Датчик паров спирта подключение схема arduino. Тестер концентрации алкогольных паров на AVR

Многие знают, что сотрудники автоинспекции в случаях подозрения алкогольного применения используют некий агрегат, про который говорят "дунуть в трубочку". Сегодня попробуем сделать аналог такого устройства на основе датчика MQ-3, только вот не стоит именно в такой ситуации использовать его как эталонный, так как в область его чувствительности находятся не только пары алкоголя, но и пары бензина, метана и гексана, но к этим газам у него чувствительность меньше, максимальный отклик только к алкоголю. Помимо этого есть еще одни грабли - показания датчика также зависимы от внешних факторов, таких как температура, влажность. В случае серьезного подхода в применении алкогольного тестера стоит осуществить компенсацию этих факторов. Вообще же область применения контролем степени алкогольного опьянения не ограничивается, не знаю для чего вообще был разработан этот датчик MQ-3, но их можно применять в местах, где необходим контроль концентрации подобного газа в воздухе, например при перевозке алкогольной продукции такой датчик даст сигнал и повреждении партии продукции (если бутылка разобьется, то алкоголь начнет испаряться и заполнять парами пространство, как только предел будет достигнут - датчик сработает и даст сигнал тревоги водителю или еще кому-то), либо при производстве, требующем расхода спирта, при превышении расхода концентрация в воздухе возрастет и датчик сработает, дав сигнал и снижении расхода и так далее, так алкоголь необходим при производстве парфюмерии. Как обычно применение ограничивается лишь фантазией инженера.

Затем микропроцессор переводит эту информацию и делает ее понятной для тела, которому должен служить образец. Они наиболее широко используются в личных датчиках обуви, потому что они были, безусловно, самыми дешевыми, как издержки производства. Один из их недостатков заключается в том, что они используют много энергии, но большая проблема заключается в том, что их чувствительность менее «узка» к деньгам конного. Поэтому сигаретный дым или даже специфические диеты или диабет могут влиять на результаты для других молекул, содержащихся в дыхании. Это основная причина, по которой эти датчики не используются в профессиональном диапазоне плетеных головок. 100% моделей брелка используют такие датчики; электрохимический; До недавнего времени очень дорогостоящие в производстве, эти датчики использовались только высококлассными профессиональными горняками. Они дают очень хорошую точность и стабильность результатов, используют небольшую энергию, но, самое главное, чувствительность сенсора узко специализирована - она обнаруживает молекулы этанола, не подвергая воздействию другие молекулы, такие как ацетоны, кетоны и другие. которые могут быть получены организмом в определенных условиях или заболеваниях, таких как диабет, например. Они дают очень хорошую точность и стабильность результатов. Недостатком является то, что они очень дороги и сложны в экспонировании и обслуживании, поэтому они скорее экзотические, чем массовые. Такие модели используют только некоторые профессиональные модели. Полупроводник. . В электрохимических датчиках процесс выглядит следующим образом: когда человек врывается в горшок, молекулы этанола на вдохе окисляются до уксусной кислоты на аноде.

Так вот сам датчик выглядит следующим образом:

Датчик имеет 6 выводов: выводы H - это нить накала (изготовленная из Ni-Cr), пары A и B - это выход сигнала датчика.

Чувствительным слоем для для паров алкоголя в этом датчике является оксид олова, а электроды изготовлены из золота и платины. К слову о цене датчика, этот параметр заметно зависит от материалов, необходимых для изготовления датчика.

Вот как это химически объясняет работу вашего солдата для знакомых. Общая реакция заключается в окислении этанола, уксусной кислоты и воды. Электрический ток, создаваемый этой реакцией, измеряется датчиками сенсора и преобразуется микропроцессором, чтобы показать его как общее содержание алкоголя в крови.

