传感器技术课程设计基于气敏传感器的酒驾测试仪

成绩评定： 传感器技术 课程设计 题 目 基于气敏传感器的酒驾测试仪摘要 本设计采用单片机和酒敏传感器为主要核心器件，酒精检测仪是通过电压频率转换将酒敏传感器传出的电压值转换成数字量，经单片机系统对传感器输出的非线性进行查表式校正、译码后，用软件将被测量的最大值保留并最终显示。着重介绍了该仪器的工作原理及性能特点。本文介绍了气敏传感器检测气体的工作原理，详细讲述了系统的组成、原理和检测方法。系统采用硬件兼软件对测量过程及测量结果进行处理。与传统的检测技术相比，此种传感器检测装置有结构简单、新颖、易于实现的特点。【关键词】 酒精检测仪  8039单片机  非线性校正  酒敏传感器目 录一.设计目的1 1.1设计背景1二.设计任务与要求1 2.1设计任务1 2.2 设计要求3三.设计步骤及原理分析3 3.1设计方法 .3 3.2设计步骤 .4 3.3设计原理分析.5四.课程设计小结与体会7五. 参考文献8传感器技术课程设计一. 设计目的 各行各业的工作，例如机动车驾驶员酗酒后开车以及从事危险工作行业的人员酗酒后操作，都会造成严重的事故。用简便、准确、卫生的检测仪器进行检测，对违章饮酒者进行重罚，促使每个人增强遵章守纪的意识，消除隐患，对减少因酗酒造成的事故具有很大的意义。根据人呼出气体中乙醇的含量来确定酗酒的标准，从医学的角度看是可行的。人体摄入乙醇越多，血液中乙醇的溶解量就越大，从肺部呼出气体中乙醇的含量就越高。根据医学上对人饮酒的血醇含量的试验结果进行分析就可以确定酗酒的标准。而酒精的即时检测，有助于社会各方面的安全，特别是交通的安全。二.设计任务与要求2.1设计任务系统的设计要求考虑到方方面面。本系统各个重要方面，如两个方面： 1.呼出气体的测量方法 对人呼出气体的测量不同于对其它气体的测量。因为人呼出一口气的时间仅一秒种左右，而且传感器感受到的乙醇气体浓度有一个从低到高再到低的过程，在这个过程中，浓度有一个最大值。2.数据的显示方法  如果采用即时显示，检测者在短短的一秒钟内既要观察被检者呼气方式是否正确，又要观察读数并读取最大值眼睛会应接不暇，极易漏读、误读。用微型计算机处理，可以在一秒种内采样数百次，对每次的结果逐一进行比较，保留最大值，在测量过程结束后将最大值显示出来供检测者读取，并能长时间锁存，供被检者和其他有关人员察看。 综上所述，在酗酒检测仪中采用单片微型计算机可以集模数转换、非线性校正、结果处理、存储、译码显示于一身，从而使电路结构紧凑、功能强、性能价格比高，并使检测仪智能化，因此有着十分突出的优点。采用微机的数字化气体检测仪，采用同一电路结构，只要更换传感器和程序存储器，就可以适用于多种气体的检测，这也是其优点之一。3.关于气体收集测量方法不同造成的影响 对人体呼出气体的测量方式及其对测量结果的影响对人体呼出气体进行测量的方式基本上分为三种。 其一为密闭式的测量。被测者将呼出气体吹入一塑料袋中，然后将传感器探头深入袋内测量。测量过程中塑料是密闭的，袋中气体不溢出。  其二为连续气流式的测量。传感器装在一个气室中。被测者通过吹管将气从气室一端吹入，经过传感器后从气室另一端排出。测量过程L中要求气流不中断并保持一定的压力。  其三是开启或半开启式的测量。被测者将气体直接吹向传感器进行测试。要达到定量测量的目的，应采用前面两种方法，而且以第二种方法为好。但这两种方法都要用到辅助的器具，如塑料袋和吹管。从卫生的角度，每次测试后要更换一次辅助器具。这在大量普查中不仅繁琐，而且要耗费大量辅助器具，显然是很不经济的，对此国家尚无图2软件主流程图统一规定。我们采用开启式和精确式测量相结合的方法。在普查时用开启式进行定性测量，被测者如果饮了酒，仪器就会报警，然后进行复测，采用精确式进行定量测量根据超标与否判罚。对未饮酒者，不进行复测。这样可以节省大量辅助器具，又达到定量检的目的。2.2 设计要求 由于使用了单片机，而单片机在酗酒检测仪中的应用酗酒检测仪的定量化和数字化对传感器和数据处理电路提出了提高的要求。  