一种智能防触碰报警系统

本发明涉及一种智能防触碰报警系统的集成及应用，特别涉及一种电源管理电路与传感器的集成，属于柔性电子领域。

背景技术：

1、在日常生活中，人们远程感知的能力有限。非接触式就是指人和人，以及人和具体的实物保持一定的距离，不发生直接接触。人远程感知能力是有限的，借助距离传感器，人类可以对环境进行远程感知而获取信息。为了实现防触碰报警的功能，我们设计了带有声学信号和光学信号的柔性印刷电路板。

2、目前，研究者们往往将传感器和硬质印刷电路板集成在一起。然而，印制电路板体积大，刚性强，无法与人体皮肤贴合在一起。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供一种防触碰智能报警系统，本发明的防触碰智能报警系统、集成度高，具有很强的实用性和可穿戴性。在日常生活中，避免此类特殊人群受到不必要的伤害。柔性电路板体积小、重量轻、厚度薄、弯折性好，冲破了传统的互连技术。将距离传感器(传感单元)和柔性印刷电路板集成在一起组成的防触碰报警系统，能够监测到物体的靠近，并作出响应。

2、为了解决本发明的技术问题，提出的技术方案为：一种智能防触碰报警系统，智能防触碰报警系统包括传感单元和报警单元，传感单元与报警单元通过导线实现无缝集成，传感单元包括自下而上依次设置的起电层、电极层和绝缘层；报警单元包括蜂鸣器和发光二极管led和电源管理电路；

3、所述的起电层是电负性良好的材料为ptfe无纺布；

4、所述电极层为银纳米线或导电布，绝缘层为透气防水布；

5、所述的报警单元为柔性的聚酰亚胺基底，上面印刷了电源管理电路，传感器产生的微信号经过放大器后，放大倍数由滑动变阻器决定，与比较器设置的数值比较后，高于比较器设定的阈值后，发光二极管led和蜂鸣器发出信号；

6、所述的智能防触碰报警系统的制备方法具体步骤如下：

7、(1)通过热压法，将起电层ptfe无纺布，电极层银纳米线或导电布和绝缘层透气防水布组装成距离传感器；

8、(2)选用聚酰亚胺为柔性基底，印刷电源管理电路，焊接蜂鸣器和led。

9、优选的，所述电极层为银纳米线。

10、优选的，所述的智能防触碰报警系统的制备方法具体步骤如下：

11、(1)通过热压法，将起电层ptfe无纺布，电极层和绝缘层透气防水布组装成距离传感器；银纳米线通过滴涂法滴在ptfe的一面，120°退火后，将热塑性聚氨酯非织造布贴在电极上面，在非织造布上放置防水透气布，用电熨斗或热压机高温将防水透气布和ptfe粘结在一起；

12、(2)选用聚酰亚胺为柔性基底，印刷电源管理电路，焊接蜂鸣器和led。

13、优选的，起电层尺寸为5×5cm，距离传感器长宽为5×5cm，厚度为30微米。

14、优选的，步骤(2)制备的柔性电路板尺寸为2×1cm。

15、优选的，当有物体靠近时，led会点亮，蜂鸣器会发出声音。

16、优选的，步骤(2)的电路主要包含放大电路(ua电路)和一个比较电路(ub电路)，对应两个处理芯片，通过调节rx滑动变阻器可以调整放大电路的放大倍数，将传感器的输出电压vin放大并通过输入ub比较电路，通过调节ry滑动变阻器可以设定比较电压，只有当放大后的vin大于设定值，ub电路才会输出，并通过两个三极管q1、q2作为小灯和蜂鸣器的开关，当ub比较电路有输出时，开启开关由12v外接电源供电使led发亮、蜂鸣器鸣叫。

17、有益效果：

18、本发明公开了一种防触碰的报警系统，包括距离传感单元和报警单元；距离传感器是根据静电感应原理设计而成的，主要由起电层聚四氟乙烯ptfe、电极银纳米线和绝缘层透气防水布组成。距离传感器能够以非接触的方式感知物体的靠近，并以电压的形式表现出来。报警单元是以柔性聚酰亚胺为基底，印刷电路并焊接上蜂鸣器和led。通过第一个含有运算放大器的处理芯片，放大输入端的信号，然后与一个含有比较器的芯片进行比较。当放大后的信号大于比较器的设定阈值时，蜂鸣器和发光二极管进行报警。将距离传感单元与报警单元进行无缝集成后的系统，能对特殊人群感知物体、防止物体触碰具有重要意义。