Типы брюк в зависимости от использования

Алкогольные рысаки подразделяются на четыре основные группы. Эти модели используются, а также название предлагает для профессиональных потребностей, таких как проверка водителей на дороге, контроль персонала в компаниях, больницах, лабораториях и т.д. их главная особенность заключается в том, что они должны быть достаточной точности, демонстрировать согласованные результаты и быть удобными для работы с постоянным тестированием большего количества людей. Профессиональные брюки можно разделить на подгруппы в зависимости от нагрузки, которую они предназначены для захвата плеч. Более низкие бюджеты рассчитаны на точные и надежные результаты до 10 тестов в день, в то время как наивысший класс не будет мешать 300 испытаниям в день. Такие солдаты используются при инспекции работников крупных предприятий или сотрудников полиции. В большинстве случаев профессиональные мини-бары упаковываются специальными печатающими устройствами для печати результатов. - Этот класс устройств в первую очередь предназначен для самоконтроля. К ним следует относиться более осторожно. Это идеальный вариант для проверки вашего собственного содержания алкоголя в крови и сможете ли вы проехать после того, как пиво прошло несколько часов назад. Они не особенно подходят для проверки персонала компании, поскольку они не могут гарантировать стабильные и точные результаты при более высокой нагрузке. Поэтому производители не сделали их удобными для нескольких тестов - после тестирования вы должны отключить его, а затем запустить снова, чтобы запустить новый тест. - Это тестеры, которые основаны на биохимическом процессе и могут использоваться только один раз. Они широко используются водителями, потому что, согласно их законодательству, профессиональные водители должны иметь в машине тест на алкоголь, который соответствует норме франшизы. - Это профессиональные минивэны, но для конкретных потребностей, таких как системы доступа к зданию, автомобили или монеты с монетными монетами. Последние популярны во многих странах мира и широко используются в барах, ресторанах, ночных клубах, казино и других местах отдыха и досуга. Одноразовые однокорпусные кокосовые соломки используются для каждого теста для обеспечения соблюдения гигиенических требований. Они расположены в местах с высокой посещаемостью и дают отличные показания для клиентов в ресторанах, как они выпили, и целесообразно ли сидеть за рулем в этом состоянии. Профессиональное дыхательное дыхательное устройство должно быть очень устойчивым.

Параметры датчика MQ-3:

напряжение питания нагревающей катушки - 5 вольт
напряжение питания датчика - 5 вольт
мощность нагревающей катушки - до 750 мВт
сопротивление нагревающей катушки 33 Ом +-5%
область обнаружения паров датчиком - 0,05 мг/л - 10 мг/л
потребление тока - примерно 150 мА

Перед полноценным применением датчика в схеме его необходимо прогреть в течении 24 часов, подключив 5 вольт к нагревающей катушке. Это необходимо для стабилизации показаний датчика (видимо стабилизируются химические процессы после процесса изготовления). И таким образом, перед применением датчика, его необходимо немного прогреть. Последующий цикл прогрева после 24 часового периода можно сократить до одной минуты. В процессе работы как раз по причине нагревательного элемента датчик может быть или теплый, или слегка горячий - это нормально.

Поскольку используются прочные строительные материалы, он исключительно устойчив к воздействию атмосферных воздействий, таких как холод и высокая влажность. Работа с людьми под воздействием алкоголя, проходящая тест на дыхание, требует высокого уровня концентрации. В этих ситуациях он показывает, насколько важна простая операция. Испытывая испытание на алкоголь, вы можете безопасно сделать легкое для чтения текстовое сообщение на большом экране под экраном. Данные на дисплее дополняются светом диода и звуковыми сигнальными сигналами, заканчивающими луну.

Конструкция датчика представляет собой некий корпус с выводами снизу и сеточкой сверху. Через сеточку пары алкоголя попадают на чувствительный элемент, где протекает химическая реакция, преобразующая физическую величину в электрическую. По сути чувствительный элемент огражден только сеточкой от внешнего мира, поэтому датчик в целом также чувствителен к физическому загрязнению грязью, пылью и так далее (видимо поэтому приборы а ля "дунуть в трубочку" оснащены как раз трубочкой, чтобы взаимодействовать только с дыханием подопытного, исключая внешние загрязнения, в том числе и газовые).

Две кнопки меню служат для навигации и статистики. Этот датчик имеет не только очень короткое время отклика, но и точность и долгий срок службы. Даже при высоком содержании алкоголя, датчик обеспечивает быстрые и безопасные результаты. И в активной, и в пассивной сцене. Благодаря своей компактной форме, он хорошо удерживается в руке и может работать с одной рукой без проблем. Пользователь постоянно показывает дисплей перед глазами. Удаление мешка после использования легко и гигиенично.

Дополнительный возвратный клапан, который препятствует сдавливанию инструмента, одновременно обеспечивает максимальную гигиену. Оптический интерфейс обеспечивает прямую передачу данных на принтер для мобильных принтеров без использования кабеля. Пользователь может выбрать, следует ли прикреплять петлю к ремню или штампу с помощью стропы или молнии. Светоотражающий ремень служит для того, чтобы сделать устройство видимым в темноте.

Датчик MQ-3 можно купить как отдельно только один датчик, так и в виде модуля оснащенного компаратором. Стоимость подобной вещи может варьироваться от 3 долларов и выше в зависимости от настроения продавца. Датчики можно найти на торговых интернет площадках aliexpress и ebay.

