路9</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)思路及電路方框圖9</p><p>　　2.2 霍爾效應(yīng)集成傳感器UGN-3501M和差分放大

3、器9</p><p>　　2.2.1 霍爾效應(yīng)集成傳感器UGN-3501M9</p><p>　　2.2.2差分放大器10</p><p>　　2.2.3 積分電路13</p><p>　　2.3 555定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器15</p><p>　　2.4三極管放大驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器模塊16</p>

4、<p>　　2.5電子指南音響電路17</p><p>　　2.6 電子指南音響的調(diào)節(jié)及使用17</p><p>　　第三章 測(cè)量數(shù)據(jù)的處理19</p><p>　　3.1 電路模擬19</p><p>　　3.2 電路輸出數(shù)據(jù)記錄19</p><p><b>　　第四章 總結(jié)24&

5、lt;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b>　　致謝26</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文是利用霍爾傳感器的磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)了一款可為盲人導(dǎo)盲的設(shè)備電路。該電路能夠根據(jù)指南針相對(duì)子地球

6、磁場(chǎng)的不同方位．產(chǎn)生一種可變聲調(diào)的音頻輸出，使盲人能夠根據(jù)音調(diào)的變化來(lái)辨別東西南北。該電路由霍爾單元，差分放大器，555定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器構(gòu)成的。</p><p>　　關(guān)鍵字：霍爾傳感器，差分放大器，555定時(shí)器</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper is to use the p

7、rinciple of magnetic induction hall-effect sensor was designed for the blind can be a guide equipment circuit .This circuit can according to the compass pairs in different direction of the earth's magnetic field, Pro

8、duce a kind of variable tonal audio output, That blind people can according to the change of tone to identify the thing north and south. The circuit by hall unit, differential amplifiers, 555 of timer Schmitt toggle form

9、.</p><p>　　Key word: hall unit, differential amplifiers, 555timer</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　在物質(zhì)生活極大滿足的當(dāng)下，盲人朋友也傾向于精神文化生活方面的需求，無(wú)論是平時(shí)有學(xué)習(xí)習(xí)慣的還是沒(méi)有學(xué)習(xí)習(xí)慣的盲人，他們都希望有書(shū)可以讀，希望能讀到自己喜

10、歡的書(shū)，能夠有多種多樣的渠道和方式能夠獲取信息和資料。同樣，文化水平提高了，自身素質(zhì)就會(huì)有所提高，學(xué)習(xí)的興趣和就業(yè)渠道就會(huì)得到提高和拓寬，盲人朋友的生活才能步入一個(gè)高的層次！聲音是盲人朋友了解外界的最主要媒介，隨著科技的發(fā)展，盲人閱讀的方式逐步向電子化方向發(fā)展。應(yīng)該說(shuō)電腦的電子化閱讀確實(shí)給盲人增添了一對(duì)認(rèn)識(shí)世界的新眼睛。但是由于電腦價(jià)格昂貴，電腦操作需要專門(mén)培訓(xùn)，而且移動(dòng)攜帶不方便，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足于盲人朋友對(duì)文化閱讀的需求，在這種情況下音

11、響類產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。有的音響類產(chǎn)品體積小、容量大、攜帶方便、功能多，就像是一座可以隨身攜帶的數(shù)字圖書(shū)館，給盲人朋友的學(xué)習(xí)、工作和生活帶來(lái)了極大的便利，所以深受廣大盲人朋友的喜愛(ài)。首先對(duì)于學(xué)習(xí)方面來(lái)說(shuō)，音響類產(chǎn)品可以說(shuō)是盲人學(xué)習(xí)的一種革命性工具，徹底解決盲文閱讀速度慢，學(xué)習(xí)效率低的問(wèn)題，而且也彌補(bǔ)了盲文書(shū)籍種類少，借閱不方便的不足和電腦成本高、操作復(fù)雜、攜帶不方便的問(wèn)題，是現(xiàn)下最高效、最便捷的學(xué)習(xí)輔具；其次，精</p><

12、;p>　　世界各國(guó)存在數(shù)量龐大的視覺(jué)殘疾人。如何提高他們的生活質(zhì)量，解決盲人的出行，已經(jīng)成為全世界各國(guó)共同關(guān)注的問(wèn)題。目前，盲人仍主要依靠探路棍、簡(jiǎn)單的觸覺(jué)來(lái)認(rèn)識(shí)世界。我國(guó)盲人用品用具市場(chǎng)存在兩極分化的現(xiàn)狀，低端的生活學(xué)習(xí)用品、用具較為豐富，而高端的產(chǎn)品卻極為稀缺。當(dāng)前市場(chǎng)上的助盲器材成型產(chǎn)品僅處于障礙物報(bào)警的初始水平，實(shí)用功能極其有限，不能給盲人提供足以理解周圍環(huán)境的信息，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足盲人的生活需求。世界上有許多國(guó)家和科研機(jī)構(gòu)正

