Jak zrobić przenośny alkomat: 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Alkomat to urządzenie do szacowania zawartości alkoholu we krwi (BAC) na podstawie próbki oddechu. Mówiąc prościej, jest to urządzenie, które sprawdza, czy dana osoba jest nietrzeźwa. Odczyt zawartości alkoholu w wydychanym powietrzu jest wykorzystywany w postępowaniach karnych; kierujący pojazdem, którego odczyt wskazuje na BAC powyżej limitu jazdy, może zostać oskarżony o popełnienie przestępstwa.

Poziom alkoholu we krwi, który określa osobę jako przekraczającą limit podczas prowadzenia pojazdu, różni się w zależności od kraju. Limity prawne BAC wahają się od 0,01 do 0,10. Większość krajów ma limit około 0,05. Na przykład Grecja, Grenlandia i Islandia mają limity 0,05. W Stanach Zjednoczonych wynosi 0,08. Jeśli odczyt alkomatu jest wyższy niż dopuszczalny limit, kierowca może otrzymać pojazd pod wpływem alkoholu.

Poniżej opisaliśmy kroki potrzebne do zrozumienia, jak zaprogramowano rozwiązanie do stworzenia przenośnego alkomatu. Jeśli jednak chcesz tylko uzyskać wynik programowania, pobierz oprogramowanie GreenPAK, aby wyświetlić już ukończony plik projektu GreenPAK. Podłącz GreenPAK Development Kit do komputera i wciśnij program, aby stworzyć przenośny alkomat.

Krok 1: Chemia

Gdy użytkownik wydycha powietrze do analizatora oddechu, każdy etanol obecny w jego oddechu jest utleniany do kwasu na anodzie:

CH3CH2OH (g) + H2O (l) → CH3CH2OH (l) + 4H + (aq) + 4e-

Na katodzie tlen atmosferyczny jest redukowany:

O2 (g) + 4H + (roztwór wodny) + 4e- → 2H2O (l)

Całkowitą reakcją jest utlenianie etanolu do kwasu octowego i wody.

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

Prąd elektryczny wytwarzany w tej reakcji jest mierzony przez mikroprocesor i wyświetlany jako przybliżona całkowita zawartość alkoholu we krwi (BAC).

Krok 2: Czujnik alkoholu MQ-3

Ten alkomat nie jest przeznaczony do użytku jako urządzenie umożliwiające potwierdzenie oskarżenia. MQ-3 nie jest wystarczająco dokładny, aby zarejestrować dokładne stężenie alkoholu we krwi, ale jest w stanie analizować stężenie alkoholu w wydychanym powietrzu do zastosowań pozasądowych. MQ-3 jest tanim czujnikiem półprzewodnikowym, który może wykrywać obecność gazów alkoholowych w stężeniach od 0,05 mg/L do 10 mg/L. Czułym materiałem użytym w tym czujniku jest SnO2, którego przewodność jest niższa w czystym powietrzu. Jego przewodnictwo wzrasta wraz ze wzrostem stężenia gazów alkoholowych. To z kolei obniża rezystancję między stykami czujnika. Zamiast bezpośrednio mierzyć rezystancję, mierzymy poziom napięcia w punkcie między czujnikiem a rezystorem obciążającym. Czujnik i rezystor obciążenia tworzą dzielnik napięcia, a im niższa rezystancja czujnika, tym wyższy będzie odczyt napięcia. Charakteryzuje się wysoką wrażliwością na alkohol i dobrą odpornością na zakłócenia spowodowane dymem, oparami i benzyną. Moduł ten udostępnia zarówno wyjścia cyfrowe, jak i analogowe.

Czujnik ma 24-48 godzinny okres docierania. Oznacza to, że czujnik musi być włączony przez 24-48 godzin, zanim odczyty ustabilizują się.

Ten czujnik alkoholu jest odpowiedni do wykrywania stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu, podobnie jak zwykły alkomat. Ma wysoką czułość i szybki czas reakcji. Czujnik dostarcza analogową rezystancyjną wartość wyjściową w postaci napięć, w oparciu o stężenie alkoholu. Tabela 1 daje wgląd w zakresy napięć czujnika MQ-3.

