TP3酒精传感器设计.docx

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1、传感器设计试验报告试验名称：酒精浓度检测装置的设计 专 业： 姓 名：学 号： 同组人员：学 号：_J 试验室： 试验时间： 评定成绩：批阅教师： 课题设计背景随着人类社会的不断进步， 科学技术的突飞猛进， 给我们的生活带来了日 月异的变化。 汽车已然成为现代社会必不行少乃至无可取代的产物， 所以我国汽 车的总数不断增加， 而且中国人的请客劝酒文化根深蒂固， 一到喜庆节日酒后驾 驶的现象更为严峻， 从而导致交通事故的不断发生， 而其中酒后驾驶导致的事故 的占大局部。我国近两年对酒后驾车的检查和惩罚进展了立法，使其标准化。课题设计应用与前景目前，在空气检测领域，各式各样的气敏传感器层出不穷，而各

2、式各样的酒 精检测设备也应运而生， 且承受的都是对气体信息进展提取分析， 得出气体的准 确信息，但现在这些空气质量检测设备都有一个致命的缺点是 - 价格昂贵，以 致于难以大量普及运用。除此之外，大局部功能较单一、实时性较低。因此，开 发一个实时性高、 性能稳定、 经济有用的酒精浓度检测报警器便是本设计的最终 目标。喝酒后酒精在人体体内的分布及呼吸含量出台的标准规定，驾驶员血液中的酒精含量大于或者等于0.2mg/ml 、小于 0.8mg/ml 属于饮酒驾驶行为； 血液中的酒精含量大于或者等于 0.8mg/ml 属于 醉酒驾车。平均而言，血液酒精浓度是呼吸气体浓度的 2023 倍。血液濃度(%)血

3、液濃度 換算成咖)呼氯濃度血/L)酒醉程度症狀0,05 - 0.150、1000.25*0.500.10.15100 -1500.500.75顏面色紅”輕度血壓上升”亦育人摭 症狀。輕度酩酊、鱗除抑剧、多辯”决斷 快40.15021502000.751.00茫醉中度酩酊、列奮狀、合倂蹄痺症狀、語言略不清楚、運動失調、平衡障礙、判斷力遲鈍。強度酷酊、噁心、嘔吐、意識混 SL、025-035250-350125-1.75滦醉035-0.45350-4501.75-225泥醉0.45 以上450 且上2.25 以上死亡步行國難、言語不稽、易進入睡眠狀巒昏睡期、意識完全消逝”時旬乎吸困難，棄之不顧可能

4、導数死亡呼唳麻痺或心騰機能不至而死 a酒精进入机体后，20 如胃吸取，80%被十二指肠吸取。酒精自饮用后25min 开头进入血液，3090min 后在血液中到达最高浓度，613h 后各脏器酒精含量达最 高。各组织器官对酒精的吸取率不同。在平衡状态时，脑组织、脊髓、肝组织中 酒精浓度分别是血液中酒精浓度的1.75、1.50、1.48 倍。酒精主要在肝中分解代谢，约 80%90 的酒精在乙醇脱氢酶的作用下代谢为乙醛，进一步在过氧化氢 酶作用下代谢为二氧化碳和水，约 10%勺酒精以原形物的形式由肾、肺、唾液腺 和汗腺随尿液、汗液、唾液和呼吸排出体外。一般成人代谢速率约为每小时 150mg/kg。比方

5、一次饮入 60 度白酒 100ml，消退约需 6h。酒精在呼吸空气中的含量及转化利用酒精测试仪中有电化学传感器，当呼气样品的酒精分子通过传感器时，酒精转化成乙醛，由于释放电子引起了传感器电流的变化，微处理器便测定传感器的电流，从而快速准确测量呼吸中的酒精含量，并换算成血液中酒精含量值。 呼气中酒精含量血液中酒精含量Mg/l Mg/ml %0.05 0.1 0.010.10 0.2 0.020.20 0.4 0.040.25 0.5 0.050.30 0.6 0.060.40 0.8 0.080.55 1.1 0.110.60 1.2 0.120.70 1.4 0.140.80 1.6 0.16

6、0.90 1.8 0.181.00 2.0 0.20酒精传感器参数(TP-3 )TP-3C 直热式酒敏传感器应用：I 用于机动车驾驶人员及其他风险作 业人员的酗酒检测和其他场所乙醇蒸汽的探测。特色：I 快速响应恢复I优异的稳定性/长寿命I 功耗低、微型化设计I 温湿度影响小 规格：探测 范围101000ppm 酒精灵 敏 度 600mv( 130 ppm)响应时间 4S 恢复时 间 10S 供电电压 2.5-3V DC 工作电流 120mA 脱附电压 2.5-3V DC 工 作电压 脉冲供电，电压 2.5V，频率 100HZ 负载电阻 10K-200K Q 功率 360mW 工作条件-20 5