13、在研發(fā)盲人導(dǎo)行識(shí)別裝置。例如，盲人雙耳語(yǔ)音提示系統(tǒng)，采用超聲波對(duì)障礙物、路面紋理變化情況等進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)聲音信號(hào)進(jìn)行提示；李廣強(qiáng)利用DSP處理器開(kāi)發(fā)了助盲識(shí)別、語(yǔ)音提示系統(tǒng);陳美鑾采用超聲測(cè)距、語(yǔ)音報(bào)警的方法設(shè)計(jì)智能盲人導(dǎo)行儀；謝強(qiáng)將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為調(diào)頻式的音頻信號(hào)的方法，設(shè)計(jì)電子助盲器；賀菊方采用超聲測(cè)距,將超聲波轉(zhuǎn)化為聲波的方法設(shè)計(jì)幫助盲人行走、識(shí)別障礙物的電子裝置。</p><p>　　第一章 控制電路，55

14、5定時(shí)器及霍爾元件的簡(jiǎn)介</p><p>　　隨著時(shí)代的發(fā)展，科研、農(nóng)業(yè)、暖通、紡織、機(jī)房、航空航天、電力等工業(yè)部門(mén)，越來(lái)越需要采用多種傳感器，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)環(huán)境的控制以及對(duì)各類人群的特殊需求滿足都已成為比較普遍的技術(shù)條件之一?？刂祁愲娐番F(xiàn)已成為大多集成電路的主流之軀，已深入人們的日常生活，列入樓梯口的聲控電燈，公路上的光控路燈，公共廁所的紅外感應(yīng)風(fēng)干機(jī)等等?？刂齐娐冯S處可見(jiàn)，其中555定時(shí)器是相對(duì)

15、應(yīng)用普遍的一項(xiàng)控制器。</p><p><b>　　1.1 控制電路</b></p><p>　　電子技術(shù)是20世紀(jì)發(fā)展最迅速、應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，已使工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科研、教育、醫(yī)療、文化娛樂(lè)以及人們的日常生活發(fā)生了根本的變革。特別是數(shù)字電子技術(shù)，在近四十多年來(lái)，取得了令人矚目的進(jìn)步。</p><p>　　數(shù)字技術(shù)應(yīng)用的典型代表是電子計(jì)算機(jī)，它是伴

16、隨電子技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展衍生出的計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展和完善，計(jì)算機(jī)技術(shù)的影響已編輯人類經(jīng)濟(jì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，掀起了一場(chǎng)“數(shù)字革命”。數(shù)字技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于廣播、電視、通信、醫(yī)學(xué)診斷、測(cè)量、控制、文化娛樂(lè)以及家庭生活等方面。</p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)是1920年問(wèn)世，算得上較早的控制系統(tǒng)。早期的紅黃綠燈是用機(jī)電定時(shí)器控制的。后來(lái)用繼電器和開(kāi)關(guān)構(gòu)成的控制器，根據(jù)道路上的傳感器檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行控制

17、?，F(xiàn)在的交通燈由計(jì)算機(jī)控制，根據(jù)檢測(cè)的車輛流量信息送到系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算后來(lái)合理的時(shí)間分配。</p><p>　　隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)有跟多的數(shù)字電子產(chǎn)品陸續(xù)問(wèn)世。數(shù)字技術(shù)的發(fā)展、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用正在改變著人類的生產(chǎn)方式、生活方式以及思維方式，它使工業(yè)自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化和通信網(wǎng)絡(luò)稱為現(xiàn)實(shí)。</p><p>　　1.2 555定時(shí)器</p><p>　　

18、555定時(shí)器是一種集模擬、數(shù)字于一體的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用極為廣泛。它不僅用于信號(hào)的產(chǎn)生和變換，還常用于控制和檢測(cè)電路中。</p><p>　　定時(shí)器有雙極型和CMOS兩種類型的產(chǎn)品，它們的結(jié)構(gòu)及工作原理基本相同，沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。一般說(shuō)來(lái)，雙極型定時(shí)器的驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，電源電壓范圍為5-6V，最大負(fù)載電流可達(dá)200mA。而CMOS定時(shí)器的電源電壓范圍為3-18V，最大負(fù)載電流在4mA以下，它具有功耗低、輸入阻抗高

19、等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。[1]它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖所示。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓 和。<

20、/p><p>　　圖1.2-1 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)極其各個(gè)引腳 </p><p>　　555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 的同相輸入端的電壓為， 的反相輸入端的電壓為。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于，則比較器 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。

21、如果閾值輸入端 TH 的電壓大于，同</p><p>　　時(shí) TR 端的電壓大于，則的輸出為 0，的輸出為1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。</p><p>　　它的各個(gè)引腳功能如下：</p><p>　　1腳：外接電源負(fù)端或接地，一般情況下接地。</p><p>　　8腳：外接電源，雙極型時(shí)基電路的范圍是4.5 ~ 16V，

