酒精浓度检测装置课程设计报告.docx
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酒精浓度检测装置课程设计报告.docx
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酒精浓度检测装置课程设计报告
课程设计任务书
学院专业
姓名班级学号
题目酒精浓度检测装置的设计
一、主要内容
以直热式半导体酒精传感器MQ303A为敏感元件,利用LM324驱动LED为显示模块,设计一个便携式酒精浓度检测装置。
二、基本要求
(1)设计有害气体如一氧化碳煤气、酒精等气体报警装置
(2)选用合适的气体传感器,设计检测电路,温度补偿电路等。
(3)有电路图(PROTEL绘制),有关计算,精度分析等
(4)实际电路实现、仿真、测试
(5)完整的设计报告
三、主要参考资料
[1]程德福,王君.传感器原理及应用.北京:
机械工业出版社,2007
[2]赵广林.轻松跟我学Protell99SE电路设计与制版.北京:
电子工业出版社,2005
完成期限:
自年月日至年月日
指导教师:
教研室主任:
酒精浓度检测装置的设计
一、课程设计的性质
随着人类社会的不断进步,科学技术的突飞猛进,给我们的生活带来了日新月异的变化。
汽车已然成为现代社会必不可少乃至无可取代的产物,所以我国汽车的总数不断增加,而且中国人的请客劝酒文化根深蒂固,一到喜庆节日酒后驾驶的现象更为严重,从而导致交通事故的不断发生,而其中酒后驾驶导致的事故的占大部分。
我国近两年对酒后驾车的检查和处罚进行了立法,使其规范化。
目前,在空气检测领域,各式各样的气敏传感器层出不穷,而各式各样的酒精检测设备也应运而生,且采用的都是对气体信息进行提取分析,得出气体的准确信息,但现在这些空气质量检测设备都有一个致命的缺点是—-价格昂贵,以致于难以大量普及运用。
除此之外,大部分功能较单一、实时性较低。
因此,开发一个实时性高、性能稳定、经济实用的酒精浓度检测报警器便是本设计的最终目标。
二、课程设计目的与任务
(1)设计有害气体如一氧化碳煤气、酒精等气体报警装置
(2)选用合适的气体传感器,设计检测电路,温度补偿电路等。
(3)有电路图(PROTEL绘制),有关计算,精度分析等
(4)实际电路实现、仿真、测试
(5)完整的设计报告
三、课程设计内容
(一)设计框图及整体方案概述
本装置是一个简单实用的酒精浓度检测装置,造价低,便于携带。
采用两节5号干电池作为电源,包括RC延时电路、酒精传感器和以LM324为驱动的LED显示电路。
电路系统结构框图如下:
图1
(二)个单元电路的设计方案及原理说明
1、酒精传感器
现今市面上主要有两种类型的酒精传感器,电化学型和半导体型,电化学型的一般比较贵。
准备选用半导体型的,而半导体型的又分为旁热式和直热式两种,因为旁热式的加热电阻功率较大需要和敏感电阻分开供电,这样对路电源要求较高,所以在此选用直热式半导体酒精传感器MQ303A。
MQ303A是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器,对酒精具有高的灵敏度和快速的响应性,适于便携式酒精探测器和汽车燃火系统等。
MQ303A传感器通电后通常需要数分钟的预热方可进入稳定工作状态,也可在正常检测前给传感器施加5~10秒钟2.2±0.2V的高电压,使传感器尽快稳定并进入工作状态。
MQ303资料如下表:
MQ303A半导体气体传感器
现价8元左右
特点:
高灵敏度/低功耗/小巧的外形
应用:
HW8-MQ303A是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器,对酒
精具有高的灵敏度和快速的响应性,适于便携式酒精探测
器和汽车点火系统控制等
标准工作条件
符号
参数名称
技术条件
备注
VH
加热电压
0.9V±0.10V
ACorDC
VC
回路电压
≤6V
DC
RL
负载电阻
可调(10KΩ)
RH
加热电阻
4.5Ω±0.5Ω
PH
加热功率
120mW
PH=VH2/Rh
灵敏度特性
符号
参数名称
技术参数
备注
Rs
敏感体表面电阻
20kΩto400kΩ)
探测浓度范围
