【#第一文档网# 导语】以下是®第一文档网的小编为您整理的《酒精探测仪设计》，欢迎阅读！
目录 《传感器》课程设计任务书 ........................................................................................ 1 一 引言 .......................................................................................................................... 3 二 设计方案 .................................................................................................................. 4 2.1 设计方案的选择 .............................................................................................. 4 2.2 酒精探测仪设计的基本原理 .......................................................................... 4 三 电路设计 .................................................................................................................. 4 3.1检测电路 ........................................................................................................... 4 3.2控制电路 ........................................................................................................... 5 3.3比较电路 ........................................................................................................... 5 3.4输出电路 ........................................................................................................... 5 四 电路调试 .................................................................................................................. 5 4.1 LM311电压比较电路调试 .............................................................................. 5 4.2 LM358电压比较电路调试 .............................................................................. 6 4.3 传感器调试电路 .............................................................................................. 7 4.4 总体电路调试 .................................................................................................. 8 五 心得体会 .................................................................................................................. 8 参考文献 ...................................................................................................................... 10 附录一 便携式酒精探测仪总电路图 ........................................................................ 11 附录二 元器件列表 .................................................................................................... 11 附录三 便携式酒精探测仪实物图 ............................................................................ 12 余陈丽：便携式酒精探测仪 《传感器》课程设计任务书 一、总要求 能够独立进行小型检测模块系统方案的设计及论证，选择合理的传感器、设计必要的接口电路等，以及合理选择有关元器件及正确使用相关工具与仪器设备等，并且能结合实际调试与实验进行有关精度分析与讨论。 二、总任务 针对总要求进行原理及方案论证、模块设计、接口电路设计、焊接或插接与调试、精度分析以及撰写报告等工作。 三、设计题目 便携式酒精探测仪设计 四、设计内容 1、要求针对酒后驾车等状况，设计检测与报警模块。 2、绘制电路原理图，并先进行实验室调试。 3、完善与丰富其功能。 五、设计进度或计划 1、准备及查阅资料 一天 2、方案设计及论证（总体方案） 二天 3、硬件电路设计、画图（PROTEL） 三天 4、实验室调试及结果分析 二天 5、整理报告及准备答辩 二天 六、设计说明书包括的主要内容 1、封面 2、目录 3、设计任务书 4、正文（可按下列内容撰写、仅供参考） 1）序言 可包括系统工作原理的介绍等。 2）方案设计及论证 可按模块进行方案设计与论证； 各模块设计中应包括适当的精度分析及选型等。 3）实验或系统调试 可包括实验调试工具仪器、实验结果及适当的分析等。 4）心得体会 1 华东交大课程设计 5）主要参考文献 另：说明书的撰写格式应符合一定的要求，可参照华东交通大学本科生毕业论文撰写规范进行。 七、考核方法 考核可根据学生平时学习态度（含出勤率）20%、设计完成情况（样机）40%、图纸及说明书质量（含答辩）40%确定。 2 余陈丽：便携式酒精探测仪 一 引言 从工厂企业到我们的日常生活，酒精泄露的检测、监控以及对酒后驾车的监测对居民的人身和财产安全都是十分重要且必不可少的。同时，随着经济的高速发展，人民的生活水平也越来越高，越来越多的人有了自己的私家车，当然应酬就必不可少，而酒后驾车造成的交通事故也频频发生。 一般酒后驾车的危害有：1、触觉能力降低。饮酒后驾车，由于酒精的麻醉作用，人的手、脚的触觉较平时降低，往往无法正常控制油门、刹车及方向盘。 2、判断能力和操作能力降低。饮酒后，对光、声刺激反应时间延长，本能反射动作的时间也相应延长，感觉器官和运动器官如眼、手、脚之间的配合功能发生障碍，因此，无法正确判断距离、速度。3、视觉障碍。饮酒后可使视力暂时受损，视像不稳，辨色能力下降，因此不能发现和正确领会交通信号、标志和标线。同时饮酒后视野大大减小，视像模糊，眼睛只盯着前方目标，对处于视野边缘的危险隐患难以发现，易发生事故。4、心理变态。在酒精的刺激下，人有时会过高地估计自己，对周围人的劝告常不予理睬，往往干出一些力不从心的事。5、.疲劳。饮酒后易困倦，表现为行驶不规律，空间视觉差等疲劳驾驶的行为。如今，由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求的提高，再加上气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向的发展，因此，酒精探测仪具有十分广阔的现实市场和潜在的市场要求。 本设计的基于运算放大系列的LM358的酒精探测仪，以LM358和MQ-2酒精传感器为核心，具有报警功能。根据是否有酒精的环境下，检测到酒精就会进行报警，提示危害。该仪器硬件电路设计简单、功能完善、工作性能好，此外，还具有低功耗、低成本的特点。 3 华东交大课程设计 二 设计方案 2.1 设计方案的选择 酒精探测器是专门为警察设计的一款执法的检测工具，执勤民警可用来对司机是否饮酒来进行具体的处理，有效减少交通事故的发生。避免人员伤亡和财产的重大损失。 一般来说，警用的酒精检测不仅可以检测出酒精，还可以检测出酒精的浓度。这方面的设计比较广泛，可以用单片机实现，也可以用LM3914。