22、CMOS型時(shí)基電路的范圍為3 ~ 18V。一般用5V。</p><p><b>　　3腳：輸出端Vo。</b></p><p><b>　　2腳：低觸發(fā)端。</b></p><p>　　6腳：TH高觸發(fā)端。</p><p>　　4腳：是直接清零端。當(dāng)端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論、TH處于何

23、電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。</p><p>　　5腳：為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01μF電容接地，以防引入干擾。</p><p>　　7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。</p><p>　　在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器A1、A2基準(zhǔn)電

24、壓分別為的情況下，555時(shí)基電路的功能表如表所示：</p><p>　　555定時(shí)器的應(yīng)用：</p><p>　　1.構(gòu)成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路或脈沖鑒幅等。</p><p>　　2.構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號(hào)產(chǎn)生電路。</p><p>　　如圖1.2-2所示 </p><p>　　

25、圖1.2-2由555構(gòu)成的多諧振蕩器</p><p><b>　　振蕩周期： </b></p><p>　　, （1.2.1-1）</p><p>　　3.構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時(shí)延時(shí)整形及一些定時(shí)開(kāi)關(guān)中。</p><p>　　555應(yīng)用電路采用這3種方式中的1種或多種組合起

26、來(lái)可以組成多種實(shí)用的電子電路，如定時(shí)器、分頻器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測(cè)電路、玩具游戲機(jī)電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動(dòng)控制電路</p><p><b>　　1.3 霍爾元件</b></p><p>　　在傳感器中，有類是對(duì)磁敏感的，稱為磁敏傳感器，這類傳感器有干簧管，霍爾傳感器，磁敏二極管等等?；魻栐抢没魻栃?yīng)制成的磁敏元件。[2

27、]</p><p>　　霍爾效應(yīng)：如圖所示的金屬或半導(dǎo)體薄片兩端通以電流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，那么，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電勢(shì)（稱為霍爾電動(dòng)勢(shì)或霍爾電壓）。</p><p><b>　　圖1.3 霍爾元件</b></p><p>　　霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是由于運(yùn)動(dòng)電荷受到磁場(chǎng)中洛侖茲力作用的結(jié)果。霍爾電勢(shì)可用下式

28、表示：</p><p>　　(V), （1.3-1）</p><p>　　令 </p><p>　　, （1.3-2） </p><p><b>　　則得到 </b></p>

29、<p>　　, （1.3-3）</p><p>　　由上可知，霍爾電勢(shì)的大小正比于控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B。稱為霍爾元件的靈敏度，它與元件材料的性質(zhì)和尺寸有關(guān)。為求得較大的靈敏度，一般采用大的N型半導(dǎo)體材料做霍爾元件，并且用濺射薄膜工藝使d做得很小。</p><p>　　霍爾元件的主要參數(shù)：[4]</p

30、><p>　　(1) 輸入電阻和輸出電阻?；魻栐刂齐娏鳂O間的電阻為，霍爾電勢(shì)極間的電阻為。</p><p>　　(2) 額定控制電流。額定控制電流為使霍爾元件在空氣中產(chǎn)生10℃溫升的控制電流。</p><p>　　(3) 不等位電勢(shì)和不等位電阻?；魻栐陬~定控制電流控制作用下，不加外加磁場(chǎng)時(shí)，其霍爾電勢(shì)極間的電勢(shì)為不等位電勢(shì)，不等位電勢(shì)與額定控制電流的比稱為不等位

31、電阻。</p><p>　　(4) 靈敏度。靈敏度是在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度下，通以單位控制電流所產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)。</p><p>　　(5) 寄生直流電勢(shì)。在不加外磁場(chǎng)時(shí)，交流控制電流通過(guò)霍爾元件而在霍爾電勢(shì)極間產(chǎn)生的直流電勢(shì)為。</p><p>　　(6) 霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)α。α為溫度每變化1℃霍爾電勢(shì)變化的百分率。</p><p>　　(7)

32、電阻溫度系數(shù)β。β為溫度每變化1℃霍爾元件材料的電阻變化率。</p><p>　　霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種傳感器。</p><p>　　霍爾傳感器分為線型霍爾傳感器和開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器兩種。</p><p>　?。ㄒ唬┚€性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。 </p><p>　?。ǘ╅_(kāi)關(guān)型霍爾傳感器由

33、穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成，它輸出數(shù)字量。</p><p>　　第二章 盲人用電子指南音響設(shè)計(jì)及控制電路</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)思路及電路方框圖</p><p>　　自古指南儀器就是利用地磁效應(yīng)，所以我們可以利用霍爾元件的磁感應(yīng)效應(yīng)來(lái)為我們指南。盲人一直是每個(gè)社會(huì)的一部分組成，他們的存在不容忽視，他們的生活需要指南，這是總所周知

