傳感器論文doc李(共20頁)

1、 燕山大學(xué)課 程 設(shè) 計 說 明 書題目(tm)：簡易酒精濃度測試裝置(zhungzh)的設(shè)計學(xué)院(xuyun)（系）：里仁學(xué)院電氣工程系年級專業(yè)：13級儀表一班學(xué) 號：131203021044學(xué)生姓名：李粲指導(dǎo)教師： 程淑紅教師職稱：副教授 燕山大學(xué)傳感器原理與設(shè)計(shj)課程設(shè)計任務(wù)院（系）：電氣(dinq)工程學(xué)院 基層教學(xué)(jio xu)單位：自動化儀表系 學(xué) 號 131203021044學(xué)生姓名李粲專業(yè)（班級）儀表一班設(shè)計題目簡易酒精濃度測試裝置的設(shè)計設(shè)計技術(shù)參數(shù)選用氣敏傳感器設(shè)計一個簡易酒精濃度測試裝置，當有一定濃度的酒精靠近時，條形LED顯示器顯示，并且條形LED顯示器顯示的個

2、數(shù)與酒精濃度成正比。在實驗室現(xiàn)有的開發(fā)裝置上操作，設(shè)計硬件電路，包括電源、放大電路和LED顯示等電路等；設(shè)計要求1. 理論設(shè)計方案及論證2. 傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計、理論分析、參數(shù)計算3. 硬件電路設(shè)計，利用MULTISIM等有關(guān)工具軟件繪制電路原理圖、提供元器件清單，可進行制作調(diào)試。4. 提交課程設(shè)計說明書 工作計劃 周1：收集消化資料及擬定設(shè)計方案周2周3：敏感元件、傳感元件設(shè)計、轉(zhuǎn)換電路設(shè)計周4：設(shè)計結(jié)果實驗驗證或演示，撰寫設(shè)計說明書周5：答辯。參考資料1. 呂泉. 現(xiàn)代傳感器原理及應(yīng)用 清華大學(xué)出版社 20062. 何利民.單片機應(yīng)用系統(tǒng) 設(shè)計.北京：北京航空航天大學(xué)出版社3. 呂俊芳 傳感器

3、接口與檢測儀器電路 國防工業(yè)出版社 2009指導(dǎo)教師簽字 程淑紅基層教學(xué)單位主任簽字謝平說明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份。2015年 1月 5 日 目錄(ml) 第一章：摘要(zhiyo)4 第二章：引言(ynyn)5 第三章：課程設(shè)計要求6 第四章：硬件電路設(shè)計7 4.1 基本原理 7 4.2 傳感器選擇 8 4.3 LED發(fā)光電路12 4.4電路原理圖13 第五章 結(jié)論分析14 第六章 課程設(shè)計總結(jié)14 參考文獻15 第一章：摘要(zhiyo)目前全世界絕大多數(shù)國家都采用呼氣酒精測試儀對駕駛?cè)藛T進行現(xiàn)場檢測，以確定被測量者體內(nèi)酒精含量的多少，以確保(qubo)駕

4、駛員的生命財產(chǎn)安全。酒精濃度監(jiān)測儀是一種以氣敏傳感器和單片機為主，監(jiān)測空氣酒精濃度，并具有聲光報警功能的空氣酒精濃度監(jiān)測儀。其可監(jiān)測出空氣環(huán)境中酒精濃度值，并根據(jù)不同的環(huán)境設(shè)定不同的閾值，對超過的閾值進行聲光報警來提示危害。此外，空氣酒精濃度監(jiān)測儀還能監(jiān)測某一特定環(huán)境的酒精濃度如酒精生產(chǎn)車間可避免發(fā)生起火、爆炸及工業(yè)場地酒精中毒等惡性事故，確保環(huán)境安全。本研究設(shè)計的酒精濃度測試儀是一款實用性強、安全可靠的氣體乙醇濃度檢測工具，采用(ciyng)高精度MQ-2乙醇氣體傳感器對空氣中的乙醇濃度進行檢測。 第二章：引言(ynyn)從工廠企業(yè)到我們的日常生活，酒精泄露的檢測、監(jiān)控以及對酒后駕車的監(jiān)測對

5、居民的人身和財產(chǎn)安全都是十分重要且必不可少的。同時，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，人民的生活水平也越來越高，越來越多的人有了自己的私家車，當然應(yīng)酬(yng chou)就必不可少，而酒后駕車造成的交通事故也頻頻發(fā)生。機動車駕駛?cè)藛T“酒后駕車”極易發(fā)生道路交通事故，嚴重危害了道路交通安全和人民生命財產(chǎn)安全。一般(ybn)酒后駕車的危害有：1、觸覺能力降低。飲酒后駕車，由于酒精的麻醉作用，人的手、腳的觸覺較平時降低，往往無法正常控制油門、剎車及方向盤。2、判斷能力和操作能力降低。飲酒后，對光、聲刺激反應(yīng)時間延長，本能反射動作的時間也相應(yīng)延長，感覺器官和運動器官如眼、手、腳之間的配合功能發(fā)生障礙，因此，無法正確