这些电路相对来说可以检测到浓度的高低。但是我们的设计要求不用太复杂，只要检测时候有酒精就可以，这样的话，就可以采用比较单一的电路，相对来说也比较简单。只要检测到酒精就报警。 2.2 酒精探测仪设计的基本原理 在本设计中酒精探测仪的基本原理是根据MQ-2气敏传感器的酒精的敏感，放接触到酒精后，其电阻急剧变小，根据这一特性，设计相应的控制电路，通过电压比较器，当输出为高电平是，LED亮，相当于一个报警的作用。该设计的系统方框图如图1所示，设计的图1 酒精探测的基本原理方框图 电路见附录一，其中包括控制电路，检测电路，电压比较电路和输出电路。 三 电路设计 3.1检测电路 检测电路顾名思义就是检测酒精的，电路图如图2所示。该部分的主要部分就是通过比较a点的电压不一样，原理是当接通+5V电源之后，在初始状态时，A与B之间的电阻很大，所以a点的电压会大于2.5V，当传感器感应到酒精时，A与B之间的电阻会急剧变小，并且小于10K的变阻器，这个时候， a点的电压会下降到2.5V以下。通过传感器 A、B之间的电阻变化可以 得到a点电压的变化。 4 图2 酒精检测电余陈丽：便携式酒精探测仪 3.2控制电路 该部分电路的设计主要是为了得到一个稳定且大于0的参考电压Ur，电路图如图3所示。接通+5V的电压，R1=R2，所以b点的电压会等于2.5V。这个电压会比较恒定，可以作为参考电压 3.3比较电路 图3 控制电路 该部分电路图是通过LM358来实现的，电路图如图4所示。通过比较Ui与Ur的电压大小，决定输出端为高电平还是电平。其传输特性如图5所示。即当Ui时，输出端为高电平，当Ui>Ur时，输出端为低电平。
图4 电压比较电路
3.4输出电路
图5 电压比较器传输特性
该部分电路为一个报警电路，在电压比较器的输出端接上一个LED，当输出为高电平是，LED亮，即报警。当输出为电平时LED不亮，即为正常状态。
四 电路调试
4.1 LM311电压比较电路调试
该部分电路主要有运放系列的LM311实现，在放大应用电路中有很大的作用。是一种高灵活的电压比较器，工作电压在3-30V之间。其引脚图如图6所示。
图7比较电路是通过以LM311引脚2的电压为参考电压Ur=2.5V。LM引脚3的电压为比较电压Ui。在图中可以看出引脚3的电压大于2.5V，所以引脚7输出应为低电平。其中R4
可以模拟成初始状态的气敏传感器MQ-2，相对与R3来说电阻较大，可以得出
图6 LM311引脚图
5
华东交大课程设计
引脚3的电压大于2.5V。
该部分的电路调试比较成功且快，给电路一个5V的工作电压，用万用表测出引脚2的电压大概在2.5V左右。符合理论值。引脚3的电压大于2.5V大概在3-4V之间。引脚7的输出电压为零点几伏，相当于一个低电平。
根据MQ-2的性质，当接触到酒精之后，其A、B之间的电阻急剧变小，由这一特性又可以模拟电路，如图8所示。即引脚2的电压还为2.5V作为参考电压Ur。A、B之间的电阻模拟R4=2K，R3=10K，这样以来，引脚3的电阻Ui小于2.5V，即Ui，输出端7该输出高电平。然后测得引脚2的电压符合理论值在2.5V左右引脚3的电压为0.9V左右，这也符合实际理论值。于是我想在引脚7上接一个发光二极管能亮吧，但是情况出现了，不管我怎么调试，发光二极管就是不亮。怀疑是不是LM311坏了，于是换了一个，但是诡异的情况出现了，当我换了LM311的时候当然了，还没有完全插入面包办，二极管就亮了。当我完全插好的时候，却不亮了，测量每处的电压，都是很正常的显示，一直找不到原因。
图7 模拟初始状态电路 图8 模拟酒精状态电路
出现这样的现象可能是LM311是坏的，运放系列的不止这一种元器件，于是换了LM358的芯片。
4.2 LM358电压比较电路调试
LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。其引
图9 LM358引脚
图
6
余陈丽：便携式酒精探测仪
脚图如图9所示。
采用LM358连接电压比较电路，与LM311有一样的作用，但是LM358是是双运放。该部分电路的调试连接了LED，还是采用模拟调试的办法模拟初始状态如图10所示，当接通+5V电源后，测得引脚3的电压为2.5V，依然作为参考电压Ur，测得引脚2的电压为3.9V左右，输出端引脚1的电压为0.9V左右。这些数值都符合理论值，并且发现LED不亮。模拟了初始状态下，证明这部分的电路应该是没有问题，接着就模拟当接触到酒精之后LED的变化情况。其电路图如图11所示。测得引脚3的点电压依然为2.5V，但是此时引脚2的电压变化为差不多为0.9V左右。而输出端引脚1的电压为3.7V左右的样子。可喜的是，这个时候LED也是亮的状态，由次可说明此次的模拟是成功的。