34、的。所以我設(shè)計(jì)此電路利用霍爾元件的效應(yīng)為我們辨別方向，再通過(guò)音響播放出來(lái)，供盲人識(shí)別方向。</p><p>　　為了提高霍爾元件測(cè)量地球磁場(chǎng)的靈敏度，在傳感器兩側(cè)緊貼兩根扁平磁棒，以拾取較多的地球磁力線。接著利用差分放大器繼續(xù)放大，繼而送往555，利用555組成的電壓-頻率變換器輸出頻率，最后通過(guò)音響播放出不同頻率不同音調(diào)的聲音，從而辨別方向。</p><p>　　電路方框圖如2.1所示：

35、</p><p><b>　　圖2.1電路方框圖</b></p><p>　　2.2 霍爾效應(yīng)集成傳感器UGN-3501M和差分放大器</p><p>　　2.2.1 霍爾效應(yīng)集成傳感器UGN-3501M</p><p>　　霍爾集成傳感器分成線性型和開(kāi)關(guān)型兩大類。在本文中采用的是線性型霍爾集成傳感器。</p>

36、;<p>　　線性型霍爾集成傳感器是指將霍爾元件和恒電流、線性放大器等做成在同一個(gè)芯片上，其輸出的電壓較高，使用非常方便，本文采用的為UGN-3501M型。</p><p>　　UGN-3501M是具有雙端差動(dòng)輸出特性的線性霍爾元件，其外形、內(nèi)部電路框圖如圖2.2.1-1所示，其輸出特性如圖2.2.1-2所示[3]。當(dāng)其感受的磁場(chǎng)為零時(shí)，第1腳相對(duì)于第8腳的輸出電壓等于零；當(dāng)其感受的磁場(chǎng)為正向（磁鋼

37、額S極對(duì)準(zhǔn)3501M的正面）時(shí)，輸出為正；當(dāng)其感受的磁場(chǎng)為反向時(shí)，輸出為負(fù)，因此它使用起來(lái)更加方便。它的第5、6、7腳外接一只微調(diào)電位器后，就可以微調(diào)并消除由不等位電勢(shì)引起的差動(dòng)輸出零點(diǎn)漂移了。</p><p>　　圖2.2.1-1 具有雙端差動(dòng)輸出特性的線性霍爾元件</p><p>　　圖2.2.1-2 具有雙端差動(dòng)輸出特性的線性霍爾元件的輸出特性</p><p>

38、;　　UGN3501M傳感器的主要參數(shù)[5]如下表所示</p><p>　　2.2.2差分放大器</p><p>　　如圖2.2.2-1，放大器有兩個(gè)輸入端——、；兩個(gè)輸出端——、；輸入管和的源極不是接地電位，而是共同接在電流源I上。它是對(duì)稱的雙端輸入－雙端輸出放大器，這種對(duì)稱結(jié)構(gòu)叫做差分結(jié)構(gòu)。當(dāng)放大器的兩個(gè)輸入端直流偏置電平相等時(shí)，那么根據(jù)電路的對(duì)稱性，兩個(gè)輸出端的直流電平也相等。在輸入

39、端加入大小相等、相位相反的信號(hào)——這樣的一對(duì)信號(hào)稱為差分信號(hào)，則輸出端也同樣是一對(duì)差分信號(hào)。圖2.2.2-1的放大器叫做差分放大器，因?yàn)樗妮斎?、輸出都是差分信?hào)，所以更準(zhǔn)確的，稱之為全差分放大器。</p><p>　　圖2.2.2-1 差分放大器</p><p>　　以圖2.2.2-1中的差分共源放大器為例分析差分電路的特性。設(shè)流過(guò)和管的直流電流分別是、，和管柵極上的直流電平分別是、，漏

40、極電平是、，源極電平是，兩個(gè)MOS管均工作在飽和區(qū)，尺寸相同。</p><p>　　列出下面的直流方程：</p><p>　　, (2.2.2-1)</p><p>　　, (2.2.2-2)</p><p>　　,

41、 (2.2.2-3)</p><p>　　, (2.2.2-4)</p><p>　　, (2.2.2-5)</p><p>　　, (2.2.2-6)</p&g

42、t;<p>　　, (2.2.2-7)</p><p>　　解出差分放大器的直流工作點(diǎn)。當(dāng)電路完全對(duì)稱的時(shí)候，有:</p><p>　　, (2.2.2-8)</p><p>　　,

43、 (2.2.2-9)</p><p>　　接著來(lái)看當(dāng)差分放大器的直流輸入電壓（-）發(fā)生變化時(shí)，電路中電壓和電流的變化規(guī)律。先觀察半邊電路的情況:</p><p><b>　?。?）當(dāng)<時(shí)：</b></p><p>　　足夠小時(shí)，管關(guān)斷，電流=0，所以=，此時(shí)管中的電流為=I， =-。隨著的增大，管開(kāi)啟，并處于飽和區(qū)

