酒精浓度传感器信号调理电路设计与仿真报告

酒精浓度传感器信号调理电路设计与仿真摘要受到酒精影响的司机通常会有如下特征：对信号灯反应慢；逆向行驶；摇摆不定、突然转向、飘忽不定或在道路中线驾驶；乱踩刹车；转弯幅度大；蛇形；没有原因就停车；开车速度极慢；突然转弯或违法转弯；天黑时不开前灯。

据统计，驾驶员酒后开车，其发生交通事故的比率为没有饮酒情况下的16倍。

由日常道路交通安全违法行为和交通肇事案例来看，机动车驾驶员酒后驾车约占38.6%；而摩托车交通肇事中，酒后驾驶的比例则高达72.3%。

本文研究设计了一种用于公共场所具有检测及超限报警功能的酒精浓度智能测试仪。

其设计方案基于89C51单片机，MQ3酒精浓度传感器。

系统将传感器输出的4~20mA的标准信号通过以AD0832为核心的A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由LCD显示酒精浓度值。

文中详细介绍了酒精浓度传感器信号调理电路设计,电路工作的基本原理和实现方法。

关键词：酒精浓度传感器（MQ3）；工作原理；调理电路AbstractUnder the influence of alcohol driver usually there will be the following characteristics: the lights response is slow; Reverse driving; Swing, turned suddenly, erratic driving on the road or center line; Mess on the brakes; Turning a large range; Serpents; No reason is to park; Drive extremely slow; Suddenly turn or illegal turn; It does not open headlight. According to the statistics, the driver drunk driving, the traffic accident rate for no drinking of 16 times. From daily road traffic safety violations and traffic accident case to see, motor vehicle driver drunk driving about 38.6%; And a hit-and-run motorcycle, the proportion of drunk driving is as high as 72.3%.This study was designed for public inspection and overrun with the functions of alcohol concentration intelligent tester. Its design scheme based on 89 C51, MQ3 alcohol concentration sensor. The system will sensor output of 4 ~ 20 mA of the standard signal through by the AD0832 as the core of the A/D converter circuit after skin, by MCU data processing, and finally by LCD display alcohol leel. This paper introduces the alcohol concentration sensor signal regulate circuit design, circuit to work with the basic principle and method.Keywords: alcohol concentration sensor (MQ3); Working principle; Regulate circuit目录1.设计目的 (2)2.设计要求 (2)3.设计内容 (2)3.1总体设计 (2)3.2工作原理分析 (3)3.3器件选型说明 (3)3.4原理图设计 (4)3.5电路仿真 (5)3.6PCB电路设计 (7)3.7可靠性和抗干扰性设计 (8)4 设计心得和体会 (10)【参考文献】 (10)附录1 电路原理图 (10)附录2 PCB图 (11)附录3 PCB效果图 (11)1.设计目的了解常用电子元器件基本知识；了解印刷电路板的设计和制作过程；掌握电子元器件选型的基本原理和方法；了解电路焊接基本知识和基本焊接的方法和技巧；了解印制电路板（PCB）设计加工的基本过程;了解信号调理电路的主要功能和存在的必要性;掌握常见传感器信号调理电路的设计方法;掌握相关EDA软件的使用和设计、仿真、调试能力。

传感器设计实验报告实验名称： 专 姓 业： 名：酒精浓度检测装置的设计学 号：号： 1同组人员： 学 实 验 室: 实验时间： 评定成绩：审阅教师：课题设计背景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。

课题设计应用与前景目前，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。

喝酒后酒精在人体体内的分布及呼吸含量新出台的《标准》规定，驾驶员血液中的酒精含量大于或者等于 0.2mg/ml、小 于 0.8mg/ml 属于饮酒驾驶行为； 血液中的酒精含量大于或者等于 0.8mg/ml 属于 醉酒驾车。

