酒精检测报警及控制电路的设计与制作

1、 明达职业技术学院毕业设计(论文)20112012学年度 信息工程系电子信息工程技术 专业 班级 09电信（1）班 学号 43093118 课题名称酒精检测报警及控制电路的设计 学生姓名 林大龙 指导教师卜令涛 2011 年12 月15 日绪论资料显示，我国近几年发生的重大交通事故中，有将近三分之一是由酒后驾车引起的。因此，对驾驶员饮酒程度的检测正越来越受到重视，酒精浓度检测器逐渐得到了广泛的应用。酒精浓度检测器不仅可以作为交警快速准确地判断驾驶员是否酒后驾车的取证工具，同时也可以用于驾驶员自测是否饮酒过量。此外，也可应用于食品加工、酿酒等需要监控空气中酒精浓度的场合。由此可见，酒精浓度检测器

2、具有巨大的潜在用户群，市场前景十分广阔。判断驾驶员是否饮酒过度，最直接的方法是检测其血液酒精含量（blood alcohol content，bac），但由于检测bac时需对驾驶员采取血样，操作复杂且耗时较长；交警使用起来不太现实，更无法应用于驾驶员的自测。因此，通常采用测量呼出气体酒精浓度（breath alcohol content，brac）的方法来代替bac的测量。人体喝入酒后，酒精被胃和小肠的毛细血管吸收，通过肺动脉进入肺，血液在肺泡中完成气体交换，含有酒精的气体被呼出体外。呼出气体中的酒精含量与血液酒精浓度存在着一定的线性关系。由于brac会受到环境温度、湿度以及被测试者个体差异等

3、多方面影响，其测试结果不如直接检测崛准确，但是该结果仍可作为判断饮酒程度的重要参考。我国于2004年5月1日开始实施的中华人民共和国道路交通安全法对酒后驾车的处罚做了修改，但仍没有明确的饮酒驾车、醉酒驾车认定标准。目前我国大多数省市把0.02bac（即每100 ml血液中含有20mg酒精）规定为“饮酒”的下限，把0.10bac规定为“醉酒”的下限。当呼出的酒精浓度超过0.09 mgl，即可判定为“饮酒”；超过0.48 mgl，即可判定为“醉酒”。这样，利用酒精传感器，可将呼出气体中的brac值转换为电信号，供单片机处理，从而实现对测试者饮酒程度的检测。针对醉酒驾驶和现今交警普遍使用的手持式酒精

4、测试仪，结合汽车的特点，设计出这款“酒精检测报警器”，通过检测酒精浓度实现对点火系统的控制，从实际上达到防止醉酒驾驶的目的。 酒精检测报警及控制电路的设计与制作 作者： 林大龙 【摘要】本论文主要阐述了一个基于气敏传感器的酒精浓度感应与自动报警器。在气敏传感器感应到了酒精浓度超标时，将电信号转变成音频信号输出。并发出鸣响警示。近年来，随着我国经济的高速发展，人民的生活水平迅速提高，越来越多的人有了自己的私家车，而酒后驾车造成的交通事故也频频发生。酒后驾车引起的交通事故是由于司机的过量饮酒造成人体内酒精浓度过高，麻痹神经，造成大脑反应迟缓，肢体不受控制等症状。少量饮酒并不会有上述症状，即人体内酒

5、精浓度比较低时，而人体内酒精超过某一个值时就会引起危险。为此，需要设计一智能仪器能够监测驾驶员体内酒精含量。目前全世界绝大多数国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，以确定被测量者体内酒精含量的多少，以确保驾驶员的生命财产安全。此外，酒精测试仪也可应用于食品加工、酿酒等需要监控空气中酒精浓度的场合。由此可见，酒精测试仪具有巨大的潜在用户群，市场前景十分广阔。【关键词】 气敏传感器 酒精传感器 声光报警器 报警及控制 adc一课题目的和要求1.设计并完成的电路能够准确的检测出酒精的含量并可以发出控制信号以强制发动机熄火达到控制酒后驾车等行为。2.通过对本课题的设计，可加深学生对数子集成电

6、路的理解与认识，并提高学生对电子技术的综合应用能力。二课题设计方案本题目要求设计一个酒精检测报警器。当mq-6酒精传感器检测到酒精浓度超标后，就会给出一定的电压值，让汽车系统锁闭，从而使汽车无法启动。在整体设计中主要采用直流稳压电源给酒精检测传感器提供连续且稳定的脉冲，酒精传感器发出的模拟信号，来控制报警器报警，并且促使继电器熄火，来实现报警以及汽车点火系统的锁闭。设计流程如图所示。电源气敏传感器信号采集和处理放大电路及输出 2-1 电路原理框图酒精检测报警控制器原理图如图1-2所示。当酒精气敏元件接触到酒精气味后，b极的电压升高，升高的电压随检测到的酒精浓度增大而升高，这就产生了“气-电”信

