【正文】 中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 酒精濃度檢測儀1 引言從工廠企業(yè)到居民家庭，酒精泄露的檢測、監(jiān)控以及對酒后駕車的監(jiān)測對居民的人身和財(cái)產(chǎn)安全都是十分重要且必不可少的。同時，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民的生活水平迅速提高，越來越多的人有了自己的私家車，酒后駕車是導(dǎo)致交通事故的一個主要因素，資料顯示,我國近幾年發(fā)生的重大交通事故中,有將近三分之一是由酒后駕車引起的。由于人們安全意識增強(qiáng)，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求的提高,為了防止機(jī)動車輛駕駛?cè)藛T酒后駕車，現(xiàn)場實(shí)時對人體呼氣中酒精含量的檢測已日益受到重視，酒精濃度測試儀逐漸得到廣泛應(yīng)用。此外，酒精測試儀也可應(yīng)用于食品加工、釀酒等需要監(jiān)控空氣中酒精濃度的場合。如今，氣體傳感器向低功耗、多功能、集成化方向的發(fā)展，因此，酒精濃度檢測儀具有十分廣闊的現(xiàn)實(shí)市場和潛在的市場要求。綜觀現(xiàn)有的酒精檢測器,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案上大部分以單片機(jī)為基礎(chǔ),并借助相應(yīng)的外圍電路,將檢測結(jié)果通過LED、LCD 等顯示方式告知使用者。本設(shè)計(jì)用的MQK2酒精傳感器就是一種對氣體敏感的化學(xué)傳感器，它能隨著外部氣體的濃度或不同而改變敏感膜的電阻。系統(tǒng)選AT89S52單片機(jī)為控制核心，對檢測到的氣體狀況進(jìn)行相應(yīng)的處理分析、處理和顯示，并通過報(bào)警進(jìn)行提示。關(guān)鍵詞：酒精傳感器 MQK2 AT89S52單片機(jī) 報(bào)警 第一章 氣敏傳感器2. 1 氣敏傳感器工作原理 氣敏電阻是一種半導(dǎo)體敏感器件，它是利用氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電導(dǎo)率發(fā)生變化這一機(jī)理來進(jìn)行檢測的。人們發(fā)現(xiàn)某些氧化物半導(dǎo)體材料如SnOZnO、Fe2OMgO、NiO、BaTiO3等都具有氣敏效應(yīng)。氣敏傳感器是一種檢測特定氣體的傳感器。它主要包括半導(dǎo)體氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學(xué)氣敏傳感器等，其中用的最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器。它的應(yīng)用主要有：一氧化碳?xì)怏w的檢測、瓦斯氣體的檢測、煤氣的檢測、氟利昂（R1R12）的檢測、呼氣中乙醇的檢測、人體口腔口臭的檢測等等。它將氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)這些電信號的強(qiáng)弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中的存在情況有關(guān)的信息，從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控、報(bào)警；還可以通過接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動檢測、控制和報(bào)警系統(tǒng)。半導(dǎo)體氣敏傳感器對于低濃度氣體具有很高的靈敏度，具有嗅覺功能，能自動檢測瓦斯?jié)舛?。一旦瓦斯超限，氣敏傳感器即可自動?bào)警，然后采取先抽后采的原則，即可防止瓦斯爆炸事故的發(fā)生。半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用待測氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化來檢測氣體的種類和濃度的。當(dāng)半導(dǎo)體器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)，在氣體接觸半導(dǎo)體表面而被吸附時，被吸附的分子首先在表面自由擴(kuò)散，失去運(yùn)動能量，一部分分子被蒸發(fā)掉，另一部分殘留分子產(chǎn)生熱分解而固定在吸附處時，如果半導(dǎo)體的功函數(shù)大于吸附分子的離解能，吸附分子將向器件釋放電子，而形成正離子吸附。