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12物聯網 指導老師：酒精傳感器實驗報告 一、實驗名稱：酒精傳感器二、實驗目的： １、能夠讀懂電子產品原理圖，了解氣敏傳感器以及各電子元件的作用。 ２、能夠具備電子產品的焊接技能以及故障分析、判斷能力。 三、功能描述： 本設計介紹了一種酒精濃度檢測儀的設計方法，主要利用 MQ3 還原性氣體 傳感器作為酒精氣體傳感器，通過分壓電阻轉換為成比例的電壓，再利用線性顯 示驅動 LM3914 驅動不同顏色的發光二極管和蜂鳴器提示檢測得到的酒精濃度大 小。根據自動檢測系統的組成結構，該酒精濃度檢測儀包含酒精氣體傳感器，信 號處理電路和執行指示機構等部分。對于酒精氣體傳感器，只要是一般性的還原 性氣體傳感器都能夠使用。具體的信號傳遞與結構如下圖所示。 四、硬件電路設計： 電路的前端部分MQ3 傳感器和分壓電路按照常規設計即可，執行驅動聲光指 示的電路需要驅動多個發光管以及一個蜂鳴器，即需要將分壓電路得出的電壓轉 換成LED 線段顯示同時在某點驅動蜂鳴器發聲。因此本設計擬采用LED 通用電平 顯示驅動芯片LM3914 作為執行機構。 １、MQ-3 氣敏電阻傳感器 本設計采用的是表面電阻控制型氣敏傳感器 MQ-3，該氣體傳感器的敏感材 料是活性很高的金屬氧化物半導體，最常用的如 SnO2。

金屬氧化物半導體在空 氣中被加熱到一定溫度時，氧原子被吸附在帶負電荷的半導體表面，半導體表面 的電子會被轉移到吸附氧上，氧原子就變成了氧負離子，同時在半導體表面形成 一個正的空間電荷層，導致表面勢壘升高，從而阻礙電子流動，電阻較大。當N 型半導體的表面在高溫下遇到離解能力較?。ㄒ资ル娮樱┑倪€原性氣體時，氣 體分子中的電子將向氣敏電阻表面轉移酒精傳感器，使氣敏電阻中的自由電子濃度增加，電 阻率降低，電阻減小。其應用于家庭、工廠、商業場所的氣體泄漏監測裝置，防 火/安全探測系統。氣體泄漏報警器，氣體檢漏儀。特點：高靈敏度、快速響應 恢復、優異的穩定性、長壽命、驅動電路簡單、電信號輸出強。如下圖所示。 酒精傳感器實驗報告 ２、LED通用電平顯示驅動芯片LM3914 通用電平顯示驅動芯片LM3914 片內有10 個電壓比較器，10 個1K 歐姆精密 電阻串聯組成的分壓器分別向各電壓比較器提供比較基準；直線驅動10 個發光 二極管（LED）組成的10 段“線”或“點”式條圖顯示器；對被測量的變化反映 迅速真實；無阻尼現象；抗干擾能力強。 利用 10 個發光二極管作為輸入端電平變化的顯示，輸入端電平信號可以是 通過各類傳感器和變換電路而探測的各種物理量，如電壓、電流、溫度、濕度、 亮度、響度、音頻、距離、磁場強度、重量等等。

