基于氣敏傳感器的酒駕測試儀)

1、 成績評定： 傳感器技術(shù) 課程設(shè)計 題 目 基于氣敏傳感器的酒駕測試儀摘要 本設(shè)計采用單片機和酒敏傳感器為主要核心器件，酒精檢測儀是通過電壓頻率轉(zhuǎn)換將酒敏傳感器傳出的電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，經(jīng)單片機系統(tǒng)對傳感器輸出的非線性進(jìn)行查表式校正、譯碼后，用軟件將被測量的最大值保留并最終顯示。著重介紹了該儀器的工作原理及性能特點。本文介紹了氣敏傳感器檢測氣體的工作原理，詳細(xì)講述了系統(tǒng)的組成、原理和檢測方法。系統(tǒng)采用硬件兼軟件對測量過程及測量結(jié)果進(jìn)行處理。與傳統(tǒng)的檢測技術(shù)相比，此種傳感器檢測裝置有結(jié)構(gòu)簡單、新穎、易于實現(xiàn)的特點。【關(guān)鍵詞】 酒精檢測儀  8039單片機 

2、 非線性校正  酒敏傳感器目 錄一.設(shè)計目的1 1.1設(shè)計背景1二.設(shè)計任務(wù)與要求1 2.1設(shè)計任務(wù)1 2.2 設(shè)計要求3三.設(shè)計步驟及原理分析3 3.1設(shè)計方法 .3 3.2設(shè)計步驟 .4 3.3設(shè)計原理分析.5四.課程設(shè)計小結(jié)與體會7五. 參考文獻(xiàn)8傳感器技術(shù)課程設(shè)計一. 設(shè)計目的 各行各業(yè)的工作，例如機動車駕駛員酗酒后開車以及從事危險工作行業(yè)的人員酗酒后操作，都會造成嚴(yán)重的事故。用簡便、準(zhǔn)確、衛(wèi)生的檢測儀器進(jìn)行檢測，對違章飲酒者進(jìn)行重罰，促使每個人增強遵章守紀(jì)的意識，消除隱患，對減少因酗酒造成的事故具有很大的意義。根據(jù)人呼出氣體中乙醇的含量來確定酗酒的標(biāo)準(zhǔn)，

3、從醫(yī)學(xué)的角度看是可行的。人體攝入乙醇越多，血液中乙醇的溶解量就越大，從肺部呼出氣體中乙醇的含量就越高。根據(jù)醫(yī)學(xué)上對人飲酒的血醇含量的試驗結(jié)果進(jìn)行分析就可以確定酗酒的標(biāo)準(zhǔn)。而酒精的即時檢測，有助于社會各方面的安全，特別是交通的安全。二.設(shè)計任務(wù)與要求2.1設(shè)計任務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計要求考慮到方方面面。本系統(tǒng)各個重要方面，如兩個方面： 1.呼出氣體的測量方法 對人呼出氣體的測量不同于對其它氣體的測量。因為人呼出一口氣的時間僅一秒種左右，而且傳感器感受到的乙醇?xì)怏w濃度有一個從低到高再到低的過程，在這個過程中，濃度有一個最大值。2.數(shù)據(jù)的顯示方法  如果采用即時顯示，檢測者在短短

4、的一秒鐘內(nèi)既要觀察被檢者呼氣方式是否正確，又要觀察讀數(shù)并讀取最大值眼睛會應(yīng)接不暇，極易漏讀、誤讀。用微型計算機處理，可以在一秒種內(nèi)采樣數(shù)百次，對每次的結(jié)果逐一進(jìn)行比較，保留最大值，在測量過程結(jié)束后將最大值顯示出來供檢測者讀取，并能長時間鎖存，供被檢者和其他有關(guān)人員察看。 綜上所述，在酗酒檢測儀中采用單片微型計算機可以集模數(shù)轉(zhuǎn)換、非線性校正、結(jié)果處理、存儲、譯碼顯示于一身，從而使電路結(jié)構(gòu)緊湊、功能強、性能價格比高，并使檢測儀智能化，因此有著十分突出的優(yōu)點。采用微機的數(shù)字化氣體檢測儀，采用同一電路結(jié)構(gòu)，只要更換傳感器和程序存儲器，就可以適用于多種氣體的檢測，這也是其優(yōu)點之一。3.關(guān)于氣體

5、收集測量方法不同造成的影響 對人體呼出氣體的測量方式及其對測量結(jié)果的影響對人體呼出氣體進(jìn)行測量的方式基本上分為三種。 其一為密閉式的測量。被測者將呼出氣體吹入一塑料袋中，然后將傳感器探頭深入袋內(nèi)測量。測量過程中塑料是密閉的，袋中氣體不溢出。  其二為連續(xù)氣流式的測量。傳感器裝在一個氣室中。被測者通過吹管將氣從氣室一端吹入，經(jīng)過傳感器后從氣室另一端排出。測量過程L中要求氣流不中斷并保持一定的壓力。  其三是開啟或半開啟式的測量。被測者將氣體直接吹向傳感器進(jìn)行測試。要達(dá)到定量測量的目的，應(yīng)采用前面兩種方法，而且以第二種方法為好。但這兩種方法都要用到輔助的器具，如塑料袋