Другие варианты: пассивная выборка образцов или ручная выборка проб. Время тестирования: приблизительно через 2 секунды после включения. Звуковая сигнализация: разные тональные сигналы для поддержки отображения и оповещения. Калибровка: калибровка влажного или сухого газа.

Размеры:, вес 151 мм х 62 мм х 38 мм, около 195 г, включая батарею. Конфигурирование прибора: настройте параметры устройства непосредственно через его меню. Быстродействующий дыхательный инструмент. Он может использоваться как для профессиональных, так и для личных целей.

Помимо датчика MQ-3 модуль оснащен компаратором, подстроечным резистором для регулирования порога срабатывания компаратора и светодиодом на выходе микросхемы компаратора для индикации достижения порога. Модуль имеет выводы для питания, вывод выхода компаратора и вывод, напрямую подсоединенный к выходу датчика.

Перед началом рассмотрения схемы определителя концентрации необходимо отметить тот факт, что перед использованием показания датчика необходимо обязательно калибровать. Почему? При подключении к питанию датчик в зависимости от содержания алкоголя в воздухе будет давать на выходе пропорциональный уровень сигнала. Так вот чтобы определить как сбалансирована эта пропорция (сколько вольт приходится на концентрацию, скажем в 1 мг/л) необходимо дать датчику именно такую концентрацию (или другую) и определить соотношение. Далее использовать этот коэффициент для преобразования показаний датчика в цифры. Без калибровки точные данные получить можно только наугад или снимать показания характера есть пары алкоголя, их нет, их много, их мало, то есть "на глазок" определить.

Образец воздуха направляется на электрохимический датчик с двумя платиновыми электродами, где пары спирта окисляются и генерирует электрический ток. Кроме того, тест на алкоголь не даст ложноположительных результатов для людей, страдающих диабетом или имеющих плохую углеводную диету.

Он также имеет важную функцию определения температуры окружающей среды, которая поможет вам использовать его в пределах вашего нормального температурного диапазона. Датчик обнаружения электрохимических ячеек является последним изобретением в неинвазивном определении алкоголизма. Сделанный, чтобы быть более стабильным и более точным, чем полупроводниковый датчик спирта, электрохимический датчик является золотым стандартом для определения алкогольного алкоголя.

Итак, приступим к схеме тестера паров алкоголя:

Схема построена на микроконтроллере Atmega8. Данный микроконтроллер можно использовать как в корпусе DIP-28, так и в SMD исполнении в корпусе TQFP-32. Резистор R4 необходим для предотвращения самопроизвольного перезапускания микроконтроллера в случае появления случайных помех на выводе PC6. Резистор R4 подтягивает плюс питания к этому выводу, надежно создавая потенциал на нем. Для индикации используется жидко кристаллический (ЖК или LCD) дисплей. Мною применен большой дисплей 2004 (4 строки по 20 символов), однако вся информация поместится на дисплее 1602 (2 строки по 16 символов), с этим расчетом была написана прошивка. Переменный резистор R2 необходим для регулировки контраста символов на дисплее. Вращением движка этого резистора добиваемся наиболее четких для нас показаний на экране. Подсветка ЖК дисплея организована через вывод "А" и "К" на плате дисплея. Подсветка включается через резистор, ограничивающий ток - R1. Чем больше номинал, тем более тускло будет подсвечиваться дисплей. Однако пренебрегать этим резистором не стоит во избежание порчи подсветки. Работа схемы предусматривает работу модуля АЦП микроконтроллера, поэтому для его питания необходим дроссель L1 и конденсатор C4 для обеспечения стабильной работы модуля - фильтрации помех по питанию. Резистор R6 необходим для ограничения тока, проходящего через светодиод. К слову, светодиод можно заменить на другой прибор или электрическую цепь срабатывающий при превышении предела концентрации паров алкоголя, установленного посредством кнопок S3 и S5. Интервал регулировки этого параметра составляет плюс или минус 0,05 мг/л за одно нажатие кнопки. Резистор R8 также ограничивает ток, проходящий через нагревательную катушку датчика MQ-3. Это немного снижает максимальный ток через эту катушку и повышает надежность схемы. Сигнал от датчика алкоголя поступает на вход АЦП микроконтроллера, который непрерывно отслеживает потенциал на этом выводе. Далее в микроконтроллере значение АЦП переводится в напряжение и в концентрацию алкоголя с учетом калибровочных коэффициентов (их можно задать кнопками S2 и S4).

Благодаря высококачественным, инновационным производственным материалам, используемым в процессе производства, их срок службы значительно продлевается, интервал между двумя калибровками был расширен. Редкая калибровка и почти никакая услуга не требуют значительного снижения долгосрочных затрат на техническое обслуживание машины.