7、号，当该电压信号达到1.6v时，使ic2导通，语音报警电路ic3得电发出报警声，同时，继电器j动作，其常闭触电断开，切断车辆点火电路，强制发动机熄火。在图中7805三端稳压器，将传感器的加热电压稳定在5v±0.2v上，保证该传感器工作稳定性和具有高的灵敏度，ic3和ic4组成语音声光报警器，ic3得电后即输出连续不断的“酒后别开车”的语音报警声，经c6输入到ic4进行功率放大后，由扬声器发出响亮的报警声，并驱动led闪光报警。1、 稳压电源的设计方案与选择方案一：采用输出固定值的稳定电压源。利用lm7812，输出所需要的电压+12v。方案二：采用输出固定值的稳定电压源。先由变压器将市

8、电压转换为15v电压，通过二极管和电容的整流滤波，得到正负相等的直流电压。由稳压二极管和电阻组成电压回路和电流回路，电阻和电位器组成取样回路，通过三极管的放大和电压调整，输出正负12v稳定电压。综合所述，由于考虑到设计的简洁性，所以用方案1来实现稳压电源。2、 酒精传感器的设计方案与选择方案一： 选择mq-3酒精检测传感器。mq-6酒精检测传感器灵敏度高同时还可抗汽油的干扰，响应速度快，一般情况小于10秒；功耗小于0.75w，节约能源，尺寸也较小，节约空间。同时，它还具有大信号输出，期稳定时间短，好的重复性，工作稳定可靠，微型化设计，良的抗烟雾、乙醇蒸气干扰能力。方案二：qmj-1酒精传感器。

9、qmj-1酒精传感器是专门为检测乙醇蒸汽而设计的新型传感器件。该元件对乙醇蒸汽有较高的灵敏度，而对正己烷烃蒸气的灵敏度很低，具有较好的选择性和稳定性。鉴于qmj-1购买不太容易，且加热时间长于mq-6，故选择mq-6作为本次设计所用传感器。3、 报警电路的设计方案与选择 自动检测系统中，一般的工作状态，可以通过指示灯和数码显示来指示，工操作人员了解。但是对于一些紧急状态，为了使操作人员不致忽视，以便及时采取措施，往往还需要有某种更能引人注意和提醒警觉的报警信号。这种信号通常有两种类型：一是闪光报警，因为闪动的指示灯能提醒人们注意；二是鸣音报警，发出特定的鸣音，作用于人的听觉器官，易于引起核加强

10、警觉。以上这两种报警统称为声光报警。在本系统中我们将采用第二种声光报警电路，利用特定的“酒后别开车”的语音报警器，来提醒司机。三稳压电源的基本原理直流稳压电源的设计是电子设备的能源电路，关系到整个电路设计的稳定性和可靠性，是电路设计中非常关键的一个环节，本设计中要用到的直流稳压电源为+12v直流稳压电源。直流电源电路一般由电源变压器、整流滤波电路以及稳压电路所组成，原理框图如图所示。具体工作电路图如图所示。 3-1 直流稳压电源基本组成框图 3-2 正12v稳压电源电源变压器的作用是将电网220v的交流电压变成整流电路所需要的电压。整流电路的作用是将交流电压变换成脉动的直流，它主要有半波整流、

11、全波整流方式，可以由整流二极管构成整流桥堆来执行。滤波电路的作用是将脉动直流滤除纹波，变成纹波小的，常见的电路有rc滤波、lc滤波、型滤波等。常用的选lc滤波电路。其中，它们的关系为 其中，n为变压器的变比 每只二极管或桥堆所承受的最大反向电压 对于桥式整流电路，每只二极管的平均电流 rc滤波电路中，c的选择应适应下式，即rc放电时间常数应满足 式中，t为输入交流信号周期，r为整流滤波电路的等效负载电阻。稳压的作用是将滤波电路输出电压经稳压后，输出比较稳定的电压。四纹波处理1.纹波的概念由于直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，这就不可避免地在直流量中带有一些交流成份，这种叠加