6、和吹管。從衛(wèi)生的角度，每次測試后要更換一次輔助器具。這在大量普查中不僅繁瑣，而且要耗費大量輔助器具，顯然是很不經(jīng)濟(jì)的，對此國家尚無圖2軟件主流程圖統(tǒng)一規(guī)定。我們采用開啟式和精確式測量相結(jié)合的方法。在普查時用開啟式進(jìn)行定性測量，被測者如果飲了酒，儀器就會報警，然后進(jìn)行復(fù)測，采用精確式進(jìn)行定量測量根據(jù)超標(biāo)與否判罰。對未飲酒者，不進(jìn)行復(fù)測。這樣可以節(jié)省大量輔助器具，又達(dá)到定量檢的目的。2.2 設(shè)計要求 由于使用了單片機，而單片機在酗酒檢測儀中的應(yīng)用酗酒檢測儀的定量化和數(shù)字化對傳感器和數(shù)據(jù)處理電路提出了提高的要求。  一是要求傳感器穩(wěn)定性高，抗干擾性好；二是要求電路能對傳感器的非線

7、性加以校正。三.設(shè)計步驟及原理分析3.1設(shè)計方法 設(shè)計要求中的第一點要求涉及傳感器的特性，只有通過選擇好的傳感器來解決。我們對可以獲得的幾種傳感器進(jìn)行了多次試驗對比，最后采用一種抗水汽性好、穩(wěn)定性較高、價格低廉的酒敏傳感器。 但酒敏傳感器的非線性一般都很大，而且不規(guī)則，難以用簡單函數(shù)去逼近。用硬件等方法去校正顯然是極為復(fù)雜、困難的。而單片機的功能強，運行速度快，利用軟件編程的技巧就可以對復(fù)雜的非線性進(jìn)行校正。 儀器的數(shù)字化要求它能具有模數(shù)轉(zhuǎn)換，譯碼顯示等功能，這些單片機都可以解決。    根據(jù)上述原因，我們采用單片機和酒敏傳感器的架構(gòu)

8、方案來進(jìn)行電路的設(shè)計。3.2設(shè)計步驟  CPU經(jīng)過逐一比較，獲得測試過程中最大的采樣值之后，查表得出相應(yīng)的濃度值，再進(jìn)行譯碼、顯示，結(jié)果存在寄存器中，可以保持顯示，直到按下復(fù)位鍵為止，儀器初次上電或按復(fù)位鍵后，顯示屏左邊第一位顯示“A”字，表示整個系統(tǒng)工作正常。按下測試鍵后，左邊第一位顯示“P”字，表示正在測試，測試過程結(jié)束后即顯示出濃度值。對于“超標(biāo)”(飲酒量超過標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到酗酒水平)和“超載”(濃度超過儀器最大測試范圍)的判斷也由軟件完成。CPU根據(jù)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)和滿載值與每次采樣值相比較，當(dāng)出現(xiàn)超標(biāo)時送出報警碼，同時送出“c”字型碼，在l弄左邊第一位顯示“E”。報警碼由P2

9、3口輸出控制556和迅響器等組成的報警電路發(fā)出聲響報警。相關(guān)參數(shù)：用到的器件：8039、74LS373、2716、74LS27、74LS04、74LS244 、555 、LED×43.3設(shè)計原理分析單元電路設(shè)計： 如上面的整體設(shè)計框圖，單元電路可以分為如下幾個：1.  頻率轉(zhuǎn)換器 本單元電路由酒敏傳感器和555電路組成濃度頻率轉(zhuǎn)換器，如圖1所示。其輸出脈沖頻率的變化代表著濃度的變化。本單元為電路的外界探測部分,由酒敏傳感器（氣敏傳感器的一種）實現(xiàn)，把酒精氣體濃度轉(zhuǎn)換成電信號的變化，輸入信號至單片機處理系統(tǒng)。2. 最小單片機系統(tǒng)

10、0;由8039、74LS373、2716組成最小單片機系統(tǒng)。由CFC輸出的脈沖信號送至CPU(8039)的T計數(shù)器端口，由CPU進(jìn)行采樣，校正非線性，比較存儲，譯碼顯示。3. 顯示系統(tǒng) 其工作原理和主要技術(shù)指標(biāo)如下： 顯示系統(tǒng)由4位LED七段數(shù)碼管和74LS244，四只3DG1815，四只3DG130組成。采樣時間由軟件確定，如圖2所示。根據(jù)傳感器特征和CPU的計數(shù)能力，定為5ms。采樣間隔為0.69ms。整個測試過程約為1.42s每秒采樣約為176次。對非線性的校正采用查表法。數(shù)據(jù)表格和監(jiān)控程序存在只讀存儲器2716中。數(shù)據(jù)表格占2頁，監(jiān)控程序占1頁(1頁為25

11、6個單元)。對于每個采樣的數(shù)值，表格內(nèi)有相應(yīng)的濃度值，以BCD碼表示理論上顯示濃度可達(dá)到0.01mgL的精度。四. 課程設(shè)計小結(jié)與體會通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)傳感器方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲齲最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實踐過程中

12、，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會及他人對你的認(rèn)可!課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實踐，再學(xué)習(xí)、再實踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。五.參考文獻(xiàn): 1董愛華主編.檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù).中國電力出版社.2007.12 2陳杰.黃鴻.傳感器與檢測技術(shù)M.北京：高等教育出版社,2002 3李娟.一種廉價的基于霍爾元件的電機轉(zhuǎn)速測量裝置的實現(xiàn)J.儀表技術(shù)與傳感器,2002