Krok 3: Podsumowanie projektu

Ta instrukcja opisuje, jak wdrożyć niedrogi przenośny alkomat przy użyciu Dialog GreenPAK™ SLG46140V. GreenPAK będzie używany z czujnikiem alkoholu MQ-3 do pomiaru stężenia alkoholu w powietrzu. Stężenie z czujnika alkoholu pozwoli nam wywnioskować poziom alkoholu obecnego w oddechu osoby.

Ludzie mogą wydychać etanol wraz z dwutlenkiem węgla. Im wyższa zawartość etanolu w krwiobiegu, tym więcej jest on wprowadzany do powietrza podczas wydechu. Ta instrukcja użyje 8-bitowego ADC GreenPAK do uzyskania wartości analogowej z czujnika alkoholu MQ-3. Komparatory analogowe zostaną wykorzystane do wykrycia uzyskanej wartości analogowej w odniesieniu do określonego progu. Skonstruowano pięć różnych progów, aby pokazać poziom upojenia obecnego w oddechu osoby. Za każdym razem, gdy wartość staje się większa niż określony próg, dioda LED może się zaświecić, aby wskazać poziom zatrucia.

Krok 4: Schemat obwodu

Schemat obwodu dla projektu pokazano na rysunku 1.

Krok 5: Projekt GreenPAK

Projekt GreenPAK dla projektu pokazano na rysunku 2.

Ta konstrukcja GreenPAK zawiera 5 różnych progów napięcia analogowych komparatorów, które wskazują różne poziomy zatrucia obecne w oddechu osoby. SLG46140 ma dwa analogowe komparatory, a wejście analogowe z PIN6 jest przekazywane do ACMP0 i ACMP1 przez PGA, który ma wzmocnienie 1x. Progi dla ACMP0 i ACMP1 są ustawione na 100 mV i 500 mV. Właściwości ACMP0 i ACMP1 można zobaczyć na rysunku 3. Pozostałe trzy poziomy można skonstruować za pomocą bloków cyfrowych komparatorów. Aby użyć tych funkcji DCMP, musimy najpierw przekonwertować wartość analogową na jej odpowiednik bajt, który jest następnie podawany do DCMP. Można to osiągnąć za pomocą 8-bitowego przetwornika ADC SLG46140. Sygnał analogowy najpierw przechodzi przez programowalny wzmacniacz wzmocnienia (PGA), który następnie jest podawany do ADC. Moduły DCMP pobierają następnie swój bajt równoważny z sygnałem analogowym z przetwornika ADC. Konfiguracje dla PGA i ADC są podane na rysunku 4.

Próg dla ACMP0 i ACMP1 jest ustawiony odpowiednio na 100 mV i 500 mV. Za każdym razem, gdy poziom napięcia staje się większy niż podany próg, wyjście analogowego komparatora zmienia stan na WYSOKI, co skutkuje włączeniem PIN-10 lub PIN-11. Ustawienia progowe dla DCMP są nieco skomplikowane i wymagają ustawienia wartości rejestrów we właściwościach DCMP. Równoważny próg analogowy dla DCMP można łatwo obliczyć za pomocą równania 1.

Gdy wartość analogowa przekroczy próg ustawiony w komparatorach analogowych i komparatorach cyfrowych, zostaną włączone bloki odpowiadające odpowiedniemu kodowi PIN, pokazując w ten sposób zakres alkoholu obecnego w wydychanym powietrzu. Właściwości DCMP przedstawiono na rysunku 5. Aby zminimalizować pobór prądu, ADC, DCMP i ACMP można włączać i wyłączać za pomocą trybu Wake/Sleep. Aby uzyskać więcej informacji na temat cyklu budzenia/uśpienia, zapoznaj się z notą aplikacyjną generatora czasu budzenia/uśpienia AN-1076 na stronie internetowej Dialog.

Krok 6: Konfiguracja sprzętu

Wniosek

W tej instrukcji pokazaliśmy, jak wdrożyć niedrogi alkomat z Dialog GreenPAK SLG46140V. Użyliśmy pięciu różnych progów, aby pokazać poziom alkoholu obecnego podczas wydechu. GreenPAK IC działa jako kontroler, który pobiera stężenie alkoholu z czujnika MQ-3, a następnie dostarcza użytkownikowi odpowiednie wskazanie poziomu BAC. Pełna implementacja odbywa się przy użyciu tylko GreenPAK i czujnika alkoholu MQ-3 wraz z kilkoma diodami LED.