传感器读书心得

专业读书课程

《传感器与检测技术》

课程名称：传感器与检测技术

院系：机电工程学院

班级： 2009 级电气工程及其自动化*名：**

学号： ********

指导教师：***

时间： 2012 年5月20日

分数：

一、读书内容

随着我国经济的高速发展，人民的生活水平迅速提高，越来越多的人有了自己的私家车，酒后驾车是导致交通事故的一个主要因素，资料显示,我国近几年发生的重大交通事故中,有将近三分之一是由酒后驾车引起的。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,为了防止机动车辆驾驶人员酒后驾车，现场实时对人体呼气中酒精含量的检测已日益受到重视，酒精浓度测试仪逐渐得到广泛应用。此外，酒精测试仪也可应用于食品加工、酿酒等需要监控空气中酒精浓度的场合。如今，气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向的发展，因此，酒精浓度检测仪具有十分广阔的现实市场和潜在的市场要求。

气敏传感器

气敏传感器是酒精检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲气敏传感器是一种将某种气体的体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气敏传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快速的测量。

目前普遍使用的气敏传感器有燃料电池型（电化学型）和半导体型两种。他们能够制造便携型呼气酒精浓度测试器，适合于现场使用。与半导体传感器相比，燃料电池酒精传感器具有稳定性好、精度高、抗干扰性好等优点。由于燃料电池酒精传感器的结构要求很精密，制造难度大，目前世界上只有美国、德国、英国等少数几个国家能够生产。

本测试器采用MQK2酒精浓度传感器，检测人体呼出气体中酒精浓度并且输出电压信号。MQK2酒精浓度传感器主要由气敏元件和电阻丝组成， MQK2传感器外接+5V电压时，能将电阻丝加热到270℃～300℃。，电路将MQK2传感器的阻值变化转化成输出电压的变化，从而可以通过A/D转换成数字量供单片机处理。

根据分析，乙醇浓度增加时元件电阻R减小反之异亦反，所以呼出气体中的气态乙醇逐渐扩散后元件电阻R敏感的变化

二、设计原理与方案

它将酒精浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统

单片机酒精浓度测试仪用MQK2酒精传感器采集气体信号，并通过数模

转换器将模拟信号转换成数字信号送至单片机，单片机对数字信号进行分析

处理，并将所得的结果显示出来，可以通过键盘设置不同环境下酒精浓度的

不同阀值，如果所检测出的酒精浓度超过了所设定的阀值，那么单片机就能

控制蜂鸣器发出声音报警。键盘采用3个独立键盘进行数据输入设定；显示

部分用5个数码管显示当前数据，数码管分别用2个74HC573锁存器控制段

选和位选。温度采集采用DS18B20,与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出

被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数

方式，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单

线接口)读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的

DS18B20供电，而无需额外电源。经过软件处理送至数码管显示当前环境温

度。

系统方框图

通过测量MQK2输出信号同酒精浓度为近似的线性关系，如图1所示。

图1 酒精浓度同输出电压的近似关系 P2.0- P2.5

P2.2

单

片

P0 机

P2.4 P1

键盘模块 酒精传感器 DS18B20 蜂鸣器报警 显示模块

A/D 模块

传感器信号采集电路

电路的前端部分MQK2传感器按照常规设计即可，如图2所示。MQK3外接+5V 电压将时，可将电阻丝加热至270℃～300℃.电路将MQK2的阻值变化转换成输出电压的变化,从而可以通过A/D转换成数字信号供单片机处理。

在酒精浓度为0时，其输出电压为3v。但由于其输出的电压范围超过了AT89S52的输入电压范围，所以在本设计中加入了一个调整电路来使其输出的电压能够满足AT89S52的输入要求。其调整电路的原理图如图3。采用LM336～2．5

图2 MKQ2酒精传感器电路

作为一个2．5 V的基准电压，采用差动输入使得Vout=V酒精-2.5V从而使得传感器信号的输出符合AT89S52的范围。

MQK2酒精传感器输出电压与酒精浓度近似为线性关系，由图1可得酒精浓度与输出电压函数近似为 V=2.78*C+3，C表示酒精浓度,单位为mg/L。

本设计中加入了一个调整电路来使其输出的电压能够满足单片机的输入要求，其输入与输出关系为VOUT=Vin-2.5V。因此输入模拟电压与呼出气体中的酒精浓度的函数关系为V=2.78*C+0.5。当开始检测时，采样传感器的输出信号,并准备A/ D 转换。每隔50 ms 采集一个电压值,共采集10 个,取其中最大的3 个结果,并计算其平均数。由于传感器信号处理电路中酒精浓度值和输出电压值之间有线性关系,确定电压值和酒精浓度的对应关系,最后输出酒精浓度值大量的统计研究结果表明，如果被测者深吸气后以中等力度呼气达三秒钟上，这时呼出的气就是从肺部深处出来的气体。呼气中的酒精含量与血液中的酒精含量有如下关系：BAC(in mg／L)=BrAC(in mg／L)x 2200

其中，BAC代表血液酒精浓度，BrAC表示呼气酒精浓度，in mg／L表示以每升中多少毫克为单位。也就是说，以毫克／升为单位的血液酒精浓度在数值上相当于

以毫克／升为单位的呼气酒精浓度乘上系数2200(由于各国的情况不同，在美国此系数采用2000，而欧洲很多国家采用2100)。由于BrAC受到环境温度、湿度以及被测试者个体差异等多方面影响，其测试结果不如直接检测BAC准确，但是该结果仍可作为判断饮酒程度的重要参考。我国对酒后驾驶的判定界限为10～30 g/100 L (血液中的酒精浓度)。

三、实现功能与结论

酒精浓度检测仪是通过气检测人体呼出气体中酒精浓度并且输出电压信号。气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处。M酒精传感器是气敏传感器，其具有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。传感器的标准回路有两部分组成：其一为加热回路；其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻的变化。传感器表面电阻RS 的变化，是通过与

其串联的负载电阻R

L 上的有效电压信号V

RL

出面获得的。二者之间的关系表述

为：RS/R

L =(V

C

－V

RL

)/V

RL

，其中V

C

为回路电压，10V。负载电阻R

L

可调为0.5～200K，

加热电压Uh 为5V。上述这些参数使得传感器输出电压为0～5V。

通过阅读相关书籍资料，使我对酒精检测仪有了一定的了解，加深了课堂对气敏传感器的学习理解，对课堂知识的巩固，通过自己的阅读和所学知识的结合，对气敏传感器理解不难，可以通过对老师讲的知识和和自己拓展所学知识结合起来，看它们各自的区别，使自己学会了独立思考的能力，也加深了对所学知识的巩固。也让我认识到课堂外还有很多相关知识需要我们去拓展阅读，加深了解。课堂上的知识是远远不够的。在以后的学习中，要多去阅读与专业课相关的书籍，才能学好每一门课程，更能提高自己的学习能力。

四、参考文献

[1]郁有文，常健.传感器原理及工程应用.西安：西安电子科技大学出版社2003

[2]康昌鹤，等.气温敏感器件及其应用.北京：科学出版社，1987

[3]张福学.现代实用传感器电路.北京：中国计量出版社，1997

[4]徐怒宏.传感器原理及其设计基础.北京：机械工业出版社，1989

[5]吴东鑫.新型实用传感器应用指南，北京：电子工业出版社，1998

[6]单成详.传感器理论与设计基础及其应用.北京：国防工业出版社，1999