19、(1)利用静电感应原理，制备了单电级的距离传感器，流程简单，性能优越。(2)该距离传感器能对不同的材料进行远程感知，包括天然材料，合成高分子和手指等。

20、(3)与柔性电路板(报警单元)集成后，该智能系统能对靠近的物体进行报警，达到防触碰的效果。

21、(4)ptfe和pe分别为起电层时，物体与距离传感器的距离为20cm时，距离传感器对物体的感应电压不同，分别为0.05v和0.025v。说明ptfe作为起电层，产生的电压信号更大。

22、(5)不同厚度的起电层，30微米电压最高，为9v(图3)。20微米的ptfe和40微米厚的ptfe厚度分别为4v和5v。

23、(6)实施例1中制备的智能防触碰报警系统对天然材料，金属，合成高分子及人体手指的感应电压。测试了距离传感器对不同物体的感知能力，结果表明不管是什么材质的物体，只要存在电子亲和力的差异，就会产生感应电压(图4)。pet和ptfe薄膜产生的感应电压分别为-2v和-24v，锡纸、木头、树叶和a4纸分别产生1.5v，0.4v，0.6v和0.3v的电压。

24、(7)实施例1中制备的智能防触碰报警系统的测试结果如下：在2～10cm的距离内进一步测试了距离传感器的传感能力，感应电压与物体的位置有关，随着物体与距离传感器之间的距离增加，距离传感器的感应电压降低，从6v降低至0.1v(图5)。随着物体尺寸的增加，距离传感器产生更高的输出电压(图6)。当ptfe薄膜尺寸为10×10cm是，距离传感器产生了大概-24v的电压。

技术特征：

1.一种智能防触碰报警系统，其特征在于：智能防触碰报警系统包括传感单元和报警单元，传感单元与报警单元通过导线实现无缝集成，传感单元包括自下而上依次设置的起电层、电极层和绝缘层；报警单元包括蜂鸣器和发光二极管led和电源管理电路；

2.根据权利要求1所述的智能防触碰报警系统，其特征在于：所述电极层为银纳米线。

3.根据权利要求1所述的智能防触碰报警系统，其特征在于：所述的智能防触碰报警系统的制备方法具体步骤如下：

4.根据权利要求1所述的智能防触碰报警系统，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的智能防触碰报警系统，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的智能防触碰报警系统，其特征在于：当有物体靠近时，led会点亮，蜂鸣器会发出声音。

7.根据权利要求1所述的智能防触碰报警系统，其特征在于：步骤(2)的电路主要包含放大电路和一个比较电路，对应两个处理芯片，通过调节rx滑动变阻器可以调整放大电路的放大倍数，将传感器的输出电压vin放大并通过输入比较电路，通过调节ry滑动变阻器可以设定比较电压，只有当放大后的vin大于设定值，比较电路才会输出，并通过两个三极管q1、q2作为小灯和蜂鸣器的开关，当比较电路有输出时，开启开关由12v外接电源供电使led发亮、蜂鸣器鸣叫。

技术总结本发明公开了一种防触碰的报警系统，包括距离传感单元和报警单元；距离传感器主要由起电层聚四氟乙烯PTFE、电极银纳米线和绝缘层透气防水布组成。距离传感器能够以非接触的方式感知物体的靠近，并以电压的形式表现出来。报警单元是以柔性聚酰亚胺为基底，印刷电路并焊接上蜂鸣器和LED。通过第一个含有运算放大器的处理芯片，放大输入端的信号，然后与一个含有比较器的芯片进行比较。当放大后的信号大于比较器的设定阈值时，蜂鸣器和发光二极管进行报警。将距离传感单元与报警单元进行无缝集成后的系统，能对特殊人群感知物体、防止物体触碰具有重要意义。技术研发人员：于海东,孙召卿,颜稔,杜琬瑜受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27