44、，電流上升，輸出電平下降。相應(yīng)地，管中的電流開(kāi)始下降，輸出電平上升。在這一段，電流<，+=I。</p><p><b>　　（2）當(dāng)=時(shí)</b></p><p><b>　　處于直流偏置狀態(tài)</b></p><p><b>　?。?）當(dāng)〉時(shí)</b></p><p>　　這

45、時(shí)和管的情況正好相反，趨近偏置電流I，趨近-。管逐漸從飽和區(qū)進(jìn)入截止區(qū)，趨近0，趨近。</p><p>　　根據(jù)以上分析，在圖2.2.2-2 和2.2.2-3 中分別畫(huà)出半邊電路的直流電流和輸出電壓隨差分直流輸入電壓（-）的變化規(guī)律。</p><p>　　由于偏置電流源I的存在，它限定了半邊電路電流的最大變化范圍是0－I，因而也確定了半邊電路輸出直流電平的最大范圍變化是-－</p&g

46、t;<p>　　圖2.2.2-2 差分放大器半邊電路直流電流隨差分輸入信號(hào)的變化</p><p>　　圖2.2.2-3 差分放大器半邊電路輸出電壓隨差分輸入信號(hào)變化。</p><p>　　差分放大器的應(yīng)用及其廣泛，在本文中也有利用，在霍爾單元中，就利用了一塊線性差分放大器，傳感器感應(yīng)地球磁力線，轉(zhuǎn)換為電壓傳入下一個(gè)差分放大器，進(jìn)一步放大，如圖2.2.2-4所示 </p&

47、gt;<p>　　圖2.2.2-4 組成的差分放大器</p><p>　　在該差分放大器中霍爾傳感器的輸出端分別于由組成的差分放大器的反相端2腳和同相端3腳相連。該電路是能夠?qū)蓚€(gè)輸入電壓，之間的電壓</p><p>　　差值放大，而這個(gè)電路是個(gè)求和電路，有2個(gè)輸入電壓，一個(gè)是，另一個(gè)是電阻和之間的輸入電壓。同樣是利用將電壓引回反相輸入端的負(fù)反饋電路，先考慮，根據(jù)虛短虛斷概念

48、列出電流方程:</p><p>　　,即 (2.2.2-10)</p><p>　　,即 (2.2.2-11)</p><p>　　由于，由（2.2.2-10）式中接的代入（2.2.2-11）中，即可算出：</p><p>　　(2.2

49、.2-12)</p><p>　　同理可得當(dāng)輸入電壓為時(shí)，輸出電壓為：</p><p>　　(2.2.2-13) </p><p>　　輸出電壓的總和即為（2.2.2-12）和（2.2.2-13）的電壓和。 </p><p>　　2.2.3 積分電路</p><p>　　本文設(shè)計(jì)的電路中的RC積分電路如下圖（2.2.3

50、-1）所示：</p><p>　　圖2.2.3-1 RC積分電路</p><p>　　電阻，和電容串聯(lián)接入輸入信號(hào)VI，VI是由前面差分放大電路輸出過(guò)來(lái)放大電壓，電容上端連接的是放電端，由電容輸出信號(hào)V0，當(dāng)R7端口輸入過(guò)來(lái)電壓時(shí)，確保VI大于0.7V(D1導(dǎo)通電壓)。 </p><p>　　（1）t=t1時(shí)，VI由0→（大于0.7V），因

51、電容電壓不能發(fā)生突變VO=VC2=0。</p><p>　?。?）t1<t<t2時(shí)，電容開(kāi)始充電，被短路，VC2按指數(shù)規(guī)律上升VI=VR7+VC ，由于τ>> ，電容充電非常緩慢，VC2上升很小，VC2<< VR7 ，所以VI=VR7+VC2 ≈VR7= = , 因而輸出電壓VO=1/C2*∫idt≈1/R7C2*∫，可見(jiàn)輸出信號(hào)VO與輸入信號(hào)VI的積分成正比。</p&g

52、t;<p>　　假設(shè)=10V，則當(dāng)V0=10V時(shí)，T1=R7C2=1ms</p><p>　　t=t2時(shí)，電容通過(guò)R8上端連接到了555時(shí)序電路的放電端開(kāi)始放電，相當(dāng)于輸入端被短路，電容原先電壓經(jīng)R8緩慢放電，VO按指數(shù)規(guī)律下降。即V0=R8C2Vm/t，假設(shè)=10V，則當(dāng)V0=10V時(shí)，T2=R8C2=0.15ms</p><p>　　周期T=T1+T2=1.15ms，所以

53、頻率F=860Hz，當(dāng)然輸出頻率是和輸入電壓相關(guān)聯(lián)的，電壓越高，T1=VOR7C2/VI, VI越大，T1就越小，那么F就會(huì)越大。</p><p>　　這樣，看來(lái)積分電路輸出波形如圖（2.2.3-2）所示</p><p>　　圖2.2.3-2積分電路輸出波形圖</p><p>　　2.3 555定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器</p><p>　　將