7、0Cw 95%RH对应的酒精传感器内部原理图VCCRZ00 二 20K 4KRsRhVhR1Vhm.9V-l.0VVcc5VVoutR2=(5OK)GndGild试验方案设计试验要求通过查阅资料了解酒精传感器的原理及应用， 依据所供给的酒精传感器设计并搭建检测电路。根本任务：设计完成酒精含量检测电路，要求用绿、黄、红三色LED 旨示灯分别显示酒精含量的低、中、高。提高任务：在完成根本任务根底上，设计LED 数字显示电路，来自传感器的相应数值。试验方案分析:本次试验承受的TP-3 酒精传感器，在接触酒精时，传感器电阻变小，并且酒精 含量越 大，传感器电阻越小，在输入电压肯定时，输出电压随着传感器

8、检测到的 酒精含量浓度增大电压变大。由此我们想到设计一个电路，在低电压时显示绿灯， 中电压显示黄灯，高电压显示红灯，并且低中高三种电压参数可以通过滑动变阻 器来调整。高中低电压我们的想法是通过比较器电路来实现，与预先设定的亮灯电压，来掌握红黄绿三灯亮灯的电压。最先设计方案我们在网上找到了一些思路，电路图如下:经过分析，通过调整滑动变阻器 RL 可以在初始时L1A 绿灯亮起，然后由于比较 器 9 号电压小于 10 号，6 号电压小于 5 号，比较器输出端 8 号和 7 号电压为正,电阻R10 与 R11 接的是高电压VCC 此时通过L2A 和 L3A 上的电压不为正，达不 到额定电压，故不会亮起

9、。当传感器电压渐渐上升时，当 9 号电压高于 10 号时， 此时比较器 8 号输出端电压为负故黄灯亮起，而 12 号电压大于 13 号，14 号输 出端电压为正，通过绿灯的电压达不到额定电压，L1A 绿灯熄灭。相比红灯，由于此时 6 号脚电压照旧小于 5 号，故输出电压仍为正，此时红灯不亮。当传感 器电压连续上升时，此时 6 号脚电压大于 5 号，7 号输出为负，这是L3A 红灯亮， 然而此时 8 号输出仍为负，故黄灯也亮。这个试验结果不符合我们的试验要求。 所以我们在此试验图上做了修改。参考别的同学的设计方案他们通过三个滑动变阻器调整所需要的电压，通过比较器比较，当到达 所需要的电压时，输出

10、为正，此时 LED 灯亮，这个思路是与我们不同 的，我们的是输出电压为负时灯亮，相比较而言，我觉得他们的设计方 案是比我们要优越的，我们的在反向电压很大时，可能会对 LED 灯造 成影响，可能会烧毁 LED 灯， 不过在电压 5V 之内，对于两个设计方案 来说结果是一样的，也不会对试验器材产生影响。但是在以后的 设 计 中 我 会 多 思 考 其 余 的 方 案 ， 排 除 设 计 中 的 隐 患 。最终设计方案修改后的电路图如下与最初的电路唯一的转变是将 LED2 黄灯输出的末尾接到了 6 号，使在红灯LED1 输入为正时，黄灯两端的电压达不到额定电压，此时，红灯亮，黄灯不亮，这是原图不同的

11、地方。 首先通过调整滑动变阻器 R9 可以在初始时使 LED3 录灯亮起，此时黄灯和红灯不 亮。在酒精传感器输出电压上升时，黄灯比较器输出电压为负，黄灯亮起，此时 由于绿灯比较器输出电压为正，故绿灯不亮。酒精传感器电压由于酒精浓度上升， 输出电压增大，此时绿灯比较器输出电压为负， 故绿灯亮起，然后负电压参加到 黄灯一端，和黄灯比较器输出电压也为负，此时黄灯不亮。故此方案满足试验要 求。最终设计方案具体分析:通过调整三个滑动变阻器，可以调整三个灯亮时的电压值，使灯在预定的电压时 亮灯。三个比较器，传感器输出电压到达预定电压时，比较器输出一个电压，使灯亮起。反向接LED 显示灯，在输出电压为负时，