平均而言，血液酒精浓度是呼吸气体浓度的 2000 倍。

酒精进入机体后，20%由胃吸收，80%被十二指肠吸收。

酒精自饮用后 2~5min 开 始进入血液， 30~90min 后在血液中达到最高浓度，6~13h 后各脏器酒精含量达最 高。

各组织器官对酒精的吸收率不同。

在平衡状态时，脑组织、脊髓、肝组织中 酒精浓度分别是血液中酒精浓度的 1.75、1.50、1.48 倍。

酒精主要在肝中分解 代谢，约 80%~90%的酒精在乙醇脱氢酶的作用下代谢为乙醛，进一步在过氧化氢 酶作用下代谢为二氧化碳和水，约 10%的酒精以原形物的形式由肾、肺、唾液腺 和汗腺随尿液、汗液、唾液和呼吸排出体外。

郑州轻工业学院课程设计任务书题目酒后驾车测试仪的设计专业、班级建筑电气与智能化 09-1 学号 31 姓名战猫主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容：（1）整体电路设计（画出电路组成框图）；（2）信号检测电路设计；（3）信号放大电路设计，电路参数选取、数据计算；（4）Ａ / Ｄ转换电路设计；（5）显示电路设计。

基本要求：（1）采用酒精传感器MQR2传感器组成酒精测试探头；（2）电路组成：测量探头、信号调整电路、Ａ / Ｄ转换、显示电路；（3）在实验装置上进行模拟实验，测量出酒精浓度与输出电压之间的关系；（4）写出5000字左右的工作原理说明，附系统图一张。

完成期限：指导教师签名：课程负责人签名：年月日摘要摘要本文经过查阅大量的资料，分析了很多酒精检测系统，总的来说，很大部分的的酒精检测器,系统在实现方案上大部分以单片机为基础,并借助相应的外围电路,将检测结果通过LED、LCD 等显示方式告知使用者。

本设计用的MQK2酒精传感器就是一种对气体敏感的化学传感器，它能随着外部气体浓度的不同而改变敏感膜的电阻。

系统选AT89S52单片机为控制核心，对检测到的气体状况进行相应的处理分析、处理和显示，并通过报警进行提示。

该系统分为检测酒精浓度模块、系统控制模块和显示报警模块，并分别对其进行方案分析，最终确定酒后驾车测试仪的系统构架和设计方案。

试验结果显示，该系统对在一定范围内的酒精浓度测试的测量具有较高的精度，实现了酒精检测功能，其主要技术指标达到了系统设计要求。

关键词：酒精传感器，MQK2 ，AT89S52单片机，报警目录摘要 (1)1 概述 (3)2 总体设计方案 (3)2.1 酒精浓度检测仪整体结构设计 (3)2.2 MQK2酒精传感器 (4)2.3 传感器信号采集电路 (5)2.4 A/D转换电路 (6)2.5 单片机系统 (7)2.6 系统的整体软件设计 (10)3 心得体会 (12)参考文献.....................................................错误！未定义书签。

本科生传感器专业课程设计题目： 酒精浓度报警学 院 电子信息工程学院 专 业 自动化 学 号 20171506014 学生姓名 李代兴指导教师 孙荣霞2019年12月20日装 订 线酒精浓度报警一、实验目的1、了解温度采集传感器的结构和工作原理；2、掌握传感器采集、控制、报警及显示等单元模块工作原理；3、熟悉系统电路设计、仿真调试方法；4、掌握系统实物调试、数据测试及分析解决问题方法。

二、实验要求1、硬件电路设计按照功能要求设计电路原理图。

元器件清单表2、电路仿真实验采用xx软件进行电路仿真3、元件识别及测试掌握传感器、控制器件使用方法。

熟悉测试仪表使用方法及注意事项。

4、实物安装调试在仿真实验基础上，进行硬件安装焊接、调试。

5、实物测试完成酒精浓度报警实物制作，通过测试数据，实现检测到酒精报警功能。

三、硬件电路设计1、系统结构设计原理图2、工作原理介绍传感器检测模块：当MQ-3没有检测到酒精，其内阻很大，NE555的2脚电压低于触发电压（VCC/3)，其3脚输出高电压，D2熄灭，蜂鸣器不发声；当检测到酒精，其内阻减小，NE555的2脚电压高于触发电压，3脚变为低电平，D2导通发光，蜂鸣器流过电流开始发声。