用它做成的電平顯示器，既醒 目、直觀，又方便、實用，并且能反映瞬間變化的信號乙醇報警器，用途十分廣泛。例如， 在電路設計制作中，它既可以通過探頭和處理電路實現溫度控制和顯示，用于烘 箱、冰箱、空調、熱塑封機等設備上，也可以通過分壓變換電路實現電壓高低的 直觀顯示，用于儀器、儀表、音響及辦公設備上。 核心電路采用了塑封雙列直插的18 腳LED 點條顯示驅動集成電路LM3914， 電路構成及管腳功能如下圖所示。LM3914 內部含有10 個相同的電壓比較器，它 們的輸出端可以分別直接驅動外接的10 只發光二極管(VDl—VDl0)作條狀顯示， 也可以實現點狀顯示。它們的反相輸入端并聯在一起，并通過一個緩沖器接到輸 腳。而10個同相輸入端分別接到由10 個精密電阻串聯而成的多級分壓器 上。而這個分壓器的兩端在內部沒有與其它電路或公共端相連，而是直接由6、 腳引出，通常將之稱為懸浮式，這樣使得應用電路的設計更加靈活和方便。以一個分辨率為0.125V 的10 級線性電壓表為例說明其工作原理。這個電壓 表的最大量程為1.25V，將9、11 腳相連，設定為點狀顯示，這樣比較省電。分 壓器就用內部基準電壓源，6、7 腳相連，4、8 腳相連并接地，則分壓器每個1k 電阻上的壓降為 0.125V，因此最下面的一個比較器 同相輸入端的電位為0.125V可燃氣體檢測儀，比較器2 同相輸入端電位為0.25V，依此類推，最上面的一個比較器10 基準電壓設定為1.25V。

當5 腳輸入電壓小于0.125V 時，10 個LED 都不發光， 酒精傳感器實驗報告 當輸入電壓大于0.125V但小于0.25V 時，比較器1 反相輸入端電位高于同相輸 輸出低電位酒精傳感器，使VD1發光；當輸入電壓大于0.25V 但小于0.375V 時，則VD2 發光；依此類推，當輸入1.25V 電壓時，VDl0 發光。以上是用10 LED作0-1.25V 十級顯示，每級0.125V；若將6 腳外接10V 標準電壓源，4 地?？梢宰?-10V十級顯示的電壓表，若將6 腳接10V，4 腳接5V 電壓，少比3 腳電源電壓VCC 低2V。 ３、電路及工作原理分析 本設計采用5V 電源供電，前端是MQ-3 型酒精氣體濃度傳感器，利用電阻分 壓電路將酒精濃度由電阻量轉化為電壓量，在通過驅動芯片 LM3914 按照電壓大 小驅動輸出相應的發光管酒精傳感器，當到達一定閾值時蜂鳴器被觸發，發出報警聲。調試 時通過電位器RP 調節測量的靈敏度。具體的電路原理如下圖所示。 酒精傳感器實驗報告 4、PCB制版 酒精傳感器實驗報告 五、功能調試：1、檢查電源回路 在通電之前，用數字萬用表的二極管通斷檔測量電源正負接入點之間的電 阻，應該成高阻態。

如果出現短路現象，應立即排查，防止通電燒元件的事故。 同時，目測IC 的正負電源是否接反。當一切正常后方可通電調試。 2、電壓直接調節 本設計主要是通過電阻分壓電路測量酒精氣體濃度變化的，而LM3914 也是 根據輸入電壓的大小決定點亮LED 的數量的，因此可以先調試傳感器之后的電路 時是否正常。使用穩壓電源的一組 5V 使系統通電后，將可調穩壓電源的另一組 輸出調至0.2V 左右，其電源正通過一個1K 的電阻接入圖中的A 點，其電源負與 系統電源負短接。再調節電源從0.2V-5V，觀察輸出LED 和蜂鳴器的變化。正確 的變化應該是，LED1-LED9 挨個被點亮，在LED5 和LED6 被點亮之間蜂鳴器將發 出聲音，并一直持續。 如果沒有一個LED 被點亮，可能是LM3914 的周邊電路沒有配合好，或者是電路 某點有開路；如果是最終有幾個紅色LED 未被點亮，可能是電位器RP 的阻值偏 小，調大一些再試；蜂鳴器未發出聲響，可能原因是后面的發生電路開路，或者 三極管燒壞。 3、酒精液體校準 按照傳感器的使用要求，先通電將傳感器預熱。然后使用乙醇液體作為酒精 氣體的散發源，先使用50%的乙醇水溶液，再根據具體情況調節乙醇含量，最終 得到200ppm 的酒精調試系統。 4、電位器調節靈敏度 調試完成，根據具體的需要調節電位器 RP，控制系統測試的靈敏度，要注 意傳感器的電阻參數 六、結束語：

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