皮肤电阻响应测试表测谎仪.docx

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皮肤电阻响应测试表测谎仪

皮

肤

电

阻

响

应

测

试

表

说

明

书

大型作业任务书

一、设计题目：

皮肤电阻响应测试表（测谎器）

二、设计要求：

1.按照PCB板设计的方法步骤（需求分析、元件设计、原理图设计、PCB图设计、打印输出）设计给定题目对应的PCB板，并编写相应文档。

2.在AltiumDesigner中完成原理图及PCB板的创建，并编写要完成所需功能（元件的设计、封装和放置以及PCB板的布线等），要求设计的PCB板和所给的实物在外观上类似，功能上一样。

3.把以上两步整理编写出《大型作业设计说明书》，《大型作业设计说明书》的格式为：

封面、大型作业任务书、摘要、前言、目录、正文、总结、参考资料。

字数不少于10000字，页数不少于15页。

前言

一：

随着科学技术的发展，电子产品逐渐渗入到以前没有涉猎到的地方!

心理学在以前是没有电子产品能起着举足轻重的位置的！

靠的都是我们用学习的知识、积累的经验判断一个人的心理！

但是现在不同了，电子产品可以帮助心理医生诊断一些心理疾病，给了人们很多科学依据!

这听起来似乎难以相信，有人会质疑“电子产品会帮助人们解决心理问题吗？

”是的随着我们不断的加大对科学的研究认知力度，投入更多的人力、物力、财力，我们的技术也越来越成熟！

例如制作一些电子产品就要用到设计开发的软件和相应的技术！

电路设计自动化（ElectronicDesignAutomtion,EDA）技术,是将电路设计中各种工作交由计算机来协助完成,是在电子计算机辅助设计（ComputerAidedDesign,CAD）技术基础上发展起来的计算机设计技术。

它集计算机、电子、信息和计算机辅助制造（ComputerAidedManufacturing，CAM）、计算机辅助测试（ComputerAidedTest，CAT）等技术于一体，不仅具有强大的设计能力，而且具有测试、分析及管理的功能。

它改变了以往采用定量计算和电路实验为基础的传统设计方式，使电路的分析与设计方法发生了重大的变革、

Protel系列软件已拥有大量的用户群，已经成为电路设计者必备的基础工具之一。

AltiumDesigner6.x是Altium公司最新一代的板级电路设计程序，除了全面继承包括Protel99SE、ProtelDXP在内的先前一系列版本的功能和优点外，还增加了许多改进和很多高端功能。

它将原理图绘制、电路仿真、集成化印制电路板（PrintedCircuitBoard，PCB）设计、涉及规则检出、文档报表输出、可编程序器件及逻辑器件设计等完美融合，为用户提供了全面的设计解决方案，是电子线路设计者首选的EDA设计软件。

