车载酒精浓度的检测

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1、酒精浓度传感器信号调理电路设计与仿真第1章绪论1.1设计背景近年来，随着我国经济的发展，人民的生活水平提高，越来越多的人有了自己的车，而酒后驾车造成的交通事故也越来越多，国家也出台了一系列的法律法规，试图通过法律的手段遏制这一现象的进一步发展。介于人们对于醉驾的逐渐重视，酒精测试课题便更加受人关注。酒驾引起的交通事故是由于司机饮酒过量造成酒精麻痹神经，使大脑反应迟钝，肢体不受控制的症状。酒后驾车发生事故的概率高达27%。随着摄入酒精量的增加，发生事故的几率也随之增加，当血液中酒精含量由0.5‰增至1‰，发生车祸的可能性

2、便增加5倍，如果增至1.5‰，可能性再增加6倍。汽车司机“酒后驾车”以及“醉酒驾车”都极易引发交通事故,严重危害了道路交通安全和人民生命财产安全。人饮酒后,酒精被消化系统吸收后,通过血液循环,大概90%的酒精通过呼吸排除体外,因此测量车内的酒精含量,就可判断其醉酒程度。开车司机只要进入车内，仪器就能根据空气中的酒精含量显示出酒精浓度的高低，从而判断该司机是否酒后驾车，然后通过控制发动机的启动来避免事故的发生。这样就可以从根本上解决酒后驾车问题。11酒精浓度传感器信号调理电路设计与仿真第2章设计要求2.1设计要求选用酒精

3、浓度传感器进行气体中酒精浓度测量，要求测量范围10-1000PPM、精度为5PPM。设计传感器的信号调理电路，实现以下要求：（1）设计信号调理将传感器输出0.2-1.4V的信号转换为0-5V直流电压信号；（2）对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据；（3）电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容；（4）电路的基本工作原理应有一定说明；（5）电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。2.2传感器的选择气敏电阻是一种半导体敏感器件，它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。人

4、们发现某些氧化物半导体材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等都具有气敏效应。气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、

5、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。半导体气敏传感器对于低浓度气体具有很高的灵敏度，具有嗅觉功能，能自动检测浓度。一旦浓度超限，气敏传感器即可自动报警。11酒精浓度传感器信号调理电路设计与仿真半导体气敏传感器是利用待测气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化来检测气体的种类和浓度的。当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子首先在表面自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处时，如果半导体的功函数大于吸附分子

6、的离解能，吸附分子将向器件释放电子，而形成正离子吸附。如H2、CO、碳氢化合物等，被称为还原型气体。当还原型气体吸附到N型半导体上时，载流子增多，使半导体电阻值下降。本设计中的酒精气体传感器采用的MQ-3型,它属于MQ系列气敏元件的一种。如图2-1所示：图2-1MQ-3特点:检测范围为10ppm～2000ppm；灵敏度高，输出信号为伏特级；响应速度快，小于10秒；功耗小于0.75W，尺寸：D17*H10。使用方法和注意事项：(1)元件开始通电工作时，没有接触检测气体，其电导率也急剧增加，约1分钟后达到稳定，这时方可正常

7、使用，(2)加热电压的改变会直接影响元件的性能，所以在规定的电压范围内使用为佳。(3)元件在接触标定气体100ppm10秒钟以内负载电阻两端的电压可达到（）差值的80%（即响应时间）；脱离标定气体]100ppm30秒钟以内负载电阻两端的电压下降到（）差值的80%（即恢复时间）。(4)负载电阻可根据需要适当改动，不影响元件灵敏度。(5)使用条件：温度－15～35℃；相对湿度45～75%RH;大气压力80～106KPa。(6)环境适度的变化会给元件电阻带来小的影响，当元件在精密仪器上使用时，应进行温度补偿，最简便的方法是采

8、用热敏电阻补偿之。(7)避免腐蚀性气体及油污染，长期使用需防止灰尘堵塞防爆不锈钢网。(8)元件六脚位置可与电子管七脚管座匹配使用。表2-1酒精浓度和输出电压关系图浓度/ppm电压/V浓度/ppm电压/V0010006.8421002.50315008.7525004.71411酒精浓度传感器信号调理电路设计与仿真MQ-3型气敏传感