第1章 緒論

1.1選題的依據(jù)及課題的意義

第2章 設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1設(shè)計(jì)要求

2.2 總體設(shè)計(jì)

2.2.1傳感器部分

        2.2.2器件選型7

2.2.3原理圖設(shè)計(jì)              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(shè)計(jì)

第5章 設(shè)計(jì)心得和體

參考文獻(xiàn)

2000年以來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民生活水平的迅速提高，中國逐漸步入“汽車社會(huì)”，酒后駕車行為所造成事故越來越多，對(duì)社會(huì)的影響也越來越大，酒精正成為越來越兇殘的“馬路殺手”。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，全世界每年因車禍喪生的人數(shù)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(jì)其數(shù)。在許多國家，車禍已成為第一位意外交通死亡原因。

此外，因?yàn)榻煌ㄊ鹿试斐傻慕?jīng)濟(jì)損失也相當(dāng)驚人。據(jù)事故調(diào)查統(tǒng)計(jì)，大約50%-60%的車禍于飲酒有關(guān)。中國公安部門在2009年8月，在全國各地加強(qiáng)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(nèi)的酒精含量和使用設(shè)備來檢測的問題。

   為了實(shí)現(xiàn)對(duì)人權(quán)的尊重，對(duì)生命的關(guān)愛，使更多人的生命權(quán)、健康權(quán)及幸福美滿的家庭能得到更好的保護(hù)，需要設(shè)計(jì)一智能儀器能夠檢測駕駛員體內(nèi)酒精含量。目前全世界絕大多數(shù)國家都采用呼氣酒精測試儀對(duì)駕駛?cè)藛T進(jìn)行現(xiàn)場檢測，以確定被測量者體內(nèi)酒精含量的多少，以確保駕駛員的生命財(cái)產(chǎn)安全。酒精檢測儀的設(shè)計(jì)與使用有著不可替代的作用，也有著相當(dāng)?shù)那熬昂鸵饬x。這次的選題是酒精濃度傳感器信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)與仿真。

根據(jù)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(jī)和有機(jī)類氣體檢測，主要用于抽油煙機(jī)、泄露報(bào)警器和空氣清新劑等方面，并已經(jīng)形成生產(chǎn)規(guī)模，在油田、礦區(qū)、化工、企業(yè)及家庭等生產(chǎn)和生活領(lǐng)域廣泛用作氣體泄露報(bào)普，特別是用于家庭氣體泄露報(bào)警，需求量不斷增加，使該類傳感器有著廣泛的發(fā)展空間。

（2）CO和H2氣敏傳感器。CO氣敏元件可用于工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)保、汽車、家庭等CO泄露和不完全燃燒檢測報(bào)警；H2氣敏元件除應(yīng)用于工業(yè)等領(lǐng)域外，主要用于家庭管道煤氣泄露報(bào)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(jià)格低，靈敏度高，因此，用氫敏元件做城市管道煤氣泄露報(bào)警更為適宜。

（3）毒性氣體傳感器。毒性氣體傳感器又稱為環(huán)境有毒有害氣體傳感器，主要用于檢測煙氣、尾氣、廢氣等環(huán)境污染氣體，雖然SnO2氣敏傳感器對(duì)CO，H2S等有毒有害氣體敏感，但應(yīng)用最多的仍是電解式化學(xué)傳感器。

傳感器的分類方式有很多種，以上是根據(jù)被檢測氣體的性質(zhì)進(jìn)行的分類，也有根據(jù)元件的物理特性進(jìn)行分類的。

一個(gè)新型的氣體檢測系統(tǒng)應(yīng)該包括：

（1）基于一種或幾種傳感技術(shù)的氣體傳感器。

（2）組合了氣體傳感器和采樣調(diào)理電路的探頭。

（3）配有人機(jī)接口軟件的中心監(jiān)測和控制系統(tǒng)。

（4）在一些應(yīng)用中，與其它安全系統(tǒng)和儀器的接口。

本設(shè)計(jì)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(dǎo)體微晶燒結(jié)層構(gòu)成。當(dāng)其表面吸附有被測氣體酒精分子時(shí)，表面導(dǎo)電電子比例就會(huì)發(fā)生變化，從而其表面電阻會(huì)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(fù)使用。