如HCO、碳?xì)浠衔锏?，被稱為還原型氣體。當(dāng)還原型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上時，載流子增多，使半導(dǎo)體電阻值下降。 氣敏傳感器 氣敏傳感器是酒精檢測系統(tǒng)的核心，通常安裝在探測頭內(nèi)。從本質(zhì)上講氣敏傳感器是一種將某種氣體的體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)電信號的轉(zhuǎn)換器。探測頭通過氣敏傳感器對氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理、樣品抽吸，甚至對樣品進(jìn)行化學(xué)處理，以便化學(xué)傳感器進(jìn)行更快速的測量。目前普遍使用的氣敏傳感器有燃料電池型（電化學(xué)型）和半導(dǎo)體型兩種。他們能夠制造便攜型呼氣酒精濃度測試器，適合于現(xiàn)場使用。與半導(dǎo)體傳感器相比，燃料電池酒精傳感器具有穩(wěn)定性好、精度高、抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)。由于燃料電池酒精傳感器的結(jié)構(gòu)要求很精密，制造難度大，目前世界上只有美國、德國、英國等少數(shù)幾個國家能夠生產(chǎn)。本測試器采用MQK2酒精濃度傳感器，檢測人體呼出氣體中酒精濃度并且輸出電壓信號。MQK2酒精濃度傳感器主要由氣敏元件和電阻絲組成， MQK2傳感器外接+5V電壓時，能將電阻絲加熱到270℃～300℃。，電路將MQK2傳感器的阻值變化轉(zhuǎn)化成輸出電壓的變化，從而可以通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量供單片機(jī)處理。根據(jù)分析，乙醇濃度增加時元件電阻R減小反之異亦反，所以呼出氣體中的氣態(tài)乙醇逐漸擴(kuò)散后元件電阻R敏感的變化。第二章 酒精濃度檢測儀發(fā)展的現(xiàn)狀 在應(yīng)用方面，目前最廣泛的是可燃性氣體氣敏元件傳感器，已普及應(yīng)用于氣體泄漏檢測和監(jiān)控，從工廠企業(yè)到居民家庭，應(yīng)用十分廣泛。一是氣體傳感器向低功耗、多功能、集成化方向發(fā)展 國外氣體傳感器發(fā)展很快。二是增強(qiáng)可靠性，實(shí)現(xiàn)元件和應(yīng)用電路集成化，多功能化，發(fā)展MEMS技術(shù)，發(fā)展現(xiàn)場適用的變送器和智能型傳感器。 氣體傳感器向低功耗、多功能、集成化方向發(fā)展國外氣體傳感器發(fā)展很快，一方面是由于人們安全意識增強(qiáng)，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是由于傳感器市場增長受到政府安全法規(guī)的推動。因此，國外氣體傳感器技術(shù)得到了較快發(fā)展，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)猜測，美國1996年—2002年氣體傳感器年均增長率為（27～30）％。目前，氣體傳感器的發(fā)展趨勢集中表現(xiàn)為：一是提高靈敏度和工作性能，降低功耗和成本，縮小尺寸，簡化電路，與應(yīng)用整機(jī)相結(jié)合，這也是氣體傳感器一直追求的目標(biāo)。如日本費(fèi)加羅公司推出了檢測（～10）10－6硫化氫低功耗氣體傳感器，美國IST提供了壽命達(dá)10年以上的氣體傳感器，美國FirstAlert公司推出了生物模擬型（光化反應(yīng)型）低功耗CO氣體傳感器等。二是增強(qiáng)可靠性，實(shí)現(xiàn)元件和應(yīng)用電路集成化，多功能化，發(fā)展MEMS技術(shù)，發(fā)展現(xiàn)場適用的變送器和智能型傳感器。如美國GeneralMonitors公司在傳感器中嵌入微處理器，使氣體傳感器具有控制校準(zhǔn)和監(jiān)視故障狀況功能，實(shí)現(xiàn)了智能化；還有前已涉及的美國IST公司的具有微處理器的“MegaGas”傳感器實(shí)現(xiàn)了智能化、多功能化。 