这些软件的越趋成熟，使我们使用起来更加方便，也给我们

提供了更大的发展空间！

测谎器也被称作多道记录仪（polygram）,可以记录受试者被提

问的应激生理改变！

是一种测试被试者是否说谎的多项描记仪！

二．AltiumDesigner6.0对系统的要求

1.操作系统WindowsXP（专业版或家庭版）、Windows2000专业版。

2.硬件配置

（1）至少1.8GHz微处理器。

（2）1GB内存。

（3）至少2GB的硬盘空间。

（4）显示器屏幕分辨率至少为1024*768，32位真彩色，32M显存。

摘要

人体的皮肤对电流和电压会呈现一定的电阻．而且电阻的大小会随着人体的情绪高低而改变。

本电路就是要测出皮肤电阻随人体情绪变化的规律。

因此这个电路也可以用来测谎哦。

   在松弛状态，人体皮肤电阻高达2MΩ以上。

而在精神压力很大时，皮肤电阻就会减少到500kΩ以下。

皮肤电阻的减少与血流量和渗透性的增加有关，而这些都是因心理压力大而导致生理变化引起的。

这种电路对通过监视皮肤电阻的变化来掌握自我放松的技巧非常有用。

   芯片CA3140（IC1）用作电阻／电压变换器，它根据皮肤的导电率输出变化的电压。

它还可连接成反相放大器产生恒定的电流来测量皮肤电阻。

   IC1是一块4.5MHzBiMOs运算放大器，其输入为MOSFET．输出为双极型，有极高的输入阻抗，能检测低达10pA的电流。

IC1的反相输入脚②连接触摸片之一，并经预置电位器VR1接地，而同相输入脚③则直接接地。

Ic1的输出经限流电阻R1连接至第二块触摸片。

当两块触摸片与皮肤接触后，R1和皮肤电阻一起就成为运放的反馈电阻，决定了运放的增益。

   从IC1作为反相放大器的角度分析，送至②脚的正输入电压经反馈网络后使IC1的输出成低电位。

如皮肤因松弛状态而提供的电阻极高，则送至②脚的输人电压减小，Ic1的输出成为高电位。

   在待机状态，两触摸片是悬空的，由于此时IC1没有反馈，其输出为高电位（约为6V），这可从连接在输出端的vu表上表针向右摆动看到。

   当触摸片被皮肤短路后，就形成反馈回路，输出电压就减小到4V以下，具体大小视皮肤电阻而定。

由于反馈网络中有一固定电阻R1，VR1也设定为一固定电阻值。

所以流经皮肤的电流仅取决于皮肤电阻。

VU表用来显示IC1的输出电压，其灵敏度可用VR2调节。

   为便于肉眼观察，还用一排LED作显示手段。

芯片LM3915（IC2）用来显示LED的状态。

第⑤脚每增加125mv．其18脚至⑩脚都会吸收电流。

VR3可调节IC2的输入电压．调节VR4可控制各LED的亮度。

实际上．本电路可同时用VU表读数和LED指示来观察皮肤电阻的大小。

   电路可安装在普通PCB板上。

并封入适当的盒内．两块触摸片用胶固定在盒子顶部，彼此相距5～10mm。

触摸片本身可以是任何导电的金属片．面积为1cm×1cm。

VU表线圈电阻为1kΩ，读数为0～10V。

电路装好后．调节预置电位器，使IC1输出为6V左右。

因触摸片悬空，这时LED均不发光。

   现在用中指慢慢接触触摸片，维持紧密接触两触摸片1分钟，并保持情绪放松状态。

调节VR3直至绿色LED（LED3）发光为止。

此时vu表应为满偏转．否则调节VR2使之成满偏转。

这对应于松弛状态下正常的皮肤电阻值。

   如果你感到有精神压力，或有生病的感觉，此时皮肤电阻会降低，蓝色LED2和红色LED1会接着发光．同时VU表指针摆向左方。

红色LED1发光和vu表读数为零均表示你精神很紧张，反之，绿色LED3发光和vu表读数高。

表示你情绪很松弛。

设计内容：

1.绘制测谎器电路原理图。

2.设计测谎器PCB图。

要求：

1.电路中所用元件封装也可自行选择，电路板外形尺寸，设计规则，电路布局、连线可自行设计。

2.设计完成后生成PCB3D视图文件。

设计目的：

1.考察学生动手能力，是否掌握一般基本电路设计的步骤。

2.更好的掌握PCB的设计方法，达到教学的目标。

设计步骤：

新建原理图→图纸设置→装载元件库→放置元件→元件属性修改→元件位置调整→连线→检查修改→保存→创建PCB板→导入元件→手动布局→自动布线→手动修改→保存→生成3D视图→保存→打印输出PCB板。

目录

皮肤电阻响应测试表电路设计步骤……………………8

1．元件设计……………………………………………8

2．原理图设计…………………………………………9

3．PCB板设计…………………………………………11

4．3D显示………………………………………………13

5．打印输出……………………………………………14

总结……………………………………………………15

一、布局…………………………………………………………15

二、布线…………………………………………………………16

三、注意…………………………………………………………17

参考文献…………………………………………………………18

皮肤电阻响应测试表电路设计步骤

1.元件设计

（1）CA3140高输入阻抗运算放大器,是美国无线电公司研制开发的一种BiMOS高电压的运算放大器在一片集成芯片上，该CA3140A和CA3140BiMOS运算放大器功能保护MOSFET的栅极（PMOS上）中的晶体管输入电路提供非常高的输入阻抗，极低输入电流和高速性能。

