便携式酒精探测仪的设计

1、便携式酒精探测仪的设计华 东 交 通 大 学(传感器实习报告)姓名：学院：机电工程学院专业：测控技术与仪器班级：学号：指导教师:目录传感器课程设计任务书3一、序言5二、方案设计62.1设计方案的选择62.2 酒精探测仪设计的基本原理62.3电路设计7三、电路调试83.1 mq-2气敏传感器电路调试83.2 lm358电压比较电路调试93.3总体电路调试11四、 心得体会11五、参考文献13六、 附录14附录一 便携式酒精探测仪总电路图14附录二 酒精探测仪正常状态下实物图14附录三 酒精探测仪在接触酒精时实物图15传感器课程设计任务书一、总要求能够独立进行小型检测模块系统方案的设计及论证，选择

2、合理的传感器、设计必要的接口电路等，以及合理选择有关元器件及正确使用相关工具与仪器设备等，并且能结合实际调试与实验进行有关精度分析与讨论。二、 总任务针对总要求进行原理及方案论证、模块设计、接口电路设计、焊接或插接与调试、精度分析以及撰写报告等工作。三、 设计题目便携式酒精探测仪的设计四、设计内容1、要求针对酒后驾车等状况，设计检测与报警模块。 2、绘制电路原理图，并先进行实验室调试。 3、完善与丰富其功能。五、设计进度或计划1、准备及查阅资料 一天2、方案设计及论证（总体方案） 二天3、硬件电路设计、画图（protel） 三天4、实验室调试及结果分析 二天5、整理报告及准备答辩 二天六、设计

3、说明书包括的主要内容1、 封面2、 目录3、 设计任务书4、 正文（可按下列内容撰写、仅供参考）1） 序言可包括系统工作原理的介绍等。2） 方案设计及论证可按模块进行方案设计与论证； 各模块设计中应包括适当的精度分析及选型等。3） 实验或系统调试可包括实验调试工具仪器、实验结果及适当的分析等。4） 心得体会5） 主要参考文献另：说明书的撰写格式应符合一定的要求，可参照华东交通大学本科生毕业论文撰写规范进行。七、考核方法考核可根据学生平时学习态度（含出勤率）20%、设计完成情况（样机）40%、图纸及说明书质量（含答辩）40%确定。一、序言从工厂企业到我们的日常生活，酒精泄露的检测、监控以及对酒后

4、驾车的监测对居民的人身和财产安全都是十分重要且必不可少的。同时，随着经济的高速发展，人民的生活水平也越来越高，越来越多的人有了自己的私家车，当然应酬就必不可少，而酒后驾车造成的交通事故也频频发生。机动车驾驶人员“酒后驾车”极易发生道路交通事故，严重危害了道路交通安全和人民生命财产安全。一般酒后驾车的危害有：1、触觉能力降低。饮酒后驾车，由于酒精的麻醉作用，人的手、脚的触觉较平时降低，往往无法正常控制油门、刹车及方向盘。2、判断能力和操作能力降低。饮酒后，对光、声刺激反应时间延长，本能反射动作的时间也相应延长，感觉器官和运动器官如眼、手、脚之间的配合功能发生障碍，因此，无法正确判断距离、速度。3

5、、视觉障碍。饮酒后可使视力暂时受损，视像不稳，辨色能力下降，因此不能发现和正确领会交通信号、标志和标线。同时饮酒后视野大大减小，视像模糊，眼睛只盯着前方目标，对处于视野边缘的危险隐患难以发现，易发生事故。 4、心理变态。在酒精的刺激下，人有时会过高地估计自己，对周围人的劝告常不予理睬，往往干出一些力不从心的事。5、.疲劳。饮酒后易困倦，表现为行驶不规律，空间视觉差等疲劳驾驶的行为。如今，由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求的提高，再加上气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向的发展，因此，酒精探测仪具有十分广阔的现实市场和潜在的市场要求。本设计的基于运算放大系列的lm358的酒精探

6、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设计方案的选择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。一般来说，警用的酒精检测不仅可以检测出酒精，还可以检测出酒精的浓度，这方面的设计可以用单片机实现。但是在这短短的两周时间内想要做到，是有一定难度的。综合考虑，我们的设计只要检测是否酒精就可以，这样的话，就可以采用比较