控制模块：NE555内部的第二比较器检测电压变化，利用其内部的触发器消抖。

显示模块:当NE555检测到电压变化，绿灯亮，蜂鸣器发声。

输入设置：有酒精的空气和无酒精的空气。

报警单元:当NE555的2脚电压高于触发电压，3脚变为低电平，蜂鸣器流过电流开始发声。

四、仿真实验用一个滑动变阻器代替MQ-3来进行测试，检测电压的电压变化，当被检测气体含有酒精（即移动滑动变阻器，使其被检测电阻的电压发生变化，同时，R3、RW电压升高,NE555的2脚电压高于触发电压，3脚变为低电压，D2导通发光，同时，蜂鸣器发声。

五、实物焊接调试六、系统测试测试数据：未检测到酒精，仅红灯亮，为电源指示灯；检测到酒精时，红灯、绿灯均亮，蜂鸣器报警。

一、实习目的本次实习旨在通过实践操作，深入了解酒精传感器的原理、结构、性能特点以及应用场合，掌握酒精测试电路的设计与制作方法，提高动手能力和工程实践能力。

二、实习内容1. 酒精传感器原理与结构酒精传感器是一种将酒精浓度转化为电信号的装置，其主要原理是利用酒精分子与传感材料发生化学反应，从而改变传感器的电学特性。

常见的酒精传感器有MQ-3型气敏传感器、TGS811型气敏传感器等。

MQ-3型气敏传感器采用SnO2作为传感材料，具有灵敏度高、响应速度快、稳定性好等优点。

其结构主要由传感元件、加热丝、电极和外壳组成。

2. 酒精测试电路设计酒精测试电路主要包括信号采集、信号处理、显示和报警等部分。

（1）信号采集：将酒精传感器输出的模拟信号接入单片机或微控制器进行采集。

（2）信号处理：对采集到的模拟信号进行放大、滤波、A/D转换等处理，得到数字信号。

（3）显示：将数字信号显示在LCD显示屏上，直观地显示酒精浓度。

（4）报警：当酒精浓度超过设定值时，发出报警信号。

3. 酒精测试电路制作（1）元器件准备：MQ-3型气敏传感器、放大电路、滤波电路、A/D转换器、单片机、LCD显示屏、按键、蜂鸣器等。

（2）电路板设计：根据电路原理图，设计电路板，并焊接元器件。

（3）电路调试：对电路进行调试，确保各部分功能正常。

三、实习过程1. 理论学习：首先，我们学习了酒精传感器的原理、结构、性能特点和应用场合，了解了MQ-3型气敏传感器的技术参数和操作方法。

2. 电路设计：根据酒精测试电路的原理，我们绘制了电路原理图，并选择了合适的元器件。

3. 电路制作：在指导老师的帮助下，我们完成了电路板的制作，并焊接了元器件。

4. 电路调试：对电路进行调试，检查各部分功能是否正常，包括信号采集、信号处理、显示和报警等。

5. 性能测试：将酒精传感器放置在酒精蒸气环境中，测试电路的响应速度、灵敏度和准确性。

四、实习成果1. 成功制作了一台酒精测试电路，实现了酒精浓度的检测和显示。

目录第一章绪论 ............................................................................................................................................ - 1 -1.1 设计背景.................................................................................................................................................. - 1 -1.2 设计目的.................................................................................................................................................. - 1 -1.3 设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）................................................... - 1 -1.4 设计工作任务及工作量的要求................................................................................................................ - 2 -第二章酒精浓度传感器的设计.................................................................................................................... - 3 -2.1 传感器的概述 ........................................................................................................................................ - 3 -2.2 传感器的选择 .......................................................................................................................................... - 4 -2.2.1MQ-3酒精浓度传感器的特点 .. (4)2.2.2MQ-3工作原理简介 (5)2.3 可靠性与抗干扰设计............................................................................................................................... - 6 -第三章酒精传感器信号调理电路的设计..................................................................................................... - 7 -3.1 设计思路综述 .......................................................................................................................................... - 7 -3.2 电压跟随器 .............................................................................................................................................. - 7 -3.3 减法器...................................................................................................................................................... - 8 -3.4 比例放大电路 .......................................................................................................................................... - 9 -3.5 器件选型表 .............................................................................................................................................. - 9 -3.6 设计心得体会 .........................................................................................................................................