國內(nèi)現(xiàn)狀與差距氣敏元件傳感器作為新型敏感元件傳感器在國家列為重點(diǎn)支持發(fā)展的情況下，國內(nèi)已有一定的基礎(chǔ)。其現(xiàn)狀是：（1）燒結(jié)型氣敏元件仍是生產(chǎn)的主流，占總量90％以上；接觸燃繞式氣敏元件已具備了生產(chǎn)基礎(chǔ)和能力；電化學(xué)氣體傳感器有了試制產(chǎn)品。（2）在工藝方面引入了表面摻雜、表面覆膜以及制作表面催化反應(yīng)層和修隔離層等工藝，使燒結(jié)型元件由廣譜性氣敏發(fā)展成選擇性氣敏；在結(jié)構(gòu)方面研制了補(bǔ)償復(fù)合結(jié)構(gòu)、組合差動結(jié)構(gòu)以及集成化陣列結(jié)構(gòu)；在氣敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生產(chǎn)氣敏元件，新研究開發(fā)的Al2O3氣敏材料、石英晶體和有機(jī)半導(dǎo)體等也開始用于氣敏材料。（3）低功耗氣敏元件（如一氧化碳，甲烷等氣敏元件）已從產(chǎn)品研究進(jìn)入中試。（4）國內(nèi)氣敏元件傳感器產(chǎn)量已超過“九五”初期的400萬支。產(chǎn)量超過20萬支的主要廠家有5家，黑龍江敏感集團(tuán)、太原電子廠、云南春光器材廠、天津費(fèi)加羅公司（合資）、北京電子管廠（特種電器廠），其中前四家都超過100萬支，據(jù)行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì)，1998年全國氣敏元件總產(chǎn)量已超過600萬支?？偟目磥恚覈鴼饷粼鞲衅骷捌鋺?yīng)用技術(shù)有了較快進(jìn)展，但與國外先進(jìn)水平仍有較大的差距，主要是產(chǎn)品制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用等方面的差距，與日本比較仍要落后10年。 市場需求分析 氣敏元件、傳感器及其應(yīng)用產(chǎn)品具有十分廣闊的現(xiàn)實(shí)市場和潛在的市場需求。以4類氣敏元件傳感器為例，作簡要市場需求分析。（1）可燃性氣體氣敏元件傳感器 這是需求量最大的一類氣敏元件傳感器，包含各種烷類和有機(jī)蒸氣類（VOC）氣體，目前大量應(yīng)用于抽油煙機(jī)、泄漏報(bào)警器和空氣清新機(jī)，已形成批量生產(chǎn)規(guī)模，每年約有500萬支以上的市場。隨著在油田、礦區(qū)、化工企業(yè)及家庭等生產(chǎn)生活領(lǐng)域廣泛用作氣體泄漏報(bào)警，非凡是用于家庭氣體泄漏報(bào)警，如液化石油氣、天燃?xì)饧捌渌扇夹詺怏w的檢測報(bào)警等，預(yù)計(jì)在2001年—2005年將會有成倍需求。（2）一氧化碳和氫氣氣敏元件傳感器 這兩種也是最有需求量的氣敏元件傳感器。一氧化碳?xì)饷粼捎糜诠I(yè)生產(chǎn)、環(huán)保、汽車、家庭等一氧化碳泄漏和不完全燃燒檢測報(bào)警；氫氣氣敏元件除工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用外也同一氧化碳?xì)饷粼粯樱瑥V泛用于家庭管道煤氣泄漏報(bào)警。由于我國管道煤氣中氫氣含量高，而氫敏元件較之一氧化碳元件價格低，靈敏度高，因此，用氫敏元件做城市管道煤氣泄漏報(bào)警更為適宜。由于管道煤氣泄漏、灶具不合格導(dǎo)致不完全燃燒而造成CO中毒等災(zāi)難事故是十分嚴(yán)重的，每年都給我們留下慘痛的后果，僅哈爾濱市1998年11月2日一次管道煤氣泄漏事故就造成37人中毒，8人死亡。因此，安裝煤氣報(bào)警器已成為政府為保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全而強(qiáng)制推動的一項(xiàng)措施。目前我國已有黑龍江省、山西省、哈爾濱市、青島市等發(fā)布文件。隨著城市燃?xì)饣臄U(kuò)大、政府立法和人民安全保護(hù)意識的提高，城市家庭安裝氣體報(bào)警器必將很快推廣普及，一氧化碳、氫氣敏元件傳感器的需求量將會急劇增加。美國已有7個州11個城市通過立法要求家庭安裝CO報(bào)警器。據(jù)統(tǒng)計(jì)，按一間臥室安裝一臺CO報(bào)警器計(jì)算，美國CO報(bào)警器市場應(yīng)該是9400萬臺，按目前價格計(jì)算是38億美元，而且每年可新增40萬臺。早在1994年，我國城市燃?xì)庥脩艟瓦_(dá)到