4.3 传感器调试电路
酒精探测仪采用的传感器是MQ-2气体传感器。它的特点是不仅探测范围广泛，并且灵敏度高，响应快，恢复也快。优异的稳定性，寿命也长。可应用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜液化气，丙烷，丁烷，甲烷，酒精，氢气烟雾等的探测。
MQ-2气体传感器的引脚图如图12所示。其中H是接电源的正负极。用于加热传感器，该传感器在使用前应预热。A与B之间的电阻在常态下通常阻止
图10 LM358模拟初始状态电路 图11 LM358模拟酒精状态电路
图12 MQ-2引脚图
图13 传感器调试电路
7
华东交大课程设计
很大，但是当接触到酒精之后，A、B之间的电阻会急剧变小。这就是这种传感器利用这一性质来检测是否有酒精或其他气体。
既然模拟电路调试成功，应该开始测定传感器在不同环境下气体传感器A、B之间的电阻，以便确定实际电路中的某些参数。其电路图如图13所示。
但是在预热之后测得A、B确实出乎意料，居然是大的离谱。不管怎么测量都是这样。也有可能是其阻值就是有这么大，但接触到酒精之后它的电阻是变小了，但是当恢复到正常情况下阻值又有很大的变化可能我的方法存在失误，我就想既然我能确定的是我的电压比较电路一定没有错，我相信只要能解决这个问题，我的设计就应该会出成果。这部分电路调试算是失败了，但是总有办法的，于是查了MQ-2的一些参数，比如在一般情况下，它的常态阻值会是多少。
4.4 总体电路调试
在前面传感器电路调试失败，大胆的根据MQ-2的参数设定了参数RP的变化范围为10K。电路图见附录一。
按照电路图连接好电路，在接入+5V电源后预热1分钟左右。先测得LM358引脚3的的电压Ur为2.48V，引脚2的电压Ui为3.7V左右，输出端引脚1的电压为-0.07V。符合电压比较器的传输特性，即Ui>Ur时，输出端为低电平，既然输出端为低电平，在这种情况下LED肯定是不会亮的，这个时候LED也的确没有亮。既然是酒精探测仪，当然不能少了最终要的一环，也是关系到这个设计成功与否的一环。这个设计需要的是，当MQ-2气体传感器接触到酒精时，LED亮（报警）。当我拿着二锅头的瓶口接触到气体传感器，令人欣喜的是，LED亮了。意味不可言喻，设计算是成功了，当然不排除可能出现的小误差。可能第一次不注意，导致酒精味在传感器上久久不能离去，理所当然，LED灯依然亮着。然后根据酒精挥发快，拿着面包板对着风扇猛着吹，当我闻不到酒精味时，我继续调试，接入电源后，LED是不亮的，这次学乖了，拿着二锅头的瓶盖稍稍的接触到传感器，LED亮了！当我拿开瓶盖是，LED灭了，这样反复的试了几次。都是当接触到瓶盖时，LED亮，当拿开瓶盖，LED熄灭。让我不禁感叹这MQ-2的灵敏度的确是高，并且响应也快。
总的来说，这总体电路的调试出乎我的意料，没想到这么快就成功了。既然成功了当然要附上实物图，实物图见附录三。
五 心得体会
这次的《传感器》设计相对了上个学期的微电子实习，效果让我满意多了。毕竟我这次是做出来了成果，并且在比较短的时间内完成了。这过程的心酸与快乐，还有我对于这方面的知识了解更深。总之，这次设计收货颇丰。
在6月24号（星期四），曹老师就给我们开始动员大会，并且布置下了任
8
余陈丽：便携式酒精探测仪
务书，当时老师说的是这次设计与上次不一样，这次下下个星期一就可以开始答辩，当时有着以前微电子实习时的阴影，觉得下周怎么可能会完成呢，以前的微电子实习都是拖到最后一天还另外加了一个双休日才完成的，这次这么短的时间，而且还是一个人一组，也就认为这次的设计比上次的难度多上许多。既然是这么短的时间内，要完成课设。想法里认为这次的任务可能有完成不了了吧，然后想着尽自己最大的努力吧，总会有点成果的，根据以往的经验，就算最后没有出来成果，老师总会给我们个及格吧。
想法总是这付出之后慢慢的变化，从开始的没有信心，抱着试试的态度，到过程中自己慢慢的摸索，设计电路，到最后的开花结果。
