项目1 酒精测试仪制作

1、 电子与信息技术专业传感器技术项目一 酒精测试仪制作岳阳县职业中等专业学校 任务1 项目任务书 2008年世界卫生组织的事故调查显示，大约50%60%的交通事故与酒后驾驶有关。在中国，每年由于酒后驾车引发的交通事故达数万起；而造成死亡的事故中50%以上都与酒后驾车有关。为防止机动车驾驶员酒后驾车造成事故，避免人员伤亡和财产的重大损失，对驾车人员呼气中酒精含量的检测非常重要，酒精浓度检测仪得到了广泛应用。1.1.1 项目描述 任务1 项目任务书 根据给定的元器件、印刷电路板和电路图，按照电子产品制作工艺，通过焊接、组装和调试，制作一台酒精检测仪。2.1.2 项目任务 任务2 信息收集1.2.1传

2、感器基本知识 1.定义 传感器是将被测非电量信号转换为电量输出的器件或装置。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。2. 组成 传感器一般由敏感元件、传感元件和测量转换电路三部分组成，如图1-2所示。 任务2 信息收集（1）敏感元件 敏感元件能够直接感知（响应）被测量，并按一定规律转换成与被测量有确定关系的其他量。 压 力 作 用 膜片形变（应变） 应变片电阻改变 （2）传感元件 传感元件又称变换器，能将敏感元件感受到的非电量直接转换成电量。 （3）测量转换电路 测量转换电路能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的电信号。这些电路的类型根据传感器类型而定，通常采用电桥、放大电路

3、、变阻器电路、A/D与D/A转换、调制和振荡器等电路。 3. 分类传感器种类繁多，分类方法也各不相同。 （1）根据输入物理量可分为：位移传感器、压力传感器、速度传感器、温度传感器及气敏传感器等。 （2）根据工作原理可分为：电阻式、电感式、电容式及电势式等。 （3）根据输出信号的性质可分为：模拟式传感器和数字式传感器。即模拟式传感器输出模拟信号，数字式传感器输出数字信号。 （4）根据能量转换原理可分为：有源传感器和无源传感器。有源传感器将非电量转换为电能量，如电动势、电荷式传感器等；无源传感器不起能量转换作用，只是将被测非电量转换为电参数的量，如电阻式、电感式传感器等。 4. 特性传感器的特性如

4、下：（1）灵敏度灵敏度是指传感器在稳定状态下，输出变化量y与输入变化量x的比值，表示为xy=K 灵敏度是输入-输出特性曲线的斜率，对线性传感器而言，灵敏度为一常数；对非线性传感器而言，灵敏度随输入量的变化而变化。从输出曲线上看，曲线愈陡，灵敏度越高。一般希望灵敏度K在整个测量范围内保持为常数。（2）分辨力分辨力是指传感器能够检测出被测信号的最小变化量。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。对于模拟式仪表，分辨力即面板刻度盘上的最小分度；对于数字式仪表，若没有其他附加说明，一般认为该表的最后一位所表示的数值就是它的分辨力。1-1 （3）分辨率将分辨力除以仪表的满量程就是仪表

5、的分辨率。对于数字式仪表而言，一般将该表的最后一位所代表的数值除以该表的满量程，就可以得到该表的分辨率。灵敏度越高，分辨力与分辨率越高，但测量范围往往越窄，稳定性也越差。（4）线性度传感器的输入与输出应为线性关系。这样可使显示仪表的刻度均匀，在整个测量范围内有相同的灵敏度。线性度（也叫非线性误差）是指传感器输出与输入之间数量关系的线性程度。用实测的输入-输出特性曲线与拟合直线之间的最大偏差 与满量程输出 的百分比来表示，即 maxFSY%100maxFSfYE图1-4 线性度示意图 tE%YH=EFSmaxt100（5）迟滞迟滞是指传感器在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程期间，输入-

