Ako si vyrobiť prenosný analyzátor dychu: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Dychový analyzátor je zariadenie na odhadovanie obsahu alkoholu v krvi (BAC) zo vzorky dychu. Jednoducho povedané, je to zariadenie, ktoré testuje, či je človek opitý. Čítanie obsahu alkoholu v dychu sa používa v trestných stíhaniach; prevádzkovateľ vozidla, ktorého údaj ukazuje BAC nad limit jazdy, môže byť obvinený z trestného činu.

Hladina alkoholu v krvi, ktorá definuje osobu ako nadlimitnú počas vedenia vozidla, sa líši v závislosti od krajiny. Právne limity BAC sa pohybujú od 0,01 do 0,10. Väčšina krajín má limit asi 0,05. Napríklad Grécko, Grónsko a Island majú limity 0,05. V USA je to 0,08. Ak je údaj z dychového analyzátora vyšší ako zákonný limit, vodič môže dostať DUI.

Ďalej sme popísali kroky potrebné na pochopenie toho, ako bolo riešenie naprogramované na vytvorenie prenosného analyzátora dychu. Ak však chcete získať iba výsledok programovania, stiahnite si softvér GreenPAK a zobrazte už dokončený súbor návrhu GreenPAK. Pripojte vývojovú súpravu GreenPAK k počítaču a spustením programu vytvorte prenosný analyzátor dychu.

Krok 1: Chémia

Keď používateľ vydýchne do analyzátora dychu, všetok etanol prítomný v jeho dychu sa na anóde oxiduje na kyselinu:

CH3CH2OH (g) + H20 (l) → CH3CH2OH (l) + 4H + (aq) + 4e-

Na katóde sa zníži atmosférický kyslík:

O2 (g) + 4H + (vodný) + 4e- → 2H20 (l)

Celková reakcia je oxidácia etanolu na kyselinu octovú a vodu.

CH3CH2OH (l) + O2 (g) → CH3COOH (l) + H2O (l)

Elektrický prúd produkovaný touto reakciou sa meria mikroprocesorom a zobrazuje sa ako aproximácia celkového obsahu alkoholu v krvi (BAC).

Krok 2: Senzor alkoholu MQ-3

Tento dychový analyzátor nie je určený na použitie ako zariadenie schopné potvrdiť trestné stíhanie. MQ-3 nie je dostatočne presný na to, aby registroval presný BAC, ale je schopný dostatočne analyzovať koncentráciu alkoholu v dychu pre mimosúdne aplikácie. MQ-3 je lacný polovodičový senzor, ktorý dokáže detekovať prítomnosť alkoholických plynov v koncentráciách od 0,05 mg / l do 10 mg / l. Citlivým materiálom použitým pre tento senzor je SnO2, ktorého vodivosť je na čistom vzduchu nižšia.. Jeho vodivosť sa zvyšuje so zvyšujúcou sa koncentráciou alkoholových plynov. To zasa znižuje odpor snímača ku kolíku. Namiesto priameho merania odporu meriame úroveň napätia v bode medzi snímačom a záťažovým odporom. Senzor a záťažový odpor tvoria delič napätia a čím nižší je odpor snímača, tým vyššie bude napätie. Má vysokú citlivosť na alkohol a dobrú odolnosť voči poruchám spôsobeným dymom, parami a benzínom. Tento modul poskytuje digitálne aj analógové výstupy.

Senzor má 24 - 48 hodinovú prestávku. To znamená, že senzor je potrebné zapnúť 24 - 48 hodín, kým sa namerané hodnoty nestanú stabilné.

Tento alkohol senzor je vhodný na zisťovanie koncentrácie alkoholu vo vašom dychu, rovnako ako váš bežný dychový analyzátor. Má vysokú citlivosť a rýchly čas odozvy. Senzor poskytuje analógovú odporovú výstupnú hodnotu vo forme napätia na základe koncentrácie alkoholu. Tabuľka 1 poskytuje prehľad o napäťových rozsahoch snímača MQ-3.

Krok 3: Zhrnutie projektu

Tento návod popisuje, ako implementovať lacný prenosný analyzátor dychu pomocou Dialog GreenPAK ™ SLG46140V. Zariadenie GreenPAK sa bude používať s alkoholovým senzorom MQ-3 na meranie koncentrácie alkoholu vo vzduchu. Koncentrácia zo senzora alkoholu nám umožní odvodiť hladinu alkoholu prítomného v dychu človeka.

