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XXXX 大學自動化專業(yè) 2010 級 傳感器原理及應用課程 設計說明書 設計題目：酒精濃度自動檢測、顯示、 報警、控制系統(tǒng)設計 學 姓 號： 名： XXXXXX XXXXX 至 完成時間： 總評成績： 指導教師簽章： 設計題目：酒精濃度自動檢測、顯示、報警、控制系統(tǒng)設計 一、 題目的認識理解 1、課題背景 生命安全問題一直是人類高度關注的問題。 對人類生命安全造成威脅的因素 也有很多，其中，酒后駕車就是一個非常重要的威脅因素。酒后駕車造成交通事 故不計其數(shù)，帶來巨大危害。據(jù)統(tǒng)計，全國發(fā)生的交通事故中，50%~60%是由酒 后駕車引發(fā)的，酒后駕車引發(fā)的，酒后駕車發(fā)生事故的幾率高達 27%，隨著攝入 酒精量的增加， 選擇反應錯誤率明顯增加，當血液中酒精含量由 0.5‰增至 1‰, 發(fā)生車禍的可能性便增加 5 倍，如果增至 1.5‰，可能性再增加 6 倍，酒后駕車 造成的交通事故對國家、他人、自己產(chǎn)生了難以估計的后果。酒后駕車問題如何 解決，每個國家都在努力尋找辦法。 目前， 幾乎所有的國家都采用呼氣酒精測試儀對駕駛人員進行檢測，以確定 被測量駕駛員時血液中酒精含量是否超標。目前，市場上警用酒精測試儀種類繁 多、功能強大、靈敏度高酒精報警器，但是由于它沒有安裝在汽車內部，只能由交警人員來 實施，因此并不能從根本上杜絕酒后駕車，酒后駕車事件仍時有發(fā)生。

為了能防患于未然， 將交通事故扼殺在萌芽狀態(tài)。同時給交通管理部門減輕 工作壓， 提供科學的管理手段， 本設計提出了一種車載酒精探測及安全控制系統(tǒng)， 該系統(tǒng)安裝在汽車上，不用交警測試，系統(tǒng)就可以自動判斷司機是否酒后駕駛， 從而控制車輛的點火系統(tǒng)， 即確保了司機的安全， 又能減少交警等人員的工作量。 2、題目理解 本次題目要求實現(xiàn)酒精濃度自動檢測、顯示、報警、控制系統(tǒng)設計，要求能 夠檢測，因此需要有個氣敏傳感器；顯示部分，可以用發(fā)光二級管代替不同濃度 的酒精測試顯示結果，不同濃度之間顯示不同，因此需要用到比較器，可以進行 區(qū)別濃度差異；當酒精濃度偏高時，要求能夠報警，可以用蜂鳴器進行報警；最 后結合實際，此設計可做為車輛酒精探測控制儀，檢測駕駛員的醉酒程度，從而 達到報警以及控制車輛點火系統(tǒng)的目的。 二、 設計任務要求： 1、采集實驗數(shù)據(jù)酒精報警器環(huán)氧乙烷檢測儀，了解酒精濃度與氣敏計的關系； 2、查閱資料介紹本課題的背景及意義。 ； 3、對駕駛室酒精濃度檢測及安全控制系統(tǒng)的主要元器件進行比較選擇； 4、在主要元器件確定的基礎上進行硬件和軟件設計。 5、通過仿真模擬實現(xiàn)系統(tǒng)的功能： 1）能根據(jù)駕駛員呼出氣體檢測出駕駛員血液中酒精濃度并用指示燈 示； 2）當駕駛員呼出氣體的酒精濃度未超標時，綠色指示燈點亮，繼電器觸 點閉合，汽車可正常啟動； 3） 當駕駛員呼出氣體的酒精濃度超標但不足以影響行車安全時，黃色指 示燈點亮，汽車可以正常啟動； 4）酒精濃度嚴重超標，影響到行車安全時，繼電器觸點不結合，點火裝 置電源電路斷開，汽車無法啟動。