6、输出特性曲线的不一致程度，同常用表示（6）测量范围与量程测量范围是指正常工作条件下，传感器测量的总范围，以测量范围的下限值和上限值表示。如某温度传感器的测量范围是-100350。量程是测量范围上限值与下限值的代数差。如上述温度传感器的量程是450。（7）稳定性稳定性包括时间稳定度和环境影响量。一般以仪表的示值变化量与时间的长短之比来表示稳定度。例如，某仪表输出电压值在5h内的最大变化量为1.5mV，则表示为1.5 mV/5h。（8）可靠性可靠性是反映传感器和检测系统在规定的条件下和时间内，是否耐用的一种综合性的质量指标。（9）电磁兼容性（EMC）EMC是指电子设备在规定的电磁干扰环境中能正常工

7、作，而且也不干扰其他设备的能力。 1.2.2 气敏电阻传感器 1. 电阻式传感器 电阻式传感器能将被测非电量（如位移、应变、浓度、温度、湿度等）的变化转换成导电材料的电阻变化。导电材料的电阻不仅与材料的类型、几何尺寸有关，还与温度、湿度和变形等因素有关，电阻式传感器就是利用导电材料的电阻对非电物理量具有较强的敏感性而制成的。 常见的电阻式传感器有应变式电阻传感器、热敏电阻传感器、气敏电阻传感器、光敏电阻传感器、湿敏电阻传感器等。 2. 气敏电阻传感器 气敏传感器常用于化工生产中气体成分的检测与控制、煤矿瓦斯浓度检测与报警、环境污染监测、煤气泄漏、火灾报警、燃烧检测与控制等。气敏电阻传感器能将检

8、测到的气体成分和浓度转换为电信号。 （1）分类 气敏传感器主要有半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中最常用的是半导体气敏传感器。气敏传感器主要用于检测一氧化碳气体、瓦斯气体、煤气、氟利昂（R11、R12）、呼气中乙醇、人体口腔口臭等。a. MQ-K2型可燃气、烟雾传感器 b. MQ-K3型酒精传感器c. MQ-K7型一氧化碳气体传感器 d. MQ-K10型抗干扰甲烷传感器图1-6 各种气敏传感器 （2）结构与原理 MQ型气敏半导体器件是由塑料底座、电极引线、不锈钢网罩、气敏烧结体以及包裹在烧结体中的两组铂丝组成。一组铂丝为工作电极，另一组（下图中的左边铂丝）为加热电

9、极兼工作电极。 气敏电阻工作时必须加热到200300，其目的是加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏电阻表面的污物（起清洁作用）。 a) 气敏烧结体 b) 气敏电阻外形 c) 基本测量电路图1-7 MQ型气敏电阻结构及测量电路1-引脚；2-塑料底座；3-烧结体；4-不锈钢网罩；5-加热电极；6-工作电极；7-加热电源；8-测量电源、-加热电极两端；、-工作电极两端 （3）灵敏度 气敏电阻在被测气体浓度较低时有较大的电阻变化，而当被测气体浓度较大时，其电阻率的变化逐渐趋缓，有较大的非线性，如图1-8所示。这种特性较适用于气体的微量检漏、浓度检测或超限报警，被广泛用于煤炭、石油、化工、家居等

10、各种领域。图1-8 气敏传感器灵敏度 3. 应用实例一氧化碳传感器 甲烷传感器 有毒气体报警仪 酒精检测仪 煤气报警器使用传感器检测尾气 任务3 项目实施1.3.1框图 酒精检测仪框图如图1-17所示。酒精检测仪由酒精气体传感器、信号处理电路、执行机构和LED显示器等部分组成。酒精气体传感器使用MQ-3还原性气体传感器，分压电路将电阻的变化量转换成电压的变化量。集成芯片LM3914作为执行机构来驱动LED。LED显示器由10个发光二极管构成，酒精浓度越大，点亮的二极管越多。 1.3.2 酒精传感器MQ-3 1. 酒精传感器MQ-3 酒精传感器MQ-3外形如图1-18所示。酒精传感器MQ-3所使

