《酒精报警器设计设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《酒精报警器设计设计（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、酒精报警器【摘要】本设计实现了对不同浓度酒精的检测和显示并报警，通过适当改进可 以用于检测酒后驾车。本文用 STC89C52 单片机与 MQ-3 型气体传感器实现了对酒精浓 度的测量，并对测量数据进行显示，同时利用蜂鸣器，在设计允许值时发出报警。 论文主要研究了（1）硬件方面，MQ-3 气体传感器技术参数的检测和将它接入到酒 精浓度检测模块中，将采集到的模拟电压信号通过单片机控制经 A/D 转换，得到数字 电压信号；用于显示浓度的 LCD 显示模块并报警。 （2）软件方面，主要研究了电压到 浓度的线性转换和最终浓度值的 LCD 显示。 （3）对设计的传感器进行了标定。设计的 传感器对酒精气体反
2、应灵敏，能在有效范围内测量它的浓度值。并且在检测低浓度酒 精时误差较小，最大误差为 8.2%满足设计要求。 本文的特色在于标准的确定。对于流动空气，样品的稳定性和水蒸气的影响，提 出了解决方案和验证方法。对不同的区间浓度和电压转换关系做线性化处理，简化了 硬件电路的设计。设计的传感器可以检测不同浓度的酒精气体，改进之后对解决酒后 驾车事故和特殊场合酒精检测都可以使用。【关键词】气体传感器 模数转换 单片机目 录引引 言言- 1第一章 系统的总体方案设计 - 31.1 酒精报警器的工作结构和原理- 31.2 酒精传感器的选型- 31.2.1 酒精传感器的介绍-41.2.2 MQ-3 半导体气体酒
3、精传感器-71.3 单片机的选型- - 101.4 酒精报警器的主要功能设计- 13第二章 系统的硬件电路 -142.1 STC89C52 的时钟电路和复位电路- 142.2 A/D 转换电路- 142.3 声光报警电路- 172.4 字符显示电路- 182.5 酒精报警器硬件总电路- 19第三章 系统软件的设计-203.1 整机系统流程图-203.2 ADC 程序流程图-213.3 LCD 程序流程图-22第四章 系统调试- 234.1 硬件调试-234.2 软件调试-234.3 成品调试-22结 论- 26致 谢- 27参考文献- 28附 录- 291引 言设计背景：我国传感器市场的增长率
4、超过 15%，2003 年销售额为 186 亿元人民币，2006 年销售额为 283 亿元人民币，预计 2007 年为 325 亿元人民币，2008 年为 374 亿元人民币。我国传感器 4 大类中，工业和汽车电子产品占市场份额的 33.5%。近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段，新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它将不仅促进系统产业的改造，而且可导致建立新型工业和军事变革，是 21 世纪新的经济增长点。由于气体与人类的日常生活密切相关，对气体的检测已经是保护和改善生态居住环境不可缺少的手段，气体传感器发挥着极其重要的作用。气体传感器是把气体中
5、的特定成分检测出来，并转化为电信号的一类器件，用来对有害气体，易燃易爆气体等进行安全检测和报警，对生产生活中需要了解的气体进行检测，分析，研究等。近年来，我国气敏传感器产业有了较快的发展，但与国外相比，从技术水平，产业化及应用等领域均存在着不小的差距。目前，气敏传感器领域还存在一些问题。一是元件的稳定性差。由于元件电阻和灵敏度随时间而不断变化，漂移大给检测结果的可靠性带来不稳定的因素。二是选择性差。由于在检测气体时，往往还存在着其它的干扰气体(如烟酒等)，使气敏元件发生交叉响应，产生误报。三是催化剂中毒。掺有催化剂的气敏元件接触某些气体后，活性组分被毒化，将会改变元件的选择性，降低其敏感度和稳
6、定性，另外催化剂本身也存在着不稳定性问题。灵敏度问题。四是 SnO2 元件有时由于灵敏度过大导致误报，但是在检测某些低浓度气体时灵敏度却难以达到要求。气敏传感器的研究现状：气敏元件性能与敏感功能材料的种类、结构及制作工艺密切相关。用金属氧化敏感材料制作的半导体式气敏元件具有灵敏度高，结构简单，体小质轻，坚固耐用等优点而得到广泛的应用，目前仍以 SnO2 材料为主。SnO2 是一种广普型的气敏材料，围绕 SnO2 为基体材料的气敏材料的制备及其气敏元件制备的研究课题十分活跃。纯 SnO2 的气敏特性不甚好，尤其是它的热稳定性不高。为改善其气敏特性，常在 SnO2 基体中掺入贵金属或其他金属氧化物