6、對本設計進行總結分析。 三、 設計所需基礎知識及工具 1、基礎知識 1）電路理論中電阻電路的分析、模擬電子線路中二極管、三極管特性，運 算放大器、比較器、功率放大器等知識； 2）數(shù)字電子線路中數(shù)字信號、門電路特性，模擬開關等知識； 3）傳感器技術中的氣敏原理及應用；測控電路等知識。 2、設計工具 1）電子電路 EDA 仿真軟件：Multisim10 2）電子線路設計軟件：Protel99SE。 四、 方案設計及其論證 1、 酒精濃度檢測儀總設計方案 設計時，考慮酒精濃度是由傳感器把非電量轉換為電量，傳感器輸出的 是 0-5 伏的電壓且電壓值穩(wěn)定，外部干擾小等。因此酒精報警器，可以直接把傳感器輸 出電壓值經(jīng)過比較放大直接帶動指示燈，此外，還需接入報警系統(tǒng)、點火裝 置電源控制電路等。其總體框圖如下圖所示。 2、 傳感器選型 2.1、本電路設計主要用到氣敏傳感器MQ-303A： 1）特色 2）應用 高靈敏度、低能耗、小巧的外型。 MQ-303A是一種二氧化錫半導體型酒精氣體傳感器，對酒精具有 高的靈敏度和快速的響應性，適于便攜式酒精探測器和汽車燃火系統(tǒng)等等。 3）結構 半導體氣體敏感部分是一個微型珠狀小球，內嵌加熱絲和金屬電 極， 敏感元件安裝在有防爆功能的雙層 100 目不銹鋼網(wǎng)的金屬殼內 （如上圖 1 C） 。

4）工作條件 圖 2 是這種元件的測試電路。通過固定或可調外接負載電阻 上電壓的變化獲得元件電阻的變化。為了使元件發(fā)揮其好的功能和特定的性能， 加熱電壓、 回路電壓和負載電阻須限制在下頁圖表所示的標準工作條件內。傳感 器通電后通常需要數(shù)分鐘的預熱方可進入穩(wěn)定工作狀態(tài)， 也可在正常檢測前給傳 感器施加 5~10 秒鐘 2.2±0.2V 的高電壓，使傳感器盡快穩(wěn)定并進入工作狀態(tài)。 5)靈敏度特性 圖 3 是 MQ-303A 的靈敏度特性曲線圖。 靈敏度特性圖反映了 元件電阻和氣體濃度之間的關系。元件的電阻與氣體的濃度呈對數(shù)關系，隨氣體 濃度的增加而減小。 2.2、點火系統(tǒng)和報警系統(tǒng)采用的是LM339比較器： LM339 集成塊內部裝有四個獨立的電壓 比較器,該電壓比較器的特點: 1)、失調電壓小,典型值為 2mV; 2)、同向輸入端與反向輸入端電壓相差 10mV 就可以實現(xiàn)比較； 3)、電源電壓范圍寬, 單電源為 2-36V, 雙電源電壓為±1V-±18V; 4)、對比較信號源的內阻限制寬; 5)、共模范圍很大,為 0~(Ucc-1.5V)Vo; 6） 、差動輸入電壓范圍較大。

LM339 引腳圖 五、電路設計及分析 1、顯示電路設計 任務要求是十檔顯示電路酒精報警器，所以采用比較器和發(fā)光二極管即可實現(xiàn)顯示 電路的要求。然后采用是個電阻進行等比分壓，這樣十檔顯示電路可均分到 0.5V 電壓，經(jīng)過調節(jié)，十個分壓電阻采用 1KΩ 的阻值即能實現(xiàn)分壓功能。發(fā) 光二極管陽極連接比較器輸出端（比較器所給的是反向比較電壓） ，根據(jù)氣敏 計的工作原理，在

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