7、单一的电路，相对来说也比较简单，只要检测到酒精就报警。2.2 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2.3电路设计2.3.1 检测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

8、。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。图2 酒精检测电路电路2.3.2 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0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2.3.3 比较电路该部分电路图是通过lm358来实现

9、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电平。其传输特性如图5所示。即当uiur时，输出端为低电平。图4 电压比较电路路图5 电压比较器传输特性2.3.4 输出电路 该部分电路为一个报警电路，在电压比较器的输出端接上一个led，当输出为高电平是，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

10、探测。mq-2气体传感器的引脚图如图12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热。图6 mq-2引脚图图7 传感器调试电路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

11、功的。3.2 lm358电压比较电路调试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8 lm358引脚图图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

12、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，

13、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。总的来说，这总体电路的调试算是成功了，实物图见附录

14、二和附录三。4、 心得体会这次的传感器课程设计相对了上个学期的机械设计和微电子实习，效果让我满意多了。毕竟我这次做出了实物，并且在比较短的时间内完成了，真是高兴啊！看着好多同学还在那做实物，那成就感就更不用提了，不过这也包含了运气，好多都是缺元件什么的，要不就是题目比较难，电路复杂。总之，平常心啦，淡定！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，将以前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，让我认识到自身还是有很多的不足啊，继续努力！在6月24号（星期五），我们一考完，李鹏老师就给我们说了一些有关课程设计的事项。看着那么多的选题啊，还真是不知选

15、哪个，还有就是哪些要求啊，怎么做得到，初次接触这样的挑战，还真是忧心啊，不知所措。接下来的两天周末，一直在等待通知选题的事，可一直没收到通知，还以为就我没呢，后来才知道都没收到通知。课设开始的第一个星期，27号那天来到实验室，才知道好多人前一天就选好了课题，那个晕啊！怎么没人通知呢？我们一个宿舍全都不知道，她们三还在从家往回赶的路上呢，这可怎么办？后来就问了老师，知道不能选一样的课题，不得不重新开始选题，这也算是救了我们了。其实这些课题看着都没感觉，不知道哪个会比较容易，纠结了好久，最终挑了酒精探测仪的。按老师的要求，第二天就得交设计方案了，这怎么来得急啊？慢慢的，总算是憋出一点头目来了，听大

16、家说肯定交不了，都不打算交，我把方案存了没发，可后来才知道他们全发给老师了，后来陆陆续续的发生了些不愉快的事，哎有时真不想到实验室去，可没办法。报告最终还是交了，可接下来呢？接连一两天都没什么进展，愁死了，想到还要答辩，更是头大。后来的慢慢摸索中，思路差不多明朗了，总体电路图也差不多了，可是这么简单能通过吗，而且还要求完善并丰富其功能，这怎么弄啊？要是用单片机的话或许能，但是时间不够啊。后来请教了李鹏老师，他说我那样做就可以，这下放心了。接下来就开始接电路图，并进行调试。总的来说还是比较幸运的，所需的器件实验室都有。接好电路后，就接通5v电压进行调试，本以为能一次成功的，可是失败了。信心倍受打

17、击啊，朋友说总会有失败的，不可能一次就ok。没办法，只好接着调咯。接连调试了一个下午也没成功，开始怀疑是不是电路设计出问题了，想了好久还是觉得电路没问题啊，那会是哪出错了呢？一步一步检测，都一天了，还是没发现问题，郁闷到极点了。后来请教了老师，在老师的询问下，终于发现根源所在。调试了那么多，就单单忘了检测lm358元件，现在柳暗花明了。接下来，耐心地检测着，问题终于解决了，电路也调试成功了，看着自己的成果，这些天的辛苦也值了。这个设计真是一波三折啊，不过最终总算完成了。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，但是也通过这次课设提高自己这方面的动手能力，并且能够结合我们所学的内容联系到实际的生活中去。总之、通过这次对与传感器有一定的了解，学到了很多东西，明白理论联系实际，将所学的应用到实际生活中。同时，也让我明白，无论做什么事，都要主动