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12物聯(lián)網(wǎng) 指導(dǎo)老師：酒精傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告 一、實(shí)驗(yàn)名稱：酒精傳感器二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?１、能夠讀懂電子產(chǎn)品原理圖，了解氣敏傳感器以及各電子元件的作用。 ２、能夠具備電子產(chǎn)品的焊接技能以及故障分析、判斷能力。 三、功能描述： 本設(shè)計(jì)介紹了一種酒精濃度檢測儀的設(shè)計(jì)方法，主要利用 MQ3 還原性氣體 傳感器作為酒精氣體傳感器，通過分壓電阻轉(zhuǎn)換為成比例的電壓，再利用線性顯 示驅(qū)動(dòng) LM3914 驅(qū)動(dòng)不同顏色的發(fā)光二極管和蜂鳴器提示檢測得到的酒精濃度大 小。根據(jù)自動(dòng)檢測系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，該酒精濃度檢測儀包含酒精氣體傳感器，信 號(hào)處理電路和執(zhí)行指示機(jī)構(gòu)等部分。對(duì)于酒精氣體傳感器，只要是一般性的還原 性氣體傳感器都能夠使用。具體的信號(hào)傳遞與結(jié)構(gòu)如下圖所示。 四、硬件電路設(shè)計(jì)： 電路的前端部分MQ3 傳感器和分壓電路按照常規(guī)設(shè)計(jì)即可，執(zhí)行驅(qū)動(dòng)聲光指 示的電路需要驅(qū)動(dòng)多個(gè)發(fā)光管以及一個(gè)蜂鳴器，即需要將分壓電路得出的電壓轉(zhuǎn) 換成LED 線段顯示同時(shí)在某點(diǎn)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。因此本設(shè)計(jì)擬采用LED 通用電平 顯示驅(qū)動(dòng)芯片LM3914 作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 １、MQ-3 氣敏電阻傳感器 本設(shè)計(jì)采用的是表面電阻控制型氣敏傳感器 MQ-3，該氣體傳感器的敏感材 料是活性很高的金屬氧化物半導(dǎo)體，最常用的如 SnO2。

金屬氧化物半導(dǎo)體在空 氣中被加熱到一定溫度時(shí)，氧原子被吸附在帶負(fù)電荷的半導(dǎo)體表面，半導(dǎo)體表面 的電子會(huì)被轉(zhuǎn)移到吸附氧上，氧原子就變成了氧負(fù)離子，同時(shí)在半導(dǎo)體表面形成 一個(gè)正的空間電荷層，導(dǎo)致表面勢壘升高，從而阻礙電子流動(dòng)，電阻較大。當(dāng)N 型半導(dǎo)體的表面在高溫下遇到離解能力較小（易失去電子）的還原性氣體時(shí)，氣 體分子中的電子將向氣敏電阻表面轉(zhuǎn)移酒精傳感器，使氣敏電阻中的自由電子濃度增加，電 阻率降低，電阻減小。其應(yīng)用于家庭、工廠、商業(yè)場所的氣體泄漏監(jiān)測裝置，防 火/安全探測系統(tǒng)。氣體泄漏報(bào)警器，氣體檢漏儀。特點(diǎn)：高靈敏度、快速響應(yīng) 恢復(fù)、優(yōu)異的穩(wěn)定性、長壽命、驅(qū)動(dòng)電路簡單、電信號(hào)輸出強(qiáng)。如下圖所示。 酒精傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告 ２、LED通用電平顯示驅(qū)動(dòng)芯片LM3914 通用電平顯示驅(qū)動(dòng)芯片LM3914 片內(nèi)有10 個(gè)電壓比較器，10 個(gè)1K 歐姆精密 電阻串聯(lián)組成的分壓器分別向各電壓比較器提供比較基準(zhǔn)；直線驅(qū)動(dòng)10 個(gè)發(fā)光 二極管（LED）組成的10 段“線”或“點(diǎn)”式條圖顯示器；對(duì)被測量的變化反映 迅速真實(shí)；無阻尼現(xiàn)象；抗干擾能力強(qiáng)。 利用 10 個(gè)發(fā)光二極管作為輸入端電平變化的顯示，輸入端電平信號(hào)可以是 通過各類傳感器和變換電路而探測的各種物理量，如電壓、電流、溫度、濕度、 亮度、響度、音頻、距離、磁場強(qiáng)度、重量等等。