操作电源电压从4V至36V（无论单或双电源）,它结合了压电PMOS晶体管工艺和高电压双授晶体管的优点.（互补对称金属氧化物半导体）卓越性能的运放.封装：

自作封装

（2）发光二极管：

Comment：

LED1，所在元件库：

MiscellaneousDevices.IntLib；在原理图中标号是LED1、LED2、LED3；封装：

自作封装。

工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱，发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。

在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。

（4）LM3915是一种单片集成电路，驱动10个LED，提供了一个线性模拟显示。

一个单一的引脚电平变化显示移动点条形图。

电流驱动的LED规范和可编程，从而消除了电阻器的需要。

此功能是一个让整个操作系统从低于3V。

（5）电源名称：

BT1；在原理图中标号是：

+9V；所在元件库：

电源工具栏；表示值;+9V。

（6）GND名称：

GND；在原理图中标号：

GND；所在元件库：

电源工具栏。

（7）电阻名称：

Res2；在原理图中标号：

R1、R2；所在元件库：

MiscellaneousDevices.IntLib；封装：

AXIAL-0.4；标示值：

R1=10K,R2=1K。

2.原理图设计

（1）新建PCB项目文件执行File/New/Project/PCBProject创建PCB项目文件，命名为“测谎器电路”，并保存文件。

（2）新建原理图文件执行File/New/Schematic，创建原理图文件，命名为“测谎仪电路原理图”。

（3）原理图图纸设置执行菜单Design/DocumentOptions，弹出DocumentOptions对话框。

图纸类型设置为A4，显示标准标题栏，捕获栅格设置为5，可视栅格设置为10，电气栅格设置为4。

（4）查找并放置元器件在元件库中查找元件以及元件的封装，原理图中所使用的元件，电阻Res2，发光二极管LED1，抗饱和二极管Diode，都在MiscellaneousDevices.IntLib元件库中可找到。

查找并放置元器件到原理图中。

Comment

Designator

Footprint

Quantity

触摸片

Mo

Mo

1

9V

BT1

BT1

1

LED

LED1,LED2,LED3

LED-1

3

CA3410

IC1

CA3410

1

Res2

R1,R2,

AXIAL-0.4

2

LM3915

IC2

LM3915

1

元件清单

（5）排列布局元器件使用元器件排列命令排列布局元器件。

常用排列命令在“Edit/Align”菜单子菜单中，也可使用快捷键，选择合适命令对元器件进行对齐、均匀分布等操作。

（6）元器件自动标识选择菜单命令“Tools/AnnotateSchematics...”打开“Annotate”对话框，在该对话框中对元器件进行自动标识操作。

（7）连线连接线路，选择Place/Wire菜单命令，或用快捷键P、W放置导线。

完成后如图所示：

皮肤电阻相应电路原理图

（8）保存单击工具栏中的保存按钮，保存。

或着执行File/save保存。

3.PCB板设计

（1）新建PCB文件在Files面板中，在Newfromtemplate栏中选择PCBBoardWizard选项，打开PCB创建向导，利用向导创建一个尺寸为60mm×50mm，物理边界与电气边界重合。

重命名为“测谎器电路PCB”并保存文件。

（2）导入元件封装与网络在PCB环境中执行菜单命令Design\ImportChangesFrom测谎器电路.Prjpcb，在弹出的“EngineeringChangeOrder”对话框中，依次单击【Validate】、【ExecuteChanges】按钮，导入元件封装与网络。

（3）手动布局在PCB电路板的TopLayer层手动布局元器件封装。

（4）自动布线1.执行菜单命令Design\Rules，打开“PCBRulesandconstraintsEditor（PCB规则和约束编辑）”对话框。

在Routing项中Width子项设置布线宽度为0.25mm，在RoutingLayers中BottomLayer打钩设置单层布线，并单击【Apply】按钮应用规则。