- 10 -第四章仿真与PCB设计..............................................................................................................................- 11 -4.1 信号调理电路仿真..................................................................................................................................- 11 -4.2 PCB图 .....................................................................................................................................................- 11 -4.3 PROTUES图3D效果图 ...........................................................................................................................- 12 -参考文献 .........................................................................................................................................................- 13 -第一章绪论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。

《传感器与测控技术》酒精测试仪的制作与调试实验报告
实验原理及内容：
酒精测试的电路原理图如图4-35所示，在工作时，加热回路采用5V电压供电，MQ-3型气敏传感器，R1和RP1构成测试回路，当酒精浓度增加时，气敏传感器的内阻阻值将会迅速降低,测试回路的输出电压增加。

输出电压送到芯片LM3914的5脚，即芯片内部各个比较器的反相端，与同相端的电压比较。

酒精浓度越高，5脚的电压越大,经过比较器比较后输出低电平的数量越多，被点亮的发光二极管数量就越多。

本酒精测试仪用不同颜色的发光二极管表示酒精浓度大小，随着酒精浓度增加，发光二极管依次从左到右被点亮，绿
色指示灯亮模拟酒精浓度未超标，红色二极管点亮表示浓度超标，并且点亮的数量越多表示超标的值越大。

实验步骤及数据记录：
(1)上电之前检查电路发现电路没短路
(2)上电之后,预热一分钟，不做任何操作，这时会发现LED灯从左向右依次点亮,然后从右向左依次熄灭
(3)用万用表测量LM3914芯片的5脚电压，并调节RP1,使之稳定在1V,最左侧第一个绿灯发出微弱的光
(4)这时将准备好沾有啫喱水（含有酒精）的纸巾轻轻覆盖在MQ-3酒精传感器上,LED灯应从左向右依次点亮，拿下纸巾后,LED灯会缓缓地从右向左熄灭。

实物测试效果说明酒精测试仪制作完成
实验总结：
随着酒精浓度增加，发光二极管依次从左到右被点亮，绿色指示灯亮模拟酒精浓度未超标，红色二极管点亮表示浓度超标，并且点亮的数量越多表示超标的值越大。

酒精浓度传感器信号调理电路设计与仿真报告目录第一章绪论...................................................................... - 1 -1.1 设计背景........................................................................ - 1 -1.2 设计目的........................................................................ - 1 -1.3 设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等） ....................... - 1 -1.4 设计工作任务及工作量的要求....................................................... - 2 -第二章酒精浓度传感器的设计......................................................... - 3 -2.1 传感器的概述 ................................................................... - 3 -2.2 传感器的选择.................................................................... - 4 -2.2.1MQ-3酒精浓度传感器的特点 (4)2.2.2MQ-3工作原理简介 (5)2.3 可靠性与抗干扰设计 .............................................................. - 6 -第三章酒精传感器信号调理电路的设计 ................................................. - 7 -3.1 设计思路综述.................................................................... - 7 -3.2 电压跟随器...................................................................... - 8 -3.3 减法器.......................................................................... - 8 -3.4 比例放大电路.................................................................... - 9 -3.5 器件选型表..................................................................... - 10 -3.6 设计心得体会................................................................... - 10 -第四章仿真与PCB设计.............................................................. - 11 -4.1 信号调理电路仿真 ............................................................... - 11 -4.2 PCB图.......................................................................... - 12 -4.3 PROTUES图3D效果图............................................................. - 13 -参考文献............................................................................ - 13 -第一章绪论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。