54、555定時(shí)器的閾值輸入端和觸發(fā)輸入端相接，即構(gòu)成施密特觸發(fā)器[1]，其簡(jiǎn)化電路如圖2.3-1所示</p><p>　　圖2.3-1用555定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器的簡(jiǎn)化電路</p><p>　　如果由0V開(kāi)始逐漸增加，當(dāng)<時(shí)，根據(jù)555定時(shí)器功能表可知，輸出為高電平；繼續(xù)增加，如果<<,輸出維持高電平不變； 再增加，一旦>，電路輸出端保持低電平不變。</p&g

55、t;<p>　　如果由大于的電壓值開(kāi)始逐漸下降，只要<<，電路輸出狀態(tài)不變，仍為低電平；只有當(dāng)<時(shí)，電路才再次翻轉(zhuǎn)，就由低電平跳</p><p><b>　　轉(zhuǎn)為高電平。</b></p><p>　　如果輸入的波形是三角波，電路的工作波形和電壓傳輸特性曲線分別如圖2.3-2所示</p><p>　　圖2.3-2

56、 (a)工作波形 (b)電壓傳輸特性曲線</p><p>　　以上討論了由555定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器，由于555定時(shí)器的比較器靈敏度高、輸出驅(qū)動(dòng)電流大、功能靈活，因而在電子電路中獲得廣泛應(yīng)用。在本設(shè)計(jì)中也發(fā)揮了很大的作用，是本文電壓-頻率變換器電路組成部分。</p><p>　　2.4三極管放大驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器模塊</p><

57、p>　　本電路最后的模塊要用到三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器模塊，電路圖如下圖2.4所示</p><p>　　圖2.4 三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器電路圖</p><p>　　由555時(shí)序電路組成的施密特觸發(fā)器輸出的電壓脈沖波經(jīng)過(guò)電阻輸入到三極管放大器的B端，由于脈沖電壓9V大于0.7V所以三極管導(dǎo)通，那么經(jīng)過(guò)揚(yáng)聲器，經(jīng)過(guò)三極管就導(dǎo)通，那么揚(yáng)聲器根據(jù)脈沖電壓的頻率大小就會(huì)發(fā)出不同音調(diào)的聲音，這樣就會(huì)方便盲人

58、辨別。</p><p>　　2.5電子指南音響電路</p><p>　　圖2.5 電子指南音響電路</p><p>　　如圖2.5所示555及其周圍元件構(gòu)成一個(gè)電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路。用于確定地球磁場(chǎng)方位的器件是一塊霍爾效應(yīng)集成傳感器UGN-3501M，該傳感器內(nèi)含一個(gè)霍爾單元和一個(gè)線性差分放大器，該器件的敏感度約為1.4毫伏／高斯，為提高測(cè)量地球磁場(chǎng)的靈敏度，在傳感器

59、兩側(cè)緊貼兩根扁平磁棒，以撿拾到更多的地球磁力線。傳感器的差分輸出端（1腳，8腳）分別與組成的差分放大器的反相端（2</p><p>　　腳）和同相腳（3腳）相連，進(jìn)一步放大，然后加至555. 輸出電壓的大小取決于霍爾器件上拾取的磁場(chǎng)強(qiáng)度，而555組成的電壓-頻率變換器輸出的脈沖頻率的高低則取決于上的充電電壓值，也就是說(shuō)，輸出頻率的高低是由指南音響所處的方位來(lái)決定的。調(diào)整時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器，使在磁場(chǎng)強(qiáng)度為零時(shí)，55

60、5的脈沖頻率為某一值（如1000Hz），當(dāng)方位變化時(shí)，由于磁場(chǎng)的變化致使頻率發(fā)生變化，盲人可根據(jù)音調(diào)的變化，確定行走的方位。</p><p>　　2.6 電子指南音響的調(diào)節(jié)及使用</p><p>　　如原理圖2.4所示，由集成霍爾傳感器將其感受到的地球磁場(chǎng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)變?yōu)椴罘州敵鲭妷海撾妷和ㄟ^(guò)霍爾傳感器的兩個(gè)輸出端8腳和1腳、再經(jīng)電阻和后，饋入另一差分放大器。在霍爾傳感器輸出為零時(shí)，通過(guò)來(lái)調(diào)節(jié)

61、的輸出電壓；電容用來(lái)抑制寄生振蕩。經(jīng)過(guò)差分放大的輸出電壓饋入由555時(shí)基電路及外圍器件構(gòu)成的電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路。、和是時(shí)基電路的充放電器件。在、為定值時(shí)，時(shí)基電路輸出電壓的脈沖頻率取決于充電直流電壓，而電壓則依賴于霍爾器件上的磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而可以知道，時(shí)基電路的輸出脈沖頻率與霍爾傳感器上集中到的地球磁場(chǎng)成線性關(guān)系。脈沖電壓經(jīng)BG1三極管放大驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，對(duì)于不同頻率的脈沖電壓，揚(yáng)聲器發(fā)音自然會(huì)改變，從而實(shí)現(xiàn)了磁場(chǎng)強(qiáng)度與聲調(diào)變化的線性轉(zhuǎn)換

