便攜式酒精探測儀的設計

1、便攜式酒精探測儀的設計華 東 交 通 大 學(傳感器實習報告)姓名：學院：機電工程學院專業(yè)：測控技術與儀器班級：學號：指導教師:目錄傳感器課程設計任務書3一、序言5二、方案設計62.1設計方案的選擇62.2 酒精探測儀設計的基本原理62.3電路設計7三、電路調(diào)試83.1 mq-2氣敏傳感器電路調(diào)試83.2 lm358電壓比較電路調(diào)試93.3總體電路調(diào)試11四、 心得體會11五、參考文獻13六、 附錄14附錄一 便攜式酒精探測儀總電路圖14附錄二 酒精探測儀正常狀態(tài)下實物圖14附錄三 酒精探測儀在接觸酒精時實物圖15傳感器課程設計任務書一、總要求能夠獨立進行小型檢測模塊系統(tǒng)方案的設計及論證，選擇

2、合理的傳感器、設計必要的接口電路等，以及合理選擇有關元器件及正確使用相關工具與儀器設備等，并且能結合實際調(diào)試與實驗進行有關精度分析與討論。二、 總任務針對總要求進行原理及方案論證、模塊設計、接口電路設計、焊接或插接與調(diào)試、精度分析以及撰寫報告等工作。三、 設計題目便攜式酒精探測儀的設計四、設計內(nèi)容1、要求針對酒后駕車等狀況，設計檢測與報警模塊。 2、繪制電路原理圖，并先進行實驗室調(diào)試。 3、完善與豐富其功能。五、設計進度或計劃1、準備及查閱資料 一天2、方案設計及論證（總體方案） 二天3、硬件電路設計、畫圖（protel） 三天4、實驗室調(diào)試及結果分析 二天5、整理報告及準備答辯 二天六、設計

3、說明書包括的主要內(nèi)容1、 封面2、 目錄3、 設計任務書4、 正文（可按下列內(nèi)容撰寫、僅供參考）1） 序言可包括系統(tǒng)工作原理的介紹等。2） 方案設計及論證可按模塊進行方案設計與論證； 各模塊設計中應包括適當?shù)木确治黾斑x型等。3） 實驗或系統(tǒng)調(diào)試可包括實驗調(diào)試工具儀器、實驗結果及適當?shù)姆治龅取?） 心得體會5） 主要參考文獻另：說明書的撰寫格式應符合一定的要求，可參照華東交通大學本科生畢業(yè)論文撰寫規(guī)范進行。七、考核方法考核可根據(jù)學生平時學習態(tài)度（含出勤率）20%、設計完成情況（樣機）40%、圖紙及說明書質量（含答辯）40%確定。一、序言從工廠企業(yè)到我們的日常生活，酒精泄露的檢測、監(jiān)控以及對酒后

4、駕車的監(jiān)測對居民的人身和財產(chǎn)安全都是十分重要且必不可少的。同時，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，人民的生活水平也越來越高，越來越多的人有了自己的私家車，當然應酬就必不可少，而酒后駕車造成的交通事故也頻頻發(fā)生。機動車駕駛人員“酒后駕車”極易發(fā)生道路交通事故，嚴重危害了道路交通安全和人民生命財產(chǎn)安全。一般酒后駕車的危害有：1、觸覺能力降低。飲酒后駕車，由于酒精的麻醉作用，人的手、腳的觸覺較平時降低，往往無法正常控制油門、剎車及方向盤。2、判斷能力和操作能力降低。飲酒后，對光、聲刺激反應時間延長，本能反射動作的時間也相應延長，感覺器官和運動器官如眼、手、腳之間的配合功能發(fā)生障礙，因此，無法正確判斷距離、速度。3