Но не все электрохимические датчики одинаковы. Дешевый алкоголь, но с электрохимическим датчиком, безусловно, не будет иметь такую же точность и надежность, как премиальные производители алкоголя. В то время как недорогие алкоголики составят до 500 тестов на алкоголь, полупрофессионал будет сопротивляться более чем 000 000 тестов на алкоголь.

Производитель обещает более менее линейную характеристику показаний датчика MQ-3. Это упрощает калибровку, необходимо ввести всего два коэффициента, корректирующих показания. Для этого мы будем использовать простую школьную формулу y=k*x+b, где y - концентрация алкоголя, x - напряжение от датчика, b - смещение рабочего диапазона (при нулевой концентрации напряжение всегда будет больше 0), k - коэффициент перевода напряжения в концентрацию. С коэффициентом k самая большая проблема, потому что его можно задать или придумав из головы, или по сигналу датчика от эталонного источника концентрации. Оба коэффициента можно задать кнопками устройства. Калибровка по b должна происходить при концентрации полностью ноль в состоянии покоя, при нажатии коэффициент b будет сохранен и отниматься от текущего значения, таким образом при нулевой концентрации на экране получится значение ноль, а не какое-либо малое значение (или не очень малое). Коэффициент k задает отношение напряжения к концентрации алкоголя, то есть на сколько вольт придется концентрация в 1 мг/л. Именно при этом значении стоит калибровать устройство (естественно можно и при другой концентрации калибровать, но тогда это нужно предусмотреть в прошивке микроконтроллера).

текущее значение АЦП микроконтроллера
напряжение посчитанное с учетом коэффициента b (изначально при включении b=0, необходимо калибровать перед каждым использованием)
значение предела концентрации, устанавливаемой кнопками устройства
значение концентрации алкоголя в мг/л пересчитанной через напряжение с учетом коэффициента k

Вся схема будет потреблять около 200 мА или более, поэтому, чтобы не греть воздух предложено использовать импульсный стабилизатор напряжения на микросхеме MC34063. Однако можно применить любой другой стабилизатор или микросхему стабилизатора в соответствии с ее подключением в схему.

Все резисторы в схеме можно применять мощность 0,25 Вт или типоразмера 1206 в СМД исполнении.

Схема была собрана на макетной плате для микроконтроллера Atmega8:

На макете датчик MQ-3 подключен к отдельному источнику питания 5 вольт от другого порта USB компьютера.

Хотя модуль датчика паров алкоголя используется в виде модуля, но используется только вывод, соединенный напрямую с самим датчиком MQ-3. Ничего, кроме него, в модуля больше не используется.

Количество употребленного "на душу" (точнее, на тело) алкоголя в ряде случаев весьма критично (например, для водителей). Во многих странах Европы (Германии. Финляндии. Польше и др.) несколько лет назад появились в свободной продаже детекторы алкогольных паров, или так называемые "алкотестеры" (Roadtest) . Конечно, это не профессиональные приборы, но и они позволяют контролировать "запах" и оценить свое состояние после приема чего-нибудь "согревающего". Вариантов алкотестеров. выпускаемые разными фирмами, много, а вот аналогичных приборов отечественного производства в свободной продаже пока нет.

"Алкотестер" (рис.1) представляет собой анализатор ларов спирта, а также толуола, ксилола и других летучих органических веществ. В верхней части прибора расположена сменная пластмассовая трубка, которая предназначена для вдувания воздуха ртом (в прибор). При включении питания раздается кратковременный звуковой сигнал (пик-пик), через 1 ...2 с - второй (аналогичный первому), и на индикаторе (внизу, под цифрами) мигает слово "Wait" (подождите). В этот период продолжительностью 10...12 с происходит вхождение датчика в режим измерений. После этого третий звуковой сигнал свидетельствует о том. что прибор готов к работе (к анализу принимаемого воздуха). При этом на индикаторе "Wait" сменяется на "Ready".
Если после третьего сигнала "не дуть в трубочку*, прибор воспринимает тот же воздух, который он уже проанализировал, и, не найдя различий, в течение 10...12 с выдает отрицательный вердикт (в медицине отрицательный результат считается хорошим, не подтверждающим диагноз). Это состояние показывается на индикаторе надписью "OFF" (без всяких сигналов). Система автовыключения отключает питание прибора спустя примерно 1.5 мин (для экономии батарей). Когда в дыхании обнаружено присутствие паров алкоголя, прибор выдает на индикаторе цифровые показания (максимум 4000 - надо просто забыть о машине) и подтверждает свое исследование бесконечными сигналами, отключить которые можно либо кнопкой "Reset" (тестирование сначала), либо "Power".
В устройстве установлен специальный датчик наличия примесей в воздухе типа TGS-2620 (Taguchi Gas Sensor - рис.2) фирмы Figaro Engineering Inc (Япония). Первооткрывателем этих датчиков в 1962 г. стал японский изобретатель Н.Тагучи. Большинство датчиков TGS (TGS-822, TGS-2620) сделано на основе оксида олова. Сопротивление этих датчиков постоянному току в обычном воздухе велико, а при наличии в воздухе примесей (паров органического происхождения) сопротивление резко снижается. Зависимость относительного сопротивления датчика от концентрации газа показана на рис.3. Датчики не универсальны, например, датчик паров алкоголя не реагирует на наличие фреона.

