西华大学课程设计说明书.docx
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1、成绩课程设计说明书课程设计名称: 题目:学院:学生姓名: 专业: 学号:指导教师:电子技术课程设计酒精检测仪机械工程学院测控技术与仪器日期:20237 月 4 日西华大学课程设计说明书酒精检测仪摘要:为本课题争论的是一种以气敏传感器和 A/D 转换器,为主,监测空气酒精浓度,并具有 LCD 显示功能的空气酒精浓度监测仪。此需要设计一智能仪器能够监测驾驶员体内酒精含量。本课题争论的是一种以气敏传感器和 A/D 转换器为主,监测空气酒精浓度, 并具有声报警功能及 LCD 显示功能的空气酒精浓度监测仪。其可监测出空气环境中和呼气中酒精浓度值,并依据不同的环境设定不同的阀值,对超过的阀值进展声报警,并
2、显示阀值来提示危害。关键词:酒精浓度,设计,检测,传感器,A/D 转换器Abstract: The study of this topic is a kind of gas sensor and A/D converter, mainly to monitor the air alcohol concentration, and with LCD display function of the air alcohol concentration monitor. This requires the design of anintelligent instrument to monitor th
3、e alcohol content of the driver”s body. The research of this topic is based on the gas sensor and A/D converter, monitoring air alcohol concentration, and with the sound alarm function and LCD display function of the air alcohol concentration monitor. The monitor ambient air and breath alcohol conce
4、ntration value, and set different threshold according to the different environment, to exceed the threshold to sound the alarm, and display threshold. To prompt the hazard.Keywords:alcohol concentration,desig,testing,sonsor,converteII名目1 前言11.1 设计背景11.2 设计目标11.3 实施打算11.4 必备条件22 总体方案设计32.1 方案比较32.1.1
5、 方案一32.1.2 方案二32.2 方案论证42.3 方案选择43 单元模块设计53.1 各单元模块功能介绍及电路设计53.1.1 传感器模块设计53.1.2 A/D 转换器模块设计63.1.3 数字显示电路模块设计73.1.4 报警电路模块设计83.2 特别器件的介绍93.2.1 MQ-2 传感器介绍93.2.2 TC7107 介绍104 系统调试134.1 调试环境134.2 硬件调试135 系统功能、指标参数165.1 系统能实现的功能165.2 系统指标参数测试165.3 系统功能及指标参数分析166 结论187 总结与体会198 谢辞209 参考文献21附录22西华大学课程设计说明
6、书1 前言喝酒后,呼出的气体会有酒味,表情行为会有反常。远古时代人们利用鼻子作为传感器,进展简洁的呼出气体酒精测量。19 世纪末消灭了用体液对酒精进展定量分析。1927 年,有科学家建议使用呼出气体做酒精浓度分析。用足球胆收集呼出气体后,通过硫和重铬酸钾的混合溶液,溶液的颜色会发生蓝一绿一黄的变化,同酒精浓度的标准试剂色管比较,就得到相应的 BAC。现在,肺泡气中酒精的测量技术有了很大的进步,有先进微处理器的酒精测试仪已被商品化。越来越多的国家开头制止酒后驾车。准确的呼出气体酒精测试和传统的法医血液酒精分析相比有很多优点,例如,进展无毒的采样, 能进展现场处理,这样为交警节约了时间,使交通掌握
