(精品)傳感器酒精測(cè)試儀的課程設(shè)計(jì)(2013年優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì))

題目：酒精測(cè)試儀設(shè)計(jì)目 錄一、 設(shè)計(jì)課題名稱(chēng) -2-二、 摘要和關(guān)鍵字 -2-三、 設(shè)計(jì)概述 -2-四、 設(shè)計(jì)要求 -3-五、 設(shè)計(jì)分析與方案選擇 -3-六、 方案設(shè)計(jì)原理與論述 -4-1. 設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)論述 -4-2. 工作原理電路框圖 -5-3. 單元電路設(shè)計(jì) -1-4. 整體電路設(shè)計(jì) -1-七、 總結(jié) -9-八、 參考文獻(xiàn) -9-一、設(shè)計(jì)課題名稱(chēng)題目：酒精測(cè)試儀設(shè)計(jì)副名: 智能酗酒檢測(cè)儀設(shè)計(jì)二、摘要和關(guān)鍵字【摘要】本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)和酒敏傳感器為主要核心器件，酒精檢測(cè)儀是通過(guò)電壓頻率轉(zhuǎn)換將酒敏傳感器傳出的電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)傳感器輸出的非線(xiàn)性進(jìn)行查表式校正、譯碼后，用軟件將被測(cè)量的最大值保留并最終顯示。著重介紹了該儀器的工作原理及性能特點(diǎn)?！娟P(guān)鍵詞】酒精檢測(cè)儀 8039單片機(jī) 非線(xiàn)性校正 酒敏傳感器三、設(shè)計(jì)概述各行各業(yè)的工作，例如機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員酗酒后開(kāi)車(chē)以及從事危險(xiǎn)工作行業(yè)的人員酗酒后操作，都會(huì)造成嚴(yán)重的事故。用簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、衛(wèi)生的檢測(cè)儀器進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)違章飲酒者進(jìn)行重罰，促使每個(gè)人增強(qiáng)遵章守紀(jì)的意識(shí)，消除隱患，對(duì)減少因酗酒造成的事故具有很大的意義。根據(jù)人呼出氣體中乙醇的含量來(lái)確定酗酒的標(biāo)準(zhǔn)，從醫(yī)學(xué)的角度看是可行的。人體攝入乙醇越多，血液中乙醇的溶解量就越大，從肺部呼出氣體中乙醇的含量就越高。根據(jù)醫(yī)學(xué)上對(duì)人飲酒的血醇含量的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析就可以確定酗酒的標(biāo)準(zhǔn)。而酒精的即時(shí)檢測(cè)，有助于社會(huì)各方面的安全，特別是交通的安全。四、設(shè)計(jì)要求由于使用了單片機(jī)，而單片機(jī)在酗酒檢測(cè)儀中的應(yīng)用酗酒檢測(cè)儀的定量化和數(shù)字化對(duì)傳感器和數(shù)據(jù)處理電路提出了提高的要求。一是要求傳感器穩(wěn)定性高，抗干擾性好；二是要求電路能對(duì)傳感器的非線(xiàn)性加以校正。五、設(shè)計(jì)分析與方案選擇設(shè)計(jì)要求中的第一點(diǎn)要求涉及傳感器的特性，只有通過(guò)選擇好的傳感器來(lái)解決。我們對(duì)可以獲得的幾種傳感器進(jìn)行了多次試驗(yàn)對(duì)比，最后采用一種抗水汽性好、穩(wěn)定性較高、價(jià)格低廉的酒敏傳感器。但酒敏傳感器的非線(xiàn)性一般都很大，而且不規(guī)則，難以用簡(jiǎn)單函數(shù)去逼近。用硬件等方法去校正顯然是極為復(fù)雜、困難的。而單片機(jī)的功能強(qiáng)，運(yùn)行速度快，利用軟件編程的技巧就可以對(duì)復(fù)雜的非線(xiàn)性進(jìn)行校正。儀器的數(shù)字化要求它能具有模數(shù)轉(zhuǎn)換，譯碼顯示等功能，這些單片機(jī)都可以解決。 