Типовая схема включения датчика приведена на рис.4. Если подключить такой датчик к компаратору (устройству сравнения), то последний среагирует на изменение сопротивления датчика и включит сигнализацию. Для эффективной работы датчиков nтребуется постоянное напряжение около 5 В. поэтому такой прибор может с успехом использоваться с автономным питанием, например, от 3-4 миниатюрных батареек типоразмера AAA. Огорчает лишь стоимость датчиков - почти 50 USD. По аналогичному принципу Действует предлагаемое устройство, с той лишь разницей, что промежуточных звуковых сигналов и цифровой индикации оно не имеет, а показывает только два состояния: пьян (звук длится до выключения питания) или не пьян (нет звука). Схема "Алкотестера" с использованием датчика TGS-2620 приведена на рис.5.

Напряжение питания для нагревателя датчика В1 подается на его вывод 1, к общему проводу подключается вывод нагревателя 4. Для обработки выходного сигнала датчика используется компаратор DA2 (К554САЗ), который сравнивает напряжения на своих входах. Неинвертирующий вход компаратора подключается к выводу 2 датчика, а инвертирующий - к цепочке R2-R3-R4-R5, создающей термокомпенсированное (за счет термистора R2) опорное напряжение U0.
Операционный усилитель DA1 с элементами VD1. R6, С2. R7. R9 обеспечивает задержку 1 ...1,5 мин, необходимую для устранения ложных срабатываний при включении питания и проведения измерений. Без этой задержки устройство может включить звуковой сигнал независимо от наличия паров алкоголя.
Когда изменение выходного напряжения В1 под воздействием паров алкоголя с концентрацией, превышающей установленный предел, вызывает срабатывание компаратора DA1, высокий уровень на его выходе обеспечивает включение звукового капсюля со встроенным генератором НА1 или иного устройства сигнализации.
Без термокомпенсирующей схемы сигнал датчика мог бы изменяться в диапазоне 600... 3400 ррт при заданном значении концентрации паров спирта 1500 ррт (при окружающей температуре 20°С и влажности 65%). Зависимость относительного сопротивления датчика от окружающей температуры изображена на рис.6. Для термокомпенсации служит термистор R1. Напряжение U0 может меняться в диапазоне 2,5...3,2 В при температуре окружающего воздуха +40°С и относительной влажности 65% и, соотаетственно. в диапазоне 1,9...3,1 В при температуре -10°С. Результаты применения термокомпенсирующего резистора представлены в таблице. Конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения при литании устройства от сетевого источника питания. Диод VD1 препятствует току утечки оксидного конденсатора С2, Детали. Терморезистор R1 - типа NTC. ММТ или аналогичный. Транзистор VT1 заменяется на КТ601, КТ603, КТ940 с любым буквенным индексом, микросхема DA1 - на КР140УД1208, КР140УД6. Диод VD1 - КД521, КД522 с любым буквенным индексом. Оксидные конденсаторы CI, C2 - типа К50-29 или аналогичные.
Звуковой излучатель НА1 - любой с встроенным генератором 34 на напряжение 5...12 В. Для дополнительной световой сигнализации параллельно капсюлю НА1 можно подключить светодиод (типа АЛ307БМ или аналогичный с током до 10 мА) анодом к"+" питания с последовательно подсоединенным резистором сопротивлением 470...750 Ом. Источник питания прибора (если не использовать батарею) - стабилизированный, напряжением 5 В (±5%). Ток потребления не превышает 70 мА (без учета светодиодного индикатора). Кроме датчика TGS-2620. е данной схеме могут применяться датчики фирмы Murata TGS-880, TGS-2181 или TGS-822 (напряжение питания - 12...15 В).

А.КАШКАРОВ, RA1AGS, г.С. -Петербург.