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XXXX 大学自动化专业 2010 级 传感器原理及应用课程 设计说明书 设计题目：酒精浓度自动检测、显示、 报警、控制系统设计 学 姓 号： 名： XXXXXX XXXXX 至 完成时间： 总评成绩： 指导教师签章： 设计题目：酒精浓度自动检测、显示、报警、控制系统设计 一、 题目的认识理解 1、课题背景 生命安全问题一直是人类高度关注的问题。 对人类生命安全造成威胁的因素 也有很多，其中，酒后驾车就是一个非常重要的威胁因素。酒后驾车造成交通事 故不计其数，带来巨大危害。据统计，全国发生的交通事故中，50%~60%是由酒 后驾车引发的，酒后驾车引发的，酒后驾车发生事故的几率高达 27%，随着摄入 酒精量的增加， 选择反应错误率明显增加，当血液中酒精含量由 0.5‰增至 1‰, 发生车祸的可能性便增加 5 倍，如果增至 1.5‰，可能性再增加 6 倍，酒后驾车 造成的交通事故对国家、他人、自己产生了难以估计的后果。酒后驾车问题如何 解决，每个国家都在努力寻找办法。 目前， 几乎所有的国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行检测，以确定 被测量驾驶员时血液中酒精含量是否超标。目前，市场上警用酒精测试仪种类繁 多、功能强大、灵敏度高酒精报警器，但是由于它没有安装在汽车内部，只能由交警人员来 实施，因此并不能从根本上杜绝酒后驾车，酒后驾车事件仍时有发生。

为了能防患于未然， 将交通事故扼杀在萌芽状态。同时给交通管理部门减轻 工作压， 提供科学的管理手段， 本设计提出了一种车载酒精探测及安全控制系统， 该系统安装在汽车上，不用交警测试，系统就可以自动判断司机是否酒后驾驶， 从而控制车辆的点火系统， 即确保了司机的安全， 又能减少交警等人员的工作量。 2、题目理解 本次题目要求实现酒精浓度自动检测、显示、报警、控制系统设计，要求能 够检测，因此需要有个气敏传感器；显示部分，可以用发光二级管代替不同浓度 的酒精测试显示结果，不同浓度之间显示不同，因此需要用到比较器，可以进行 区别浓度差异；当酒精浓度偏高时，要求能够报警，可以用蜂鸣器进行报警；最 后结合实际，此设计可做为车辆酒精探测控制仪，检测驾驶员的醉酒程度，从而 达到报警以及控制车辆点火系统的目的。 二、 设计任务要求： 1、采集实验数据酒精报警器环氧乙烷检测仪，了解酒精浓度与气敏计的关系； 2、查阅资料介绍本课题的背景及意义。 ； 3、对驾驶室酒精浓度检测及安全控制系统的主要元器件进行比较选择； 4、在主要元器件确定的基础上进行硬件和软件设计。 5、通过仿真模拟实现系统的功能： 1）能根据驾驶员呼出气体检测出驾驶员血液中酒精浓度并用指示灯 示； 2）当驾驶员呼出气体的酒精浓度未超标时，绿色指示灯点亮，继电器触 点闭合，汽车可正常启动； 3） 当驾驶员呼出气体的酒精浓度超标但不足以影响行车安全时，黄色指 示灯点亮，汽车可以正常启动； 4）酒精浓度严重超标，影响到行车安全时，继电器触点不结合，点火装 置电源电路断开，汽车无法启动。

6、对本设计进行总结分析。 三、 设计所需基础知识及工具 1、基础知识 1）电路理论中电阻电路的分析、模拟电子线路中二极管、三极管特性，运 算放大器、比较器、功率放大器等知识； 2）数字电子线路中数字信号、门电路特性，模拟开关等知识； 3）传感器技术中的气敏原理及应用；测控电路等知识。 2、设计工具 1）电子电路 EDA 仿真软件：Multisim10 2）电子线路设计软件：Protel99SE。 四、 方案设计及其论证 1、 酒精浓度检测仪总设计方案 设计时，考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的 是 0-5 伏的电压且电压值稳定，外部干扰小等。因此酒精报警器，可以直接把传感器输 出电压值经过比较放大直接带动指示灯，此外，还需接入报警系统、点火装 置电源控制电路等。其总体框图如下图所示。 2、 传感器选型 2.1、本电路设计主要用到气敏传感器MQ-303A： 1）特色 2）应用 高灵敏度、低能耗、小巧的外型。 MQ-303A是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，对酒精具有 高的灵敏度和快速的响应性，适于便携式酒精探测器和汽车燃火系统等等。 3）结构 半导体气体敏感部分是一个微型珠状小球，内嵌加热丝和金属电 极， 敏感元件安装在有防爆功能的双层 100 目不锈钢网的金属壳内 （如上图 1 C） 。

4）工作条件 图 2 是这种元件的测试电路。通过固定或可调外接负载电阻 上电压的变化获得元件电阻的变化。为了使元件发挥其好的功能和特定的性能， 加热电压、 回路电压和负载电阻须限制在下页图表所示的标准工作条件内。传感 器通电后通常需要数分钟的预热方可进入稳定工作状态， 也可在正常检测前给传 感器施加 5~10 秒钟 2.2±0.2V 的高电压，使传感器尽快稳定并进入工作状态。 5)灵敏度特性 图 3 是 MQ-303A 的灵敏度特性曲线图。 灵敏度特性图反映了 元件电阻和气体浓度之间的关系。元件的电阻与气体的浓度呈对数关系，随气体 浓度的增加而减小。 2.2、点火系统和报警系统采用的是LM339比较器： LM339 集成块内部装有四个独立的电压 比较器,该电压比较器的特点: 1)、失调电压小,典型值为 2mV; 2)、同向输入端与反向输入端电压相差 10mV 就可以实现比较； 3)、电源电压范围宽, 单电源为 2-36V, 双电源电压为±1V-±18V; 4)、对比较信号源的内阻限制宽; 5)、共模范围很大,为 0~(Ucc-1.5V)Vo; 6） 、差动输入电压范围较大。

LM339 引脚图 五、电路设计及分析 1、显示电路设计 任务要求是十档显示电路酒精报警器，所以采用比较器和发光二极管即可实现显示 电路的要求。然后采用是个电阻进行等比分压，这样十档显示电路可均分到 0.5V 电压，经过调节，十个分压电阻采用 1KΩ 的阻值即能实现分压功能。发 光二极管阳极连接比较器输出端（比较器所给的是反向比较电压） ，根据气敏 计的工作原理，在

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