5、、視覺障礙。飲酒后可使視力暫時受損，視像不穩(wěn)，辨色能力下降，因此不能發(fā)現(xiàn)和正確領會交通信號、標志和標線。同時飲酒后視野大大減小，視像模糊，眼睛只盯著前方目標，對處于視野邊緣的危險隱患難以發(fā)現(xiàn)，易發(fā)生事故。 4、心理變態(tài)。在酒精的刺激下，人有時會過高地估計自己，對周圍人的勸告常不予理睬，往往干出一些力不從心的事。5、.疲勞。飲酒后易困倦，表現(xiàn)為行駛不規(guī)律，空間視覺差等疲勞駕駛的行為。如今，由于人們安全意識增強，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求的提高，再加上氣體傳感器向低功耗、多功能、集成化方向的發(fā)展，因此，酒精探測儀具有十分廣闊的現(xiàn)實市場和潛在的市場要求。本設計的基于運算放大系列的lm358的酒精探

6、測儀，以lm358和mq-2酒精傳感器為核心，具有報警功能。根據(jù)是否有酒精的環(huán)境下，檢測到酒精就會進行報警，提示危害。該儀器硬件電路設計簡單、功能完善、工作性能好，此外，還具有低功耗、低成本的特點。二、方案設計2.1設計方案的選擇酒精探測器是專門為警察設計的一款執(zhí)法的檢測工具，執(zhí)勤民警可用其來對司機是否飲酒進行檢測與相應的處理，有效減少交通事故的發(fā)生，避免人員傷亡和財產(chǎn)的重大損失。一般來說，警用的酒精檢測不僅可以檢測出酒精，還可以檢測出酒精的濃度，這方面的設計可以用單片機實現(xiàn)。但是在這短短的兩周時間內(nèi)想要做到，是有一定難度的。綜合考慮，我們的設計只要檢測是否酒精就可以，這樣的話，就可以采用比較

7、單一的電路，相對來說也比較簡單，只要檢測到酒精就報警。2.2 酒精探測儀設計的基本原理 在本設計中酒精探測儀的基本原理是根據(jù)mq-2氣敏傳感器對酒精的敏感程度，未接觸到酒精時，其阻值較大，當接觸到酒精后，其電阻急劇變小，根據(jù)這一特性，設計相應的控制電路，通過電壓比較器，當輸出為高電平是，led亮，相當于一個報警的作用。該設計的系統(tǒng)方框圖如圖1所示，設計的電路見附錄一，其中包括參考電壓電路，檢測電路，電壓比較電路和輸出電路。電壓比較器mq-2氣敏傳感器 參考電壓電路酒精 報警 高電平圖1 酒精探測儀的基本原理方框圖2.3電路設計2.3.1 檢測電路檢測電路顧名思義就是檢測酒精的，電路圖如圖2所示

8、。該部分的主要部分就是通過比較a點的電壓不一樣，原理是當接通+5v電源之后，在初始狀態(tài)時，a與b之間的電阻很大，所以a點的電壓會大于2.5v，當傳感器感應到酒精時，a與b之間的電阻會急劇變小，并且小于10k的變阻器，這個時候，a點的電壓會下降到2.5v以下。通過傳感器a、b之間的電阻變化可以得到a點電壓的變化。圖2 酒精檢測電路電路2.3.2 控制電路該部分電路的設計主要是為了得到一個穩(wěn)定且大于0的參考電壓ur，電路圖如圖3所示。接通+5v的電壓，r1=r2，所以b點的電壓會等于2.5v。這個電壓會比較恒定，可以作為參考電壓。圖3 控制電路2.3.3 比較電路該部分電路圖是通過lm358來實現(xiàn)