12、在直流量上的交流分量就称之为纹波。纹波的成分较为复杂，它的形态一般为频率高于工频的类似正弦波的谐波，另一种则是宽度很窄的脉冲波。对于不同的场合，对纹波的要求各不一样。对于电容器老练来说，无论是那一种纹波，只要不是太大，一般对电容器老练质量不会构成影响。而对程控机电源或音响设备中所使用的电源，由于宽度很窄的脉冲没有足够的能量来推动喇叭的纸盆或话机的听筒而形成杂音。因此对于这种窄脉冲的要求可以放宽。2.纹波的害处纹波如果不加以控制，将会给整个系统带来极大的坏处。纹波的害处主要有以下几点： 容易在用设备中产生不期望的谐波，而谐波会产生较多的危害。  降低了电源的效率。 较强的纹波会造成浪涌

13、电压或电流的产生，导致烧毁用设备。会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作。会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。3. 纹波电压的抑制方法抵制纹波电压的方法，常见的有以下几种：在成本、体积允许的情况下，尽可能采用全波或三相全波整流电路。加大滤波电路中电容容量，条件许可时使用效果更好的lc滤波电路。使用效果好的稳压电路，对纹波抑制要求很高的地方使用模拟稳压电源而不使用开关电源。五系统气敏传感器的设计1. 传感器的定义什么叫传感器？从广义上讲，传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置；简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。所以它由敏感元器件（感知元件）

14、和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。化学类，基于化学反应的原理。生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。本设计中将要用到上面所说的十大类中的气敏元件。2. 气敏传感器的定义气敏传感器就是能够感知环境中气体成分及其浓度的一种敏感器件，它将气体种类及其浓度的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱便可获得与待测气体在

15、环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。气敏传感器是暴露在各种成分的气体中使用的，由于检测现场的温度、湿度变化一般较大，且存在大量粉尘、烟雾等，所以其工作条件恶劣；而且气体会与传感器元件的材料产生化学反应物，附着在元件表面，往往会使其性能变差，所以对气敏传感器的性能必须满足下列：对被测气体具有较高的灵敏度，能有效的检测允许范围内的气体浓度并能及时给出报警、显示与控制信号；对被测气体以外的共存气体或物质不敏感；性能稳定、重复性好；动态特性好，对检测信号响应迅速；使用寿命长；制造成本低，使用与维护方便等。3. 气敏传感器的分

16、类由于被测气体的种类繁多，性质不相同，不可能用一种传感器来检测所有的气体，所以气敏传感器的种类也很多。气敏传感器按工作原理可分为半导体式气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器等不同类型。从材料、结构和应用范围来看，目前仍以半导体气敏传感器居多，这类传感器一般多用于粗略鉴别和定性分析，具有结构简单、使用方便的优点。但近年以氧化锆陶瓷材料为中心的离子导电性气敏传感器发展十分迅速，并成为发展新型传感器的一个研究热点。4. 气敏传感器的选择气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包

17、括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快速地测量。5.mq-6简介mq-6简介传感器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，长期的寿命和可靠的稳定性，简单的驱动回路。应用：用于机动车驾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。在选择传感器的时候，一定要考虑到稳定性、灵敏度、选择性和抗腐蚀性，本系统选择n19 型酒精传感器。mq-6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、长期的使用寿命和可靠的稳定性。mq-6 型气敏传感器由微型al2o3、陶瓷管和sno2 敏感层、测量电极和加热

18、器构成的敏感元件固定在塑料或者不锈钢的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。传感器的标准回路有两部分组成：其一为加热回路；其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻的变化。传感器表面电阻rs 的变化，是通过与其串联的负载电阻rl 上的有效电压信号vrl 输出面获得的。二者之间的关系表述为：rs/rl=(vcvrl)/vrl，其中vc 为回路电压，10v。负载电阻rl 可调为0.5200k，加热电压uh 为5v。上述这些参数使得传感器输出电压为05v。mq-6 型气敏传感器的结构和外形如下图3-1所示，标准回路如下图3-2所示，传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度的关系如下图

19、3-3所示。为了使测量的精度达到最高，误差最小，需要找到合适的温度，一般在测量前需要将传感器预热5 分钟。qm-6 结构和外形 qm-6 标准回路170度100度300度270度220度阻值变化率乙醇浓度/10负六次方0.30.20.1200400600图3-3 传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度之间的关系qm-6的基本参数 1. 气敏传感器的标准工作条件气敏传感器的标准工作条件如表3-1所示表3-1 标准工作条件符号参数名称技术条件备注vc回路电压15vac or dcvh加热电压5.0v±0.2vac or dcrl负载电阻可调rh加热电阻31±3室温ph加热功耗90

