第1章緒論
1.1設計背景
近年來，隨著我國經濟的發展，人民的生活水平提高，越來越多的人有了自己的車，而酒後駕車造成的交通事故也越來越多，國家也出台了一系列的法律法規，試圖通過法律的手段遏制這一現象的進一步發展。介於人們對於醉駕的逐漸重視，酒精測試課題便更加受人關注。酒駕引起的交通事故是由於司機飲酒過量造成酒精麻痺神經，使大腦反應遲鈍，肢體不受控制的症狀。
酒後駕車發生事故的概率高達27%。隨著攝入酒精量的增加，發生事故的幾率也隨之增加，當血液中酒精含量由0.5‰增至1‰，發生車禍的可能性便增加5倍，如果增至1.
5‰，可能性再增加6倍。汽車司機「酒後駕車」 以及「醉酒駕車」都極易引發交通事故, 嚴重危害了道路交通安全和人民生命財產安全。人飲酒後, 酒精被消化系統吸收後, 通過血液迴圈, 大概90%的酒精通過呼吸排除體外, 因此測量車內的酒精含量, 就可判斷其醉酒程度。
開車司機只要進入車內，儀器就能根據空氣中的酒精含量顯示出酒精濃度的高低，從而判斷該司機是否酒後駕車，然後通過控制發動機的啟動來避免事故的發生。這樣就可以從根本上解決酒後駕車問題。
第2章設計要求
選用酒精濃度感測器進行氣體中酒精濃度測量，要求測量範圍10-1000ppm、精度為5ppm。
設計感測器的訊號調理電路，實現以下要求：
（1）設計訊號調理將感測器輸出0.2-1.4 v的訊號轉換為0-5v直流電壓訊號；
（2）對訊號調理電路中採用的具體元器件應有器件選型依據；
（3）電路的設計應當考慮可靠性和抗干擾設計內容；
（4）電路的基本工作原理應有一定說明；
（5）電路應當在相應的**軟體上進行**以驗證電路可行性。
2.2感測器的選擇
氣敏電阻是一種半導體敏感器件，它是利用氣體的吸附而使半導體本身的電導率發生變化這一機理來進行檢測的。人們發現某些氧化物半導體材料如sno2、zno、fe2o3、mgo、nio、batio3等都具有氣敏效應。
氣敏感測器是一種檢測特定氣體的感測器。它主要包括半導體氣敏感測器、接觸燃燒式氣敏感測器和電化學氣敏感測器等，其中用的最多的是半導體氣敏感測器。它的應用主要有：
一氧化碳氣體的檢測、瓦斯氣體的檢測、煤氣的檢測、氟利昂（r11、r12）的檢測、呼氣中乙醇的檢測、人體口腔口臭的檢測等等。它將氣體種類及其與濃度有關的資訊轉換成電訊號，根據這些電訊號的強弱就可以獲得與待測氣體在環境中的存在情況有關的資訊，從而可以進行檢測、監控、報警；還可以通過介面電路與計算機組成自動檢測、控制和報警系統。半導體氣敏感測器對於低濃度氣體具有很高的靈敏度，具有嗅覺功能，能自動檢測濃度。
一旦濃度超限，氣敏感測器即可自動報警。
。當半導體器件被加熱到穩定狀態，在氣體接觸半導體表面而被吸附時，被吸附的分子首先在表面自由擴散，失去運動能量，一部分分子被蒸發掉，另一部分殘留分子產生熱分解而固定在吸附處時，如果半導體的功函式大於吸附分子的離解能，吸附分子將向器件釋放電子，而形成正離子吸附。如h2、co、碳氫化合物等，被稱為還原型氣體。
當還原型氣體吸附到n型半導體上時，載流子增多，使半導體電阻值下降。
本設計中的酒精氣體感測器採用的mq-3型,它屬於mq系列氣敏元件的一種。如圖2-1所示：
圖2-1 mq-3
特點:檢測範圍為10ppm～2000ppm ；靈敏度高，輸出訊號為伏特級；響應速度快，小於10秒；功耗小於0.75w，尺寸：d17*h10。
使用方法和注意事項：
(1) 元件開始通電工作時，沒有接觸檢測氣體，其電導率也急劇增加，約1分鐘後達到穩定，這時方可正常使用，
(2) 加熱電壓的改變會直接影響元件的效能，所以在規定的電壓範圍內使用為佳。
(3) 元件在接觸標定氣體100ppm10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）。
(4) 負載電阻可根據需要適當改動，不影響元件靈敏度。
(5) 使用條件：溫度－15～35℃；相對濕度45～75%rh;大氣壓力80～106kpa。
(6) 環境適度的變化會給元件電阻帶來小的影響，當元件在精密儀器上使用時，應進行溫度補償，最簡便的方法是採用熱敏電阻補償之。
(7) 避免腐蝕性氣體及油汙染，長期使用需防止灰塵堵塞防爆不鏽鋼網。
(8) 元件六腳位置可與電子管七腳管座匹配使用。
表2-1 酒精濃度和輸出電壓關係圖
mq-3型氣敏感測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。由於這種變化是可逆的，所以能重複使用。
mq-3的靈敏度特性曲線如圖2-2所示。
圖2-2 mq-3靈敏度特性曲線
其中：溫度：20℃、相對濕度：65%、氧氣濃度：21% rl=200kω
rs：元件在不同氣體，不同濃度下的電阻值。
r0:元件在潔淨空氣中的電阻值。
mq-3型氣敏元件的溫濕度特性曲線如圖2-3：
圖2-3 mq-3溫濕度特性曲線圖
其中：ro: 20℃，33%rh條件下，200ppm的乙醇蒸汽中元件電阻。
rs: 不同溫度，濕度下，200ppm的乙醇蒸汽中元件電阻。