一是要求传感器稳定性高，抗干扰性好；二是要求电路能对传感器的非线性加以校正。三.设计步骤及原理分析3.1设计方法 设计要求中的第一点要求涉及传感器的特性，只有通过选择好的传感器来解决。我们对可以获得的几种传感器进行了多次试验对比，最后采用一种抗水汽性好、稳定性较高、价格低廉的酒敏传感器。 但酒敏传感器的非线性一般都很大，而且不规则，难以用简单函数去逼近。用硬件等方法去校正显然是极为复杂、困难的。而单片机的功能强，运行速度快，利用软件编程的技巧就可以对复杂的非线性进行校正。 仪器的数字化要求它能具有模数转换，译码显示等功能，这些单片机都可以解决。    根据上述原因，我们采用单片机和酒敏传感器的架构方案来进行电路的设计。3.2设计步骤  CPU经过逐一比较，获得测试过程中最大的采样值之后，查表得出相应的浓度值，再进行译码、显示，结果存在寄存器中，可以保持显示，直到按下复位键为止，仪器初次上电或按复位键后，显示屏左边第一位显示“A”字，表示整个系统工作正常。按下测试键后，左边第一位显示“P”字，表示正在测试，测试过程结束后即显示出浓度值。对于“超标”(饮酒量超过标准，达到酗酒水平)和“超载”(浓度超过仪器最大测试范围)的判断也由软件完成。CPU根据设定的标准和满载值与每次采样值相比较，当出现超标时送出报警码，同时送出“c”字型码，在l弄左边第一位显示“E”。报警码由P23口输出控制556和迅响器等组成的报警电路发出声响报警。相关参数：用到的器件：8039、74LS373、2716、74LS27、74LS04、74LS244 、555 、LED×43.3设计原理分析单元电路设计： 如上面的整体设计框图，单元电路可以分为如下几个：1.  频率转换器 本单元电路由酒敏传感器和555电路组成浓度频率转换器，如图1所示。其输出脉冲频率的变化代表着浓度的变化。本单元为电路的外界探测部分,由酒敏传感器（气敏传感器的一种）实现，把酒精气体浓度转换成电信号的变化，输入信号至单片机处理系统。2. 最小单片机系统 由8039、74LS373、2716组成最小单片机系统。由CFC输出的脉冲信号送至CPU(8039)的T计数器端口，由CPU进行采样，校正非线性，比较存储，译码显示。3. 显示系统 其工作原理和主要技术指标如下： 显示系统由4位LED七段数码管和74LS244，四只3DG1815，四只3DG130组成。采样时间由软件确定，如图2所示。根据传感器特征和CPU的计数能力，定为5ms。采样间隔为0.69ms。整个测试过程约为1.42s每秒采样约为176次。对非线性的校正采用查表法。数据表格和监控程序存在只读存储器2716中。数据表格占2页，监控程序占1页(1页为256个单元)。对于每个采样的数值，表格内有相应的浓度值，以BCD码表示理论上显示浓度可达到0.01mgL的精度。四. 课程设计小结与体会通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关传感器方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获龋最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可!课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。五.参考文献: 1董爱华主编.检测与转换技术.中国电力出版社.2007.12 2陈杰.黄鸿.传感器与检测技术M.北京：高等教育出版社,2002 3李娟.一种廉价的基于霍尔元件的电机转速测量装置的实现J.仪表技术与传感器,2002(1). 4康华光.电子技术基础（模拟部分）M.北京：高等教育出版社,2006（5）5楼然苗.李光飞.单片机课程设计指导M.北京：北京航空航天大学出版社，2007 6钟秉林.黄仁.机械故障诊断学M北京：机械工业出版社，20067崔健.汽车测速仪M.北京：高等教育出版社,2006 8张佳凯.关于国内城市汽车的研究北京：机械工业出版社，2006 1.7