20、0mw2. 气敏传感器的工作环境条件气敏传感器的工作环境条件如表3-2所示表3-2 环境条件符号参数名称技术条件备注tao使用温度-10-50tas储存温度-20-70rh相对湿度小于95% rho2氧气浓度21%(标准条件) 氧气浓度会影响灵敏度特性最小值大于3. 气敏传感器的灵敏度特性气敏传感器的灵敏度特性如表3-3所示表3-3 灵敏度特性 符号 参数名称 技术参数 备注 rs 敏感体电阻1m- 8m(200ppm alcohol)适用范围：10-1000ppm alcohol（200/100）alcohol 浓度斜率 0.6标准工作条件 温度： 20±2 vc:5.0v

21、7;0.1v 相对湿度： 65%±5% vh: 5.0v±0.1v预热时间 不少于24小时 测试电路图测试电路图如图3-4所示图3-4 测试电路图 mq-6的测试数据及分析如测试电路图3-4所示，连接酒精传感器的测试电路，并在输出端加入一个固定电阻，测量电阻两端的电压变化。用两个稳压源对酒精传感器提供+5v和+12v电压分别作为加热和信号源，经过电阻后输出测得数据。经测试，在没有酒精的情况下，测得输出电压是随着加热时间的长度变化而逐渐下降，当检测到酒精时，输出电压瞬间增加到一个稳定值，增加幅度从0.2-5v左右。变化幅度大小可以表现出传感器的灵敏度和酒精浓度大小。检测电路如

22、附图所示。电路中，qm-nj9是酒敏传感器，qm-nj9接触到酒精昧后，a、b间的电阻值减少，b点的电位升高，酒味越浓，b点电位越高。此信号电压经灵敏度调节电位器rp滑动臂取出，加至双电压比较器lm358的、脚，而比较器、脚的参考电压则由r3、r4分压决定，即、脚的电位固定为v=vcc·r4(r3+r4)147v。lm358中的两个比较器输入端反相连接，根据电压比较器的原理可知：若、脚上的信号电压小于、脚设定的147v电压时，上比较器脚输出低电平，led2截止不亮。而下比较器脚则输出高电平，led3(绿色)正偏发光，同时触发语音电路tp-1106k的脚tg2端，扬声器bl发出&quo

23、t;祝您一路平安"，表示驾驶员未饮酒。反之，若、脚上信号电压高于147v，则下比较器脚输出低电平，led3截止不亮，而上比较器脚输出高电平，led2(红色)发光，并触发tp-1106k的脚tgl端，扬声器bl发出"酒后别开车"的警告，表示驾驶员饮酒超过标准，应强制其停止开车。r2是qm-6的灯丝f-f限流电阻，使灯丝两端加热电压稳定在5±02v，这样可保证酒敏元件具有较高的灵敏度和工作稳定性。由于工作前酒敏元件需预热510分钟，待其稳定后才能进行检测，而任何时候两比较器都有一个输出高电平，为防止误触发语音电路，所以设置了一个手动开关s2，检测时只需按一下

24、s2后，随即松手即可。vd1、vd2是降压二极管，以保证tp-1106k有合适的电源电压(25v45v)，定时元件r5、c2可调整语音电路的工作频率，从而改变发声音调。六 系统设计的总结针对醉酒驾驶和现今交警普遍使用的手持式酒精测试仪，结合汽车的特点，设计出这款“酒精检测报警器”，通过检测酒精浓度实现对点火系统的控制，从实际上达到防止醉酒驾驶的目的。酒后驾驶不但危害自身的安全，也会对其他人造成严重的伤害，从而造成人、财大量损失。为了防止驾驶员酒后驾车，所以就必须设计出一种防止酒后驾车的东西，所以本次设计主要是能够在检测到酒精气味的时候就能及时的报警，并切断车辆的点火电路，强制车辆熄火。本系统设

25、计从电源部分到传感器部分再到报警部分等的每一部分都做了详细的介绍，也都将其工作原理以及原理图做了详细的分析，通过本次设计已是酒精检测报警器能够实现它的功能即：当气敏传感器检测到酒精气味的时候就会促使报警器立即发出连续不断的“酒后别开车”的语音报警声，并切断车辆的点火电路，强制车辆熄火。七调试与检测安全 调试与检测过程中，要接触各种电路和仪器设备，特别是各种电源及高压电路，高压大容量电容器等，为保护检测人员安全，防止测试设备和检测线路的损坏，除严格遵守一般安全规程外，还必须注意调试和检测工作中制定的安全措施。1 供电安全：大部分故障检测过程中都必须加电，所以调试检测过的设备仪器，最终都要加电检验