Ľudia môžu vydýchať etanol spolu s oxidom uhličitým. Čím vyšší je obsah etanolu v krvnom obehu, tým viac sa do vzduchu pri výdychu zavádza. Tento návod použije 8-bitový ADC GreenPAK na získanie analógovej hodnoty zo senzora alkoholu MQ-3. Na zistenie získanej analógovej hodnoty vzhľadom na konkrétny prah sa použijú analógové komparátory. Je skonštruovaných päť rôznych prahov, ktoré ukazujú úroveň intoxikácie prítomnú v dychu človeka. Kedykoľvek sa hodnota zvýši nad konkrétny prah, môže sa rozsvietiť LED dióda, ktorá indikuje úroveň intoxikácie.

Krok 4: Schéma zapojenia

Schéma zapojenia projektu je znázornená na obrázku 1.

Krok 5: GreenPAK Design

Návrh GreenPAK projektu je znázornený na obrázku 2.

Tento dizajn GreenPAK obsahuje 5 rôznych prahových hodnôt analógového porovnávacieho napätia, ktoré indikujú rôzne množstvo intoxikácie prítomnej z dychu človeka. SLG46140 má dva analógové komparátory a analógový vstup z PIN6 je dodávaný do ACMP0 aj ACMP1 cez PGA, ktorý má zisk 1x. Prahové hodnoty pre ACMP0 a ACMP1 sú stanovené na 100 mV a 500 mV. Vlastnosti ACMP0 a ACMP1 je možné vidieť na obrázku 3. Zostávajúce tri úrovne je možné zostrojiť pomocou blokov digitálneho komparátora. Aby sme mohli používať tieto DCMP, musíme najskôr previesť analógovú hodnotu na ekvivalentný bajt, ktorý sa potom prenesie do DCMP. To sa dá dosiahnuť použitím 8-bitového ADC SLG46140. Analógový signál najskôr prechádza programovateľným zosilňovačom zosilnenia (PGA), ktorý je potom privedený do ADC. DCMP potom získajú svoj bajt ekvivalentný analógovému signálu z ADC. Konfigurácie pre PGA a ADC sú uvedené na obrázku 4.

Prah pre ACMP0 a ACMP1 je nastavený na 100 mV a 500 mV. Kedykoľvek sa úroveň napätia zvýši nad uvedenú prahovú hodnotu, výstup analógového komparátora sa zmení na VYSOKÝ, čo má za následok zapnutie kódu PIN-10 alebo PIN-11. Nastavenie prahu pre DCMP je trochu komplikované a zahŕňa nastavenie hodnoty registrov vo vlastnostiach DCMP. Ekvivalentný analógový prah pre DCMP sa dá ľahko vypočítať pomocou rovnice 1.

Keď analógová hodnota prekročí prahovú hodnotu nastavenú v analógových komparátoroch a digitálnych komparátoroch, aktivujú sa bloky zodpovedajúce príslušnému PINu, čím sa zobrazí rozsah alkoholu prítomného v dychu. Vlastnosti DCMP sú uvedené na obrázku 5. Aby sa minimalizovala spotreba prúdu, môžu sa ADC, DCMP a ACMP napájať cyklicky pomocou režimu prebudenia/spánku. Ďalšie informácie o cykle prebúdzania / spánku nájdete v poznámke k aplikácii AN-1076 Generátor časovania prebúdzania / spánku na webovej stránke Dialog.

Krok 6: Nastavenie hardvéru

Záver

V tomto návode sme ukázali, ako implementovať lacný dychový analyzátor s Dialog GreenPAK SLG46140V. Na zobrazenie hladiny alkoholu prítomného pri výdychu sme použili päť rôznych prahových hodnôt. GreenPAK IC funguje ako regulátor na získavanie koncentrácie alkoholu zo senzora MQ-3 a potom dodáva používateľovi príslušnú indikáciu hladiny BAC. Kompletná implementácia sa vykonáva iba pomocou senzora alkoholu GreenPAK a MQ-3 spolu s niekoľkými diódami LED.