9、的，電路圖如圖4所示。通過比較ui與ur的電壓大小，決定輸出端為高電平還是電平。其傳輸特性如圖5所示。即當uiur時，輸出端為低電平。圖4 電壓比較電路路圖5 電壓比較器傳輸特性2.3.4 輸出電路 該部分電路為一個報警電路，在電壓比較器的輸出端接上一個led，當輸出為高電平是，led亮，即報警。當輸出為低電平時led不亮，即為正常狀態(tài)。三、電路調(diào)試3.1 mq-2氣敏傳感器電路調(diào)試酒精探測儀采用的傳感器是mq-2氣體傳感器。它的特點是不僅探測范圍廣泛，并且靈敏度高，響應快，恢復也快。優(yōu)異的穩(wěn)定性，壽命也長?？蓱糜诩彝ズ凸S的氣體泄漏監(jiān)測裝置，適宜液化氣，丙烷，丁烷，甲烷，酒精，氫氣煙霧等的

10、探測。mq-2氣體傳感器的引腳圖如圖12所示。其中a、b用于信號取出，h則是接電源的正負極，用于提供加熱電源，該傳感器在使用前應熱。圖6 mq-2引腳圖圖7 傳感器調(diào)試電路a與b之間的電阻在常態(tài)下通常阻止很大，但是當接觸到酒精之后，a、b之間的電阻會急劇變小。這就是這種傳感器利用這一性質來檢測是否有酒精或其他氣體。根據(jù)這一特性，用萬用表測得mq-2氣敏傳感器在平時狀態(tài)下，其a-b間阻值為20多千歐，適當調(diào)整可變電阻rp的阻值，大約取值為9k多，在通有5v電壓情況下，測得a點電壓ui的電壓大于2.5v。當用酒精靠近氣敏元件時，測得a點電壓小于2.5v，因此，該氣敏元件是好的，傳感器調(diào)試電路也是成

11、功的。3.2 lm358電壓比較電路調(diào)試lm358 內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。其引腳圖如圖8所示。圖8 lm358引腳圖圖9比較電路是通過以lm358引腳3的電壓為參考電壓ur=2.5v。lm358引腳2的電壓為比較電壓ui。在圖中可以看出引腳3的電壓大于2.5v，所以引腳1輸出應為低電平。其中r4可以模擬成初始狀態(tài)的氣敏傳感器mq-2，相對與r3來說電阻較大，可以得出引腳

12、3的電壓大于2.5v。根據(jù)mq-2的性質，當接觸到酒精之后，其a、b之間的電阻急劇變小，由這一特性又可以模擬電路，如圖10所示。即引腳2的電壓還為2.5v作為參考電壓ur。a、b之間的電阻模擬r4=2k，r3=10k，這樣以來，引腳3的電阻ui小于2.5v，即uiur時，輸出端為低電平，既然輸出端為低電平，在這種情況下led肯定是不會亮的，這個時候led也的確沒有亮。既然是酒精探測儀，當然不能少了最終要的一環(huán)，也是關系到這個設計成功與否的一環(huán)。這個設計需要的是，當mq-2氣體傳感器接觸到酒精時，led亮（即起報警作用）。當我拿著二鍋頭的瓶口接觸到mq-2氣敏傳感器時，令人欣喜的是，led亮了，

13、此時測得引腳2的電壓符合理論值在2.5v左右引腳3的電壓為1v左右，輸出端1輸出電壓為3.5v左右。意味不可言喻啊，設計算是成功了，當然不排除可能出現(xiàn)的小誤差?？赡苁嵌侇^開瓶后放置了太久的緣故吧，酒精濃度不是很高，需把氣敏元件放在瓶口正上方才起效。一開始的時候不注意，導致傳感器碰到瓶口，一些酒精粘在了傳感器上，理所當然，當撤去酒精瓶后，led燈依然亮著。然后根據(jù)酒精揮發(fā)快，趕緊吹，一會就滅了，真是有驚無險啊！后來小心地這樣反復試了幾次，都是當接觸到瓶口時，led亮，當拿開瓶子，led熄滅。讓我不禁感嘆這mq-2的靈敏度的確是高，并且響應也快?？偟膩碚f，這總體電路的調(diào)試算是成功了，實物圖見附錄