11、用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在酒精蒸气时，传感器的电导率随空气中酒精气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。 MQ-3半导体酒精传感器对酒精的灵敏度高，可以抵抗汽油、烟雾和水蒸气的干扰。这种传感器可检测多种浓度酒精气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。 2. 结构 MQ-3由微型Al2O3陶瓷管、SnO2敏感层、测量电极和加热器构成。敏感元件固定在塑料制成的腔体内，加热器为气体元件提供了必要的工作条件。封装好的酒精传感器MQ-3有6只引脚，如图1-19所示。其中4个引脚（A-A、B-B）用于

12、信号输出，2个引脚（f-f）用于提供加热电流。连接电路时，f-f连接加热电源5V。a. MQ-3引脚图 b. MQ-3连接电路图1-19 MQ-3引脚图与连接电路 1.3.3 电路原理图1. 电路原理图 酒精检测仪电路原理图如图1-18所示。电路采用5V电源供电。气敏传感器MQ-3检测酒精蒸气的浓度，通过电阻分压电路将酒精浓度由电阻量转化为电压量，再通过LM3914按照电压大小驱动相应的发光管。 2. 工作过程 若检测到酒精蒸气，MQ-3引脚A-B间电阻变小，MQ-3输出电压即LM3914的5脚电位增大。通过集成驱动器LM3914对信号进行比较放大，当LM3914输入电压信号高于5脚电位时，输

13、出低电平，对应LED灯点亮。LM3914根据第5脚电位高低来确定依次点亮LED的数量，酒精含量越高则点亮LED越多。调试时通过电位器RP调节测量的灵敏度。 1.3.4 酒精检测仪制作1设备及元器件设备及元器件要求如表1-2所示。2. 元器件识别与检测（1）根据元器件清单，清点组件；（2）识别集成电路LM3914和气敏传感器MQ-3引脚；（3）识别发光二极管引脚；（4）使用万用表对电阻器和电位器进行检测，并记录色环电阻的阻值； 3. 焊接组装（1）焊接前准备按照工艺要求对元器件引脚进行整形处理；对照原理图和电路板图，查找元器件在电路板上的位置。电路版图如图1-23所示。（2）焊接工艺要求电阻器、

14、电位器卧式贴板焊接；发光二极管立式贴板焊接；集成电路采用插座贴板焊接；酒精传感器MQ-3通过三根3cm的导线连接到电路板上；将二根6cm长单芯导线，两头剥约4mm挂锡，并连接到电路板的电源端；焊点光亮，不能虚焊、连焊、错焊、漏焊、铜箔脱落，同时还要注意用锡要适量。焊完之后，将引脚剪掉，焊板上保留焊点高度0.5-1mm。焊接时应注意LED极性连接正确。 4. 电路调试（1）调试准备电路焊接完成后，再次检查各元件焊接位置是否正确、有无虚焊和连焊等现象。将集成电路LM3914按标志方向插入集成电路插座。把稳压电源输出电压调整为5V，将印刷电路板上的电源线接至稳压电源正、负端。再次检查连接是否正确。接通+5V电源。气体传感器工作电压要达到5V以上，否则传感器不工作。（2）电路调试将蘸有酒精的棉球靠近酒精传感器MQ-3，电路板上的二极管依次点亮。将棉球远离酒精传感器MQ-3，二极管依次熄灭。将接入电路中的电位器阻值调小，将同样的棉球接近酒精传感器MQ-3，二极管依次点亮的速度变慢，远离时亦然。将接入电路中的电位器阻值调打，将同样的棉球接近酒精传感器MQ-3，二极管依次点亮的速度变快，远离时亦然。（3）电路测试将蘸有酒精的棉球放置到一定位置后，使用