62、。為一限流電阻，電路總的耗流大約為50。</p><p>　　在磁場(chǎng)強(qiáng)度為零時(shí)，調(diào)節(jié)電位器使的脈沖輸出頻率為1KHz。當(dāng)指南針?biāo)幍姆轿挥杀敝聊献兓瘯r(shí)，音調(diào)的變化為8個(gè)音度，盲人敏銳的聽(tīng)力很容易辨別音調(diào)的變化，從而確定正在行走的方向。該電子指南針在不被使用時(shí)，電池?cái)嚅_(kāi)。需要使用時(shí)，只需輕觸按，揚(yáng)聲器即會(huì)發(fā)出代表一定方位的音調(diào)。</p><p>　　第三章 測(cè)量數(shù)據(jù)的處理</p>

63、<p><b>　　3.1 電路模擬</b></p><p>　　如圖2.4所示電路，接+9V電壓，測(cè)量電路各點(diǎn)的輸出電壓及波形，由于本次設(shè)計(jì)利用的是Pspice軟件模擬，未做出實(shí)物。如3.1-1所示在Pspice軟件中模擬出的部分電路圖:</p><p>　　圖3.1-1 Pspice軟件模擬出的電路圖</p><p>　　根據(jù)

64、霍爾傳感器的特殊原理特性，它是將磁場(chǎng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電勢(shì)能，不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)不同的電勢(shì)能，因此我可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的電路來(lái)代替GSN-3501M。先在霍爾傳感器的輸出引腳1腳和8腳上加電壓，因?yàn)榈厍虼帕€的不確定性，我只是在8腳和1腳分別加漸加電壓。</p><p>　　3.2 電路輸出數(shù)據(jù)記錄</p><p>　　首先根據(jù)電路的設(shè)計(jì)方案，UGN-3501M磁場(chǎng)強(qiáng)度為0時(shí)調(diào)節(jié)RP使555脈沖器的1

65、300HZ，那么也就是讓直流電源為0V時(shí)調(diào)節(jié)RP就行，如下圖3.2-1所示555輸出端頻率為1300Hz。輸出波形如圖3.2-2所示</p><p>　　圖 3.2-1 校零輸出頻率</p><p>　　3.2-2 輸出波形</p><p>　　盲人用電子指南針的設(shè)計(jì)理念就是要讓盲人辨別行走過(guò)程中的東南西北方向，那么模擬電路中就要模擬出這個(gè)概念出來(lái)，我們用直流電源代

66、替了UGN-3501M這個(gè)霍爾效應(yīng)集成傳感器，那么磁場(chǎng)的變化轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)的變化，地球上不同方向有不同的磁場(chǎng)，那么轉(zhuǎn)換成的電動(dòng)勢(shì)也不同，那么我們根據(jù)電路原理不同電動(dòng)勢(shì)通過(guò)運(yùn)算放大器，555時(shí)基電路轉(zhuǎn)換成不同的頻率，由UGN-3501M的器件的B/U關(guān)系可知當(dāng)B為負(fù)數(shù)時(shí)電動(dòng)勢(shì)比較小，當(dāng)B為正數(shù)時(shí)，電動(dòng)勢(shì)比較大，是對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，并且，所以只要模擬出由北向南的方向?qū)?yīng)不同著頻率就可以。我們將不同電源電動(dòng)勢(shì)和頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系記錄在下表（3.2-3

67、）</p><p><b>　　表3.2-3</b></p><p>　　電源電壓輸出波形如下圖（3.2-4）所示</p><p>　　圖3.2-4（a）電壓18mv，頻率4.174KHz</p><p>　　圖3.2-4（b）電壓14mv，頻率3.698KHz</p><p>　　圖3.2-4（

68、c）電壓10mv，頻率3.186KHz</p><p>　　圖3.2-4（d）電壓6mv，頻率2.564KHz</p><p>　　圖3.2-4（e）電源電壓2mv，頻率1.781KHz</p><p>　　將數(shù)據(jù)都統(tǒng)計(jì)成折線圖的形式統(tǒng)計(jì)如下圖3.2-5所示：</p><p><b>　　統(tǒng)計(jì)圖3.2-5</b><

69、/p><p>　　由表3.2-3和圖3.2-5可見(jiàn)電源和輸出頻率基本上符合線性關(guān)系，那么也就是說(shuō)UGN-3501M的磁場(chǎng)應(yīng)強(qiáng)度和555時(shí)基電路的輸出頻率成線性關(guān)系，那么也就是說(shuō)盲人在行走過(guò)程中從北向南過(guò)程，磁場(chǎng)的變化就會(huì)轉(zhuǎn)換成為頻率的變化而驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)生不同的音調(diào)，那么盲人就可以容易辨別出行走的方向。</p><p><b>　　第四章 總結(jié)</b></p>

