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酒后驾车的传感器的设计
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汽车司机酒后驾车自动报警系统的关键问题是要选择酒精传感器来检测汽车司机的喝酒程度。首先利用酒精传感器将酒精浓度转换成电信号。由于这一信号通常都很小,需要进行放大,然后将放大后的信号通过比较器输出模拟信号,选取有关芯片经过模/数(A/D)转换变换成为数字量,再通过处理器件来处理产生的数字信号,最后译码显示触发报警电路和引机控制电路工作。
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邵阳学院毕业设计(论文)
第 章设计思路与方案
1.1 设计思路
汽车司机酒后驾车自动报警系统的关键问题是要选择酒精传感器来检测汽车
司机的喝酒程度。首先利用酒精传感器将酒精浓度转换成电信号。由于这一信号通
常都很小,需要进行放大,然后将放大后的信号通过比较器输出模拟信号,选取有
关芯片经过模数()转换变换成为数字量,再通过处理器件来处理产生的数字
信号,最后译码显示触发报警电路和引机控制电路工作。
1.2 方案设计
方案一采用 酒精气体传感器检测酒精气体含量,再由 控制扬声器
来报警。其原理电路如图 所示:
图 采用 酒精传感器的原理电路
方案一原理电路如图 所示:当酒精气体的浓度达到一定的浓度时, 的
邵阳学院毕业设计(论文)
端输出高电平使
导通,触发时基电路 ,使 等组成的单稳态触发器翻
转至暂稳态,其第 脚输出一高电平,继电器 吸合,触点 闭合,使扬声器等
到工作电压发出报警的叫声。与此同时由于 内部的放电管截止电源电压通过
给
充电,使 的第 脚电位不断升高,达到 时, 从暂态回到稳态,
第 脚又输出低电平,继电器 释放, 断开,扬声器不发声。但此时由于酒精气
体还未消除到底浓度, 端电压仍然很高,晶体管
仍处于导通状态。 的第
脚仍然为低电平,所以第 脚又回到高电平,继电器 无法释放,仍会响起报警
声。一旦故障全部排除, 端处于低电平,晶体管
截止, 第 脚回到高电
平。再过大约 左右的充电时间,第 脚电位仍上升到 ,第 脚变为输出
低电平, 回到稳态继电器 释放, 断开,扬声器停止工作。
继电器用 或 ,
用
!
用来保证 气敏元件的加热器 " 两端电压为 #$,而 !
是报警器灵敏
度的调节器件。
%&
方案二,采用 ' 处理器的酒精浓度检测、报警装置
采用酒精传感器(()检测酒精气体浓度信号,经过放大、比较以及
加热之后进行 转换产生数字信号, 再将产生的数 字信号传给我 们选择的
' 单片机控制,单片机芯片按照传过来的数字信号的等级不同做出不同的反
应。
报警电路
引机控制电路
图 采用 ' 处理器的酒精浓度报警装置方框图
半导体气体传感器在气体中的电阻与温度及湿度有关,一般来说,温度和湿度
低时,电阻值比较大;温度和湿度高时,阻值较小。为此,气体浓度即使相同阻值
也不同,需要进行补偿。对湿度进行补偿的电路相当复杂,一般不用。下图 就
是对温度进行补偿的电路:
酒精传感器
放大电路 比较电路
转换
单
片
机
邵阳学院毕业设计(论文)
简单温度补偿电路图
")*+,-)./0,1,./,23142,5./,6-31,-1+,,0,12))24)17)3*23.
在比较器 的反相输入端接入负温度系数的热敏电阻
,在温度降低时,
阻
值增大,则反相输入端的基准电压低;而温度升高时基准电压增大,从而跟踪温度
的变化达到补偿的目的。热敏电阻的常数 根据所用的气体传感器不同而不同,而
我们在此次设计中选择 常数为 89#: 的热敏电阻对酒精传感器进行温度补
偿。温度补偿之后得到的模拟信号经过放大,再比较之后就更接近我们需要的信号,
但是由于是模拟信号不便于我们进行处理,所以我们还要进行模数转换来得到数字
信号,再用 ' 进行信号处理,那我们处理后得到的信号就是我们所检测到的
信号,通过音乐芯片来实现我们检测和处理的信号到底是不是安全的,如果是酒精
气体浓度超过安全浓度,引发音乐报警电路报警及引机控制电路切断电源。
%&
1.3 方案论证
以上二种方案中方案一的电路简单制作也很方便 酒精气体传感器结构
简单,价格便宜但是他的精确度不够还要很长的加热时间不便于用在现场检测之
中。方案四里采用现在常用的 ' 单片机控制来控制,电路结构比较复杂,
精确度非常的高,无需加热,操作简单,造价便宜。
比较以上的二个方案:方案一电路过于简单,便于制作,但是很不适合作为我
们的毕业设计;而方案二则相对复杂一些,方案二采用 ' 来处理。两种方
案都是比较好的方案,单片机已经在现实生活之中应用好多年,非常有实用价值。
邵阳学院毕业设计(论文)
但是只有准确的得到的检测信号才可能做出最准确的判断,所以我选择了方案原理
