酒精测试仪

酒精测试电路的设计与制作

一、实习目的

1．掌握气敏传感器的结构原理，掌握MQ-3气敏传感器的性能特点和使用场合；

2．掌握酒精测试电路的原理、各部分电路的工作状态；

3．掌握元器件的检测，按照电路图进行合理布线和焊接；

4．掌握酒精测试电路装配，正确使用仪器设备进行检测和调试。

二、实习内容

1．电路原理

用酒精气体敏感元件作为探头，由一块集成电路对信号进行放大，并驱动一排发光二极管按信号电压高低依次显示。

该电路可用+5v电源供电，并经三端稳压器W7805稳压，输出稳定的5V电压作为气敏传感器MQ3和集成电路LM3914的共同电源，同时，也作为10个共阳极发光二极管的电源。

气敏传感器的输出信号送至LM3914的输入端5脚，通过比较放大，驱动发光二极管依次发光。10个发光二极管按LM3914的引脚（10~18、1）次序排成一条，对输入电压作线性10级显示。输入灵敏度可以通过电位器RP调节，即对“地”电阻调小时灵敏度下降；反之，灵敏度增加。LM3914的6和7脚互为短接，且串联电阻R1接地。改变R1阻值可以调整发光二极管的显示亮度，当阻值增加时亮度减弱，反之更亮。LM3914的 2、4、8脚均接地，3、9脚接正电源5V。在W7805输入与输出端的电容C1、C2防止杂波干扰，使W7805输出的直流电压保持平稳。

发光二极管集成驱动器LM3914内部的缓冲放大器最大限度地提高了该集成电路的输入电阻，5脚电压输入信号进过缓冲器同时送到10个电压比较器的反相输入端。10个电压比较器的同相输入端分别接到10个等值电阻串联回路的10个分压端。因为与串联回路详解的内部参考电压为 1.2V，所谓相邻分压端之前的电压差为0.12V。为了驱动LED1发光，集成电路LM3914的1脚输出应为低电平，因此要求电压比较器反相端的输入电压大于0.12V。同理，要使LED2发光，方向段输入电压应大于等于0.24V；要使LED10发光，反相输入电压应大于等于1.2V。

LM3914的9脚为点、条方式选择端，当9脚与11脚相接时为点状显示；当9脚与3脚相接则为条状显示。

电路原理图见后。

2．元器件介绍

（1）MQ-3气敏传感器

品牌:MQ 型号:MQ-3 种类:气敏材料:混合物材料物理性质:磁性材料材料晶体结构:单晶制作工艺:集成输出信号:模拟型防护等级:标准线性度:标准（%F.S.）迟滞:标准（%F.S.）重复性:标准（%F.S.）灵敏度:标准漂移:标准分辨率:标准。

特点 :

* 对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择性

* 快速的响应恢复特性

* 长期的寿命和可靠的稳定性

* 简单的驱动回路

应用 :用于机动车驾驶人员及其他严禁酒后作业人员的现场检测；也用于其他场所乙醇蒸汽的检测。

探测范围：10～ 1000ppm酒精

特征气体：125ppm酒精

灵敏度：R in air/Rin typical gas≥5

敏感体电阻：1～ 20KΩ in air空气中

响应时间：≤10s（70% Response）

恢复时间：≤30s（70% Response）

加热电阻：31Ω±3Ω

加热电流：≤180mA

加热电压：5.0V±0.2V

加热功率：≤900mW

测量电压：≤24V

工作条件环境温度：-20℃～+55℃

湿度：≤95%RH

环境含氧量：21%

贮存条件温度: -20℃～+70℃

湿度:≤70%RH

（2）LM3914芯片

lm3914是双列18脚封装;电源电压>=3～20V;输出电流可调=2～30mA;基准电压可调=1.2～12V;分压器电阻=10kΩ;静态电流=6mA;分压器精度=0.5%,放大增益=3～8dB。参考电压源输出约1.2V，即在7脚和8脚之间维持一个1.2V的基准电压Vref，该基准可以直接给内部分压器使用，这样当Vin（5脚）输入一个0～1.2V电压时，LM3914内部含有10个相同的电压比较器可以点亮0～10个发光二极管。

（3）LM7805

7805 系列为 3 端正稳压电路,TO-220 封装，能提供多

种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保

护电路。带散热片时，输出电流可达 1A。虽然是固定稳压电

路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。

1―输入，INPUT

2―地，GND

3―输出，OUTPUT

TO-220

█主要特点

输出电流可达 1A

输出电压有：5V

过热保护

短路保护

输出晶体管 SOA 保护

（4）发光二极管

发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R可用下式计算：R=（E－UF）/IF 式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流。

特点：电压LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80% 适用性：体积很小，每个单元LED小片是3-5mm 的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。稳定性：10万小时，光衰为初始的50% 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。对环境污染：无有害金属汞。颜色：发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和禁带宽度，实现红黄绿蓝橙多色发光。红光管工作电压较小，颜色不同的红、橙、黄、绿、蓝的发光二极管的工作电压依次升高。价格：LED的价格现在越来越平民化，因LED省电的特性，也许不久的将来，人们都会的把白炽灯换成LED灯。现在，我国部分城市公路、学校、厂区等场所已换装万LED路灯、节能灯等。

3．电路制作与调试

（1）电路的制作：介绍制作过程，该过程中要注意的问题：

制作过程：检测元器件→电路板上排版→元器件定位焊接→根据原理图进行线路连接焊接→检查线路是否正确→调试电路→正常输出

该注意的问题有：在检测元器件时发现损坏的要及时拿出跟换，在排版时尽量避免跳线合理布局。在焊接元器件的时候避免接错线、虚焊、漏焊和短路焊接等常见问题。在调试路时注意不能把芯片插反按照要求调试出输出。

（2）电路的调试：介绍调试过程，该过程中出现的问题以及如何解决

介绍调试过程：接通电源→用一个5v电源代替传感器电源测试电路是否正常→上酒精传感器→放到酒精上方观察二极管发亮情况直至全部灯发亮。该过程中出现的问题。有个别的 1. 有个别的二极管不亮。解决方法，看是否有虚焊或检测二极管是否烧坏

2.全部都不亮。解决方法，检测芯片是否烧坏，如果有损坏立即跟换，电路是否正常。

3.在5v测试时正常但接通酒精传感器后却不亮。检测酒精传感器是否正常，检测酒精浓度是否足够。按照传感器的使用要求，先通电将传感器预热。然后使用乙醇液体作为酒精气体的散发源，先使用50%的乙醇水溶液，再根据具体情况调节乙醇含量，最终得到200ppm的酒精调试系统。