【文章內(nèi)容簡介】 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 with the maximum error %, meeting requirements of the design. 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 1 1 緒論 設(shè)計背景 我國傳感器市場的增長率超過 15%， 2021 年銷售額為 186 億元人民幣， 2021 年銷售額為 283 億元人民幣，預(yù)計 2021 年為 325 億元人民幣， 2021 年為 374 億元人民幣。我國傳感器 4 大類中，工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品占市場份額的 %。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(luò)化，它將不僅促進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)和軍事變革，是 21 世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長點 [1]。 由于氣體與人類的日 常生活密切相關(guān)，對氣體的檢測已經(jīng)是保護(hù)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(jìn)行安全檢測和報警，對生產(chǎn)生活中需要了解的氣體進(jìn)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(shù)水平，產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用等領(lǐng)域均存在著不小的差距。 目前，氣敏傳感器領(lǐng)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(yīng)，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(dǎo)致誤報，但是在檢測某些低濃度氣體時靈敏度卻難以達(dá)到要求 [2]。 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(gòu)及制作工藝密切相關(guān)。用金屬氧化敏感材料制作的半導(dǎo)體式氣敏元件具有靈敏度高，結(jié) 構(gòu)簡單，體小質(zhì)輕，堅固耐用等優(yōu)點而得到廣泛的應(yīng)用，目前仍以 SnO2材料為主 [3]。 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(shè)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(jìn)制備等方法可以改善 SnO2 傳感器的氣敏性能 [4]。 納米科學(xué)技術(shù) (Nano— ST)是研究尺寸在 — 100nm 的物質(zhì)組成體系的運(yùn)動規(guī)律和相 2 互作用以及可能的實際應(yīng)用中的技術(shù)問題的科學(xué)技術(shù)。納米技術(shù)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(dāng)然，在己獲得明顯進(jìn)展的納米傳感領(lǐng)域中尚存在很多問題，從敏感材料到制作技術(shù)都很不成熟，其性能也有不盡人意的地方 [5]。 氣敏傳感器在家用電器中也有 相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。 吸油煙機(jī)等產(chǎn)品上常用 MQ3 型半導(dǎo)體氣敏傳感器，它采用旁熱式結(jié)構(gòu)，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 [6]。 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(dāng)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(dāng)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(jī)電源使吸排油煙機(jī)工作 [7]。 設(shè)計酒精濃度探測儀的意義 本設(shè)計基于 AT89S51 單片機(jī)設(shè)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(jī)的酒精含量。 酒后駕車發(fā)生事故的機(jī)率高達(dá) 27%。隨著攝入酒精量的增加，選擇反應(yīng)錯誤率顯著增加，當(dāng)血液中酒精含量由 ‰ 增至 1‰ ，發(fā)生車禍的可能性便增加 5 倍，如果增至 ‰ ，可能性再增加 6 倍。 機(jī)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(yán)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 , 因此測量呼氣中的酒精含量 , 就可判斷其醉酒程度。 開車司機(jī)只要將嘴對著傳感頭使勁吹氣，儀器就能發(fā)上顯示出酒精濃度的高低，從而判斷該司機(jī)是否酒后駕車，避免事故的發(fā)生。當(dāng)然，最好的辦法是在車內(nèi)安裝這種測試儀，司機(jī)一進(jìn)入車內(nèi)檢測儀就檢測司機(jī)的酒精含量，如果超出允