方框图如 所示。
第 2 章 单元电路设计传感器选择
2.1 传感器的设计与选用
2.1.1 传感器的作用、组成及种类
1、传感器的作用
传感技术早已渗透到工业生产、军事国防、宇宙探测、海洋开发、环境保护、
资源调查医学诊断、生物工程、文物保护、安全防范、家用电器等极其广泛的领域。
传感器在其应用中起到检测、监视和控制的作用。如:在电力工业中,检测发电机
组各转动部分的轴承温度及转子的动平衡情况测量和控制汽轮机进气流量、速度、
压力和温度,可调节了电机级的功率和频率等,保证供电质量。同时对锅炉水液位、
煤粉仓物位以及锅炉温度自动检测与控制,实行自动加煤添水,保证安全生产;在
工业生产自动化过程中,检测、监控温度、压力、流量、液位、PH 等参数,以便使
设备工作在最佳状态,成本消耗最低,产品质量最高,同时,有利于产过程中将各
个环节的参数转为电信号,并与计算机接口,实现生产自动化;在这事方面,从 20
世纪的探测地雷,到现代的阻击导弹,从 20 世纪末的海湾战争,到本世纪初的美
伊之战,打的都是传感器技术,等等。
2、传感器的组成
传感器一般由敏感元件、传感元件、测量电路和辅助电源四部分组成,如图
2.1 所示。
图 2.1 传感器的组成
(1)敏感元件。它是指传感器中能直接感受被测非电量信号,并交非电量信号按
一定的对应关系转换成易于转换为电信号的另一种非电量信号的元件。如应变式压
力传感器中弹性膜片就是敏感元件,它的作用是将压力转换为弹性膜片变形。
(2)传感元件。它是指传感器中能将敏感元件输出的非电信号或直接将被测
电信号转换成电信号输出的元件。传感元件又叫转换元件或变换器。如应变片式压
力传感器中的应变片就是传感元件,它的作用是将弹性膜片的形变转换为电阻值的
#
敏感元件 传感元件 测量电路
辅助电源
被测
非电量
电量
邵阳学院毕业设计(论文)
变化输出。
(3)测量电路,又称信号调节与转换电路,或直接称为转换电路。它能将传
感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。其
作用是将信号进行调节与转换,或将电阻、电容、电感等电参数转换为电流、电压
或频率输出,或将小信号调节为大信号输出。常用的测量量电路有电桥、变阻器、
振荡器、放大器等。
(4)辅助电源。其作用是为传感元件和测量电路供给能源。
组成传感器的四部分的相互关系是:敏感元件像触须,直接感受被测非电量;
传感元件是核心,它负责把非电量信号转换为电信号;测量电路负责把传感元件输
出的电信号转换成有用信号;辅助电源补充能量。
敏感元件与传感元件是传感器的主要组成部分。但是需要指出的是,敏感元件
与传感元件有时不能截然分天,而是二者兼之。不是所有的传感器都有测量电路和
辅助电源。
3、传感器的分类
传感器一般都是根据物理学、化学、生物学等特性、规律和效应设计而成的。
因此,按工作原理不同,传感器大体上可分为物理型、化学型及生物型三大类。但
是,按最流行的分类方法只有两种:一种是传感器的工作原理分类,一种是按被测
非电量分类。
物理型传感器是利用某些变换元件的物理性质以及某些功能材料的特殊的物理
性能制成的传感器。大致可分为电学式传感器、磁学式传感器、光电式传感器、电
势式传感器、电荷型传感器、半导体传感器、谐振式传感器等。
化学型传感器是利用电化学反应原理,把无机和有机化学成分、浓度等等转换
为电信号的传感器。最常用的是离子选择性电极,利用这种电极来测理溶液的 PH
或某此离子的活度,如 K、Na、Ca 等。化学型传感器可分为电位式、极普式和电
解式传感器等,它们的核心部分是离子选择性敏感膜,敏感膜可分为因体膜和液体
膜两种。
生物传感器是一种利用生物活性物质有选择性地识别来测定生物化学物质的传
感器。生物活性物质对某种物质具有选择性亲和力,也称其为功能识别能力,利用
这种单一的识别能力来判定某种物质的存在及其浓度,进而利用电人学的方法进行
电信号转换。生物传感器主要由两大部分组成:其一为功能识别物质,其作用是对
被测物进行特定识别;其二是电光信号转换装置,此装置的作用是把在功能膜上进
行的识别被测物所产生的化学反应转换成便于输出的电信号或光信号。
从目前情况来看,可以对气体中酒精含量进行检测的传感器有燃料电池型(电
化学)、半导体型、红外线型、气体色谱分析型、比色型五种基本类型。
2.1.2 传感器的设计与选用
由于价格和使用等原因,目前普遍使用的只有燃料电池型(电化学型)和半导
体型二种。这二种酒精传感器能够制造成便携型呼气酒精测试器,都适合于现场使
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pengshiqiu
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