然后Place\interactiveRouting进行手工布线按空格进布线。

（4）保存

测谎器电路PCB图

4.3D显示

（1）执行菜单命令View/Legacy3D，可生成PCB的3D显示文件。

（2）用鼠标拖动3D文件，查看3D视图。

3D正面

3D反面

5.打印输出

（1）执行File/PageSetup命令，系统将弹出PCB打印属性对话框。

（2）打印机设置

执行File/Print命令，系统将弹出的“打印机配置”对话框。

设置打印机的配置，包括打印的页码、份数等，设置完毕后，单击“OK”按钮，如果用鼠标左键单击“打印机配置”对话框中的“Properties”按钮，会弹出其他属性对话框，可以设置打印纸张的方向。

（3）打印预览

单击“File/PrintPreview”按钮，则可以对打印的图形进行预览，如下图即为PCB的打印预览图形。

PCB的打印预览图形

（4）打印

总结

平时学习时有些问题总是弄不明白，主要原因是没有理论与实践相结合，现在做完大型作业之后我的电路设计水平有了进一步的提高。

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，是真理检验的标准。

这次大型作业设计使我懂得了理论与实践相结合是很重要的，只有理论知识永远也不能真正掌握这门课程的真谛，只有把所学的理论知识与实践相结合，从理论中得到结论才能真正运用到实践当中去，从而提高自己的实际操作能力。

设计PCB前，首先要做的工作是画好原理图。

原理图的连接一定要正确，注意各个管脚的输入输出属性是否正确。

一、布局

画好原理图和元器件封装，就可以生成网络表，进行元器件的布局了。

布局的总体思想：

在符合产品电气以及机械结构要求的基础上考虑整体美观，在一个PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序。

布局原则：

首先要考虑PCB尺寸。

PCB尺寸过小时，散热不好，且临近线条易受干扰。

在确定PCB尺寸后，在确定特殊元件的位置。

最后根据电路的功能单元对电路的全部元器件进行布局。

在确定特殊元件位置时要遵守以下原则：

1．元件在二维、三维空间上有无冲突？

2．元件布局是否疏密有序，排列整齐？

是否全部布完

3．需经常更换的元件能否方便的更换？

插件板插入设备是否方便？

在插上连接线后在二维、三维是否有冲突

4．热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离

5．调整可调元件是否方便

二、布线

在PCB设计中，布线是PCB设计的重要步骤。

布线有单面布线、双面布线和多层布线。

方式主要有三种：

自动布线、手动布线、手动自动结合布线。

为了避免输入端与输出端的边线相邻平行而产生反射干扰，在PCB布线工艺设计中一般考虑以下几方面：

1．连线精简原则：

连线要精简，尽可能短，尽量少拐弯，力求线条简单明了。

如输入/输出，交流/直流，强/弱信号，高频/低频，高压/低压等...，它们的走向应该是呈线形的（或分离），不得相互交融。

其目的是防止相互干扰。

最好的走向是按直线，但一般不易实现，避免环形走线。

对于是直流，小信号，低电压PCB设计的要求可以低些。

输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。

必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。

2．接地设计原则：

要遵循“选择好接地点：

数字地线与模拟线分开、一点接地”的技术原则接地线应尽量加粗。

接地线线宽应在2-3mm以上。

3.走线原则：

铜膜导线的拐角处应为圆角或斜角，因为高频时直角或尖角的拐角处会影响电气性能。

4.电源线设计原则：

根据印制电路板电流的大小，要尽量加大电源线宽度，减少环路电阻。

同时，尽量是电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，有利于增强抗噪声能力。

三．注意

执行菜单命令Design\ImportChangesFrom测谎器电路.Prjpcb之前必需满足三个条件，缺一不可：

1.绘制好原理图，并生成网络表文件。

2.项目中使用的元器件所属元件库必须加载。

3.创建PCB电路板文件，并保存到项目中。

参考文献

[1]胡应战AltiumDesigner6电路设计使用教程。

河南科学技术出版社，2009.

[2]田磊邢鹏康《电子CAD》实验实训指导书。

河南工业职业技术学院。