300ppm酒精
α1Rs(300ppm酒精)
/Rs(50ppm酒精
电阻比
0.50±0.15
标准测试条件
温度20℃±2℃Vc:
5V±0.1%
相对湿度55%±5%
VH:
3.0V±0.1VRL:
50KW±5%
预热时间
不少于48小时
表1
2、RC延时电路
因为正常状态下MQ303A酒精传感器要进入稳定状态需要数分钟的预热时间,而比较快速的方式是在检测前给其加上5—10s的2.2V高压,所以采用RC、LM324和晶体管组成的延时电路,来给MQ303A提供这个条件。
晶体管9013:
9013是一种NPN型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管,在收音机以及各种放大电路中经常看到它,应用范围很广,它是NPN型小功率三极管。
参数如下:
集电极电流Ic:
Max500mA
工作温度:
-55℃to+150℃
集电极-基极电压Vcbo:
40V
主要用途:
放大电路
图2
图3
开关闭合,由LM324的一个运放构成的电压比较器的正向输入端的电压为
而反向输入端开始电压为0v。
所以晶体管开始能够导通,从而给MQ303A提供足够高的电压。
延迟时间:
当电容充电完成后电压比较器反向输入端电压高于正想输入端,输出的是负电压,晶体管不在导通。
R5与R6并联后与MQ303A串联,使MQ303A两端电压稳定在0.9v左右,能够正常工作。
(3)显示电路
LM324资料:
LM324系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。
可工作在单电源下,电压范围是3.0V-32V或16V.
LM324的特点:
1.短跑保护输出
2.真差动输入级
3.可单电源工作:
3V-32V
4.低偏置电流:
最大100nA(LM324A)
5.每封装含四个运算放大器。
6.具有内部补偿的功能。
7.共模范围扩展到负电源
8.行业标准的引脚排列
9.输入端具有静电保护功能
图4
显示电路由LM324的其中三个放大器驱动三个LED,图如下:
图5
装置开始工作后,当酒精浓度为零时MQ303A一和二脚之间的电阻为20K,调节RL,使绿灯L1亮起。
酒精浓度升高后敏感电阻的大小会降低。
R9上端电压为0.67v
R8上端电压为0.89v
当酒精浓度达到50ppm时黄灯亮起
当酒精浓度达到125ppm时红灯亮起
整体电路图如下:
Protell99se绘制的电路原理图:
图6
四、心得体会
本次课程设计因为时间有限,所以没能够做的很细致,但是我感觉学到的东西特别多,尤其是对PROTELL99有了比较好的掌握。
第一天确定了课程设计的课题后就进行查资料等准备工作,然后经过对资料进行仔细的研究后设计确定了整体的电路。
耗时最多的工作就是用PROTELL99绘制电路原理图和印刷电路板。
以前虽然学过绘制电路原理图,但是经过因为很久没用了,结果又都忘了。
这次从新用起来出现了很多问题。
我想,正是因为一系列问题的出现,才给了我真正研究PROTELL99的机会,当出现问题后,经常研究一两个小时都整不明白,很多时候都是通过几个同学一块研究讨论,最后终于研究明白的。
这在增加使用PROTELL99的熟练程度的同时,也培养了自己的团队合作能力。
五、教材及主要参考资料
[1]程德福,王君,凌振宝,王言章.传感器原理及应用.北京:
机械工业出版社,2010
[2]赵广林.轻松跟我学Protell99SE电路设计与制版.北京:
电子工业出版社,2006
[3]张宏建,蒙建波.自动检测技术与装置.北京:
化学工业出版社,2004
[4]康华光.电子技术基础[M]模拟部分.高等教育出版社,1998
[5]缪晓中.电子CAD—Protel99SE[M].化学工业出版社,2009
指导教师评语:
实习成绩:
指导教师:
年月日
附图1:
附表1:
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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- 关 键 词:
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