酒精浓度检测报警器课程设计 正文

目录

1、引言 (4)

2、系统器件选择及原理 (4)

2.1、设计要求 (4)

2.2、气体检测电路 (5)

2.2.1、气体元件的原理 (6)

2.2.2、气敏元件的参数 (7)

2.3、集成芯片功率开关 (7)

2.4、声音报警部分 (7)

2.5、系统整体框架 (8)

3、系统硬件设计 (8)

3.1、电源部分 (8)

3.2、酒精检测电路 (13)

3.3、语音、发光二极管报警电路 (13)

3.4、自动控制部分 (14)

4、整体电路设计 (14)

4.1、电路的组成 (14)

4.2、电路图 (14)

个人总结 (15)

参考文献 (18)

附录 (1)

1引言

随着人类生活水平的不断提高，汽车已经成为现代社会越来越普遍的交通工具，我国汽车数量急剧增加，因此也导致交通事故不断发生，而其中因酒后驾车导致发生事故的占很大一部分。为了减少此类事故的发生，及时提醒司机不要酒后驾车，必要时强制汽车熄火，需对汽车内空气进行实时检测，以便有效防止酒后驾车，减少交通事故的发生。

2系统框架

2.1、设计要求

在本次设计中，要求所设计的简易酒精浓度检测报警器在检测到酒精浓度超过允许值后能自动声音报警提示死机停车，而且还能够强制汽车发动机熄火。

2.2、气体检测电路

2.2.1、气敏元件的原理

检测模块是报警器的心脏，只有准确可靠的检气体才能让检测器准确正常的工作，选择一个合适的气敏元件非常重要。

QM系列气敏传感器是以复合金属氧化物为主体材料的N型半导体气敏元气件，当元件接触乙醇蒸汽时，其电导率随气体浓度的增加而迅速升高。

当气体吸附到半导体气敏元件表面时，元件的电阻发生变化。

即气敏元件被加热到稳定状态后，被检测的气体接触元件的表面而被吸附，吸附分子在元件的表面上自由扩散（物理吸附），失去其运动能量。一部分气体分子被蒸发；另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处（化学吸附）。

如果N 型半导体的功函数大于气体吸附分子的离解能，气体的吸附分子将向半导体释放出电子，而成为正离子吸附（带正电荷）。供给半导体的电子将束缚半导体本身的自由电荷中的少数电荷——空穴。因此，在导带上参与导电的自由电子的复合减少，从而表现出自由电子数增加，半导体元件的阻值减少。

具有这种正离子吸附的气体称为还原性气体，如H2、CO 、碳氢化合物和酒类等。

如果半导体的功函数小于气体吸附分子的亲和力，则吸附分子将从半导体夺取电子而成为负离子吸附。

具有负离子吸附的气体称为氧化性气体，如O2、NOX 等。负离子吸附的气体因为夺取了半导体的电子，而将空穴交给半导体，使导带的自由电子数目减少，因此元件的电阻值增大。

其工作原理流程如图可知：

气敏 元件 被检测气

体 产生 吸附 半导体功函数大于 吸附分子离解能 半导体功函数小于 吸附分子亲

和力 半导体 自由电子 半导体 自由电子 电阻 电阻 （正离子吸附） （负离子吸附）

图工作原理流程解释图

该图示出了气体接触到N型半导体时所引起的元件阻值变化情况；由于空气中的氧分压大体上是恒定的，因此氧的吸附量也是恒定的。当处于空气中的元件的阻值保持不变时，如果被测气体流入这种气氛中，元件表面将产生吸附作用，元件的阻值将随气体的性质与浓度而变化，通过测量电路（如电桥电路）就可测出其浓度。

对P型半导体气敏元件，情况则相反，氧化性气体使其电阻减少，还原性气体使其电阻增大。

在系统中，数据处理部分是系统程序正常运作的主要环节。数据处理中有浓度函数，此函数的准确性关系到下面四个模块的准确性。由于这次设计中我们采用的是传感器厂家自带的浓度函数曲线进行浓度调试，由于气敏传感器的实际浓度曲线为非线性如图，因此设计中我们可以采用线性插值法和二次曲线插值法进行函数的编写。

图浓度曲线

我们可以把该曲线按一定要求分成若干段,在此设分成n段,然后把相邻两段点之间的曲线用直线近似,这样可以利用线性方法求出输入电压值x所对应的浓度值,这就是线性插值法。设输入值在（xi, xi+1）之间,则其对应的浓度值y可由下式求得：

简化后得：式中：为第段(1)

直线的斜率

若传感器的输入和输出之间的特性曲线的斜率变化很大,采用线性插值法,误差就很大,这时可采用二次曲线插值法,即通过曲线上3个点A（x0、y0）,B(x1、y1),C(x2、y2) 做一抛物线,用此曲线代替原来的曲线,如图5所示。曲线方程为一元二次方程,一般形式为：

y=K0+K1x+K2x2

式中 K0,K1,K2为待定系数,可用曲线y=f(x)的3个点A,B,C的二元一次方程组求解,这就需要解联立方程组,计算较复杂,列出的程序也较复杂,因此可以用另外一种型式：

（1）

式中根据Ａ、B、C三点很容易求出。

当时，代入（1）式可得又根据式

时

可知：

把和代入式（1）得：

（2）

把，代入（2）式得：

由此可见,利用3个已知点A,B,C的数值求出系数m0,m1,m2后,存放在相应的内存单元,然后根据某点的x值代入式（1）即可求出被测值y。

虽然二次曲线插值法的精度高，但其数学模型和算法较复杂，在程序中较复杂。因此在本系统中我们采用的是线性插值法，因为线性插值法中可知,只要n取得足够大就可获得良好的精度，而且程序较简单。本设计使用一种性能稳定、抗干扰能力强的酒精传感器QM-NJ9 。

2.2.2、气敏元件的参数

QM-NJ9的特点：专用于酒精等有机液体蒸气的检测，对汽油蒸气有抗干扰能力，而且灵敏度高，响应速度好，寿命长，工作稳定可靠。

其主要参数为:

加热电压V AC或DC 5+0.2V或5-0.2V