根據(jù)上述原因，我們采用單片機(jī)和酒敏傳感器的架構(gòu)方案來(lái)進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)。六、方案設(shè)計(jì)原理與論述設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)論述：系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求考慮到方方面面。本系統(tǒng)各個(gè)重要方面，如兩個(gè)方面：1.呼出氣體的測(cè)量方法對(duì)人呼出氣體的測(cè)量不同于對(duì)其它氣體的測(cè)量。因?yàn)槿撕舫鲆豢跉獾臅r(shí)間僅一秒種左右，而且傳感器感受到的乙醇?xì)怏w濃度有一個(gè)從低到高再到低的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，濃度有一個(gè)最大值。2.數(shù)據(jù)的顯示方法如果采用即時(shí)顯示，檢測(cè)者在短短的一秒鐘內(nèi)既要觀(guān)察被檢者呼氣方式是否正確，又要觀(guān)察讀數(shù)并讀取最大值眼睛會(huì)應(yīng)接不暇，極易漏讀、誤讀。用微型計(jì)算機(jī)處理，可以在一秒種內(nèi)采樣數(shù)百次，對(duì)每次的結(jié)果逐一進(jìn)行比較，保留最大值，在測(cè)量過(guò)程結(jié)束后將最大值顯示出來(lái)供檢測(cè)者讀取，并能長(zhǎng)時(shí)間鎖存，供被檢者和其他有關(guān)人員察看。綜上所述，在酗酒檢測(cè)儀中采用單片微型計(jì)算機(jī)可以集模數(shù)轉(zhuǎn)換、非線(xiàn)性校正、結(jié)果處理、存儲(chǔ)、譯碼顯示于一身，從而使電路結(jié)構(gòu)緊湊、功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高，并使檢測(cè)儀智能化，因此有著十分突出的優(yōu)點(diǎn)。采用微機(jī)的數(shù)字化氣體檢測(cè)儀，采用同一電路結(jié)構(gòu)，只要更換傳感器和程序存儲(chǔ)器，就可以適用于多種氣體的檢測(cè)，這也是其優(yōu)點(diǎn)之一。3.關(guān)于氣體收集測(cè)量方法不同造成的影響對(duì)人體呼出氣體的測(cè)量方式及其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響對(duì)人體呼出氣體進(jìn)行測(cè)量的方式基本上分為三種。其一為密閉式的測(cè)量。被測(cè)者將呼出氣體吹入一塑料袋中，然后將傳感器探頭深入袋內(nèi)測(cè)量。測(cè)量過(guò)程中塑料是密閉的，袋中氣體不溢出。其二為連續(xù)氣流式的測(cè)量。傳感器裝在一個(gè)氣室中。被測(cè)者通過(guò)吹管將氣從氣室一端吹入，經(jīng)過(guò)傳感器后從氣室另一端排出。測(cè)量過(guò)程L中要求氣流不中斷并保持一定的壓力。其三是開(kāi)啟或半開(kāi)啟式的測(cè)量。被測(cè)者將氣體直接吹向傳感器進(jìn)行測(cè)試。要達(dá)到定量測(cè)量的目的，應(yīng)采用前面兩種方法，而且以第二種方法為好。但這兩種方法都要用到輔助的器具，如塑料袋和吹管。從衛(wèi)生的角度，每次測(cè)試后要更換一次輔助器具。這在大量普查中不僅繁瑣，而且要耗費(fèi)大量輔助器具，顯然是很不經(jīng)濟(jì)的，對(duì)此國(guó)家尚無(wú)圖2軟件主流程圖統(tǒng)一規(guī)定。我們采用開(kāi)啟式和精確式測(cè)量相結(jié)合的方法。在普查時(shí)用開(kāi)啟式進(jìn)行定性測(cè)量，被測(cè)者如果飲了酒，儀器就會(huì)報(bào)警，然后進(jìn)行復(fù)測(cè)，采用精確式進(jìn)行定量測(cè)量根據(jù)超標(biāo)與否判罰。對(duì)未飲酒者，不進(jìn)行復(fù)測(cè)。這樣可以節(jié)省大量輔助器具，又達(dá)到定量檢的目的。工作原理電路框圖：?jiǎn)卧娐吩O(shè)計(jì)：如上面的整體設(shè)計(jì)框圖，單元電路可以分為如下幾個(gè)：1. 頻率轉(zhuǎn)換器本單元電路由酒敏傳感器和555電路組成濃度頻率轉(zhuǎn)換器，如圖1所示。