12、LED 灯亮提高局部设计电路图我们承受的是 ICL7107 设计电路，由于我们分工是由王鹏来做提高局部，我来做根底局部, 故提高局部设计电路我不是很清楚。-t.B.H.B. LJLgQL3 PM L LoDOgQLj| i蟲ffwKLCL7107d.LOOK 4U7严P20K i5SKq - - *L2U0inV 输入LED连接电路图试验调试过程试验开头设计时承受的是软件模拟，通过调整电阻大小， 掌握输出电压，定性的分析电阻变化对于三个灯的亮度转变。但是在实际接入传感器后， 析，是酒精传感器的电阻小于我们试验模拟的电阻，电路直接亮起的是红灯。我们通过分故我们在传感器输出端参加了一个滑动变阻器，

13、使滑动变阻器初始电阻符合试验模拟电阻。接通电源，此时绿灯亮起，符合要求。再接着是三个灯亮起时输出电压的大小调整。试验中教师要求在初始时绿灯亮起，在输出电压为 0.8V 左右时黄灯亮起，输出电压为 1.6V 左右时红灯亮起。我们在输出端参加第一个滑 动变阻器时绿灯已经亮起了，故绿灯不用调整。我们拔掉酒精传感器，在接入酒精传感器的地方接上直流电源，调整到 0.8V，然后调整连接黄灯的滑动变阻器，当由绿灯刚好变到黄 灯时符合在 0.8V 时亮黄灯的要求。然后把输出电压调到1.6V，同样调整连接红灯的滑动变阻器，在由黄灯刚好变到红灯时停顿， 此时三个灯已经调整完毕，我们连入酒精传感器，开始进一步测试。

14、我们把试验做的提高局部联入到酒精传感器输出端，在四个LED 上显示酒精传感器输出电压，觉察在不加酒精时，LED 显示电压为 0.4V，这个电压有点偏高，不是抱负的 0V，我们通过排查，觉察假设在输出端在并联接上一个精时 LED 显示的初始电压或许为 0.1V 左右，此时比较符合要求。10K 欧姆的电阻，在不接酒试验结果未加酒精时 LED 显示 0.08V 亮绿灯加 10%酉精时，LED 显示 0.805V,亮黄灯加 30%酉精时，LED 显示 1.344V,亮黄灯当参加 60%酉精时，LED 显示 1.52V，亮红灯试验误差分析:在不同浓度下亮不同颜色的灯，并且相对应 LED 灯示数不同，但是

15、在由百分之三十酒精浓 度到百分之六十浓度时， LED 数字转变很慢，我们猜测是不是传感器本身的缘由，或者是 设置了过高的红灯亮电压。在接了百分之六十的酒精后，撤掉酒精，传感器示数降低缓慢， 这是由于电路没有放电电路， 导致电路中的电流没有准时流出去， 参加一个放电电路可能会 使清零时间缩短。对整个试验的生疏与心得：本次试验由于时间有限， 做出的结果不是很令人满足。 在试验刚开头的时候， 花了很大一部 分时间去查阅资料。了解 TP-3 酒精传感器的原理，参数，并且在网上查找比较接近的电路 图，这样就将近花了 1 天的时间。 拿到电路图后， 我们通过分析电路图觉察了电路图的错误， 然后着手修改电路

16、图到我们所需要的试验要求， 当我们修改完成正式开头连接电路图时， 已 经整整的过去了一个星期。 对于连接后的电路图， 与试验模拟出的结果很相像， 并没有什么 大的不同， 问题是接上酒精传感器后， 一开头电路亮的是红灯， 我们通过分析排解， 确定是 酒精传感器初始电阻小于我们试验模拟的电阻， 于是参加了一个滑动变阻器解决问题。 在此 期间，我们组组员始终在做提高局部的LED 显示，最终几乎在同时完成了根底和提高局部。 对于本次试验， 我感觉最难的局部是如何掌握在 0.8V 亮黄灯， 在 1.6V 亮红灯， 一开头我们 并没有想到相应的方法，只是定性的调整滑动变阻器，并没有具体的方法，结果可想而知， 我们调整相应电压对应相应的灯几乎花了整整一天的时间， 最终是在问同学他们的方法才解 决了这个问题。这次试验让我们深刻的理解到，闭门造车是不行的， 一个人的力量有大小， 只有参与到和同学的争论，共享阅历，才能到达一加一大于二的效果。并且通过此次试验， 让我更加深刻的理解了模拟和真实的电路是存在差异的， 即使在电脑上模拟很简洁， 但是实 际操作起来还是有很大的差异的。