26、。抓住供电安全就抓住了安全的关键。（1） 调试检测场所应有漏电变化开关和过载保护装置，电源开关，电源线及插头插座必须符合安全用电要求，任何带电导体不得裸露。检测场所的总电源开关，应放在明显且易于操作的位置，并设置相应的指示灯。（2） 注意交流调压器的接法。检测中往往使用交流调压器进行加载和调整试验。由于普通调压器输入与输出端不隔离，必须正确区分相线与零线的接法，如图一中使用二线插头座，容易接错线，使用三线插头座则不会接错。（3） 在调试检测场所最好装备隔离变压器，一方面可以保证检测人员操作安全，另一方面防止检测设备故障与电网之间相互影响。隔离变压器之后，再接调压器，则无论如何接线均可保证安全。

27、2 测量仪器安全：（1） 所用测试仪器要定期检查，仪器外壳及可接触部分不应带电。凡金属外壳仪器，必须使用三线插头座，并保证外壳良好接地。电源线一般不超过2米，并具有双重绝缘。（2） 测试仪器通电时若保险丝烧断，应更换同规格熔丝管后再通电，若第二次再烧断则必须停机检查。（3） 功耗较大的仪器(500w)断电后应冷却一段时间再通电（一般310分钟，功耗越大时间越长），避免烧断保险丝或仪器零件。3 几个必须记住的安全操作观念：（1） 不通电不等于不带电。对大容量高压电容只有进行放电操作后才可以认为不带电。（2） 断开电源开关不等于断开电源。可能相关部分仍然带电，只有拔下电源插头才可认为是真正断开电源

28、。（3） 电气设备和材料安全工作的寿命有限。无论最简单的电气材料，如导线、插头插座，还是复杂的电子仪器，由于材料本身老化变质及自然腐蚀等因素，安全工作的寿命是有限的，决不可无限制使用。各种电气材料、零部件、设备仪器安全工作的寿命不等，但一般情况下，10年以上的零部件和设备就应该考虑检测更换，特别是与安全关系密切的部位。八课程设计心得体会 总之，这次课程设计不是简简单单的完成了一个课题，而是使我初步的掌握了科学研究的步骤与方法，巩固了我的专业知识，练习了我的实际操作能力，锻炼了我分析解决问题的能力，为今后的工作学习打下了坚实的基础。针对醉酒驾驶和现今交警普遍使用的手持式酒精测试仪，结合汽车的特点

29、，设计出这款“酒精检测报警器”，通过检测酒精浓度实现对点火系统的控制，从实际上达到防止醉酒驾驶的目的。酒后驾驶不但危害自身的安全，也会对其他人造成严重的伤害，从而造成人、财大量损失。为了防止驾驶员酒后驾车，所以就必须设计出一种防止酒后驾车的东西，所以本次设计主要是能够在检测到酒精气味的时候就能及时的报警，并切断车辆的点火电路，强制车辆熄火。本系统设计从电源部分到传感器部分再到报警部分等的每一部分都做了详细的介绍，也都将其工作原理以及原理图做了详细的分析，通过本次设计已是酒精检测报警器能够实现它的功能即：当气敏传感器检测到酒精气味的时候就会促使报警器立即发出连续不断的“酒后别开车”的语音报警声，

30、并切断车辆的点火电路，强制车辆熄火。 毕业设计是培养我们的综合运用所学知识，锻炼实践能力的重要环节。是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程。通过这次的酒精检测报警的毕业设计使我对电子电路加深了理论知识的理解，并锻炼了实践动手能力。 通过此次的毕业设计，不仅使我深刻的巩固以往的所学习本专业的知识，也实际熟练了本专业的技能操作。在毕业设计过程中，通过翻阅有关方面的书籍，拓宽了我的知识面，并对传感器的知识有了总体的理解，经过了反复思考的过程。这让我能够深刻的体会到基础知识与实际还是存在着差异，实际应用中还要考虑到各个方面的因素，这给我以后的学习和工作奠定了坚实的基础。 本次设计也是我知道了理论与实际结合的重要性，只有理论知识是远远不够了，只有把所学的理论知识与实践结合起来，从理论中得到结论，才能真正为社会服务。从而提高自己的思考能力和动手能力。在这次设计中，我所与到得困难重重，同时在设计中我也发现了自己的不足之处，对以前学过的知识理解不够深刻，掌握的不够牢固。这次设计也锻炼了我独立思考的能力。现代科学技术的飞速发展，改变了人类生活。作为新世纪的