【正文】 課程設計題 目 酒精濃度檢測儀的設計 學 院 專 業(yè) 年 級 09級 班 級 一班 學生姓名 指導教師 時 間 2013107 目錄摘要 2 Abstract 3 一、 緒論 4 研究背景 4 氣敏傳感器的研究現(xiàn)狀 4 設計酒精濃度探測儀的意義 5 二、 工作原理 5 氣敏傳感器工作原理 5 半導體氣敏傳感器工作原理 5 三、硬件電路設計 6 總體方案設計 6 信號采集模塊 6 氣敏傳感器的分類 7 氣敏傳感器的選擇 8 氣敏傳感器的采樣電路 9 信號轉(zhuǎn)換模塊 10 A/D轉(zhuǎn)換 10 單片機 14 顯示模塊 18 發(fā)光二極管顯示電路 18 數(shù)碼顯示電路 21 四、程序框圖 23 五、程序代碼 24 六、個人感想 32 七、參考文獻 32 摘要本設計實現(xiàn)了對不同濃度酒精的檢測和顯示，通過適當改進可以用于檢測酒后駕車。本文用STC12C5A60S2單片機與MQ3型氣體傳感器實現(xiàn)了對酒精濃度的測量，并對測量數(shù)據(jù)進行顯示，同時利用二極管簡單顯示濃度的高低，在設計允許值時發(fā)出報警。 論文主要研究了：（1） 硬件方面，MQ3氣體傳感器技術參數(shù)的檢測和將它接入到酒精濃度檢測模塊中；將模擬電壓信號放大驅(qū)動發(fā)光二極管點亮報警；將采集到的模擬電壓信號通過單片機控制經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字電壓信號；用于顯示濃度的數(shù)碼管顯示模塊。（2） 軟件方面，主要研究了電壓到濃度的線性轉(zhuǎn)換和最終濃度值的數(shù)碼管顯示。（3） 對設計的傳感器進行了標定。設計的傳感器對酒精氣體反應靈敏，能在有效范圍內(nèi)測量它的濃度值。 本文的特色在于標準的確定。對于流動空氣，樣品的穩(wěn)定性和水蒸氣的影響，提出了解決方案和驗證方法。對不同的區(qū)間濃度和電壓轉(zhuǎn)換關系做線性化處理，簡化了硬件電路的設計。設計的傳感器可以檢測不同濃度的酒精氣體，改進之后對解決酒后駕車事故和特殊場合酒精檢測都可以使用。
關鍵詞：氣體傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機 AbstractDifferent concentrations of alcohol solution are detected and showed in the design. The design can be used to the detection of drunk driving through improvement. In this thesis, the concentration of alcohol can be measured and displayed by using the gas sensor based on STC12C5A60S2 MCU and MQ3. At the same time the concentration is displayed by LED, and the system allow to alarm in the certain value. In the thesis Major researches are three points. (1) In the hardware, detecting the technology parameters MQ3 gas sensor, and connecting it to a testing part of the alcohol gas concentration。 Analog voltage signal amplification to drive lightemitting diode light to alarm。 conversing the voltage signal through the A/D conversion at the control of the singlechip, obtaining the digital voltage signal。 displaying the concentration in the digital tube display module.(2) In the Software, linear conversion between the concentration of the alcohol and the voltage and the digital display of the final concentration value.(3) The designed sensor is calibrated. The design of gas sensor is responsive to the alcohol, can measure concentration in the effective range of its concentration. And in the low concentration of alcohol in the test the error is small.