用它做成的電平顯示器，既醒 目、直觀，又方便、實(shí)用，并且能反映瞬間變化的信號(hào)乙醇報(bào)警器，用途十分廣泛。例如， 在電路設(shè)計(jì)制作中，它既可以通過探頭和處理電路實(shí)現(xiàn)溫度控制和顯示，用于烘 箱、冰箱、空調(diào)、熱塑封機(jī)等設(shè)備上，也可以通過分壓變換電路實(shí)現(xiàn)電壓高低的 直觀顯示，用于儀器、儀表、音響及辦公設(shè)備上。 核心電路采用了塑封雙列直插的18 腳LED 點(diǎn)條顯示驅(qū)動(dòng)集成電路LM3914， 電路構(gòu)成及管腳功能如下圖所示。LM3914 內(nèi)部含有10 個(gè)相同的電壓比較器，它 們的輸出端可以分別直接驅(qū)動(dòng)外接的10 只發(fā)光二極管(VDl—VDl0)作條狀顯示， 也可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)狀顯示。它們的反相輸入端并聯(lián)在一起，并通過一個(gè)緩沖器接到輸 腳。而10個(gè)同相輸入端分別接到由10 個(gè)精密電阻串聯(lián)而成的多級(jí)分壓器 上。而這個(gè)分壓器的兩端在內(nèi)部沒有與其它電路或公共端相連，而是直接由6、 腳引出，通常將之稱為懸浮式，這樣使得應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)更加靈活和方便。以一個(gè)分辨率為0.125V 的10 級(jí)線性電壓表為例說明其工作原理。這個(gè)電壓 表的最大量程為1.25V，將9、11 腳相連，設(shè)定為點(diǎn)狀顯示，這樣比較省電。分 壓器就用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源，6、7 腳相連，4、8 腳相連并接地，則分壓器每個(gè)1k 電阻上的壓降為 0.125V，因此最下面的一個(gè)比較器 同相輸入端的電位為0.125V可燃?xì)怏w檢測儀，比較器2 同相輸入端電位為0.25V，依此類推，最上面的一個(gè)比較器10 基準(zhǔn)電壓設(shè)定為1.25V。

當(dāng)5 腳輸入電壓小于0.125V 時(shí)，10 個(gè)LED 都不發(fā)光， 酒精傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告 當(dāng)輸入電壓大于0.125V但小于0.25V 時(shí)，比較器1 反相輸入端電位高于同相輸 輸出低電位酒精傳感器，使VD1發(fā)光；當(dāng)輸入電壓大于0.25V 但小于0.375V 時(shí)，則VD2 發(fā)光；依此類推，當(dāng)輸入1.25V 電壓時(shí)，VDl0 發(fā)光。以上是用10 LED作0-1.25V 十級(jí)顯示，每級(jí)0.125V；若將6 腳外接10V 標(biāo)準(zhǔn)電壓源，4 地。可以作0-10V十級(jí)顯示的電壓表，若將6 腳接10V，4 腳接5V 電壓，少比3 腳電源電壓VCC 低2V。 ３、電路及工作原理分析 本設(shè)計(jì)采用5V 電源供電，前端是MQ-3 型酒精氣體濃度傳感器，利用電阻分 壓電路將酒精濃度由電阻量轉(zhuǎn)化為電壓量，在通過驅(qū)動(dòng)芯片 LM3914 按照電壓大 小驅(qū)動(dòng)輸出相應(yīng)的發(fā)光管酒精傳感器，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定閾值時(shí)蜂鳴器被觸發(fā)，發(fā)出報(bào)警聲。調(diào)試 時(shí)通過電位器RP 調(diào)節(jié)測量的靈敏度。具體的電路原理如下圖所示。 酒精傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告 4、PCB制版 酒精傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告 五、功能調(diào)試：1、檢查電源回路 在通電之前，用數(shù)字萬用表的二極管通斷檔測量電源正負(fù)接入點(diǎn)之間的電 阻，應(yīng)該成高阻態(tài)。

如果出現(xiàn)短路現(xiàn)象，應(yīng)立即排查，防止通電燒元件的事故。 同時(shí)，目測IC 的正負(fù)電源是否接反。當(dāng)一切正常后方可通電調(diào)試。 2、電壓直接調(diào)節(jié) 本設(shè)計(jì)主要是通過電阻分壓電路測量酒精氣體濃度變化的，而LM3914 也是 根據(jù)輸入電壓的大小決定點(diǎn)亮LED 的數(shù)量的，因此可以先調(diào)試傳感器之后的電路 時(shí)是否正常。使用穩(wěn)壓電源的一組 5V 使系統(tǒng)通電后，將可調(diào)穩(wěn)壓電源的另一組 輸出調(diào)至0.2V 左右，其電源正通過一個(gè)1K 的電阻接入圖中的A 點(diǎn)，其電源負(fù)與 系統(tǒng)電源負(fù)短接。再調(diào)節(jié)電源從0.2V-5V，觀察輸出LED 和蜂鳴器的變化。正確 的變化應(yīng)該是，LED1-LED9 挨個(gè)被點(diǎn)亮，在LED5 和LED6 被點(diǎn)亮之間蜂鳴器將發(fā) 出聲音，并一直持續(xù)。 如果沒有一個(gè)LED 被點(diǎn)亮，可能是LM3914 的周邊電路沒有配合好，或者是電路 某點(diǎn)有開路；如果是最終有幾個(gè)紅色LED 未被點(diǎn)亮，可能是電位器RP 的阻值偏 小，調(diào)大一些再試；蜂鳴器未發(fā)出聲響，可能原因是后面的發(fā)生電路開路，或者 三極管燒壞。 3、酒精液體校準(zhǔn) 按照傳感器的使用要求，先通電將傳感器預(yù)熱。然后使用乙醇液體作為酒精 氣體的散發(fā)源，先使用50%的乙醇水溶液，再根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)乙醇含量，最終 得到200ppm 的酒精調(diào)試系統(tǒng)。 4、電位器調(diào)節(jié)靈敏度 調(diào)試完成，根據(jù)具體的需要調(diào)節(jié)電位器 RP，控制系統(tǒng)測試的靈敏度，要注 意傳感器的電阻參數(shù) 六、結(jié)束語：

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