檢測電路如圖2-4所示，當電源開關s斷開時，感測器加熱電流為零，實測a，b之間電阻大於20mω。s接通，則f與f之間電流由開始時155ma降至153ma而穩定。加熱開始幾秒鐘後a，b之間電阻迅速下降至10kω以下，然後又逐漸上公升至120kω以上後並保持著。
此時如果將酒精溶液樣品靠近mq-3感測器，我們立即可以看到數字萬用表顯示值馬上由原來大於120kω降至10kω以下。移開小瓶過1分鐘左右後，a，b之間電阻恢復至大於120kω。這種反應可以重複試驗，但要注意使空氣恢復到潔淨狀態。
經實驗的反覆檢測，mq-3感測器可以正常工作使用，對不同濃度的酒精溶液有不同的變化，響應時間和恢復時間都正常，可以開始作訊號取樣模組電路的設計。
圖2-4 mq-3檢測電路
mq-3酒精感測器對乙醇蒸氣有很高的靈敏度，並且響應和恢復快速。另外，mq-3酒精感測器簡單的驅動迴路和可靠的穩定性是相比較於其他型號感測器的優點。mq-3酒精感測器可用於機動車駕駛人員及其他嚴禁酒後作業人員的現場檢測，也可用於其他場所乙醇蒸氣的檢測。
其外部結構如圖2-5所示：
圖2-5 mq-3外部結構圖
表2-2 mq-3的組成
mq-3氣敏元件的結構和外形如圖2-5所示(結構 a 或 b), 由微型al2o3陶瓷管、sno2 敏感層,測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不鏽鋼製成的腔體內，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個用於訊號取出，2個用於提供加熱電流。
氣敏感測器的外觀和相應的結構形式如圖2-7所示，它由微型氧化鋁陶瓷管、氧化鋅敏感層，測量電極和加熱器構成，敏感元件固定在塑料或不繡鋼製成的腔體內，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有6個管腳，其中4個用於訊號取出，2個用於提供加熱電流。
圖2-7中①、②、③分別表示mq-3乙醇感測器的引腳排布圖、引腳功能圖、使用接線圖。其中h-h表示加熱極（如5v），a-a、b-b感測器表示敏感元件的2個極，圖③中「v」為感測器的工作電壓，同時也是加熱電壓。
圖2-7 mq-3感測器的外觀和相應的結構形式
加熱電壓取交直流5v均可。當氣敏感測器加熱後，環境中的可燃氣體濃度加大時，感測器的內阻將迅速減小，利用該特性結合分壓原理，分析得知vout的值將逐漸加大，當超過我們設定的閾值時，可產生相應的操作。經過調理，檢測訊號由電阻值轉變成電壓值，便於後續電路進行a/d轉換和處理。
mq-3乙醇氣體感測器及其調理電路原理如圖4所示。其外形如圖5所示。經過調理，檢測訊號由電阻值轉變成電壓值，便於後續電路進行a/d轉換和處理。
整體電路圖如下圖2-8所示：
圖2-8 mq-3整體電路圖
mq-3型氣敏感測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。當其表面接觸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。由於這種變化是可逆的，所以能重複使用。
mq-3可通過將電阻變化轉換為電壓變化。並通過電壓比較器lm393與事先測定的標準電壓比較，為微控制器提供高低電平作為訊號。
電壓比較器如圖2-3，感測器輸出的電壓與所設定的參考電壓（滑動電阻器rp）比較，若超出參考電壓則電壓比較器輸出訊號該儀器開始工作。
圖2-9 電壓比較器
表2-3 器件清單
第3章感測器**
感測器**pcb圖如圖3-1所示：
圖3-1 感測器**pcb
[1] 徐德炳譯，《感測器的介面及訊號調理電路》，北京：國防工業出版社，2023年
[2] 劉巨集，《電子工藝實習》，廣州：華南理工大學出版社，2023年
[3] 俞雅珍，《電子工藝技術》，上海：復旦大學出版社，2023年
[4] 康華光，《模擬電子技術》，北京：高等教育出版社，2023年
[5] 康華光等.電子技術基礎第2版[m].北京:高等教育出版社，2004：10-156.
酒精濃度數學建模
數學建模 酒精含量問題 摘要 有三種不同的喝啤酒方法 1.瞬間喝下兩瓶啤酒。2.持續一段時間喝下兩瓶啤酒。3.分段脈衝式喝下兩瓶啤酒。其中啤酒的酒精濃度是4 單位時間內排出的酒精與此時體內酒精含量成正比 根據每種方法，求此人體內酒精含量隨時間的變化規律。關鍵詞 瞬間 持續一段時間 分段脈衝 4 正比...
酒精檢測中期報告
大學生創新創業訓練計畫專案 中期驗收報告 專案名稱 基於微控制器的酒駕提醒和報警電子裝置設計與製作專案編號 專案型別 創新訓練專案 專案負責人 負責人所屬學院 汽車學院 資助總額 0.2萬元，已撥款額 0 萬元執行年限 1年 e mail 填表日期 填寫說明 1 中期驗收報告由正文和附件兩部分組成,...
關於酒精的趣聞
不喝酒也被認定為酒駕，是因為腸道裡的細菌產了太多酒精，瘦而肌肉發達的人更不容易喝醉 1 鄭重的免責宣告 分析，不代表贊同。被稱為醇類的化合物一族都有毒性，會對人造成傷害。這種傷害可以立刻顯現，或者較快發生，也可能慢慢進行。2 醇類的一員 乙醇，又被稱為酒精，在人類的食譜上占有一席之地。考古學家派屈克...