一款簡易防酒駕報警提示器的設計*

羅平 劉天成

(湛江幼兒師范專科學校信息科學系，廣東湛江 524084)

0 前言

隨著我國逐步進入全面小康社會，人民生活水平也逐步提高，對各種要求有了很大的改變，比如出行方式由以前的自行車、摩托車變成現在的小轎車。一件事物的改變往往有兩面性，形形色色的小轎車出現提高了人們的出行效率。但它也帶來了很多問題，比如道路交通安全問題。目前交警部門對醉酒駕駛的檢查手段多數靠儀器測量喝酒駕駛人呼出氣體的酒精含量或抽取血液以檢測酒精的含量，這些方法會造成交通的擁堵和浪費社會資源和醫療資源[1]。如果能設計出簡單的能在線檢測酒精的儀器則能較好的解決這個問題。基于此本文采用氣敏元件MQ-3酒精傳感器，設計了一款簡易的防酒駕提示器，其能將氣體中含有的酒精濃度轉換為電壓，并將電壓經LM393比較器比較輸出，最后根據具體情況判斷發出語音報警或控制汽車停車。

1 電路主要元件結構和工作原理

圖1 MQ-3原理圖

1.1 MQ-3酒精傳感器

MQ氣體傳感器里面的材料主要由敏感材料構成，這種敏感材料是金屬氧化物添加鉑催化劑等按燒結而成。最常見的金屬氧化物其中的一種就是SnO2，這種金屬氧化物被加熱到一定溫度時，因為半導體表面帶負電荷，會把氧原子吸在其表面。這樣就會使得氧原子就變成了氧負離子，從而使得一個正的空間電荷層在這種半導體的表面形成。從而使半導體的電阻變大。

當溫度升高時，氧負離子與還原性氣體發生化學反應，氧負離子與還原性氣體發生氧化還原反應，半導體表面氧負離子濃度減小，傳感器的電導率增加。

文獻[2]和其他文獻中提出了MQ-3酒精傳感器工作時的電路結構如圖1所示，其中傳感器的2，5管腳之間的電阻接通電源起加熱作用。1，4管腳之間是傳感器電阻，其與滑動變阻器串聯。它在被加熱后阻值會隨外界酒精濃度升高而減小，使得滑動變阻器的電壓發生變化從而被后續電路檢測到。

1.2 LM393

LM393是雙電壓比較器集成電路。它是一種增益比較高，頻帶也比較寬的一種放大比較器件，在應用時，輸出端至輸入端經常存在雜散電容，可能引起振蕩產生，因此需設法阻止此情況發生。它加上驅動電路之后可以驅動發光二極管和語音模塊工作。

在此電路中，采集電壓接到比較器的兩個輸入端與不同的固定電壓作比較，使得傳感器周圍的酒精濃度不同時，電路能有不同的警告輸出。該比較器靈敏度高，比較電壓輸出較快。

圖2 電路原理圖

圖3 防酒駕報警提示器

2 報警提示器電路結構和工作原理

本提示器主要由三部分構成，分別為傳感部分、信號比較部分和提示部分，電路采用直流電源供電，實驗中采用手提電腦的USB線直接供電，在汽車中也可由點煙器電源接口電源中直接引出使用。酒精傳感器MQ-3和發光二極管和語音模塊都是采用5V或4.7V的電壓供電，整個設計電路如圖2所示。

酒精傳感器和滑動電阻RP1串聯起來，當有酒精放置于酒精傳感器傍邊或對其吹氣的時候，傳感器周圍酒精濃度升高，使得MQ-3傳感器的電導率變大，傳感器的電壓降變小，滑動電阻RP1的電壓隨之升高。經RP1分出的接入到LM393的3管腳和5管腳的電壓也隨之升高，這個電壓和LM393的2管腳、6管腳的兩個不同的固定電壓比較，可得到不同的輸出警告。當RP1分出電壓比6管腳電壓高時7管腳輸出高電平，三極管Q1導通，發光二級管點亮，否則發光二級管不亮。當RP1分出電壓比LM393的2管腳固定電壓高時，1管腳輸出高電平，三極管Q1、Q2導通，發光二級管點亮，三極管Q2驅動語音模塊工作，起到提醒作用。

