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1、课程设计任务书（指导教师填写）课程设计名称 生物医学传感器 学生姓名 专业班级 设计题目 手术室湿度控制电路的设计 一、 课程设计目的1、掌握生物医学传感器的工作原理；2、掌握生物医学传感器电路的设计方法；3、了解生物医学传感器的应用。二、 设计内容、技术条件和要求设计内容：手术室的湿度必须控制在一定的范围内，适宜的环境湿度对操作者和病人都是非常重要的。本设计要求采用湿度传感器作感湿元件，设计一个手术室湿度控制电路，当湿度高于或低于设定值时，声光报警，同时开启排湿或加湿装置。设计要求：1、了解所选用的湿度传感器的性能参数；2、电脑仿真软件设计并绘出电路图；3、系统仿真、调试；4、整理设计资料，
2、提交设计报告。三、 时间进度安排1、 查阅并整理相关资料（3天）；2、 设计电路、仿真、调试（8天）；3、 撰写课程设计报告（3天）；4、 答辩（1天）。四、 主要参考文献医用传感器（第二版） 陈安宇 科学出版社现代生物医学传感技术 王平 叶学松 浙江大学出版社传感器及其应用实例 何希才 薛永毅 机械工业出版社传感器原理及应用 王雪文 北京航天航空大学出版社模拟电子技术基础 童诗白 高等教育出版社数字电子技术基础 阎石 高等教育出版社指导教师签字： 2016年 9 月3日一简要温湿度控制已成为当今社会研究的热门项目。是工农业生产过程中必须考虑的因素。作为最常见的被控参数。温度和湿度已经不再是相
3、互独立的物理量，而应在系统中综合考虑。广泛应用于实验室、大棚、花圃、粮仓乃至土壤等各个领域。而传统的温湿度控制则利用湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材。通过人工进行检测。对不符合温度和湿度要求的手术室进行通风、降温、去湿等操作。这种人工测试方法费时费力，效率低。切随机性较大。误差大。因此就需要一种造价低廉、使用方便且计算精确的温湿度控制仪器。利用湿敏电阻构成的传感器电路可以对温、湿度控制，具有控温、湿精度高、功能强、体积小、价格低，简单灵活等优点，很好的满足了工艺要求。鉴于医院本身就是对空气质量要求很严格的环境，手术室的温湿度控制就要求更加特殊，这是因为手术室的温度的高低、
4、湿度的大小直接关系到病人的情况稳定与否。病人在手术室里的情况包括体温的变化，伤口是否感染，除此以外，还涉及手术室内各种高科技精密仪器、设备的正常运作。根据调查及各种案例得出，手术室的温度和湿度直接影响到空气中的细菌的含量和术后感染的可能性大小。因此，为了保证手术的成功率，手术室的室内空气的洁净程度也相当的重要，一些工业发达的国家对手术室的空气细菌含量也做了限制。冬季的时候，医生不能多穿衣服，病人的手术部位也必须暴露出来，所以，手术室内的温度会比平常的温度高。夏季的时候，室内的温度容易太高，医生和病人都很容易出汗，容易影响病人手术部位的情况，为了保证医生和病人不受高温影响，夏季的手术室的室内温度
5、会比平常的温度低。在空气中的湿度较大的季节里，就需要使用空调的除湿功能、或者除湿机对梅雨季节手术室的湿度进行调节的同时监测温度变化。空气的相对湿度过大过小都会给病人和医生造成不适，还容易滋长细菌，并加速其繁殖的。因此，手术室的温室度最好保持在冬季的温度控制为2426，夏季的温度控制为2326，而相对湿度则需要全年保持为50%60%。温度的检测的方法根据季节的不同而不同。夏季的时候，需要选择最热的那一个月作为检测的标准，而冬季的时候，需要选择最冷的那一个月作为检测的标准。湿度的检测方法要距离地面80厘米作为中心，出现的数据应该有小数点后一位，同时也要检测手术室外部环境。而手术室的空气洁净度，为了
6、防止细菌对手术伤口的感染，国际标准是0.5m和5m尘粒数和菌落数。本实验通过直流电源稳压模块，由湿敏传感器构成的湿度检测模块，湿度比较模块，声光报警模块和加湿降湿模块。简单明了的满足设计要求。通过湿度检测模块反馈的湿度有正常湿度范围进行比较，超过设定范围则引起后面光声报警电路模块工作。二、总体设计1、湿度检测、控制与报警电路的工作原理框图 除湿加湿设备不工作 声报警 除湿加湿设备工作传感器湿度检测 比较 环节 发出控制报警 湿度超过设定范围 设定 湿度 光报警 图1 系统部分简略框图2、 总体设计中的主要思想：本实验由于在仿真时，没有湿敏电阻的实际模型，所以用滑动变阻器直接代替温敏电阻的功能进
