(精品)傳感器酒精測試儀的課程設(shè)計(2013年優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計)

題目：酒精測試儀設(shè)計目 錄一、 設(shè)計課題名稱 -2-二、 摘要和關(guān)鍵字 -2-三、 設(shè)計概述 -2-四、 設(shè)計要求 -3-五、 設(shè)計分析與方案選擇 -3-六、 方案設(shè)計原理與論述 -4-1. 設(shè)計細(xì)節(jié)論述 -4-2. 工作原理電路框圖 -5-3. 單元電路設(shè)計 -1-4. 整體電路設(shè)計 -1-七、 總結(jié) -9-八、 參考文獻(xiàn) -9-一、設(shè)計課題名稱題目：酒精測試儀設(shè)計副名: 智能酗酒檢測儀設(shè)計二、摘要和關(guān)鍵字【摘要】本設(shè)計采用單片機和酒敏傳感器為主要核心器件，酒精檢測儀是通過電壓頻率轉(zhuǎn)換將酒敏傳感器傳出的電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，經(jīng)單片機系統(tǒng)對傳感器輸出的非線性進行查表式校正、譯碼后，用軟件將被測量的最大值保留并最終顯示。著重介紹了該儀器的工作原理及性能特點?！娟P(guān)鍵詞】酒精檢測儀 8039單片機 非線性校正 酒敏傳感器三、設(shè)計概述各行各業(yè)的工作，例如機動車駕駛員酗酒后開車以及從事危險工作行業(yè)的人員酗酒后操作，都會造成嚴(yán)重的事故。用簡便、準(zhǔn)確、衛(wèi)生的檢測儀器進行檢測，對違章飲酒者進行重罰，促使每個人增強遵章守紀(jì)的意識，消除隱患，對減少因酗酒造成的事故具有很大的意義。根據(jù)人呼出氣體中乙醇的含量來確定酗酒的標(biāo)準(zhǔn)，從醫(yī)學(xué)的角度看是可行的。人體攝入乙醇越多，血液中乙醇的溶解量就越大，從肺部呼出氣體中乙醇的含量就越高。根據(jù)醫(yī)學(xué)上對人飲酒的血醇含量的試驗結(jié)果進行分析就可以確定酗酒的標(biāo)準(zhǔn)。而酒精的即時檢測，有助于社會各方面的安全，特別是交通的安全。四、設(shè)計要求由于使用了單片機，而單片機在酗酒檢測儀中的應(yīng)用酗酒檢測儀的定量化和數(shù)字化對傳感器和數(shù)據(jù)處理電路提出了提高的要求。一是要求傳感器穩(wěn)定性高，抗干擾性好；二是要求電路能對傳感器的非線性加以校正。五、設(shè)計分析與方案選擇設(shè)計要求中的第一點要求涉及傳感器的特性，只有通過選擇好的傳感器來解決。我們對可以獲得的幾種傳感器進行了多次試驗對比，最后采用一種抗水汽性好、穩(wěn)定性較高、價格低廉的酒敏傳感器。但酒敏傳感器的非線性一般都很大，而且不規(guī)則，難以用簡單函數(shù)去逼近。用硬件等方法去校正顯然是極為復(fù)雜、困難的。而單片機的功能強，運行速度快，利用軟件編程的技巧就可以對復(fù)雜的非線性進行校正。儀器的數(shù)字化要求它能具有模數(shù)轉(zhuǎn)換，譯碼顯示等功能，這些單片機都可以解決。 根據(jù)上述原因，我們采用單片機和酒敏傳感器的架構(gòu)方案來進行電路的設(shè)計。六、方案設(shè)計原理與論述設(shè)計細(xì)節(jié)論述：系統(tǒng)的設(shè)計要求考慮到方方面面。本系統(tǒng)各個重要方面，如兩個方面：1.呼出氣體的測量方法對人呼出氣體的測量不同于對其它氣體的測量。因為人呼出一口氣的時間僅一秒種左右，而且傳感器感受到的乙醇?xì)怏w濃度有一個從低到高再到低的過程，在這個過程中，濃度有一個最大值。2.數(shù)據(jù)的顯示方法如果采用即時顯示，檢測者在短短的一秒鐘內(nèi)既要觀察被檢者呼氣方式是否正確，又要觀察讀數(shù)并讀取最大值眼睛會應(yīng)接不暇，極易漏讀、誤讀。用微型計算機處理，可以在一秒種內(nèi)采樣數(shù)百次，對每次的結(jié)果逐一進行比較，保留最大值，在測量過程結(jié)束后將最大值顯示出來供檢測者讀取，并能長時間鎖存，供被檢者和其他有關(guān)人員察看。綜上所述，在酗酒檢測儀中采用單片微型計算機可以集模數(shù)轉(zhuǎn)換、非線性校正、結(jié)果處理、存儲、譯碼顯示于一身，從而使電路結(jié)構(gòu)緊湊、功能強、性能價格比高，并使檢測儀智能化，因此有著十分突出的優(yōu)點。采用微機的數(shù)字化氣體檢測儀，采用同一電路結(jié)構(gòu)，只要更換傳感器和程序存儲器，就可以適用于多種氣體的檢測，這也是其優(yōu)點之一。3.關(guān)于氣體收集測量方法不同造成的影響對人體呼出氣體的測量方式及其對測量結(jié)果的影響對人體呼出氣體進行測量的方式基本上分為三種。其一為密閉式的測量。被測者將呼出氣體吹入一塑料袋中，然后將傳感器探頭深入袋內(nèi)測量。測量過程中塑料是密閉的，袋中氣體不溢出。其二為連續(xù)氣流式的測量。傳感器裝在一個氣室中。