70、<p>　　世界各國(guó)存在數(shù)量龐大的視覺(jué)殘疾人。如何提高他們的生活質(zhì)量，解決盲人的出行，已經(jīng)成為全世界各國(guó)共同關(guān)注的問(wèn)題。目前，盲人仍主要依靠探路棍、簡(jiǎn)單的觸覺(jué)來(lái)認(rèn)識(shí)世界。我國(guó)盲人用品用具市場(chǎng)存在兩極分化的現(xiàn)狀，低端的生活學(xué)習(xí)用品、用具較為豐富，而高端的產(chǎn)品卻極為稀缺。當(dāng)前市場(chǎng)上的助盲器材成型產(chǎn)品僅處于障礙物報(bào)警的初始水平，實(shí)用功能極其有限，不能給盲人提供足以理解周圍環(huán)境的信息，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足盲人的生活需求。世界上有許多國(guó)家和科

71、研機(jī)構(gòu)正在研發(fā)盲人導(dǎo)行識(shí)別裝置。</p><p>　　本文提出利用霍爾傳感器感應(yīng)地球磁力線，經(jīng)差分放大器發(fā)達(dá)信號(hào)，加至555及其周圍元件構(gòu)成電壓-頻率轉(zhuǎn)換器，最后根據(jù)不同頻率由喇叭發(fā)出不同的音調(diào)，從而達(dá)到導(dǎo)盲的效果。</p><p>　　從上學(xué)期末開(kāi)始，在黨老師悉心的幫助下，我按時(shí)完成每一階段的任務(wù)，開(kāi)始階段的資料查找，極大的提高了我查閱資料的能力，在英文翻譯的過(guò)程中，我學(xué)到了許多英文專業(yè)

72、術(shù)語(yǔ)，并且增加了外文資料翻譯的經(jīng)驗(yàn)，由于這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的要求需要霍爾集成傳感器UGN-3501M，市面上難以購(gòu)買我發(fā)做成實(shí)際電路板，只能用Pspice軟件模擬出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在此過(guò)程中我要衷心感謝程華軍同學(xué)對(duì)我的幫助，教會(huì)我使用該軟件。最后是論文的撰寫(xiě)部分，一開(kāi)始我并不知道如何下手去寫(xiě)，后來(lái)黨老師給了我一篇范文格式我才著手寫(xiě)論文。一些論文的要求，極大的提高了自己的文字表述能力。論文中涉及的文獻(xiàn)資料，電路資料需要從圖書(shū)館，互聯(lián)網(wǎng)等渠道去獲得

73、。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)以及論文中，學(xué)到了許多在書(shū)本上學(xué)不到的東西，了解了課題研究的基本過(guò)程。</p><p>　　最后，在此感謝黨老師、以及其他所有給過(guò)我?guī)椭睦蠋煛⑼瑢W(xué)在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中給予我的幫助和鼓勵(lì)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 康華光, 《電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）》 第五版 高等教育出版社 (20

74、06) 414頁(yè) 416頁(yè)</p><p>　　[2] 朱兆優(yōu), 《電子電路設(shè)計(jì)技術(shù)》 國(guó)防工業(yè)出版社 (2007) 81-83頁(yè)</p><p>　　[3] 潘煉, 《傳感器原理及應(yīng)用》 電子工業(yè)出版社 (2012) 145頁(yè)</p><p>　　[4] 黃賢武, 《傳感器原理與應(yīng)用》 高等教育出版社電子科技大學(xué)出版社 (2010) 198頁(yè)</p&g

75、t;<p>　　[5] 隗嘉， 《霍爾傳感器綜述以及對(duì)線性型集成器件UGN3501和開(kāi)關(guān)型集成器件的初步探討》 中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)2010年 111頁(yè)</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　大學(xué)時(shí)光將近尾聲，在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際，對(duì)四年來(lái)指導(dǎo)、幫助、關(guān)心過(guò)我的老師、同學(xué)和朋友致以最真摯的感謝。</p><p>

76、;　　首先我要感謝我的導(dǎo)師xx老師。本論文是在導(dǎo)師xx的悉心指導(dǎo)下完成的。從設(shè)計(jì)課題的選擇,到設(shè)計(jì)過(guò)程中的指導(dǎo),再到對(duì)論文的修改,xx老師給了我莫大的幫助。在她身上體現(xiàn)了嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度,淵博的學(xué)識(shí),對(duì)事業(yè)執(zhí)著追求的精神.在此我向xx老師致以深深的謝意!</p><p>　　感謝我的班主任xx老師，感謝他在我的專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能上給予的指導(dǎo)，以及給了很多合理的建議和關(guān)心。感謝他在學(xué)習(xí)和生活上給予我的教育和關(guān)心，以及