其輸出脈沖頻率的變化代表著濃度的變化。本單元為電路的外界探測(cè)部分,由酒敏傳感器（氣敏傳感器的一種）實(shí)現(xiàn)，把酒精氣體濃度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化，輸入信號(hào)至單片機(jī)處理系統(tǒng)。2. 最小單片機(jī)系統(tǒng)由8039、74LS373、2716組成最小單片機(jī)系統(tǒng)。由CFC輸出的脈沖信號(hào)送至CPU(8039)的T計(jì)數(shù)器端口，由CPU進(jìn)行采樣，校正非線(xiàn)性，比較存儲(chǔ)，譯碼顯示。3. 顯示系統(tǒng)其工作原理和主要技術(shù)指標(biāo)如下：顯示系統(tǒng)由4位LED七段數(shù)碼管和74LS244，四只3DG1815，四只3DG130組成。采樣時(shí)間由軟件確定，如圖2所示。根據(jù)傳感器特征和CPU的計(jì)數(shù)能力，定為5ms。采樣間隔為0.69ms。整個(gè)測(cè)試過(guò)程約為1.42s每秒采樣約為176次。對(duì)非線(xiàn)性的校正采用查表法。數(shù)據(jù)表格和監(jiān)控程序存在只讀存儲(chǔ)器2716中。數(shù)據(jù)表格占2頁(yè)，監(jiān)控程序占1頁(yè)(1頁(yè)為256個(gè)單元)。對(duì)于每個(gè)采樣的數(shù)值，表格內(nèi)有相應(yīng)的濃度值，以BCD碼表示理論上顯示濃度可達(dá)到0.01mgL的精度。整體電路設(shè)計(jì)：CPU經(jīng)過(guò)逐一比較，獲得測(cè)試過(guò)程中最大的采樣值之后，查表得出相應(yīng)的濃度值，再進(jìn)行譯碼、顯示，結(jié)果存在寄存器中，可以保持顯示，直到按下復(fù)位鍵為止，儀器初次上電或按復(fù)位鍵后，顯示屏左邊第一位顯示“A”字，表示整個(gè)系統(tǒng)工作正常。按下測(cè)試鍵后，左邊第一位顯示“P”字，表示正在測(cè)試，測(cè)試過(guò)程結(jié)束后即顯示出濃度值。對(duì)于“超標(biāo)”(飲酒量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到酗酒水平)和“超載”(濃度超過(guò)儀器最大測(cè)試范圍)的判斷也由軟件完成。CPU根據(jù)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)和滿(mǎn)載值與每次采樣值相比較，當(dāng)出現(xiàn)超標(biāo)時(shí)送出報(bào)警碼，同時(shí)送出“c”字型碼，在l弄左邊第一位顯示“E”。報(bào)警碼由P23口輸出控制556和迅響器等組成的報(bào)警電路發(fā)出聲響報(bào)警。相關(guān)參數(shù)：技術(shù)指標(biāo)：檢測(cè)濃度范圍：O1.0mgL最大誤差：量程(mgL)最大誤差O.200.025mgL0.2O0.400.04mgL0.401.OO10重復(fù)性；量程(mgL)標(biāo)準(zhǔn)偏差O.400.006mgL0.401.001.5漂移：a零漂：4h內(nèi)0.01mgLb0.40mgL濃度的漂移1)4h內(nèi)(0.01mgL1)30D內(nèi)(0.02mg/L抗干擾能力：干擾物質(zhì)濃度最大面值水汽98相對(duì)濕度 0.03mgL汽油0.10mgL 0.014mgL丙酮0.10mgL 0.02mgL甲苯0.05mgI 0.013mgL響應(yīng)時(shí)間：10s 恢復(fù)時(shí)間：30s外型尺寸：65mm153mm32mm重量(包括電池)：320g電源：5節(jié)R6鎳鎘充電電池 視在功率：3W用到的器件：8039、74LS373、2716、74LS27、74LS04、74LS244 、555 、LED4總結(jié)其實(shí)本系統(tǒng)還有很多可以設(shè)計(jì)改進(jìn)的地方。準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和抗干擾性是本儀器重要的指標(biāo)。酒敏傳感器是影響這些指標(biāo)的關(guān)鍵元件。采用紅外吸收式傳感器可望達(dá)到這些要求。紅外吸收式傳感器功耗小，響應(yīng)、恢復(fù)時(shí)間短