自制自动呼救器

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心脏病患者突然昏倒,若不及时抢救,将有生命危险。现向读者介绍一种自动呼救器。佩戴呼救器的病人一旦昏倒,呼救器能自动发出呼救信号,急需时也可手控发出呼救信号,听到信号的人即可前来帮助。该呼救器结构简单、制作容易,体积小、携带方便,其它危险场合下的工作人员也可使用。

工作原理

人在走动或工作时身体都要或多或少地运动,当佩戴者昏倒或完全停止运动5秒钟后,呼救器即可自动发出鸣叫声呼救。

呼救器由信号源、传感器电路、放大器、报警电源控制电路和声报警电路组成。电原理如图1所示。电路中的四个运算放大器A\(_{1}\)2\(_{3}\)4为LM324四运放。A\(_{1}\)2分别构成两个文氏电桥振荡器,作为信号源,用C\(_{11}\)和C6耦合到报警和传感器电路上。由W\(_{2}\)、R9、R\(_{8}\)、L和C7为桥臂组成桥式电感式传感器电路,L为电感式振动传感器(自制)。

图1
图1 🔍原图 (1818×630)

人体运动时,电感L的振子振动,使电感量不断变化,因而电桥失去平衡,产生一个随电感量变化的调制信号。这个信号直接送到放大器,先由A\(_{3}\)组成的差分放大器放大,再经D1和C\(_{8}\)检波和滤波,形成正的波动信号。为了得到稳定的控制信号,把随电感量变化的波动信号经C9耦合到比较器A\(_{4}\)上,与一个+3.2伏的电压比较,得到稳定的+5.6伏的电压。该电压使开关电路的三极管BG1和BG\(_{2}\)截止。由于BG2截止,切断了报警电路的电源。比较器和开关电路组成了报警电源控制电路。

当人体停止运动后,传感器电路的电桥处于平衡状态,差分放大器A\(_{3}\)没有波动信号输出,比较器A4 产生一个稳定的+0.4伏的电压。比较器反转后,由于R\(_{1}\)0、C10的延时作用,5秒以后C\(_{1}\)0的电压降至+ 3.5伏,致使稳压二极管2CW9导通,BG\(_{1}\)、BG2也随之导通,于是接通了报警电路的电源,发出报警信号。

报警电路由音响集成块TB4100组成。A\(_{1}\)产生的1kHz的音频信号经电容C11耦合到TB4100,进行音频功率放大,使扬声器产生足以在二十米以外听到的声音信号。在危险场合工作的人员若使用该呼救器,还可将声报警改为无线电报警,使监护人员可在较远处接收信号。

元件的选择和制作

在呼救器中选用LM324和TB4100(即LA4100)集成块,主要是为了便于调整、减小体积和降低成本。如使用分立元件制作,其价格要高,调整起来困难也多。电感式振动传感器是关键部件,由于对线性和灵敏度要求均不高,所以可以自行制作。该传感器由电感L、振子P和小盒M组成,见图2。在外形尺寸为6×10×20的山字形高频磁芯土,用0.07的漆包线直接绕365圈,作成电感L。小盒M可用罐头皮作,比磁芯长一倍,即外形尺寸为10×15×40mm\(^{3}\)。四角焊上用φ\(_{1}\)的铜线作的固定脚F。振子P用1×6×20的铁板,焊上0.3×3×40的锡磷铜弹簧片作成。制作时先把电感L用502粘在盒底,上面临时垫上0.5mm的垫片,放上振子,摆正后将簧片弯成直角焊在盒边上。去掉垫片,传感器即做好了。实际应用时是振子垂直于地面,簧片在上、铁片在下,前后振动。

图2
图2 🔍原图 (635×319)

对该传感器的要求是:1.当传感器取不同方向时,振子P与电感L之间的间隙应相差不多;2.手拿传感器慢走时,振子振动,不走时,放在胸前,因呼吸引起的振动应很小,或不振。达不到以上两项要求时,应改变簧片的宽度或厚度。最后用蜡灌注传感器盒内的空隙。

整机调试

通电前应把所有的电位器调到中间位置。首先检查两个信号源是否起振。测量LM324的14脚和1脚的交流电压,若在0.7伏左右,则已起振。如有示波器,可分别观察到23kHz和1kHz的有些失真的正弦波。

然后,平衡传感器电路中的电桥。在传感器静止、振子不振的情况下,测LM324的8脚的交流电压,同时调整W\(_{2}\),使8脚输出值为最小,则电桥基本达到平衡。

第三步是使信号源工作在传感器电路的谐振频率上。在测LM324的7脚交流电压的同时,调整W\(_{1}\),使7脚电压降至最小。为保证传感器电路电桥的平衡,返回去调整W2。这样,反复调整电桥平衡及信号源频率,直至7脚交流电压小于0.2伏。这时,信号源基本工作在L和C\(_{7}\)的并联谐振点上。

然后,让电路板轻轻振动,应无报警声信号。若有声信号,就一边振动电路板,一边调整W\(_{3}\),改变比较电压,直到停止报警。然后让电路板静止,5秒钟后应产生声信号。若需要改变延迟时间,可改变电容C10。最后,把电路板装入外壳,戴在身上试验,调整W\(_{3}\),直至满意。 (辛连起)