课程设计：便携式酒精探测仪的设计.doc

平顶山工业职业技术学院便携式酒精探测仪设计说明书姓名：田明顺学院：平职学院专业：电气自动化班级：对口（二）班学号：20102003853目录一、设计背景3二、方案设计32.1 酒精探测仪设计的基本原理32.2电路设计32.2.1 检测电路42.2.2 控制电路42.2.3 比较电路42.3.4 输出电路5三、电路调试53.1 MQ-2气敏传感器电路调试53.2 LM358电压比较电路调试63.3总体电路调试8四、总结9一、设计背景本酒精探测器是专门为警察设计的一款执法的检测工具，执勤民警可用其来对司机是否饮酒进行检测与相应的处理，有效减少交通事故的发生，避免人员伤亡和财产的重大损失。设计的基于运算放大系列的LM358的酒精探测仪，以LM358和MQ-2酒精传感器为核心，具有报警功能。根据是否有酒精的环境下，检测到酒精就会进行报警，提示危害。该仪器硬件电路设计简单、功能完善、工作性能好，此外，还具有低功耗、低成本的特点。二、方案设计2.1 酒精探测仪设计的基本原理 在本设计中酒精探测仪的基本原理是根据MQ-2气敏传感器对酒精的敏感程度，未接触到酒精时，其阻值较大，当接触到酒精后，其电阻急剧变小，根据这一特性，设计相应的控制电路，通过电压比较器，当输出为高电平是，LED亮，相当于一个报警的作用。该设计的系统方框图如图1所示，设计的电路见附录一，其中包括参考电压电路，检测电路，电压比较电路和输出电路。电压比较器MQ-2气敏传感器 参考电压电路酒精 报警 高电平图1 酒精探测仪的基本原理方框图2.2电路设计2.2.1 检测电路图2 酒精检测电路电路检测电路顾名思义就是检测酒精的，电路图如图2所示。该部分的主要部分就是通过比较a点的电压不一样，原理是当接通+5V电源之后，在初始状态时，A与B之间的电阻很大，所以a点的电压会大于2.5V，当传感器感应到酒精时，A与B之间的电阻会急剧变小，并且小于10K的变阻器，这个时候，a点的电压会下降到2.5V以下。通过传感器A、B之间的电阻变化可以得到a点电压的变化。2.2.2 控制电路该部分电路的设计主要是为了得到一个稳定且大于零的参考电压Ur，电路图如图3所示。接通+5V的电压，R1=R2，所以b点的电压会等于2.5V。这个电压会比较恒定，可以作为参考电压。图3 控制电路2.2.3 比较电路该部分电路图是通过LM358来实现的，电路图如图4所示。通过比较UI与UR的电压大小，决定输出端为高电平还是低电平。其传输特性如图5所示。即当UIUR时，输出端为低电平。图5 电压比较器传输特性图4 电压比较电路路2.3.4 输出电路 该部分电路为报警电路，在图4电压比较器的输出端接上一个LED，当输出为高电平，LED亮，即报警。当输出为低电平时LED不亮，即为正常状态。三、电路调试3.1 MQ-2气敏传感器电路调试酒精探测仪采用的传感器是MQ-2气体传感器。它的特点是不仅探测范围广泛，并且灵敏度高，响应快，恢复也快。优异的稳定性，寿命也长。可应用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜液化气，丙烷，丁烷，甲烷，酒精，氢气烟雾等的探测。MQ-2气体传感器的引脚图如图6所示。其中A、B用于信号取出，H则是接电源的正负极，用于提供加热电源，该传感器在使用前应预热。 图7 传感器调试电路图6 MQ-2引脚图A与B之间的电阻在常态下通常阻止很大，但是当接触到酒精之后，A、B之间的电阻会急剧变小。这就是这种传感器利用这一性质来检测是否有酒精或其他气体。根据这一特性，用万用表测得MQ-2气敏传感器在平时状态下，其A-B间阻值为20多千欧，适当调整可变电阻RP的阻值，大约取值为9K多，在通有5V电压情况下，测得a点电压UI的电压大于2.5V。当用酒精靠近气敏元件时，测得a点电压小于2.5V，因此，该气敏元件是好的，传感器调试电路也是成功的。3.2 LM358电压比较电路调试图8 LM358引脚图LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。其引脚图如图8所示。图9比较电路是通过以LM358引脚3的电压为参考电压UR=2.5V。LM358引脚2的电压为比较电压UI。在图中可以看出引脚3的电压大于2.5V，所以引脚1输出应为低电平。其中R4可以模拟成初始状态的气敏传感器MQ-2，相对与R3来说电阻较大，可以得出引脚3的电压大于2.5V。根据MQ-2的性质，当接触到酒精之后，其A、B之间的电阻急剧变小，由这一特性又可以模拟电路，如图10所示。即引脚2的电压还为2.5V作为参考电压UR。A、B之间的电阻模拟R4=2K，R3=10K，这样以来，引脚3的电阻UI小于2.5V，即UIUr时，输出端为低电平，既然输出端为低电平，在这种情况下LED肯定是不会亮的，这个时候LED也的确没有亮。既然是酒精探测仪，当然不能少了最终要的一环，也是关系到这个设计成功与否的一环。这个设计需要的是，当MQ-2气体传感器接触到酒精时，LED亮（即起报警作用）。当我拿着二锅头的瓶口接触到MQ-2气敏传感器时，令人欣喜的是，LED亮了，此时测得引脚2的电压符合理论值在2.5V左右引脚3的电压为1V左右，输出端1输出电压为3.5V左右。意味不可言喻啊，设计算是成功了，当然不排除可能出现的小误差。可能是二锅头开瓶后放置了太久的缘故吧，酒精浓度不是很高，需把气敏元件放在瓶口正上方才起效。一开始的时候不注意，导致传感器碰到瓶口，一些酒精粘在了传感器上，理所当然，当撤去酒精瓶后，LED灯依然亮着。然后根据酒精挥发快，赶紧吹，一会就灭了，真是有惊无险啊！后来小心地这样反复试了几次，都是当接触到瓶口时，LED亮，当拿开瓶子，LED熄灭。让我不禁感叹这MQ-2的灵敏度的确是高，并且响应也快。四、总结这次设计收获颇丰，在实验室认识了不少器件，大致知道一些的用法，将所学的综合起来运用了一下，很好的检测了所学知识，同时也锻炼了动手能力。虽然这是一个很简单的电路，但对于我来说也是一次考验。这个设计功能不完善，是一个很大的缺陷，但是也通过这次课题提高自己这方面的动手能力，并且能够