7、更高效,能避开运输和贮存有艾滋病病毒和肝炎病毒的血样。1.1 设计背景如今,交通越来更加达,车流量日益增大,引发的交通事故也随之不断增加。其中, 有很大一局部是由于司机酒后驾车所造成的,因此要严格处理酒后驾车。通过立法制止酒后驾车的急迫呼吁要求进展更牢靠的酒精测量方法。本文正是介绍一种通过使用呼出气体做酒精分析测量酒精浓度的方法,可以为检测酒后驾车供给帮助1.2 设计目标设计一种简洁便利,设计简洁,制作简洁,本钱低,性价比高,有用的用于公共场所具有检测和报警功能的酒精浓度测试仪。成品可用于交警对汽车驾驶者测试与监视, 也可以用于司机驾车前的自我检测。固然酒精测试仪不仅仅可以用来查酒驾,还可以应
8、用于室内的环境检测,检测出某些特别的工厂,车间等地,依据空气中酒精的浓度来进展报警,避开人们处于危急的环境当中。1.3 实施打算第 1 页起止日期6.206.20-6.23表 1-1 打算实施表内容进程承受设计的课题,分组生疏设计的课题,查阅、整理参考文献和资料备注做出设计的大致流程6.23-286.28-6.306.30-7.47.4依据流程做出仿真图修改仿真图并起草设计说明书修改设计说明书,完成整个课程设计打印,程设计报告书1.4 必备条件1、收集与酒精检测仪相关的论文,书刊作为参考,2、了解整个过程需要用到的软件,电子元件,以及相关学问。3、学习并娴熟的运用相关软件,例如:Protues
9、。4、计整体思路,化整为零,按部就班完成设计。5、同学之间相互信任,集思广益,齐心协力的奋斗。6、教师的辛勤指导,悉心检查。2 总体方案设计方案一较方案二设计简洁易懂,价格低,且不影响检测效果。2.1 方案比较2.1.1 方案一图 2-1 原理框图方案一如图 2-1 所示,整个酒精检测仪由 4 大局部组成气敏型传感器、A/D 转换、数字显示电路、以及报警电路。整个系统简洁化,没有使用单片机,为此我们也颇费精神来寻求转换方法,工作原理是在传感器传出的电压信号传到 A/D 转换器,经 A/D 转换器转化为数字信号,然后显示出来。2.1.2 方案二图 2-2 原理框图方案二如图 2-2 所示,整体由
10、传感器、TCL7107、按键、报警提示、液晶显示器 6局部组成,此方案承受 TCL7107,使得转换变得简洁,但是液晶显示又过于简单。2.2 方案论证方案一,与方案二大同小异,都选择转换器,都有传感器,报警电路和显示电路。但是方案一的转换器使用的 TC7107。2.3 方案选择选择方案一,由于其简便,需要的元件简洁易于查找,连接方式简便,相对于方案二,少了按键,液晶显示,本钱更低,但是效果却不变。电路的连接也较为简洁。相比之下选择方案一更为适宜。3 单元模块设计3.1 各单元模块功能介绍及电路设计本系统主要分为 4 个单元模块,它们分别是:传感器模块、转换器模块、数字显示模块和报警电路模块。各
11、单元模块功能及相关电路的具体说明如下。3.1.1 传感器模块设计1、传感器模块,我们选择的是MQ2 气敏型传感器,主要是承受被测环境的信号。气体传感器是气体检测系统,里面装有探头,气体传感器是将气体的气体体积分数转换成相应的电信号的转换器。探头穿过气体样品的干扰调整气体传感器,通常包括过滤杂质和干扰气体、枯燥或制冷处理、样品提取,同时对样品进展化学加工,以便气体传感器进展更快速地检测出结果。 在选择传感器的时候,稳定性、灵敏性和性价比格外重要。本系统选择的是 MQ2 型酒精传感器。MQ2 酒精传感器是气敏传感器,其具有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和牢靠的稳定性。MQ2 型气敏传感
12、器由微型 Al2O3、陶瓷管和 SnO2 敏感层、测量电极和加热器组成的敏感元件固定在不锈钢或者塑料的腔体内,带有加热装置为气敏元件的工作供给了必备的工作环境。我们为了把测量的精度到达最高,误差最小,需要找到适宜的温度,我们一般在使用前需要把传感器预热5 分钟。2、所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)当传感器所处环境中存在酒精蒸汽时,传感器的电导率随空气中酒精气体浓度的增加而增大。使用简洁的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。3、如图图 2-3 气敏型传感器特点:对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择性快速的响应恢复特性简洁的驱动回路应用于机动车驾