The characteristics of the thesis are to determine the standard. The solutions and verification methods are proposed about the flow of air samples, the sample stability and water vapor. The conversion between voltage and concentration in different range is treated as linear relationship. The design of sensor can detect different the alcohol gas with different concentration. It plays an important role to solve the drunkdriving accidents and alcohol testing for special occasions after improvement. Key Words: Gas sensor, A/D conversion, Singlechip Microputer 緒論 研究背景我國傳感器市場的增長率超過15%。我國傳感器4大類中，%。近年來，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段，新型傳感器的特點是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化，它將不僅促進系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導致建立新型工業(yè)和軍事變革，是21世紀新的經(jīng)濟增長點。 由于氣體與人類的日常生活密切相關，對氣體的檢測已經(jīng)是保護和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少的手段，氣體傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。氣體傳感器是把氣體中的特定成分檢測出來，并轉(zhuǎn)化為電信號的一類器件，用來對有害氣體，易燃易爆氣體等進行安全檢測和報警，對生產(chǎn)生活中需要了解的氣體進行檢測，分析，研究等。近年來，我國氣敏傳感器產(chǎn)業(yè)有了較快的發(fā)展，但與國外相比，從技術水平，產(chǎn)業(yè)化及應用等領域均存在著不小的差距。 目前，氣敏傳感器領域還存在一些問題。一是元件的穩(wěn)定性差。由于元件電阻和靈敏度隨時間而不斷變化，漂移大給檢測結(jié)果的可靠性帶來不穩(wěn)定的因素。二是選擇性差。由于在檢測氣體時，往往還存在著其它的干擾氣體(如煙酒等)，使氣敏元件發(fā)生交叉響應，產(chǎn)生誤報。三是催化劑中毒。摻有催化劑的氣敏元件接觸某些氣體后，活性組分被毒化，將會改變元件的選擇性，降低其敏感度和穩(wěn)定性，另外催化劑本身也存在著不穩(wěn)定性問題。靈敏度問題。四是SnO2元件有時由于靈敏度過大導致誤報，但是在檢測某些低濃度氣體時靈敏度卻難以達到要求。 氣敏傳感器的研究現(xiàn)狀氣敏元件性能與敏感功能材料的種類、結(jié)構及制作工藝密切相關。用金屬氧化敏感材料制作的半導體式氣敏元件具有靈敏度高，結(jié)構簡單，體小質(zhì)輕，堅固耐用等優(yōu)點而得到廣泛的應用，目前仍以SnO2材料為主。SnO2是一種廣普型的氣敏材料，圍繞SnO2為基體材料的氣敏材料的制備及其氣敏元件制備的研究課題十分活躍。純SnO2的氣敏特性不甚好，尤其是它的熱穩(wěn)定性不高。為改善其氣敏特性，常在SnO2基體中摻入貴金屬或其他金屬氧化物。盡管SnO2基傳感材料具有許多優(yōu)點，作為材料也存在一定缺點。通過控制氣敏材料微粒大小，顆粒納米化，摻雜其它添加劑或催化劑，利用過濾設備或透氣膜來獲得選擇性，控制工作溫度及環(huán)境濕度影響，改進制備等方法可以改善SnO2傳感器的氣敏性能。納米科學技術(Nano—ST)—100nm的物質(zhì)組成體系的運動規(guī)律和相互作用以及可能的實際應用中的技術問題的科學技術。納米技術的發(fā)展，不僅為傳感器提供了優(yōu)良的敏感材料，而且為傳感器制作提供了許多新型方法。納米固體材料具有龐大的界面，提供了大量氣體通道，從而大大提高了靈敏度，工作溫度大大降低，大大縮小了傳感器的尺寸。當然，在己獲得明顯進展的納米傳感領域中尚存在很多問題，從敏感材料到制作技術都很不成熟，其性能也有不盡人意的地方。 氣敏傳感器在家用電器中也有相當廣泛的應用。吸油煙機等產(chǎn)品上常用MQ3型半導體氣敏傳感器，它采用旁熱式結(jié)構，陶瓷管內(nèi)裝有高阻抗加熱絲，管外涂有梳狀金屬電極，金屬電極之外涂有SnO2材料，使SnO2燒結(jié)體位于兩電極之間。氣敏傳感器工作時，加熱器通電加熱，若無被檢氣體侵入時，氣敏元件的阻值基本不變當氣敏元件表面產(chǎn)生吸附作用，其阻值將隨氣體濃度的變化變化。當被檢氣體濃度增大到一定值時，氣敏元件的阻值將隨之下降到某一值，使電壓比較器的狀態(tài)發(fā)生變化，輸出控制信號經(jīng)電流放大后，控制繼電器或雙向晶閘管接通電動機電源使吸排油煙機工作。 設計酒精濃度探測儀的意義 本設計基于STC12C5A60S2單片機設計的酒精氣體濃度探測儀，可用來檢測酒精氣體濃度，最主要的用途是檢測司機的酒精含量。酒后駕車發(fā)生事故的機率高達27%。隨著攝入酒精量的增加，選擇反應錯誤率顯著增加，‰增至1‰，發(fā)生車禍的可能性便增加5倍，‰，可能性再增加6倍。機動車駕駛?cè)藛T“酒后駕車” 及“醉酒駕車”極易發(fā)生道路交通事故, 嚴重危害了道路交通安全和人民生命財產(chǎn)安全。人飲酒后, 酒精通過消化系統(tǒng)被人體吸收, 經(jīng)過血液循環(huán), 約有90%的酒精通過肺部呼氣排出, 因此