Jak vyrobit přenosný dechový analyzátor: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Dechový analyzátor je zařízení pro odhad obsahu alkoholu v krvi (BAC) ze vzorku dechu. Jednoduše řečeno, je to zařízení, které testuje, zda je člověk pod vlivem alkoholu. Četba obsahu alkoholu v dechu se používá při trestním stíhání; provozovatel vozidla, jehož údaj ukazuje BAC přesahující limit jízdy, může být obviněn z trestného činu.

Hladina alkoholu v krvi, která definuje osobu jako nadlimitní při řízení, se liší podle země. Právní limity BAC se pohybují od 0,01 do 0,10. Většina zemí má limit asi 0,05. Například Řecko, Grónsko a Island mají limity 0,05. Ve Spojených státech je to 0,08. Pokud je odečet dechového analyzátoru vyšší než zákonný limit, může řidič obdržet DUI.

Níže jsme popsali kroky potřebné k pochopení toho, jak bylo řešení naprogramováno k vytvoření přenosného dechového analyzátoru. Pokud však chcete získat pouze výsledek programování, stáhněte si software GreenPAK a zobrazte již dokončený soubor návrhu GreenPAK. Připojte vývojovou sadu GreenPAK k počítači a spusťte program a vytvořte přenosný dechový analyzátor.

Krok 1: Chemie

Když uživatel vydechne do analyzátoru dechu, veškerý ethanol přítomný v jeho dechu se na anodě oxiduje na kyselinu:

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

Na katodě se sníží atmosférický kyslík:

O2 (g) + 4H + (aq) + 4e- → 2H2O (l)

Celková reakce je oxidace ethanolu na kyselinu octovou a vodu.

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

Elektrický proud produkovaný touto reakcí je měřen mikroprocesorem a zobrazen jako aproximace celkového obsahu alkoholu v krvi (BAC).

Krok 2: Senzor alkoholu MQ-3

Tento dechový analyzátor není určen k použití jako zařízení schopné potvrdit stíhání. MQ-3 není dostatečně přesný pro registraci přesného BAC, ale je schopen dostatečně analyzovat koncentraci alkoholu v dechu pro nesoudní aplikace. MQ-3 je levný polovodičový senzor, který dokáže detekovat přítomnost alkoholických plynů v koncentracích od 0,05 mg / l do 10 mg / l. Citlivým materiálem použitým pro tento senzor je SnO2, jehož vodivost je na čistém vzduchu nižší. Jeho vodivost se zvyšuje se zvyšující se koncentrací alkoholických plynů. To zase snižuje odpor snímače pin-to-pin. Namísto přímého měření odporu měříme úroveň napětí v bodě mezi snímačem a zatěžovacím odporem. Senzor a zatěžovací odpor tvoří dělič napětí a čím nižší je odpor snímače, tím vyšší bude hodnota napětí. Má vysokou citlivost na alkohol a dobrou odolnost proti rušení způsobenému kouřem, parami a benzínem. Tento modul poskytuje digitální i analogové výstupy.

Senzor má 24 - 48 hodinovou přestávku. To znamená, že je třeba senzor zapnout na 24 - 48 hodin, než se hodnoty ustálí.

Tento alkohol senzor je vhodný pro detekci koncentrace alkoholu ve vašem dechu, stejně jako váš běžný dechový analyzátor. Má vysokou citlivost a rychlou dobu odezvy. Senzor poskytuje analogovou odporovou výstupní hodnotu ve formě napětí na základě koncentrace alkoholu. Tabulka 1 poskytuje přehled o napěťových rozsazích snímače MQ-3.

Krok 3: Shrnutí projektu

Tento Instructable popíše, jak implementovat levný přenosný dechový analyzátor pomocí Dialog GreenPAK ™ SLG46140V. Zařízení GreenPAK bude použito s čidlem alkoholu MQ-3 k měření koncentrace alkoholu ve vzduchu. Koncentrace ze senzoru alkoholu nám umožní odvodit hladinu alkoholu přítomného v dechu člověka.