表1 VS=2.3V,所測各處電壓

按照電路的設計做出的提示器實物如圖3。

3 電路測試

測試時，接上電源，將MQ-3的氣敏電阻加熱幾分鐘，這樣做一方面可以加快酒精氣體的化學吸附，另一方面能有效清除傳感器電阻表面的雜質，測試時用棉花棒沾上醫用酒精后沿著傳感器表面慢慢接近，傳感器附近的酒精濃度會慢慢升高，當濃度升高到一定程度時，采集電壓升高，發光二級管就會被點亮，酒精濃度過高，則還會啟動語音模塊發出警報。如果電源電壓不夠，預熱時間不足，則可能會導致測試的失敗。

調試時先用電壓VS為2.3V的電源供電，調整滑動變阻器RP1在某一位置，測得采集電壓V3為0.36V，RP2調整到V6(對地)比V3稍大一點。測得電路中各部分的電壓在放置棉簽前和放棉簽后的數值如表1所示。

表2 VS=2.3V改變V3,V6時所測各處電壓

表3 VS=5V所測各處電壓

由表1可直觀看出，沾有酒精的棉簽靠近后，傳感器的電阻減少，輸出采集電壓V3變大，但因為電源電壓過小，輸出采集電壓變化不大使得電路不能輸出報警信號。

保持電源VS電壓不變，調整滑動變阻器RP1使得采集電壓變大為V3(對地)=0.8V，RP2調整為V6(對地)=0.85V時測試得電路各部分電壓如表2所示。

測試結果為沾有酒精的棉簽靠近后發光二極管微亮，反映更高酒精濃度的語音識別模塊不能正常工作。原因為電源電壓無法給語音模塊提供正常的工作電壓。

接著用電壓為5V的電源給電路供電，在調整滑動變阻器RP1在某一位置，測得沒放棉簽時采集電壓V3(對地)為一個較大的值1.13V。此時調整滑動變阻器RP1使得V6(對地)=1.43V，測得電路中各部分的電壓在放置棉簽前和放棉簽后的數值如表3所示。

測試結果顯示電源電壓提高后，沾有酒精的棉簽靠近時，酒精傳感器的電阻減小很多，滑動變阻器的電壓變化很大，可以較大的提高采集電壓的電壓變化達到0.4V，比較器可以輸出較大的電壓使三極管導通驅動發光二極管點亮和語音識別模塊正常工作。文獻[3]中指出在測試過程中，如果酒精棉簽在靠近傳感器時，發現發光二極管點不夠及時，語音模塊啟動比較慢，說明電路不夠靈敏，傳感器輸入的電壓不夠大。可通過調節滑動電阻RP1傳感器輸入的電壓，情況仍沒改善，則可通過調小滑動變阻器RP2的阻值，使得接入比較器的固定比較電壓降低，提高電路靈敏度。在5V的工作電壓下，為提高電路的靈敏度，調整使得V3=2.22V時，通過調整RP2來調整V6=2.51V，采集電壓的電壓變化達到0.8V來能保證電路正常工作，電路的靈敏性大大增加。測得的電路中各電壓如表4所示。

表4 VS=5V,改變V3,V6時所測各處電壓

由上可以知，調大采集電壓的大小和比較器的比較電壓大小，能在檢測酒精的時候提高采集電壓的變化量，從而提高酒精檢測的靈敏性。

4 結語

該儀器的設計是利用應用電子技術的專業特點，學以致用，運用已學的專業課《電路分析基礎》《傳感器技術》《模擬電子技術》《電子CAD》等做出了一個簡單實用的小作品，該作品稍加改進后即可運用到汽車上，簡易而實用。