当星期五我们选好课设题的时候，开始着手找资料，发现不管什么资料上都是一样的图，并且看着觉得挺简单的电路啊，比上学期的好多了，心里多了一份信心，这次应该可以完成的吧！（上次设计没有成功，心里有阴影）。既然电路找到了，当然，所谓的星期一交方案也就没问题了。但是发现跟帖选课题的时候，有人选了重复的，这次课设并不是不能选一样的课题，只要是方案不一样就可以，这个时候急了，大家都差不多是在树上copy下来的方案，同样的可能性有多大可想而知。后来跟选重的同学商量了下，最终同学换了课题。安安稳稳的过了个惬意的双休日。星期一确定方案却被告知，老师有事，方案下次说，大家开始动手课设，于是大家都很有冲动啊，去实验室找自己需要的东西，可想而知，我的方案是在书上照搬下来的，实验室里肯定没有我需要的元器件。有这个情况的也不是我一个人，于是大家都想上级反映，实验室器材严重缺乏啊，然后老师叫同学们把所需的器材都报给周同学，然后统一去买，大家都很激动啊，都想周同学报了我们想要的元器件之类的。
星期二老师回来了，晚上要看进度，看到我的时候，我需要LM3914，老师说实验室没有这个东西，然后问我这个是干嘛用的，我说驱动十位发光二极管用的，老师一看就说干嘛一定要十位驱动的，实验室有其他可以驱动发光二极管的。于是这个方案行不通了。
更进一步的了解实验室现有的传感器MQ-2的工作兴性质。发现不关管是测其他的检测还是什么，都是通过其接触到敏感气体之后，电阻急剧变小这一特性来达到检测的目的。于是有了令一个方案，用三极管，当三极管导通时，LED亮，但是最后发现有点问题，可能是参数有问题。那天杨学长刚好在，给我提醒了下，说这个可以用电压比较器实现。于是新方案出炉了。潜意识里认为，应该根据原理图全部连接好电路，然后一点一点的调试，慢慢的发现问题所在。但是有天早会，老师说的话给了我一个提醒，可能大家调试的电路跟你的总体电路是不一样的。既然是这样的话，我可以模拟下电路。有了这，就使得电路的调试变
9
华东交大课程设计
得简单且明了。后来调试的的过程那叫苦不堪言呐，天气也热，在调试电压比较器的时候，采用了LM311，简直是郁闷到家了，不管怎么弄各点的电压是对的，可是结果就是不对。至今为止没弄懂是什么个情况。调试传感器的时候也是不管我怎么折腾它，电阻就是很诡异。记得有天在实验室呆了一天，下午没去吃饭，那天我就一直在折腾我那个电压比较器啊，当时用的还是LM311。不管怎么样就是不行，当时很气愤啊，这个电压比较器，这学期做运算放大的实验我还做了呢，怎么就不对了想不通了。那天也热，没调试出来，人也更烦躁了。晚上回来的时候饿的半死。简直是跟自己过不去。到了寝室以后，LM311有问题吧，运算放大又不是只有你才行的通，你LM311不行，难道我不会换啊，于是LM358代替了LM311。第二天，迫不及待啊，赶紧找了LM358，换上，调上我的模拟电路，这过程顺利的让我有点不敢相信，哦也也，哦啦啦，灯亮了，内牛啊！终于有部分电路是对的了，既然是这样，我离成功的日子不远了。然后调试传感器的时候。也是纠结了，请教了好几个同学都是没什么结果。根据PDF中介绍MQ-2的一些参数，然后差不多的选用了一个10K的变阻器，发现当电路连接好之后，预热1分钟左右，测得各点的电压与开始模拟调试的时候差不多，属于正常的理论值。当接触到酒精之后，灯亮了啊！！！兴奋了下下。然后在接上电源。可是LED亮了，悲剧又诞生了，怎么会亮呢，还好，只是传感器上还残留了酒精。我对着风扇猛着吹呀，再试试，学乖了，然后再试试，这次很小心了拿着二锅头的瓶盖碰下，灯亮了，当我拿开瓶盖，灯不亮了。反复试了几次，很灵敏。这个设计算是成功了吧。后来老师进实验室，我说我的好了，他说看看，我演示了下，一不小心居然把酒精泼进面包板了，不用说，那个灯是久久不能熄灭呀。然后同学们都笑着说，你太紧张了，酒精进板子了。的确，当时有点，谁知道什么时候说不定又不灵了。后来在我努力不懈吹呀吹，回复了正常情况。
这个设计真是一波三折啊，不过最终总算完成了。虽然这是一个很简单的电路。但对于我来说也是一次考验。这个设计功能不完善，是一个很大的缺陷，但是也通过这次作业提高自己这方面的动手能力。并且能够结合我们所学的内容联系到我们实际的生活中去。总之、通过这次对与传感器有一定的了解，学到了很多东西，明白理论联系实际，将所学的应用到实际生活中。
参考文献
[1] 秦曾煌.电工学电子技术[M].北京:高等教育出版社,2004.7
10
余陈丽：便携式酒精探测仪
附录一 便携式酒精探测仪总电路图
附录二 元器件列表
型号
数量
MQ-2气题传感器 1个 变阻器10K 电阻10K 电阻2K LM358
1个 3个 1个 1个
11
华东交大课程设计
附录三 便携式酒精探测仪实物图
图14 酒精探测仪正常状态下实物图
图15 酒精探测仪在接触酒精时实物图
12
本文来源：https://www.dywdw.cn/67b421183a68011ca300a6c30c2259010202f3e1.html
下载此文档
搜索文档
阅读：
文档下载
2022-05-25