6、判斷距離、速度。4、心理變態(tài)。在酒精的刺激下，人有時會過高地估計(gj)自己，對周圍人的勸告常不予理睬，往往干出一些力不從心的事。5、.疲勞。飲酒后易困倦，表現(xiàn)為行駛不規(guī)律，空間(kngjin)視覺差等疲勞駕駛的行為。如今，由于人們安全意識增強，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求的提高，再加上氣體傳感器向低功耗、多功能、集成化方向的發(fā)展，因此(ync)，酒精探測儀具有十分廣闊的現(xiàn)實市場和潛在的市場要求。本設(shè)計的基于運算放大系列的LM358的酒精探測儀，以LM358和MQ-2酒精傳感器為核心，具有報警功能。根據(jù)是否有酒精的環(huán)境下，檢測到酒精就會進行報警，提示危害。該儀器硬件電路設(shè)計簡單、功能完善、工作

7、性能好，此外，還具有低功耗、低成本的特點：課程設(shè)計要求選用氣敏傳感器設(shè)計一個簡易酒精(jijng)濃度測試裝置，當有一定濃度的酒精靠近時，條形LED顯示器顯示，并且條形LED顯示器顯示的個數(shù)與酒精濃度成正比。3.1本課題主要完成的設(shè)計(shj)部分 (1) 信號(xnho)采集及處理電路 由氣敏傳感器及附屬電路組成，傳感器將空氣中的酒精濃度變化轉(zhuǎn)換為其本身阻值的變化，從而利于后面的電路處理。(2) LED燈顯示電路當電路處在不同酒精濃度時，電阻會有不同的變化，經(jīng)過運算放大器放大處理后，酒精濃度的不同會導(dǎo)致LED條型燈的顯示有所改變，以此來區(qū)分不同的酒精濃度。 第四章：硬件電路設(shè)計 4.1.1基

8、本原理框圖 4.1.2 工作(gngzu)原理 （1）直流電源由4節(jié)1.5V干電池供電(n din) （2）信號(xnho)采集及處理電路 信號采集電路包括氣體檢測電路及對傳感器輸出信號的處理電路。氣體檢測電路需要用氣體傳感器，將被檢測對象中含的氣體的濃度變?yōu)閭鞲衅鞯碾娦盘栞敵觯岳诤竺娴男盘柼幚黼娐愤M行處理. 4.2 傳感器的選擇 4.2.1 氣敏傳感器介紹 按構(gòu)成氣敏元件的材料劃分為半導(dǎo)體和非半導(dǎo)體氣敏元件兩大類，而半導(dǎo)體型又分為電阻型和非電阻型兩類。電阻型半導(dǎo)體氣敏元件是用氧化錫、氧化鋅等金屬氧化物材料制作而成，利用其阻值的變化來檢測氣體的濃度。非電阻式半導(dǎo)體氣敏元件是根據(jù)氣體的吸附和

9、反應(yīng)，使其某些有關(guān)特性變化對氣體進行直接或間接檢測。 4.2.2 電阻型半導(dǎo)體氣敏元件(yunjin)的工作原理 電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用待測氣體與半導(dǎo)體（主要是金屬氧化物）表面接觸時的電導(dǎo)率等物性的變化來檢測氣體。電阻型半導(dǎo)體氣敏器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)下，當氣體接觸器件表面而被吸附時，吸附分子首先在表面自由地擴散（物理吸附），失去其運動能量，其間的一部分分子蒸發(fā)，殘留分子產(chǎn)生熱分解而固定吸附處（化學(xué)吸附）。這時，如果(rgu)器件的功函數(shù)小于吸附分子的電子親和力，則吸附分子從器件奪取電子而變成負離子吸附。具有負離子吸附傾向的氣體有O2和NO2，稱為氧化性氣體或電子接收性氣體。如果器件的功函

10、數(shù)大于吸附分子的離解能，吸附分子將向器件釋放電子，而成為正離子吸附。具有(jyu)這種正離子吸附傾向的氣體有H2、CO、碳氫化合物和酒類等，稱為還原性氣體或電子供給氣體。 當氧化性氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，還原性氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時，將使載流子減少，而使電阻增大；相反當還原性氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，氧化性氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時，將使載流子增多，使電阻下降?？諝庵械难醭煞?chng fn)大體上是恒定的，因而氧氣的吸附也是恒定的，氣敏器件的阻值大致保持不變。如果被測氣體流入這氣氛中，器件表面將產(chǎn)生吸附作用，器件的阻值將隨氣體濃度而變化，從濃度與阻值的變化關(guān)系，即可得知被測氣體的濃度主要物理特