被測者通過吹管將氣從氣室一端吹入，經(jīng)過傳感器后從氣室另一端排出。測量過程L中要求氣流不中斷并保持一定的壓力。其三是開啟或半開啟式的測量。被測者將氣體直接吹向傳感器進行測試。要達(dá)到定量測量的目的，應(yīng)采用前面兩種方法，而且以第二種方法為好。但這兩種方法都要用到輔助的器具，如塑料袋和吹管。從衛(wèi)生的角度，每次測試后要更換一次輔助器具。這在大量普查中不僅繁瑣，而且要耗費大量輔助器具，顯然是很不經(jīng)濟的，對此國家尚無圖2軟件主流程圖統(tǒng)一規(guī)定。我們采用開啟式和精確式測量相結(jié)合的方法。在普查時用開啟式進行定性測量，被測者如果飲了酒，儀器就會報警，然后進行復(fù)測，采用精確式進行定量測量根據(jù)超標(biāo)與否判罰。對未飲酒者，不進行復(fù)測。這樣可以節(jié)省大量輔助器具，又達(dá)到定量檢的目的。工作原理電路框圖：單元電路設(shè)計：如上面的整體設(shè)計框圖，單元電路可以分為如下幾個：1. 頻率轉(zhuǎn)換器本單元電路由酒敏傳感器和555電路組成濃度頻率轉(zhuǎn)換器，如圖1所示。其輸出脈沖頻率的變化代表著濃度的變化。本單元為電路的外界探測部分,由酒敏傳感器（氣敏傳感器的一種）實現(xiàn)，把酒精氣體濃度轉(zhuǎn)換成電信號的變化，輸入信號至單片機處理系統(tǒng)。2. 最小單片機系統(tǒng)由8039、74LS373、2716組成最小單片機系統(tǒng)。由CFC輸出的脈沖信號送至CPU(8039)的T計數(shù)器端口，由CPU進行采樣，校正非線性，比較存儲，譯碼顯示。3. 顯示系統(tǒng)其工作原理和主要技術(shù)指標(biāo)如下：顯示系統(tǒng)由4位LED七段數(shù)碼管和74LS244，四只3DG1815，四只3DG130組成。采樣時間由軟件確定，如圖2所示。根據(jù)傳感器特征和CPU的計數(shù)能力，定為5ms。采樣間隔為0.69ms。整個測試過程約為1.42s每秒采樣約為176次。對非線性的校正采用查表法。數(shù)據(jù)表格和監(jiān)控程序存在只讀存儲器2716中。數(shù)據(jù)表格占2頁，監(jiān)控程序占1頁(1頁為256個單元)。對于每個采樣的數(shù)值，表格內(nèi)有相應(yīng)的濃度值，以BCD碼表示理論上顯示濃度可達(dá)到0.01mgL的精度。整體電路設(shè)計：CPU經(jīng)過逐一比較，獲得測試過程中最大的采樣值之后，查表得出相應(yīng)的濃度值，再進行譯碼、顯示，結(jié)果存在寄存器中，可以保持顯示，直到按下復(fù)位鍵為止，儀器初次上電或按復(fù)位鍵后，顯示屏左邊第一位顯示“A”字，表示整個系統(tǒng)工作正常。按下測試鍵后，左邊第一位顯示“P”字，表示正在測試，測試過程結(jié)束后即顯示出濃度值。對于“超標(biāo)”(飲酒量超過標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到酗酒水平)和“超載”(濃度超過儀器最大測試范圍)的判斷也由軟件完成。CPU根據(jù)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)和滿載值與每次采樣值相比較，當(dāng)出現(xiàn)超標(biāo)時送出報警碼，同時送出“c”字型碼，在l弄左邊第一位顯示“E”。報警碼由P23口輸出控制556和迅響器等組成的報警電路發(fā)出聲響報警。相關(guān)參數(shù)：技術(shù)指標(biāo)：檢測濃度范圍：O1.0mgL最大誤差：量程(mgL)最大誤差O.200.025mgL0.2O0.400.04mgL0.401.OO10重復(fù)性；量程(mgL)標(biāo)準(zhǔn)偏差O.400.006mgL0.401.001.5漂移：a零漂：4h內(nèi)0.01mgLb0.40mgL濃度的漂移1)4h內(nèi)(0.01mgL1)30D內(nèi)(0.02mg/L抗干擾能力：干擾物質(zhì)濃度最大面值水汽98相對濕度 0.03mgL汽油0.10mgL 0.014mgL丙酮0.10mgL 0.02mgL甲苯0.05mgI 0.013mgL響應(yīng)時間：10s 恢復(fù)時間：30s外型尺寸：65mm153mm32mm重量(包括電池)：320g電源：5節(jié)R6鎳鎘充電電池 視在功率：3W用到的器件：8039、74LS373、2716、74LS27、74LS04、74LS244 、555 、LED4總結(jié)其實本系統(tǒng)還有很多可以設(shè)計改進的地方。準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和抗干擾性是本儀器重要的指標(biāo)。酒敏傳感器是影響這些指標(biāo)的關(guān)鍵元件。采用紅外吸收式傳感器可望達(dá)到這些要求。紅外吸收式傳感器功耗小，響應(yīng)、恢復(fù)時間短