酒浓度检测报警电路设计.docVIP

1 引 言 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新月异的变化。汽车已然成为现代社会必不可少乃至无可取代的产物，所以我国汽车的总数不断增加，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部分。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重，如不及时提醒，后果将会不堪设想。所以这更需要对汽车内的空气进行实时监测,以便及早得提醒驾驶员，有效的防护酒后驾驶，减少交通事故。 目前，在空气检测领域，各式各样的气敏传感器层出不穷，而各式各样的酒精检测设备也应运而生，且采用的都是对气体信息进行提取分析，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，大部分功能较单一、实时性较低。因此，开发一个实时性高、性能稳定、经济实用的酒精浓度检测报警器便是本设计的最终目标。 2 系统整体框架 2.1 课题分析 模拟报警器一般由传感器、放大器、比较器、电源电路和声光报警电路组成，其框架如图1所示。 图1 模拟电子报警器框图 传感器对外界信息进行检测，配合外接电路，将外界信息的变化转化为一个电压信号;该信号通过放大器放大后，得到一个较大的电压；将该电压输入到电压比较器中与参考电压进行比较；比较器的输出结果有两种，要么高电平，要么低电平，以此来控制声光报警电路是否工作。 2.2 设计要求 在本次设计中要求所设计的酒精浓度检测器具有报警功能。当酒精浓度大于设定值时，声音报警电路会工作以提醒用户，而且还能强制发动机熄火。 2.3 设计框图 为了让报警器成为具备准确、快速的检测到气体信息，并采取相应的自动处理措施的控制系统。我们将检测报警器分为以下几大组成部分：电源模块、气体检测模块、开关电路控制模块、声音报警模块、显示模块、自动控制模块。图3便是空气质量检测报警器的系统框图： 图2 电路设计整体框图 方案论证 2.4.1 稳压电路的选择 第一种：传统三端线性直流稳压电源 虽然成本低、简单易用、元器件化，但是其效率低、需要较大的散热器、系统成本高。 第二种：SIP封装的开关直流稳压电源 采用了业内领先的塑封压模块工艺，大大提高了产品在恶劣环境中的工作能力和寿命，不过电路中的“热点”无法消除、功率密度不够高、无法进行自动贴片。 基于电路的考虑选择了方案一传统三端线性直流稳压电源（7805芯片）。 2.4.2 检测模块 检测模块是检测器的心脏，只有准确可靠的检测气体才能让检测器准确正常的工作，选择一个合适的气敏元件是非常重要的。因此我们设计了一下二种方案： 第一种：用红外发射——接收管 用红外线发射管发出红外线，经过需要检测空气质量区域空间，在检测空间的另一端用红外接收管接收经过空气调制的红外线信号。然后将接收到的信号进行处理，得出空气质量信息（气体温度、浓度等）。其流程如图3所示。 图3 红外发射流程图 该方案虽检测距离远，精度很高，远距离响应速度快，适合用于高端专业测量设备。但是硬件设备要求较高，信息处理算法较复杂，开发成本较高。 第二种：气敏传感器检测 运用传感器检测，根据传感器在不同气体环境中电阻的变化，从而引起输出电压的变化，将电压信号传给单片机分析。该方案虽然检测距离近，响应速度较慢，精确度较低。但是输出信号处理方便，价格便宜，开发成本低，适合普通用户使用。 我们设计的产品主要是面对普通用户，并且只是在汽车内，这种空间比较小的地方，测量距离不用很远。当驾驶员喝了酒上车的时候，酒精很快就可以蔓延到车里的每一个角落，这样传感器也就很快就可以检测到酒精浓度在增加。因而我们选择了价格比较便宜的气敏传感器作为我们的检测模块，也就是选择方案二。 2.4.3 气敏传感器选择 第一种：直热式MnO?半导体气敏传感器 制作工艺简单、成本低、功耗小，可以在高回路电压下使用、价格低廉的可燃气体泄漏报警器。但是其热容量小，易受环境气流的影响；测量回路与加热回路间巷削辑离，互相影响；加热丝在加热和不加热状态下会产生涨缩，易造成与材料的接触不良。 第二种：旁热式MnO?半导体气敏传感器 图4 旁热式气敏元件结构示意图 克服了直热式的缺点，其测量极与加热丝分开，加热丝不与气敏元件接触，免了回路间的相互影响；元件热容量大，降低了环境气氛对元件加热温度的影响，并保持了材料结构的稳定性，不过价格昂贵。 近年来，使用二氧化锡(SnO2)气敏元件制成的酒精检测器，不仅对酒精味敏感，对汽油味、香烟味同样敏感，易造成检测失误，因此限制了它的普遍推广和使用。因此本设计使用一种性能稳定、抗干扰能力强的酒精传感器QM-NJ9。 综上我选择了方案二旁热式MnO?半导体气敏传感器（QM-NJ9型）。 QM