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XXXX 大學(xué)自動(dòng)化專業(yè) 2010 級(jí) 傳感器原理及應(yīng)用課程 設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目：酒精濃度自動(dòng)檢測(cè)、顯示、 報(bào)警、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 姓 號(hào)： 名： XXXXXX XXXXX 至 完成時(shí)間： 總評(píng)成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽章： 設(shè)計(jì)題目：酒精濃度自動(dòng)檢測(cè)、顯示、報(bào)警、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、 題目的認(rèn)識(shí)理解 1、課題背景 生命安全問題一直是人類高度關(guān)注的問題。 對(duì)人類生命安全造成威脅的因素 也有很多，其中，酒后駕車就是一個(gè)非常重要的威脅因素。酒后駕車造成交通事 故不計(jì)其數(shù)，帶來巨大危害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)發(fā)生的交通事故中，50%~60%是由酒 后駕車引發(fā)的，酒后駕車引發(fā)的，酒后駕車發(fā)生事故的幾率高達(dá) 27%，隨著攝入 酒精量的增加， 選擇反應(yīng)錯(cuò)誤率明顯增加，當(dāng)血液中酒精含量由 0.5‰增至 1‰, 發(fā)生車禍的可能性便增加 5 倍，如果增至 1.5‰，可能性再增加 6 倍，酒后駕車 造成的交通事故對(duì)國(guó)家、他人、自己產(chǎn)生了難以估計(jì)的后果。酒后駕車問題如何 解決，每個(gè)國(guó)家都在努力尋找辦法。 目前， 幾乎所有的國(guó)家都采用呼氣酒精測(cè)試儀對(duì)駕駛?cè)藛T進(jìn)行檢測(cè)，以確定 被測(cè)量駕駛員時(shí)血液中酒精含量是否超標(biāo)。目前，市場(chǎng)上警用酒精測(cè)試儀種類繁 多、功能強(qiáng)大、靈敏度高酒精報(bào)警器，但是由于它沒有安裝在汽車內(nèi)部，只能由交警人員來 實(shí)施，因此并不能從根本上杜絕酒后駕車，酒后駕車事件仍時(shí)有發(fā)生。

為了能防患于未然， 將交通事故扼殺在萌芽狀態(tài)。同時(shí)給交通管理部門減輕 工作壓， 提供科學(xué)的管理手段， 本設(shè)計(jì)提出了一種車載酒精探測(cè)及安全控制系統(tǒng)， 該系統(tǒng)安裝在汽車上，不用交警測(cè)試，系統(tǒng)就可以自動(dòng)判斷司機(jī)是否酒后駕駛， 從而控制車輛的點(diǎn)火系統(tǒng)， 即確保了司機(jī)的安全， 又能減少交警等人員的工作量。 2、題目理解 本次題目要求實(shí)現(xiàn)酒精濃度自動(dòng)檢測(cè)、顯示、報(bào)警、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，要求能 夠檢測(cè)，因此需要有個(gè)氣敏傳感器；顯示部分，可以用發(fā)光二級(jí)管代替不同濃度 的酒精測(cè)試顯示結(jié)果，不同濃度之間顯示不同，因此需要用到比較器，可以進(jìn)行 區(qū)別濃度差異；當(dāng)酒精濃度偏高時(shí)，要求能夠報(bào)警，可以用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警；最 后結(jié)合實(shí)際，此設(shè)計(jì)可做為車輛酒精探測(cè)控制儀，檢測(cè)駕駛員的醉酒程度，從而 達(dá)到報(bào)警以及控制車輛點(diǎn)火系統(tǒng)的目的。 二、 設(shè)計(jì)任務(wù)要求： 1、采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)酒精報(bào)警器環(huán)氧乙烷檢測(cè)儀，了解酒精濃度與氣敏計(jì)的關(guān)系； 2、查閱資料介紹本課題的背景及意義。 ； 3、對(duì)駕駛室酒精濃度檢測(cè)及安全控制系統(tǒng)的主要元器件進(jìn)行比較選擇； 4、在主要元器件確定的基礎(chǔ)上進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計(jì)。 5、通過仿真模擬實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能： 1）能根據(jù)駕駛員呼出氣體檢測(cè)出駕駛員血液中酒精濃度并用指示燈 示； 2）當(dāng)駕駛員呼出氣體的酒精濃度未超標(biāo)時(shí)，綠色指示燈點(diǎn)亮，繼電器觸 點(diǎn)閉合，汽車可正常啟動(dòng)； 3） 當(dāng)駕駛員呼出氣體的酒精濃度超標(biāo)但不足以影響行車安全時(shí)，黃色指 示燈點(diǎn)亮，汽車可以正常啟動(dòng)； 4）酒精濃度嚴(yán)重超標(biāo)，影響到行車安全時(shí)，繼電器觸點(diǎn)不結(jié)合，點(diǎn)火裝 置電源電路斷開，汽車無法啟動(dòng)。

