第1章 緒論
1.1選題的依據及課題的意義
第2章 設計內容
2.1設計要求
2.2 總體設計
2.2.1傳感器部分
2.2.2器件選型7
2.2.3原理圖設計 7
2.2.4接收裝置模塊 8
第3章 電路仿真
第4章 可靠性和抗干擾設計
第5章 設計心得和體
參考文獻
2000年以來，隨著中國經濟的高速發展，人民生活水平的迅速提高，中國逐漸步入“汽車社會”，酒后駕車行為所造成事故越來越多，對社會的影響也越來越大，酒精正成為越來越兇殘的“馬路殺手”。據有關資料統計，全世界每年因車禍喪生的人數就超過60萬人，留下永久性傷殘者在400萬以上，一般受傷者不計其數。在許多國家，車禍已成為第一位意外交通死亡原因。
此外，因為交通事故造成的經濟損失也相當驚人。據事故調查統計，大約50%-60%的車禍于飲酒有關。中國公安部門在2009年8月，在全國各地加強查處酒后駕駛的力度，以減少想因酒后駕駛造成的惡性交通事故。要查處就涉及到檢測人體內的酒精含量和使用設備來檢測的問題。
為了實現對人權的尊重，對生命的關愛，使更多人的生命權、健康權及幸福美滿的家庭能得到更好的保護，需要設計一智能儀器能夠檢測駕駛員體內酒精含量。目前全世界絕大多數國家都采用呼氣酒精測試儀對駕駛人員進行現場檢測，以確定被測量者體內酒精含量的多少，以確保駕駛員的生命財產安全。酒精檢測儀的設計與使用有著不可替代的作用，也有著相當的前景和意義。這次的選題是酒精濃度傳感器信號調理電路設計與仿真。
根據被檢測氣體的不同，氣敏傳感器可分為以下三類:
（1）可燃性氣體氣敏傳感器。目前該類氣敏傳感器需求量最大，包含各種無機和有機類氣體檢測，主要用于抽油煙機、泄露報警器和空氣清新劑等方面，并已經形成生產規模，在油田、礦區、化工、企業及家庭等生產和生活領域廣泛用作氣體泄露報普，特別是用于家庭氣體泄露報警，需求量不斷增加，使該類傳感器有著廣泛的發展空間。
（2）CO和H2氣敏傳感器。CO氣敏元件可用于工業生產、環保、汽車、家庭等CO泄露和不完全燃燒檢測報警；H2氣敏元件除應用于工業等領域外，主要用于家庭管道煤氣泄露報警。由于我國管道煤氣中H2含量很高，而氫敏元件較氧化碳元件價格低，靈敏度高，因此，用氫敏元件做城市管道煤氣泄露報警更為適宜。
（3）毒性氣體傳感器。毒性氣體傳感器又稱為環境有毒有害氣體傳感器，主要用于檢測煙氣、尾氣、廢氣等環境污染氣體，雖然SnO2氣敏傳感器對CO，H2S等有毒有害氣體敏感，但應用最多的仍是電解式化學傳感器。
傳感器的分類方式有很多種，以上是根據被檢測氣體的性質進行的分類，也有根據元件的物理特性進行分類的。
一個新型的氣體檢測系統應該包括：
（1）基于一種或幾種傳感技術的氣體傳感器。
（2）組合了氣體傳感器和采樣調理電路的探頭。
（3）配有人機接口軟件的中心監測和控制系統。
（4）在一些應用中，與其它安全系統和儀器的接口。
本設計中的酒精氣體傳感器采用的MQ-3型,它屬于MQ系列氣敏元件的一種。如圖2-2所示：
圖2-1 MQ-3
MQ-3型氣敏傳感器的敏感部分是由金屬氧化物（二氧化錫）的N型半導體微晶燒結層構成。當其表面吸附有被測氣體酒精分子時，表面導電電子比例就會發生變化，從而其表面電阻會隨著被測氣體濃度的變化而變化。由于這種變化是可逆的，所以能重復使用。
為了更好地使用酒精傳感器MQ3，現將MQ3 的標準工作條件和環境條件進行介紹，如表一和表二所示。
表2-1標準工作條件：
表2-2酒精傳感器MQ3 的環境條件：
為電源電壓，
為給酒精探頭加熱電壓。
10秒鐘以內負載電阻兩端的電壓可達到（
）差值的80%（即響應時間）；脫離標定氣體]100ppm30秒鐘以內負載電阻兩端的電壓下降到（）差值的80%（即恢復時間）。
檢測氣體中電壓－
干擾氣體中電壓－
與的關系如式2-1：
（2-1）
與的關系如式2-2：
（2-2）
圖2-2 基本酒精測試電路
。參考電壓