7、行试验。本设计采用放大电路，将代替温敏电阻的滑动变阻器传送过来的电压进行放大，以便于观察。AD转换部分使用整流电路；湿度的判断通过控制滑动变阻器改变电阻，从而改变输出端的电压，通过输出端的电压来判断；声光报警利用OPAMP-3T-ITUAL比较器将输出的电压与设定电压进行比较，通过比较器输出高、低电位来驱动二极管发光；当湿度超过一定数值，由继电器实现降湿加湿工作。1. 湿度检测：滑动变阻器直接代替湿敏电阻，将温度(物理量)转换成对应的电压（电量）。2. 比较环节：将设定数字量所对应的电压量与检测湿度对应的电压量比较经过电压比较器，输出高低电平指示信号，由此控制声光报警模块，当检测湿度达到或超过
8、设定报警湿度时即产生声光报警。3. 声光报警环节：不同检测湿度经过电压比较器与所设温度对应的数字量，输出高低电平指示信号。当输出信号为低电平时，二极管截止，报警电路不工作。当有高电平信号输出时，二极管导通。发光二级管点亮，并发出蜂鸣报警，即发生报警。4. 降温环节：发出警报的同时，降湿加湿设备开始工作，当湿度度降到适宜值再进行比较环节，周而复始。3、 原理图4、 调试过程1 调整滑动变阻器R5使 R4 两端的额定电压为1V2 用100千欧的滑动变阻器R4替代湿敏电阻RH3 调节滑动变阻器R4, 当电阻接入为50%时代替湿度为50%RH,记录器输出电压为V1;当电阻接入是60%时代替湿度为60%
9、RH,记录输出电压为V14 调节电阻R12、R13、R14的阻值使得分压分别为V1、V25 反复调试几次，使得电压趋于稳定，取平均值，减小误差3、 单元电路设计与仿真 1、传感器简介1 传感器的定义及特点:传感器(英文名称:transducer/sensor)是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。2 传感器的特点包括: 微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变
10、得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。3 传感器的作用：传感器在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。此外，还出现了对
11、深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种
12、各样的传感器。4 传感器的组成：Transducer-传感器，换能器，强调参数和能量的转换Sensor-敏感元件，感受器，强调对被测敏感，直接感受Transmitter-强调对各种变送器的输出信号传输及统一，电流420mA传感器在国外的情况：传感器技术列为六大核心技术之一。六大核心技术为：传感器，计算机，通讯，激光，半导体，超导技术，虽然技术发展的很快，但还没有形成核心技术。西方各国不断增加传感器研究经费，耗资巨大，投入的人力、物力、财力非常强大。5 传感器的分类：按输入量分类：位移传感器、速度传感器、压力传感器等按工作原理分类:应变式、电容式、压电式、热电式等按物理现象分类:结构式传感器、特
13、性型传感器按能量关系分类：能量转换型传感器、能量控制传感器按输出信号分类：模拟式传感器，数字式传感器电量传感器是一种将被测电量参数（如电流，电压，功率，频率，功率因数等信号）转换成直流电流、直流电压并隔离输出模拟信号或数字信号的装置。产品符合国标GB/T13850-1998。注：真有效值电压电流变送器用于测量电网中波形畸变较严重的电压或电流信号，也可以测量方波，三角波等非正弦波形。 信瑞达LF系列电量传感器通用技术条件：引用标准及规则：GB/T13850-1998相对湿度：93%准确度等级： 0.2、0.5级贮藏条件：温度-40+70，相对湿度2090%，无凝露工作温度：-1055平均无故障时间：30000h位移传感器又称为线性传感器，把位移转换为电量的传感器。位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。在这种转换过程中有许多物理量（例如压力、流量、加速度等）常常需要先变换为位移，然后再将位移变换成电量。因此位移传感器是一类重要的基本传感器。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。机械位移包括线位移和角位移。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型（如自发电式）和结构型两