13、驶人员及其他严禁酒后作业人员的现场检测;也用于其他场所乙醇蒸汽的检测。4、模块的具体电路5、相关参数计算图 2-4 传感器仿真电路阻挡为 0.01010 欧的 RV1 滑动变阻器下半局部的电压即为模拟的气敏传感器输出的电压,但由于与之连接的 AD 量程在 200mv-2v 之间,所以串联一个 10M 的电阻,比列为100:1,所以滑动变阻器上满量程时分得的电压为 50mv 。3.1.2 A/D 转换器模块设计1、转换器我们选用的是TC7017, 它包含 3 1/2 位数字 A/D 转换器,可直接驱动LED 数码管,内部设有参考电压、独立模拟开关、规律掌握、显示驱动、自动调零功能等。本文主要介绍
14、其管脚及主要参数。西华大学课程设计说明书图 3-1 TC7107 转换器2、ICL7107 是 31/2 位双积分型 A/D 转换器,属于CMoS 大规模集成电路。它的最大显示值为士 1999,最小区分率为 100uV,转换精度为 0.05 士 1 个字。能直接驱动共阳极 LED 数码管,不需要另加驱动器件,使整机线路简化,承受士5V 两组电源供电,并将第 21 脚的 GND 接第 30 脚的 IN 。在芯片内部从 V+与 COM 之间有一个稳定性很高的 2.8V 基准电源,通过电阻分压器可获得所需的基准电压 VREF 。能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能。输入阻抗高,对输入信
15、号无衰减作用。整机组装便利, 无需外加有源器件,配上电阻、电容和 LED 共阳极数码管,就能构成一只直流数字电压表头。噪音低,温漂小,具有良好的牢靠性,寿命长。芯片本身功耗小于15mw不包括LED。不设有一特地的小数点驱动信号。使用时可将 LED 共阳极数数码管公共阳极接V+。3.1.3 数字显示电路模块设计1、数字显示电路我们承受数码显示。2、数字显示电路元件简洁,造价低,但显示效果好,在不承受单片机的状况下数字显示电路比液晶显示电路更适宜。第 7 页图 3-2 数字显示电路3、特点:功耗低、品种多、价格低廉、电源电压范围宽。4、电路功能:此模块由3 个 LED 数码管 a,b,c,d,e,
16、f,g 分别和 TC7107 31/2 数模转换器的 A1.2.3;B1.2.3;C1.2.3;D1.2.3;E1.2.3;F1.2.3;G1.2.3 相连。将 TC7107 转换后的数字量显示在数码管上,显示在数码管上的就是输入的酒精浓度。3.1.4 报警电路模块设计1、报警电路包括,规律电路和报警系统。2、与门和或非门电路的组合。图 3-3 报警电路3、当数值小于20 毫克时,报警电路的绿灯亮,红灯不亮;当数值大于20 时,报警电路红灯亮,绿灯不亮,此时为报警。西华大学课程设计说明书3.2 特别器件的介绍本系统中主要使用了如下一些功能器件:气敏型传感器 MQ-2、。下面就这些器件的功能特点
17、、主要参数和使用方法作相应说明。MQ-2 传感器其特点在于广泛的探测范围、优异的稳定性、寿命长、高灵敏度、快速响应恢复、简洁的驱动电路。3.2.1 MQ-2 传感器介绍1、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 伏的电压值且电压值稳定,外部干扰小等。因此,可以直接把传感器输出电压值经过 A/D 转换器转换得到数据。此外,还需接人 LED 数码管显示电路等。2、工作原理:中的氧,形成氧的负离子吸附,使半导体中的电子密度削减,从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时,假设晶粒间界处的势垒受到该烟雾的调制而变化,就会引起表而电导率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的
18、信息,烟雾浓度越大, 电导率越大输出电阻越低。3、MQ-2 型传感器对自然气、液化石油气等烟雾有很高的灵敏度,尤其对烷类烟雾更为敏感具有良好的抗干扰性,可准确排解有刺激性非可燃性烟雾的干扰信息,例如酒精和烟雾等;MQ2 传感器具有良好的重复性和长期的稳定性。初始稳定,响应时间短, 长时间工作性能好。图 3-4 MQ2 引脚图4、MQ2 传感器都是 6 个引脚其中中间对称的两个引脚 H 与 H2&5为加热引脚,选取两脚中的其中的一脚接正电源都可以。脚与 3 脚是 A 与 A。4 脚与 6 脚是 B 与 B是信号引脚,这两对引脚其中一对作为接正电源;另一对做信号输出A 与 A、B 与 B在内部都相
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