課程設(shè)計(jì)：便攜式酒精探測儀的設(shè)計(jì).doc

平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院便攜式酒精探測儀設(shè)計(jì)說明書姓名：田明順學(xué)院：平職學(xué)院專業(yè)：電氣自動化班級：對口（二）班學(xué)號：20102003853目錄一、設(shè)計(jì)背景3二、方案設(shè)計(jì)32.1 酒精探測儀設(shè)計(jì)的基本原理32.2電路設(shè)計(jì)32.2.1 檢測電路42.2.2 控制電路42.2.3 比較電路42.3.4 輸出電路5三、電路調(diào)試53.1 MQ-2氣敏傳感器電路調(diào)試53.2 LM358電壓比較電路調(diào)試63.3總體電路調(diào)試8四、總結(jié)9一、設(shè)計(jì)背景本酒精探測器是專門為警察設(shè)計(jì)的一款執(zhí)法的檢測工具，執(zhí)勤民警可用其來對司機(jī)是否飲酒進(jìn)行檢測與相應(yīng)的處理，有效減少交通事故的發(fā)生，避免人員傷亡和財(cái)產(chǎn)的重大損失。設(shè)計(jì)的基于運(yùn)算放大系列的LM358的酒精探測儀，以LM358和MQ-2酒精傳感器為核心，具有報(bào)警功能。根據(jù)是否有酒精的環(huán)境下，檢測到酒精就會進(jìn)行報(bào)警，提示危害。該儀器硬件電路設(shè)計(jì)簡單、功能完善、工作性能好，此外，還具有低功耗、低成本的特點(diǎn)。二、方案設(shè)計(jì)2.1 酒精探測儀設(shè)計(jì)的基本原理 在本設(shè)計(jì)中酒精探測儀的基本原理是根據(jù)MQ-2氣敏傳感器對酒精的敏感程度，未接觸到酒精時，其阻值較大，當(dāng)接觸到酒精后，其電阻急劇變小，根據(jù)這一特性，設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制電路，通過電壓比較器，當(dāng)輸出為高電平是，LED亮，相當(dāng)于一個報(bào)警的作用。該設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方框圖如圖1所示，設(shè)計(jì)的電路見附錄一，其中包括參考電壓電路，檢測電路，電壓比較電路和輸出電路。電壓比較器MQ-2氣敏傳感器 參考電壓電路酒精 報(bào)警 高電平圖1 酒精探測儀的基本原理方框圖2.2電路設(shè)計(jì)2.2.1 檢測電路圖2 酒精檢測電路電路檢測電路顧名思義就是檢測酒精的，電路圖如圖2所示。該部分的主要部分就是通過比較a點(diǎn)的電壓不一樣，原理是當(dāng)接通+5V電源之后，在初始狀態(tài)時，A與B之間的電阻很大，所以a點(diǎn)的電壓會大于2.5V，當(dāng)傳感器感應(yīng)到酒精時，A與B之間的電阻會急劇變小，并且小于10K的變阻器，這個時候，a點(diǎn)的電壓會下降到2.5V以下。通過傳感器A、B之間的電阻變化可以得到a點(diǎn)電壓的變化。2.2.2 控制電路該部分電路的設(shè)計(jì)主要是為了得到一個穩(wěn)定且大于零的參考電壓Ur，電路圖如圖3所示。接通+5V的電壓，R1=R2，所以b點(diǎn)的電壓會等于2.5V。這個電壓會比較恒定，可以作為參考電壓。圖3 控制電路2.2.3 比較電路該部分電路圖是通過LM358來實(shí)現(xiàn)的，電路圖如圖4所示。通過比較UI與UR的電壓大小，決定輸出端為高電平還是低電平。其傳輸特性如圖5所示。即當(dāng)UIUR時，輸出端為低電平。圖5 電壓比較器傳輸特性圖4 電壓比較電路路2.3.4 輸出電路 該部分電路為報(bào)警電路，在圖4電壓比較器的輸出端接上一個LED，當(dāng)輸出為高電平，LED亮，即報(bào)警。當(dāng)輸出為低電平時LED不亮，即為正常狀態(tài)。