汽车酒精检测系统

汽车酒精探测系统
分三个模块：
基于传感器的酒精探测系统：
一：当驾驶员喝酒，酒精浓度达到国家禁止的标准。
传感器探测到酒精浓度和已经写好程序（基于数字比较的单片机程
序）的传感器进行对比。大于汽车行车标准就不会启动。
1． 如何检测？
在汽车中装五个探测点，利用传感器探测

工作原理：
传感器：

E题 酒精探测仪
二、原理及所需器件
1．工作原理

本探测仪采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比较放大，并
驱动一排发光二极管按信号电压高低依次显示。对刚饮过酒的人，只要向探头吹一口气，探
测仪就能显示出酒精气体的浓度高低。若把探头靠近酒瓶口，它也能轻而易举地识别出瓶内
盛的是白酒还是黄酒，能相对地区分出酒精含量的高低。酒精探测仪的电路原理如图1所示。
该电路采用干电池供电，并经三端固定输出集成稳压器IC1稳压，输出稳定的5 V电压
作为气敏传感器MQ—3和集成电路IC2的共同电源，同时也作为10个共阳极发光二极管的
电源。因此，外部电路就相当简单。
气敏传感器的输出信号送至IC2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IC2的引脚按(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。IC2的6脚与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。IC2的2脚、4脚、8脚均接地。3脚、
9脚接电源+5 V(集成稳压器ICl的输出端)。分别并联在ICl输入与输出端的电容C1、C2防
止杂波干扰，使IC1输出的直流电压保持平稳。

图1 酒精探测仪电路
发光二极管集成驱动器LM3914结构如图2所示。其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)，电压输入信号经过缓冲器(增益为零)同时送到10个电压
比较器的异相(一)输入端。10个电压比较器的同相(+)输人端分别接到10个等值电阻(1 kΩ)
串联回路的10个分压端。因为与串联回路相接的内部参考电压为1.2 V，所以相邻分压端之
间的电压差为1.2 V÷10＝0.12 V。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异相(一)端的输入电压≥0.12 V。同理，要使LED2发光，异
相端输入电压应≥0.12 V×2＝0.24 V；要使LEDl0发光，异相端输入电压应≥0.12 V×l0＝
1.2 V。
IC2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。在图1所示电路中是采用条状显示方式。

图2 发光二极管集成驱动器LM3914框图
2．元器件选择
选用的元件见表1所示。

表1 电子警犬元器件表
序号 名称 型号 数量
1 酒精气敏传感器
2 集成稳压器 W78M05或W7805 1
3 发光二极管集成驱动器 LM3914 1
4 红色发光二极管 φ5 mm或φ3 mm 10
5 碳膜电阻或金属膜电阻 2.4k，土5％，1／8W 1
15k，土5％，1／8W
1
6 电位器 WS2-0.25W 1
7 电解电容器 100F，16V 1
10F，16V
1
8 按钮开关 1
9 DC插座 外径φ5.5 mm、内径φ2mm 1
10 实验电路板 ICB-88 1
11 电池及电池盒 搭扣型电池5号6节及搭扣 1
12 其他 尼龙被覆导线及金属线 1m

酒精气敏传感器采用*，它属于*系列气敏元件的一种。IC1采用三端固定输出集成稳压
器W78M05或W7805。它们的额定最大电流不同，但静态电流均为8 mA，外形如图3 (a)
所示。IC2用LM3914型发光二极管集成驱动器，其外形如图3 (b)所示。典型应用参考电路
如图4所示。

图3 2种集成电路的外形
LEDl～LED10用Φ3 mm或Φ5 mm的红色发光二极管，根据实际需要也可采用5个绿色、
5个红色显示方式。C1、C2用普通电解电容器，如CDll—16V。Rl用1/8w金属膜电阻。R
P

采用半锁紧型的小型有机实芯电位器，如WS-2-0.25 W。G用6节5号干电池串联，也可用

输出整流电压为9 V的桥式整流电源代替，但此时应将C1的容量增至450—1000μF为宜。
S用小型移拨式或按钮式开关，触点额定电流≥0.2 A。
图4 LM3914典型应用参考电路
三、元器件检测
在正式焊接电路前，先检测元器件的性能好坏是完全必要的。

(1) 对集成电路LM3914的检测。按图4中LM3914应用部分的接线方式。在实验接
插板(面包板)上用数字万用表对LM3914单独作检测。输入信号电压用直流3 V经10 krl电
位器分压连续可调取代。测定结果(取近似值)见表2。而且当电源电压在4--7 V范围内改变
时，LM3914的输入和输出关系以及总的工作电流均能保持一致，重复性好，否则就有问题。