7、。尽管 SnO2 基传感材料具有许多优点，作为材料也存在一定缺点。通过控制气敏材料微粒大小，颗粒纳米化，掺杂其它添加剂或催化剂，利用过滤设备或透气膜来获得选择性，控制工作温度及环境湿度影响，改进制备等方法可以改善 SnO2 传感器的气敏性能。2纳米科学技术(NanoST)是研究尺寸在 0.1100nm 的物质组成体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。纳米技术的发展，不仅为传感器提供了优良的敏感材料，而且为传感器制作提供了许多新型方法。纳米固体材料具有庞大的界面，提供了大量气体通道，从而大大提高了灵敏度，工作温度大大降低，大大缩小了传感器的尺寸。当然，在己获得明显进展
8、的纳米传感领域中尚存在很多问题，从敏感材料到制作技术都很不成熟，其性能也有不尽人意的地方。气敏传感器在家用电器中也有相当广泛的应用。吸油烟机等产品上常用 MQ-3 型半导体气敏传感器，它采用旁热式结构，陶瓷管内装有高阻抗加热丝，管外涂有梳状金属电极，金属电极之外涂有 SnO2 材料，使 SnO2 烧结体位于两电极之间。气敏传感器工作时，加热器通电加热，若无被检气体侵入时，气敏元件的阻值基本不变当气敏元件表面产生吸附作用，其阻值将随气体浓度的变化变化。当被检气体浓度增大到一定值时，气敏元件的阻值将随之下降到某一值，使电压比较器的状态发生变化，输出控制信号经电流放大后，控制继电器或双向晶闸管接通电
9、动机电源使吸排油烟机工作。3第一章 系统的总体方案设计 1.1 酒精报警器的工作结构和原理 酒精报警器是能够检测环境中的酒精浓度，并具有报警功能的仪器。该报警系统的最基本组成部分应包括：信号采集及模数转换电路、单片机控制电路、字符显示电路、声光报警电路等部分组成。为适应家庭和工业等场所对可燃性易爆酒精安全性要求，设计的酒精报警器具有显示报警状态等功能。报警器采用延时的工作方式，酒精检测报警器以 STC89C52 单片机为控制核心，选用 MQ-3 半导体气体酒精传感器采集酒精浓度信息，配合外围电路构成酒精报警系统。报警器系统结构如图 1-1。图 1-1 酒精报警器系统结构框图该系统的工作由酒精信
10、号采集及放大电路将采集到的酒精浓度信息转化为模拟电信号。模数转换电路再将该模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机。单片机对该数字信号进行处理，并对处理后的数据进行分析。设计中为了方便检测与监控，使仪器测试人员及用户能够间接知道环境中的酒精浓度，所以用 LCD1602 液晶屏显示字符来指示报警状态。系统采用蜂鸣器声音报警和 LED 闪烁状态作为警报信号。这种报警方法是在声音报警基础上，加入光闪报警。因为变化的光信号可以引起用户和家庭邻居的注意，弥补了在嘈杂环境中声音报警的局限，使得报警装置更加完善。1.2 酒精传感器的选型酒精传感器是测量装置和控制系统的首要环节。而酒精报警器的信号采集
11、由酒精传感4器负责。酒精传感器能够将气体的种类及其浓度有关的信息转换为电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中存在的情况有关的信息，从而达到检测、监控、报警的功能。可以说，没有精确可靠的传感器，就没有精确可靠的自动检测、控制和报警系统。酒精传感器作为报警器中不可缺少的核心器件，它决定了所采集的酒精浓度信号的准确性和可靠性。图 1-2 酒精传感器及其结构图1.2.1 酒精传感器的介绍酒精传感器是模拟传感器。它能将空气中的酒精浓度变量转换成有一定对应关系的输出信号的装置。酒精传感器就是通过监测环境中酒精的浓度来实现火灾防范的。当酒精探头碰到酒精或某些特定的气体，酒精探头内部阻值发生变化，产生一个模拟值，从而对其进行控制。酒精传感器利用酒精敏感元件的电阻受酒精（主要是可燃颗粒）浓度影响阻值变化的原理向单片机发送酒精浓度相应的模拟信号。在智能建筑中对火灾探测器的应用主要以感烟火灾探测器选用为主。随着传感器生产工艺水平逐