是酒精含量超標與不超標的門限。若＞，說明酒精含量超標，反之不超標。表2-3 酒精濃度和輸出電壓關系圖
濃度/ppm | 電壓/V | 濃度/ppm | 電壓/V |
0 | 0 | 1000 | 6.842 |
100 | 2.503 | 1500 | 8.752 |
500 | 4.714 |
下圖2-2為MQ-3乙醇氣體傳感器靈敏度曲線
圖2-3 MQ-3乙醇氣體傳感器靈敏度曲線
整體設計電路如下：
圖2-4 原理圖
2.2.2器件選型表2-4：
器件名稱 | 器件型號/大小 | 器件數量（個） |
傳感器 | MQ-3 | 1 |
電阻 | 1k、10k | 2、1 |
電壓比較器 | LM339 | 1 |
接收器 | J04H | 1 |
電容 | 10uF/16V | 1 |
圖2-5電壓比較器
2.2.4接收裝置模塊
圖2-6接收裝置原理圖
圖3-1 MQ-3傳感器原理圖設計
PCB的設計流程分為原理圖設計，規劃電路板，載入網絡報表，元件的布局和調整，中間層的定義，布線規則設置以及布線等。
1.原理圖設計：對于原理圖，建議采用模塊化的設計方法，相近電路或功能模塊放在一起，具有很好的可讀性。
2.規劃電路板：也就是你要設計的電路板用在什么地方，尺寸、板層結構、原件封裝以及安裝方式。5 K4
3.載入網絡報表，導入PCB，這部分很簡單。
4.元件的布局和調整.這部分可雙層板沒有多少差別，不過對于核心原件還是要注意的。當然也可以雙面布局原件；對于時鐘要靠近CPU,振蕩電路盡量遠離天線等易受干擾區。晶振下要放接地焊盤。對于相同電源類型的盡量靠在一起，這樣可以很好的電源分割等等。 K
圖3-2 MQ-3傳感器PCB
印制電路板的抗干擾設計與具體電路有著密切的關系，這里僅就PCB抗干擾設計的幾項常用措施做一些說明。
1.電源線設計
根據印制線路板電流的大小，盡量加租電源線寬度，減少環路電阻。同時、使電源線、地線的走向和數據傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。
2．地線設計
地線設計的原則是：
(1)數字地與模擬地分開。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應使它們盡量分開。低頻電路的地應盡量采用單點并聯接地，實際布線有困難時可部分串聯后再并聯接地。高頻電路宜采用多點串聯接地，地線應短而租，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。
(2)接地線應盡量加粗。若接地線用很紉的線條，則接地電位隨電流的變化而變化，使抗噪性能降低。因此應將接地線加粗，使它能通過三倍于印制板上的允許電流。如有可能，接地線應在2~3mm以上。
(3)接地線構成閉環路。只由數字電路組成的印制板，其接地電路布成團環路大多能提高抗噪聲能力。
3.退藕電容配置
PCB設計的常規做法之一是在印制板的各個關鍵部位配置適當的退藕電容。
退藕電容的一般配置原則是：
(1)電源輸入端跨接10 ~100uf的電解電容器。如有可能，接100uF以上的更好。
(2)原則上每個集成電路芯片都應布置一個0.01pF的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每4~8個芯片布置一個1 ~ 10pF的但電容。
(3)對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件，如 RAM、ROM存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容。
(4)電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。
車載酒精濃度傳感器1.doc
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