Lidé mohou vydechovat ethanol spolu s oxidem uhličitým. Čím vyšší je obsah ethanolu v krevním řečišti, tím více se do vzduchu při výdechu dostává. Tento instruktáž bude používat 8bitový ADC GreenPAK k získání analogové hodnoty ze senzoru alkoholu MQ-3. Analogové komparátory budou použity k detekci získané analogové hodnoty s ohledem na konkrétní prahovou hodnotu. Je vytvořeno pět různých prahů, které ukazují úroveň intoxikace přítomnou v dechu člověka. Kdykoli se hodnota zvýší nad určitou prahovou hodnotu, může se rozsvítit LED dioda indikující úroveň intoxikace.

Krok 4: Schéma zapojení

Schéma zapojení projektu je znázorněno na obrázku 1.

Krok 5: GreenPAK Design

GreenPAK Design projektu je znázorněn na obrázku 2.

Tento design GreenPAK obsahuje 5 různých prahových hodnot analogového komparátoru pro indikaci různých množství intoxikace přítomných z dechu člověka. SLG46140 má dva analogové komparátory a analogový vstup z PIN6 je určen pro ACMP0 i ACMP1 přes PGA, který má zisk 1x. Prahové hodnoty pro ACMP0 a ACMP1 jsou stanoveny na 100 mV a 500 mV. Vlastnosti ACMP0 a ACMP1 lze vidět na obrázku 3. Zbývající tři úrovně lze sestrojit pomocí bloků digitálního komparátoru. Abychom mohli používat tyto DCMP, musíme nejprve převést analogovou hodnotu na ekvivalentní bajt, který je poté přiveden do DCMP. Toho lze dosáhnout použitím 8bitového ADC SLG46140. Analogový signál nejprve prochází zesilovačem programovatelného zesílení (PGA), který je poté přiveden do ADC. DCMP pak získají svůj analogový bajt ekvivalentní signálu od ADC. Konfigurace pro PGA a ADC jsou uvedeny na obrázku 4.

Prahová hodnota pro ACMP0 a ACMP1 je nastavena na 100 mV respektive 500 mV. Kdykoli se úroveň napětí zvýší nad danou prahovou hodnotu, výstup analogového komparátoru se změní na VYSOKÝ, což má za následek zapnutí PIN-10 nebo PIN-11. Nastavení prahu pro DCMP je trochu komplikované a zahrnuje nastavení hodnoty registrů ve vlastnostech DCMP. Ekvivalentní analogový práh pro DCMP lze snadno vypočítat pomocí rovnice 1.

Když analogová hodnota překročí prahovou hodnotu nastavenou v analogových komparátorech a digitálních komparátorech, aktivují se bloky odpovídající příslušnému PINu, čímž se zobrazí rozsah alkoholu přítomného v dechu. Vlastnosti DCMP jsou uvedeny na obrázku 5. Aby se minimalizovala spotřeba proudu, lze ADC, DCMP a ACMP napájet cyklicky pomocí režimu probuzení/spánku. Další informace o cyklu probuzení / spánku naleznete v poznámce k aplikaci generátoru časování probuzení / spánku AN-1076 na webových stránkách Dialogu.

Krok 6: Nastavení hardwaru

Závěr

V tomto Instructable jsme ukázali, jak implementovat levný dechový analyzátor s Dialog GreenPAK SLG46140V. Použili jsme pět různých prahových hodnot, abychom ukázali hladinu alkoholu přítomného při výdechu subjektu. GreenPAK IC funguje jako regulátor pro získávání koncentrace alkoholu ze senzoru MQ-3 a poté dodává uživateli příslušnou indikaci hladiny BAC. Kompletní implementace se provádí pouze pomocí senzoru alkoholu GreenPAK a MQ-3 spolu s několika LED diodami.