三、電路調(diào)試3.1 MQ-2氣敏傳感器電路調(diào)試酒精探測儀采用的傳感器是MQ-2氣體傳感器。它的特點(diǎn)是不僅探測范圍廣泛，并且靈敏度高，響應(yīng)快，恢復(fù)也快。優(yōu)異的穩(wěn)定性，壽命也長?？蓱?yīng)用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置，適宜液化氣，丙烷，丁烷，甲烷，酒精，氫氣煙霧等的探測。MQ-2氣體傳感器的引腳圖如圖6所示。其中A、B用于信號取出，H則是接電源的正負(fù)極，用于提供加熱電源，該傳感器在使用前應(yīng)預(yù)熱。 圖7 傳感器調(diào)試電路圖6 MQ-2引腳圖A與B之間的電阻在常態(tài)下通常阻止很大，但是當(dāng)接觸到酒精之后，A、B之間的電阻會急劇變小。這就是這種傳感器利用這一性質(zhì)來檢測是否有酒精或其他氣體。根據(jù)這一特性，用萬用表測得MQ-2氣敏傳感器在平時狀態(tài)下，其A-B間阻值為20多千歐，適當(dāng)調(diào)整可變電阻RP的阻值，大約取值為9K多，在通有5V電壓情況下，測得a點(diǎn)電壓UI的電壓大于2.5V。當(dāng)用酒精靠近氣敏元件時，測得a點(diǎn)電壓小于2.5V，因此，該氣敏元件是好的，傳感器調(diào)試電路也是成功的。3.2 LM358電壓比較電路調(diào)試圖8 LM358引腳圖LM358 內(nèi)部包括有兩個獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合。其引腳圖如圖8所示。圖9比較電路是通過以LM358引腳3的電壓為參考電壓UR=2.5V。LM358引腳2的電壓為比較電壓UI。在圖中可以看出引腳3的電壓大于2.5V，所以引腳1輸出應(yīng)為低電平。其中R4可以模擬成初始狀態(tài)的氣敏傳感器MQ-2，相對與R3來說電阻較大，可以得出引腳3的電壓大于2.5V。根據(jù)MQ-2的性質(zhì)，當(dāng)接觸到酒精之后，其A、B之間的電阻急劇變小，由這一特性又可以模擬電路，如圖10所示。即引腳2的電壓還為2.5V作為參考電壓UR。A、B之間的電阻模擬R4=2K，R3=10K，這樣以來，引腳3的電阻UI小于2.5V，即UIUr時，輸出端為低電平，既然輸出端為低電平，在這種情況下LED肯定是不會亮的，這個時候LED也的確沒有亮。既然是酒精探測儀，當(dāng)然不能少了最終要的一環(huán)，也是關(guān)系到這個設(shè)計(jì)成功與否的一環(huán)。這個設(shè)計(jì)需要的是，當(dāng)MQ-2氣體傳感器接觸到酒精時，LED亮（即起報(bào)警作用）。當(dāng)我拿著二鍋頭的瓶口接觸到MQ-2氣敏傳感器時，令人欣喜的是，LED亮了，此時測得引腳2的電壓符合理論值在2.5V左右引腳3的電壓為1V左右，輸出端1輸出電壓為3.5V左右。意味不可言喻啊，設(shè)計(jì)算是成功了，當(dāng)然不排除可能出現(xiàn)的小誤差?？赡苁嵌侇^開瓶后放置了太久的緣故吧，酒精濃度不是很高，需把氣敏元件放在瓶口正上方才起效。一開始的時候不注意，導(dǎo)致傳感器碰到瓶口，一些酒精粘在了傳感器上，理所當(dāng)然，當(dāng)撤去酒精瓶后，LED燈依然亮著。然后根據(jù)酒精揮發(fā)快，趕緊吹，一會就滅了，真是有驚無險(xiǎn)啊！后來小心地這樣反復(fù)試了幾次，都是當(dāng)接觸到瓶口時，LED亮，當(dāng)拿開瓶子，LED熄滅。讓我不禁感嘆這MQ-2的靈敏度的確是高，并且響應(yīng)也快。四、總結(jié)這次設(shè)計(jì)收獲頗豐，在實(shí)驗(yàn)室認(rèn)識了不少器件，大致知道一些的用法，將所學(xué)的綜合起來運(yùn)用了一下，很好的檢測了所學(xué)知識，同時也鍛煉了動手能力。雖然這是一個很簡單的電路，但對于我來說也是一次考驗(yàn)。這個設(shè)計(jì)功能不完善，是一個很大的缺陷，但是也通過這次課題提高自己這方面的動手能力，并且能夠