6、對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)分析。 三、 設(shè)計(jì)所需基礎(chǔ)知識(shí)及工具 1、基礎(chǔ)知識(shí) 1）電路理論中電阻電路的分析、模擬電子線路中二極管、三極管特性，運(yùn) 算放大器、比較器、功率放大器等知識(shí)； 2）數(shù)字電子線路中數(shù)字信號(hào)、門電路特性，模擬開關(guān)等知識(shí)； 3）傳感器技術(shù)中的氣敏原理及應(yīng)用；測(cè)控電路等知識(shí)。 2、設(shè)計(jì)工具 1）電子電路 EDA 仿真軟件：Multisim10 2）電子線路設(shè)計(jì)軟件：Protel99SE。 四、 方案設(shè)計(jì)及其論證 1、 酒精濃度檢測(cè)儀總設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)時(shí)，考慮酒精濃度是由傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量，傳感器輸出的 是 0-5 伏的電壓且電壓值穩(wěn)定，外部干擾小等。因此酒精報(bào)警器，可以直接把傳感器輸 出電壓值經(jīng)過比較放大直接帶動(dòng)指示燈，此外，還需接入報(bào)警系統(tǒng)、點(diǎn)火裝 置電源控制電路等。其總體框圖如下圖所示。 2、 傳感器選型 2.1、本電路設(shè)計(jì)主要用到氣敏傳感器MQ-303A： 1）特色 2）應(yīng)用 高靈敏度、低能耗、小巧的外型。 MQ-303A是一種二氧化錫半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器，對(duì)酒精具有 高的靈敏度和快速的響應(yīng)性，適于便攜式酒精探測(cè)器和汽車燃火系統(tǒng)等等。 3）結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體氣體敏感部分是一個(gè)微型珠狀小球，內(nèi)嵌加熱絲和金屬電 極， 敏感元件安裝在有防爆功能的雙層 100 目不銹鋼網(wǎng)的金屬殼內(nèi) （如上圖 1 C） 。

4）工作條件 圖 2 是這種元件的測(cè)試電路。通過固定或可調(diào)外接負(fù)載電阻 上電壓的變化獲得元件電阻的變化。為了使元件發(fā)揮其好的功能和特定的性能， 加熱電壓、 回路電壓和負(fù)載電阻須限制在下頁圖表所示的標(biāo)準(zhǔn)工作條件內(nèi)。傳感 器通電后通常需要數(shù)分鐘的預(yù)熱方可進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)， 也可在正常檢測(cè)前給傳 感器施加 5~10 秒鐘 2.2±0.2V 的高電壓，使傳感器盡快穩(wěn)定并進(jìn)入工作狀態(tài)。 5)靈敏度特性 圖 3 是 MQ-303A 的靈敏度特性曲線圖。 靈敏度特性圖反映了 元件電阻和氣體濃度之間的關(guān)系。元件的電阻與氣體的濃度呈對(duì)數(shù)關(guān)系，隨氣體 濃度的增加而減小。 2.2、點(diǎn)火系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)采用的是LM339比較器： LM339 集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓 比較器,該電壓比較器的特點(diǎn): 1)、失調(diào)電壓小,典型值為 2mV; 2)、同向輸入端與反向輸入端電壓相差 10mV 就可以實(shí)現(xiàn)比較； 3)、電源電壓范圍寬, 單電源為 2-36V, 雙電源電壓為±1V-±18V; 4)、對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制寬; 5)、共模范圍很大,為 0~(Ucc-1.5V)Vo; 6） 、差動(dòng)輸入電壓范圍較大。

LM339 引腳圖 五、電路設(shè)計(jì)及分析 1、顯示電路設(shè)計(jì) 任務(wù)要求是十檔顯示電路酒精報(bào)警器，所以采用比較器和發(fā)光二極管即可實(shí)現(xiàn)顯示 電路的要求。然后采用是個(gè)電阻進(jìn)行等比分壓，這樣十檔顯示電路可均分到 0.5V 電壓，經(jīng)過調(diào)節(jié)，十個(gè)分壓電阻采用 1KΩ 的阻值即能實(shí)現(xiàn)分壓功能。發(fā) 光二極管陽極連接比較器輸出端（比較器所給的是反向比較電壓） ，根據(jù)氣敏 計(jì)的工作原理，在

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