14、二和附錄三。4、 心得體會這次的傳感器課程設計相對了上個學期的機械設計和微電子實習，效果讓我滿意多了。畢竟我這次做出了實物，并且在比較短的時間內(nèi)完成了，真是高興啊！看著好多同學還在那做實物，那成就感就更不用提了，不過這也包含了運氣，好多都是缺元件什么的，要不就是題目比較難，電路復雜?？傊匠Ｐ睦?，淡定！這次設計收獲頗豐，在實驗室認識了不少器件，大致知道一些的用法，將以前所學的綜合起來運用了一下，很好的檢測了所學知識，同時也鍛煉了動手能力，讓我認識到自身還是有很多的不足啊，繼續(xù)努力！在6月24號（星期五），我們一考完，李鵬老師就給我們說了一些有關課程設計的事項?？粗敲炊嗟倪x題啊，還真是不知選

15、哪個，還有就是哪些要求啊，怎么做得到，初次接觸這樣的挑戰(zhàn)，還真是憂心啊，不知所措。接下來的兩天周末，一直在等待通知選題的事，可一直沒收到通知，還以為就我沒呢，后來才知道都沒收到通知。課設開始的第一個星期，27號那天來到實驗室，才知道好多人前一天就選好了課題，那個暈?。≡趺礇]人通知呢？我們一個宿舍全都不知道，她們?nèi)€在從家往回趕的路上呢，這可怎么辦？后來就問了老師，知道不能選一樣的課題，不得不重新開始選題，這也算是救了我們了。其實這些課題看著都沒感覺，不知道哪個會比較容易，糾結了好久，最終挑了酒精探測儀的。按老師的要求，第二天就得交設計方案了，這怎么來得急??？慢慢的，總算是憋出一點頭目來了，聽大

16、家說肯定交不了，都不打算交，我把方案存了沒發(fā)，可后來才知道他們?nèi)l(fā)給老師了，后來陸陸續(xù)續(xù)的發(fā)生了些不愉快的事，哎有時真不想到實驗室去，可沒辦法。報告最終還是交了，可接下來呢？接連一兩天都沒什么進展，愁死了，想到還要答辯，更是頭大。后來的慢慢摸索中，思路差不多明朗了，總體電路圖也差不多了，可是這么簡單能通過嗎，而且還要求完善并豐富其功能，這怎么弄??？要是用單片機的話或許能，但是時間不夠啊。后來請教了李鵬老師，他說我那樣做就可以，這下放心了。接下來就開始接電路圖，并進行調(diào)試?？偟膩碚f還是比較幸運的，所需的器件實驗室都有。接好電路后，就接通5v電壓進行調(diào)試，本以為能一次成功的，可是失敗了。信心倍受打

17、擊啊，朋友說總會有失敗的，不可能一次就ok。沒辦法，只好接著調(diào)咯。接連調(diào)試了一個下午也沒成功，開始懷疑是不是電路設計出問題了，想了好久還是覺得電路沒問題啊，那會是哪出錯了呢？一步一步檢測，都一天了，還是沒發(fā)現(xiàn)問題，郁悶到極點了。后來請教了老師，在老師的詢問下，終于發(fā)現(xiàn)根源所在。調(diào)試了那么多，就單單忘了檢測lm358元件，現(xiàn)在柳暗花明了。接下來，耐心地檢測著，問題終于解決了，電路也調(diào)試成功了，看著自己的成果，這些天的辛苦也值了。這個設計真是一波三折啊，不過最終總算完成了。雖然這是一個很簡單的電路，但對于我來說也是一次考驗。這個設計功能不完善，是一個很大的缺陷，但是也通過這次課設提高自己這方面的動手能力，并且能夠結合我們所學的內(nèi)容聯(lián)系到實際的生活中去?？傊⑼ㄟ^這次對與傳感器有一定的了解，學到了很多東西，明白理論聯(lián)系實際，將所學的應用到實際生活中。同時，也讓我明白，無論做什么事，都要主動