酒精测试仪电路设计报告

苏州科技学院天平学院

传感器原理及工程应用报告

课题名称酒精测试仪电路设计

姓名

学号

学院机电工程系

专业电子信息工程专业

指导教师

2013年 11 月26日

酒精测试仪电路设计

最近的几年以来，我们国家的经济飞速的发展着，家家户户基本上都有了自己的车。但是随着马路上行驶的车辆的增多，汽车的行驶安全引起了我们大家的关注。尤其是酒后驾车。酒后驾车引起的交通事故是由于司机的过量饮酒造成人体内酒精浓度过高，麻痹神经，造成大脑反应迟缓，肢体不受控制等症状。少量饮酒并不会有上述症状，即人体内酒精浓度比较低时，而人体内酒精超过某一个值时就会引起危险。为此，酒精测试仪就被用来检测驾驶员体内的酒精含量，来确保驾驶安全。此外，空气酒精浓度监测仪还能监测某一特定环境的酒精浓度如酒精生产车间可避免发生起火、爆炸及工业场地酒精中毒等恶性事故，确保环境安全。

本课题研究的是一种以气敏传感器为主，监测空气酒精浓度，并具有LCD显示功能的空气酒精浓度监测仪。其可监测出空气环境中酒精浓度值，并根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值进行光报警．来提示危害。

一、思路：

酒精测试仪要能够应用，就一定要有四个部分。第一部分是信号取样电路。通过信号取样电路，我们才能够把酒精浓度这个信号收取进来。第二部分是信号处理电路。取进来的信号是一个模拟量，且信号很弱还有干扰，所以我们需要对信号进行模数转换，以及滤波和放大。第三部分是控制及电路处理部分。有了信号后，必须经过控制电路控制何时输出多少电压，来使得后面的灯可以亮灭。第四部分就是驱动显示电路了。就是灯，以及灯的驱动控制。只有

正确的控制灯的亮灭，才能够知道酒精浓度是否超标，以此才能使酒精测试仪真正的发挥作用。

图（1）：总体方案图

二、原理：

本课题选用的是MQ3型气敏传感器。其有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。MQ3型气敏传感器由微型Al2O3，陶瓷管和SnO2敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。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值的变化。为了使测量的精度达到最高，误差最小，需要找到合适的温度，一般在测量前需将传感器预热5分钟。

半导体气敏传感器是利用待测气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化来检测气体的种类和浓度的。当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子首先在表面自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处时，如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器件释放电子，而形成正离子吸附。如H2、CO、碳氢化合物等，被称为还原型气体。当还原型气体吸附到N型半导体上时，载流子增多，使半导体电阻值下降。根据模块电路的设计，当吹进一定量的含有酒精的气体时，测试电压从电路中输

出。另外一个模块电路是回路电压产生，同样我们利用运放将标准的5V电压进行放大得到10V的回路电压并进过滤波除噪，电路中的稳压管保证输出回路电压能稳定在10V左右。

通过滤波放大电路，比较器等电路，使小灯可以在不同的酒精浓度下被点亮。

三、电路：

图（2）电路总图：

四、分析：

图（3）信号采集电路：

图（4）信号处理电路：

图（5）控制及电路处理电路：

图（6）驱动显示电路：

酒精通过气敏传感器组成的信号取样电路输入；通过滤波放大电路，把输入的模拟量转化为电平信号，输出给比较器；比较器通过分压器产生的各个分压信息，来控制LED灯的亮。还有一个复位电路，使小灯灭。这些都通过小灯来显示。

滤波电路设计成带反馈的有源低通滤波器，电压增益为2。通过滤波器后，信号被放大。输入为5V，输出变成10V。10V的电压传给比较器。三个比较器的负向输入端相并联，都接到输入信号上；正向输入端通过并联电阻，接到输出电源上。并联的电阻都选择了1KΩ，所以，当每级分压器上的电压均为

1/3U0，逐级比较电平分别为1/3 U

0,2/3 U

, U

。当输入模拟信号小于1/3 U

时，3级比较器均输出高电平；当输入信号高于1/3 U

时，则第一比较器输出

低电平；超过2/3 U

0时，第二比较器输出低电平；当信号超过U

时，第三级比

较器输出低电平。在这3个输出端接上发光二极管LED，即可线性地显示输入模拟信号的大小。

总结

虽然还没有焊电路板，做成实物，也不知道自己设计的电路到底能不能成功的制作成酒精测试仪，但是我对于自己在查找相关资料，整理，到设计出这个电路的过程中收获到的东西感到非常满意。我非常感谢诸老师在这么课上对我们的良苦用心。我觉得，我本来学到的都是一些空空泛泛的东西，但是经过这次的电路设计，我学会了运用以前学到的一些知识。比如说，滤波器啊，电压放大器啊，比较器之类的这些知识。我在这次实践中，把这些知识都联系了起来，并且很好的运用了起来。虽然，初次设计，质量有待考证，但是我收获了的东西，远远高于这个设计。