11、性類 型氣敏元件檢測氣體電阻型電阻表面控制型SnO2、ZnO等的燒結(jié)體、薄膜、厚膜可燃性氣體 體控制型La1-xSrCoO3、T-Fe2O3、氧化鈦酒精、可燃性氣體、氧氣非電阻型二極管整流特性 表面控制型鉑-硫化鎘、鉑-氧化鈦（金屬-半導(dǎo)體結(jié)型二極管）氫氣、一氧化碳、酒精晶體管特性鉑柵、鈀柵M0S場效應(yīng)管氫氣、硫化氫表1 氣敏傳感器的類型(lixng) 4.2.3 MQ-2氣敏傳感器特性(txng) 氣體(qt)： 酒精（乙醇） 探測范圍：10 1000ppm酒精 特征氣體：125ppm酒精 靈敏度：R in air/R in typical gas5 敏感體電阻：1 20K in air空氣

12、中 響應(yīng)時間：10s（70% Response） 恢復(fù)時間：30s（70% Response） 加熱電阻： 313 加熱電流：180mA 加熱電壓： 5.0V0.2V 加熱功率： 900mW 測量(cling)電壓：24V 工作(gngzu)條件： 環(huán)境溫度：-20+55 濕度(shd)：95%RH 環(huán)境含氧量：21% 貯存條件： 溫度: -20+70 濕度:70%RH在本實驗中，由于軟件中沒有氣敏傳感器，采用的是滑動變阻器與運算放大器結(jié)合起來來代替，不同的酒精濃度對應(yīng)不同的電阻,滑動變阻器兩邊加一個電壓表，來測定所能測量的范圍。對應(yīng)電路如下：4.3 LED條形燈顯示(xinsh)電路 不同的

13、酒精濃度(nngd)對應(yīng)的電阻不同，經(jīng)運算放大器得到的電阻不同，對應(yīng)條形燈兩端的電壓也不同，條形燈亮的也就不同。下面是滑動變阻器對應(yīng)的電壓與條形燈亮度之間的關(guān)系。 當 0.9971mVU2.998mV 亮一個(y ) 2.998mVU5.992mV 亮兩個 5.992mVU7.897mV 亮三個 7.897mVU10.975mV 亮四個 10.975mVU13.462mV 亮五個 13.462mVU15.948mV 亮六個 15.948mVU18.43mV 亮七個 18.43mVU20.91mV 亮八個 20.91mVU23.338mV 亮九個 23.338mVU 全亮 對應(yīng)(duyng)電路

14、如下 4.4 電路(dinl)原理圖如下：第五章：結(jié)論(jiln)分析 因為LED燈采用的為10V的，運算放大器采用的為放大400倍所以可以計算出滑動變阻器兩端電壓，即 0 u140V,而電阻R1起分壓作用，需要調(diào)整R1與滑動變阻器之間的關(guān)系(gun x)，使之滿足LED燈的亮的條件。第六章：課程設(shè)計總結(jié)(zngji) 通過(tnggu)這幾天對傳感器的設(shè)計，認識到了自己(zj)的不足，要想把書本上的知識學(xué)好并應(yīng)用，就必須到實踐中去，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，比如對模電、數(shù)電中的某些集成元件不再那么熟悉。通過這次課程設(shè)計，讓自己對一些忘記的知識進行了復(fù)習(xí)，鞏固了自己的基礎(chǔ)知識，也學(xué)會了很多東西，但自

15、己還有很多不足之處，在以后的時間里需要更加努力，彌補自己的不足之處。而且，對于我們設(shè)計的這個電路，遇到最大的問題莫過于沒有學(xué)過氣敏傳感器，而且軟件里并沒有這個器件，想了很久之后才決定用滑動變阻器和運算放大器來代替，然后是電阻，滑動變阻器 ，放大器以及LED燈這些器件之間的關(guān)系，經(jīng)過不斷的調(diào)試與計算得出了對應(yīng)的范圍。最后，得出的電路也只能檢測出一定濃度的酒精濃度，范圍存在很大的局限性，由于自己知識和時間的有限性，并沒有做到最好，希望以后能夠?qū)W到更多的知識，多熟悉一些軟件的應(yīng)用，這樣做起來才能夠得心應(yīng)手。 參考文獻1 胡向東，劉京成，余成波傳感器與檢測技術(shù)(jsh)M機械工業(yè)出版社，20012 吳桂秀傳感器應(yīng)用制作(zhzu)入門M浙江科學(xué)技術(shù)出版社，20043 王慶正，鄭初華.Protel99se&DXP電路設(shè)計教程(jiochng)M電子工業(yè)出版社.20064 閆石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）M 高等教育出版社.2006 燕山大學(xué)課程設(shè)計評審(pn shn)意見表指導(dǎo)教師評語：1、認真、很好的完成課設(shè)各階段的任務(wù)。【 】2、能夠較好的完成課設(shè)各階段的任務(wù)。【 】3、能夠按時完成課設(shè)各階段的任務(wù)。【 】4、不按時完成課設(shè)各階段的任務(wù)?！?】指導(dǎo)教師： 程淑紅 2015年 1月8日答辯小組評語：1、全面、得體的回答老師的提問?！?】2、能夠簡要回答老師的提問?！?】3、能