表2 LM3914输入电压与显示关系
输入电压(V) ED显示(序号) IC2的总电流(mA)
＜0.13 无
4.2
0.13～0.24
1 12
0.27～0.37 1、2
19
0.40～0.50 1～3
26
0.52～0.62 1～4
34
0.63～0.74 1～5
41
0.75～0.88 1～6
49
0.89～1.00 1～7
56
1.01～1.12 1～8
64
1.13～1.24 1～9
71
≥1.27 1～10
77

(2) 对气敏传感器检测。采用如图5所示的简单电路可以检查气敏传感器的好坏。当电
源开关S断开时，传感器加热电流为零，实测A、B之间电阻>20 MΩ。S接通，则f、f之
间电流由开始时155 mA降至153 mA而稳定。加热开始几秒钟后A、B间电阻迅速下降至
1 MΩ以下，然后又逐渐上升至20 MΩ以上后并保持不变。此时若将内盛酒精棉花的小瓶瓶
口靠近传感器，我们立即可以看到数字万用表显示值马上由原来大于20 M(溢出显示为左端
“1”降至1～0.5 M以下。移开小瓶过15—40 s后，A、B间电阻又恢复至大于20 M。此
种反应可以重复试验，但要注意使空气恢复到洁净状态。

图5 用数字万用表检测气敏传感器
四、制作和应用
1．制作

探测仪印刷电路板如图6所示。电路板尺寸为70 mm× 50 mm。只要事先经过检查，

元器件性能均良好，焊接印刷电路板时操作正确，无虚焊、假焊、错焊，不烫坏元器件，那
么电路焊接完成后无需进行调整就可正常工作。气敏传感器MQ—3一般适宜在温度不超过
50℃、相对湿度低于95％的环境下使用。另外，氧气浓度也会影响探头的灵敏度。
图6 简易酒精探测仪印刷电路板
2．试验
试验探测仪时，应事先准备一只口径约φ40mm、高约70 mm的有盖小瓶，瓶内盛放一

小块浸过酒精的药棉，平时盖紧瓶盖不让酒精气体外逸。试验时调节Rp至最大值，然后打
开瓶盖，逐渐靠近已经预热的传感器探头，于是我们可以看到安装在探测仪上的10个发光
二极管LEDl～LED10将依次点亮。因为从瓶口附近直至瓶内存有不同浓度的酒精气体，越
接近药棉处，酒精气体浓度越高。调节电位器RP的阻值可以调整探测仪的灵敏度，RP阻值
较小时灵敏度较低，RP阻值较高时灵敏度较高。在业余条件下，可先将RP阻值调至较高使
用。若有条件，最好送标准检测部门校准并将RP锁住。
3．自制酒精气体样本
在业余条件下可以这样进行：取容量≥1000 mL的饮料空瓶5只，洗净后注满水，用量
筒测定每只瓶的实际容量并作记录，然后倒去水擦干瓶子内壁后将其一一编号备用。取含量
97％的乙醇(酒精)与空气按体积比为0.1／100、0.2／100、0.3／100、0.4／100、0.5／100，
在20℃的环境中分别与5只瓶中的空气充分混合(瓶口盖紧不漏气)，就成为酒精气体样本。
探测仪在无酒气环境中预热5～10 min后，LEDl～LEDl0应均不发光，否则需适当调节
RP。然后将探头伸入0.5％酒精气体中，调节RP使LED1一LED5发光，其余不发光，调好
后锁定RP。再将探头重新置于无酒气环境中时，LED应全部熄灭。而后将探头伸入0.2％酒
精气体中，只有LEDl和LED2发光，说明工作正常。
五、思考题
1，气敏传感器是如何工作的？主要对哪些气体敏感？
2，环境不同时传感器的使用会出现什么情况？
2．汽车控制系统：

当检测到酒精浓度超标。汽车会无法启动，
收到有传感器发出来的模拟信号，通过模数转换器，把模拟信号转换
成数字信号，并行的八位。（假设汽车启动时是给车一个高电平，那
么我们用低电平表示酒精超标，用一个乘法器，这样就会输出低电平。
使汽车无法启动。。。）。
从火线引出一根电源通过急停按扭（常闭的），再通过一个启动开关
（常开的按扭），然后通过接触器的线圈到零线，（如果线圈是380
的就到另一相）再把接触器上的一个常开的辅助触点，用两根导线把
它引出来分别并接在启动开关的两端，这个并接在启动开关的线叫自
保线简称保线。
原理是，电流通过急停按扭和启动开关到达线圈，使线圈得电同时接
触器吸合，这时所有的常开触点都变成闭合的了（记住这是重点），
同时电机工作了。手松开起动按扭后，电机仍然工作是因为电流通过
急停按扭后通过保线依然给线圈供电，而不是走启动开关这条路。你