Как сделать портативный алкотестер: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Алкотестер - это устройство для оценки содержания алкоголя в крови (BAC) по образцу дыхания. Проще говоря, это устройство для проверки того, находится ли человек в состоянии алкогольного опьянения. Определение содержания алкоголя в выдыхаемом воздухе используется в уголовных преследованиях; оператор транспортного средства, показания которого указывают на превышение допустимого уровня BAC, может быть привлечен к уголовной ответственности.

Уровень алкоголя в крови, который определяет человека как превышающий предел при вождении, варьируется в зависимости от страны. Допустимые пределы BAC варьируются от 0,01 до 0,10. В большинстве стран есть ограничение около 0,05. Например, Греция, Гренландия и Исландия имеют пределы 0,05. В США это 0,08. Если показание алкотестера превышает допустимый предел, водитель может получить DUI.

Ниже мы описали шаги, необходимые для понимания того, как решение было запрограммировано для создания портативного алкотестера. Однако, если вы просто хотите получить результат программирования, загрузите программное обеспечение GreenPAK, чтобы просмотреть уже заполненный файл дизайна GreenPAK. Подключите GreenPAK Development Kit к компьютеру и запустите программу, чтобы создать портативный алкотестер.

Шаг 1: химия

Когда пользователь выдыхает в анализатор дыхания, любой этанол, присутствующий в его дыхании, окисляется до кислоты на аноде:

CH3CH2OH (г) + H2O (л) → CH3CH2OH (л) + 4H + (водн.) + 4e-

На катоде атмосферный кислород восстанавливается:

O2 (г) + 4H + (водн.) + 4e- → 2H2O (ж)

Общая реакция - это окисление этанола до уксусной кислоты и воды.

CH3CH2OH (л) + O2 (г) → CH3COOH (л) + H2O (л)

Электрический ток, производимый этой реакцией, измеряется микропроцессором и отображается как приблизительное значение общего содержания алкоголя в крови (BAC).

Шаг 2: датчик алкоголя MQ-3

Этот алкотестер не предназначен для использования в качестве устройства, способного подтвердить обвинение. MQ-3 недостаточно точен, чтобы регистрировать точную BAC, но достаточно способен анализировать концентрацию алкоголя в выдыхаемом воздухе для внесудебных приложений. MQ-3 - это недорогой полупроводниковый датчик, который может обнаруживать присутствие спиртовых газов в концентрациях от 0,05 мг / л до 10 мг / л. Чувствительным материалом, используемым для этого датчика, является SnO2, проводимость которого ниже в чистом воздухе.. Его проводимость увеличивается с увеличением концентрации спиртовых газов. Это, в свою очередь, снижает межконтактное сопротивление датчика. Вместо прямого измерения сопротивления мы измеряем уровень напряжения в точке между датчиком и нагрузочным резистором. Датчик и нагрузочный резистор образуют делитель напряжения, и чем ниже сопротивление датчика, тем выше будет показание напряжения. Он обладает высокой чувствительностью к алкоголю и хорошей устойчивостью к воздействию дыма, пара и бензина. Этот модуль имеет как цифровые, так и аналоговые выходы.

Датчик имеет период обкатки от 24 до 48 часов. Это означает, что датчик необходимо включить на 24–48 часов, прежде чем показания станут стабильными.

Этот датчик алкоголя подходит для определения концентрации алкоголя в вашем дыхании, как и обычный алкотестер. Обладает высокой чувствительностью и быстрым временем отклика. Датчик выдает аналоговое резистивное выходное значение в виде напряжений в зависимости от концентрации спирта. Таблица 1 дает представление о диапазонах напряжения датчика MQ-3.

Шаг 3: Резюме проекта

В этом руководстве будет описано, как реализовать недорогой портативный алкотестер с использованием Dialog GreenPAK ™ SLG46140V. GreenPAK будет использоваться с датчиком алкоголя MQ-3 для измерения концентрации алкоголя в воздухе. Концентрация от датчика алкоголя позволит нам определить уровень алкоголя в дыхании человека.

Люди могут выдыхать этанол вместе с углекислым газом. Чем выше содержание этанола в кровотоке, тем больше его попадает в воздух при выдохе. Эта инструкция будет использовать 8-битный АЦП GreenPAK для получения аналогового значения от датчика алкоголя MQ-3. Аналоговые компараторы будут использоваться для определения полученного аналогового значения относительно определенного порога. Созданы пять различных пороговых значений, чтобы показать уровень опьянения, присутствующий при дыхании человека. Когда значение становится больше определенного порога, может загореться светодиод, указывающий на уровень опьянения.

Шаг 4: Принципиальная схема

Принципиальная схема проекта представлена на рисунке 1.

Шаг 5: Дизайн GreenPAK

Дизайн GreenPAK для проекта показан на Рисунке 2.

Эта конструкция GreenPAK включает в себя 5 различных пороговых значений напряжения аналогового компаратора для индикации различного количества интоксикации, вызванного дыханием человека. SLG46140 имеет два аналоговых компаратора, и аналоговый вход от PIN6 подается как на ACMP0, так и на ACMP1 через PGA, который имеет коэффициент усиления 1x. Пороговые значения для ACMP0 и ACMP1 установлены на 100 мВ и 500 мВ. Свойства ACMP0 и ACMP1 можно увидеть на рисунке 3. Остальные три уровня могут быть построены с использованием блоков цифрового компаратора. Чтобы использовать эти DCMP, нам сначала нужно преобразовать аналоговое значение в его эквивалентный байт, который затем передается в DCMP. Это может быть достигнуто с помощью 8-битного АЦП SLG46140. Аналоговый сигнал сначала проходит через усилитель с программируемым усилением (PGA), который затем подается на АЦП. Затем DCMP получают байт, эквивалентный аналоговому сигналу, от АЦП. Конфигурации PGA и АЦП показаны на рисунке 4.

Пороговое значение для ACMP0 и ACMP1 установлено на 100 мВ и 500 мВ соответственно. Когда уровень напряжения становится больше заданного порога, выход аналогового компаратора становится ВЫСОКИМ, что приводит к включению PIN-10 или PIN-11. Настройки пороговых значений для DCMP немного сложны и включают в себя установку значения регистров в свойствах DCMP. Эквивалентный аналоговый порог для DCMP можно легко рассчитать с помощью уравнения 1.

Когда аналоговое значение превышает пороговое значение, установленное в аналоговых компараторах и цифровых компараторах, будут активированы блоки, соответствующие соответствующему PIN-коду, тем самым показывая диапазон алкоголя, присутствующего в выдыхаемом воздухе. Свойства DCMP приведены на рисунке 5. Чтобы минимизировать потребление тока, ADC, DCMP и ACMP можно выключать и выключать, используя режим Wake / Sleep. Дополнительную информацию о цикле пробуждения / сна см. В примечании к приложению генератора времени пробуждения / сна AN-1076 на веб-сайте Dialog.

Шаг 6: Настройка оборудования

Заключение

В этом руководстве мы продемонстрировали, как реализовать недорогой алкотестер с Dialog GreenPAK SLG46140V. Мы использовали пять различных пороговых значений, чтобы показать уровень алкоголя, присутствующий при выдохе испытуемого. GreenPAK IC действует как контроллер для получения концентрации алкоголя от датчика MQ-3, а затем предоставления пользователю соответствующей индикации уровня BAC. Полная реализация выполняется с использованием только датчика содержания алкоголя GreenPAK и MQ-3, а также нескольких светодиодов.