楊澳 呂鑫 陳佳雄 李佳峰 鐘景羽

摘要：本設(shè)計(jì)具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、攜帶方便、檢測準(zhǔn)確、酒精檢測、濃度顯示及光報(bào)警等功能。它可以應(yīng)用于酒廠、食品發(fā)酵廠、酒精、工業(yè)酒精、司機(jī)等酒精檢測的各個方面和場景，具有一定的市場前景和使用價值。

關(guān)鍵詞：酒精濃度檢測，模數(shù)轉(zhuǎn)換，MQ-3，燈光報(bào)警，ICL7135芯片

一、設(shè)計(jì)背景

飲酒的標(biāo)準(zhǔn)是以一個人呼出的酒精量為基礎(chǔ)的。酒精檢測儀的設(shè)計(jì)有助于公安交管部門公正執(zhí)法，減少酒后駕駛的發(fā)生，防止酒后駕駛的危害，保護(hù)公眾生命安全。因此，使用簡單、準(zhǔn)確、衛(wèi)生的酒精檢測儀對違法者進(jìn)行檢測和處罰，對于減少因過度飲酒引發(fā)的事故具有重要意義。

二、總體方案設(shè)計(jì)

1.方案比較

三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)各不相同。要綜合考慮功能實(shí)現(xiàn)、經(jīng)濟(jì)成本水平和核心器件的選擇，做到優(yōu)中選優(yōu)。本文將從三種方案的原理、功能、實(shí)用性、可移植性等方面進(jìn)行分析。最后，我將解釋我選擇方案一的原因。

（1）方案一

方案一原理框圖如圖2-1所示。本設(shè)計(jì)由電源電路、MQ-3酒精傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、譯碼器、燈光報(bào)警電路和4位七段數(shù)碼管組成。

方案一的核心部件是A/D轉(zhuǎn)換芯片ICL7135和酒精傳感器。ICL7135通過采集酒精傳感器的模擬信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，實(shí)現(xiàn)酒精濃度的實(shí)時顯示。接著，MQ-3的模擬信號輸出連接到電壓比較器LM393，LM393的另一個輸入是電位計(jì)設(shè)置的參考電壓，它設(shè)置濃度閾值。當(dāng)測得的酒精濃度超過閾值時，LED工作，實(shí)現(xiàn)光報(bào)警功能。

（2）方案二

方案二的原理框圖如圖2-2所示。本設(shè)計(jì)有電源電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示電路以及聲光報(bào)警電路幾部分。

方案二的核心器件為酒精傳感器MQ-3和雙積分3位半A/D轉(zhuǎn)換芯片ICL7107。ICL7107通過采集酒精傳感器輸出的模擬電壓信號，將其準(zhǔn)換位數(shù)字信號，并且輸出為BCD碼輸出，能夠直接驅(qū)動3位半七段數(shù)碼管，實(shí)時顯示酒精濃度。同時，使用電壓比較器LM358將酒精傳感器的模擬輸出與設(shè)定的基準(zhǔn)電壓相比較，當(dāng)輸出信號超過基準(zhǔn)電壓時，即酒精濃度超過設(shè)定的濃度閾值，使蜂鳴器和LED燈同時工作，發(fā)出警報(bào)。

（3）方案三

方案三的原理框圖如圖2-3所示。此設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)比較簡單，主要由電源電路、酒精檢測電路、顯示驅(qū)動電路和聲光報(bào)警電路組成。

方案三的核心器件為酒精傳感器MQ-3和芯片LM3914。LM3914將酒精傳感器的輸出信號加以轉(zhuǎn)化，并通過10個LED燈的亮暗來確定被測酒精濃度的大小。當(dāng)酒精濃度達(dá)到原先設(shè)定的濃度閾值時，使蜂鳴器發(fā)出警報(bào)。

2.方案論證

多方面查閱資料，并通過仿真證實(shí)，三套方案都能夠通過仿真，完成功能的實(shí)現(xiàn)。

方案一能夠比較完美的實(shí)現(xiàn)預(yù)期設(shè)計(jì)功能，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。其電路集成度較高，邏輯功能簡單易懂、便于使用;使用A/D芯片ICL7135，轉(zhuǎn)換精度高，且輸出為BCD碼輸出，能夠直接出輸入到譯碼器中。而且本方案所用元器件都是常用元器件，經(jīng)濟(jì)成本低，易于制作。ICL7135最多驅(qū)動5位數(shù)碼管，酒精濃度檢測更為精確。但缺點(diǎn)是ICL7135需要接入頻率較高的方波，致使電路較為復(fù)雜。

方案二能夠完成預(yù)期設(shè)計(jì)功能，達(dá)到基本的設(shè)計(jì)目標(biāo)。芯片集成度較高，能夠直接驅(qū)動數(shù)碼管，使得電路結(jié)構(gòu)較為簡單。但此電路抗干擾能力強(qiáng)、易于攜帶、成本低廉，且報(bào)警電路為蜂鳴器和LED同時工作，報(bào)警更明顯。

方案三能基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，其優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)非常簡單，易于制作、操作，但應(yīng)用場景較少，實(shí)用性較低。多個發(fā)光二極管的使用，顯示酒精濃度等級，但不能直接顯示濃度，精度較低。

3.方案選擇

基于上述的方案論證，方案一相比其他兩套方案，能夠較完善的完成本次設(shè)計(jì)功能，更符合本次設(shè)計(jì)的基本要求。由于其轉(zhuǎn)換精度更高、抗干擾能力更強(qiáng)，操作簡潔方便，能夠記錄酒精濃度，可應(yīng)用于更多的場景，實(shí)用性較高。雖然其它倆套方案的設(shè)計(jì)有諸如電路簡潔易懂、便于攜帶、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但都不能精確的測出被測酒精濃度，綜合來說，方案一的優(yōu)點(diǎn)并不突出，但更為均衡，所以本次設(shè)計(jì)選擇方案一。

結(jié)論：

酒精濃度檢測系統(tǒng)具有濃度監(jiān)測和報(bào)警功能，使整個系統(tǒng)性能具有穩(wěn)定、靈敏度高、成本低、測量方便等優(yōu)點(diǎn)。酒精濃度檢測系統(tǒng)不僅可以檢測駕駛員血液中的酒精濃度，減少因酒精駕駛引起的交通事故，有效保障人身安全，還可以用于其他需要酒精濃度檢測的環(huán)境。綜上可以得出，市場前景發(fā)展廣闊，需求量高，推廣價值高。

參考文獻(xiàn)

[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（第六版）數(shù)字部分[M].北京：高等教育出版社，2014.134—45

[2]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）模擬部分[M].北京：高等教育出版社，2002.221—26

作者簡介：

楊澳（1999-），男，漢，四川南充，本科，研究方向：軌道交通信號與控制

呂鑫（1999-），男，漢， 四川宜賓，本科，研究方向;軌道交通信號與控制

陳佳雄（1999-），男，漢，四川綿陽，本科，研究方向：軌道交通信號與控制

李佳峰（1998-），男，漢，四川渠縣，本科，研究方向：軌道交通信號與控制

鐘景羽（1998-），男，漢，四川眉山，本科，研究方向：軌道交通信號與控制