為了更好地使用酒精傳感器MQ3，現(xiàn)將MQ3 的標(biāo)準(zhǔn)工作條件和環(huán)境條件進(jìn)行介紹，如表一和表二所示。

表2-1標(biāo)準(zhǔn)工作條件：

表2-2酒精傳感器MQ3 的環(huán)境條件：

元件開始通電工作時(shí)，沒有接觸檢測氣體，其電導(dǎo)率也急劇增加，約1分鐘后達(dá)到穩(wěn)定，這時(shí)方可正常使用，這段變化在設(shè)計(jì)中電路時(shí)可采用延時(shí)處理解決。基本酒精測試電路如圖2-1所示： 為電源電壓，為給酒精探頭加熱電壓。

(3) 元件在接觸標(biāo)定氣體100ppm10秒鐘以內(nèi)負(fù)載電阻兩端的電壓可達(dá)到（）差值的80%（即響應(yīng)時(shí)間）；脫離標(biāo)定氣體]100ppm30秒鐘以內(nèi)負(fù)載電阻兩端的電壓下降到（）差值的80%（即恢復(fù)時(shí)間）。

檢測器體中電阻－    檢測氣體中電壓－

干擾氣體中電阻－     干擾氣體中電壓－

   與的關(guān)系如式2-1：

                                               （2-1）

   與的關(guān)系如式2-2：

                                                （2-2）

圖2-2  基本酒精測試電路

酒精含量測試電路圖設(shè)計(jì)要求是將氣體中的酒精含量轉(zhuǎn)化成測試電壓。參考電壓是酒精含量超標(biāo)與不超標(biāo)的門限。若＞，說明酒精含量超標(biāo)，反之不超標(biāo)。

表2-3 酒精濃度和輸出電壓關(guān)系圖

   下圖2-2為MQ-3乙醇?xì)怏w傳感器靈敏度曲線

圖2-3 MQ-3乙醇?xì)怏w傳感器靈敏度曲線

整體設(shè)計(jì)電路如下：

圖2-4 原理圖

表2-4：

圖2-5電壓比較器

圖2-6接收裝置原理圖

圖3-1 MQ-3傳感器原理圖設(shè)計(jì)

PCB的設(shè)計(jì)流程分為原理圖設(shè)計(jì)，規(guī)劃電路板，載入網(wǎng)絡(luò)報(bào)表，元件的布局和調(diào)整，中間層的定義，布線規(guī)則設(shè)置以及布線等。

1.原理圖設(shè)計(jì)：對(duì)于原理圖，建議采用模塊化的設(shè)計(jì)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(guī)劃電路板：也就是你要設(shè)計(jì)的電路板用在什么地方，尺寸、板層結(jié)構(gòu)、原件封裝以及安裝方式。5 K4

3.載入網(wǎng)絡(luò)報(bào)表，導(dǎo)入PCB，這部分很簡單。

4.元件的布局和調(diào)整.這部分可雙層板沒有多少差別，不過對(duì)于核心原件還是要注意的。當(dāng)然也可以雙面布局原件；對(duì)于時(shí)鐘要靠近CPU,振蕩電路盡量遠(yuǎn)離天線等易受干擾區(qū)。晶振下要放接地焊盤。對(duì)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(shè)計(jì)與具體電路有著密切的關(guān)系，這里僅就PCB抗干擾設(shè)計(jì)的幾項(xiàng)常用措施做一些說明。

1.電源線設(shè)計(jì)

　根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加租電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時(shí)、使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。
　　2．地線設(shè)計(jì)
　　地線設(shè)計(jì)的原則是：
　　(1)數(shù)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(yīng)使它們盡量分開。低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時(shí)可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，地線應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)在2~3mm以上。
　　(3)接地線構(gòu)成閉環(huán)路。只由數(shù)字電路組成的印制板，其接地電路布成團(tuán)環(huán)路大多能提高抗噪聲能力。
　　3.退藕電容配置
　　PCB設(shè)計(jì)的常規(guī)做法之一是在印制板的各個(gè)關(guān)鍵部位配置適當(dāng)?shù)耐伺弘娙荨?br /> 　　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(gè)集成電路芯片都應(yīng)布置一個(gè)0.01pF的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每4~8個(gè)芯片布置一個(gè)1 ~ 10pF的但電容。
　　(3)對(duì)于抗噪能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的器件，如 RAM、ROM存儲(chǔ)器件，應(yīng)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。

很感激有這么個(gè)課程設(shè)計(jì)，讓我有了一個(gè)共同學(xué)習(xí)，共同增長見識(shí)，共同開拓視野的機(jī)會(huì)。感謝老師們對(duì)我的無私忘我的指導(dǎo)，我會(huì)以這次課程設(shè)計(jì)作為對(duì)自己的激勵(lì)，繼續(xù)學(xué)習(xí)。

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2018-5-3 17:36 上傳

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