Разработка и исследование работы алкотестера на базе полупроводникового сенсора концентрации паров алкоголя
Анализ особенностей применения полупроводникового сенсора концентрации паров алкоголя на базе микроконтроллера. Исследование структуры цифрового алкотестера, который имеет измерительный датчик – полупроводниковый сенсор концентрации паров алкоголя.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 30.07.2017 |
Размер файла | 60,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
Разработка и исследование работы алкотестера на базе полупроводникового сенсора концентрации паров алкоголя
Францев С.М., Ильина И.Е., Котельников Г.А.
Аннотация
С применением полупроводникового сенсора концентрации паров алкоголя на базе микроконтроллера авторами разработан прибор контроля содержания паров алкоголя с индикацией показаний на ЖК-индикаторе. Предложен алгоритм работы разработанного авторами прибора контроля содержания паров алкоголя. Для забора проб выдыхаемого воздуха использован изготовленный авторами мундштук. Приведены результаты натурных испытаний разработанного прибора.
Ключевые слова: алкогольное опьянение, алкотестер, безопасность дорожного движения, прибор, алкоголь, статистика дорожно-транспортных происшествий.
В Российской Федерации проблема безопасного движения является одной из наиболее значимых. Высокие темпы роста автомобильного парка страны создают дополнительные предпосылки ухудшения обстановки на дорогах [1-3].
В январе-феврале 2016 года в России по вине пьяных водителей произошло 900 случаев, в таких ДТП погибло 173 человека, ранено 1366 человек [4].
Мерой по предотвращению вождения в состоянии алкогольного опьянения является освидетельствование на состояние алкогольного опьянения. Освидетельствование на состояние алкогольного опьянения в осуществляется сотрудником ГИБДД с использованием технического средства измерения.
Одним из способов контроля анализа состава выдыхаемого человеком воздуха является оценка состава выдыхаемого воздуха. Молекулярный состав выдыхаемого человеком воздуха включает не менее 600 летучих и нелетучих соединений. Они содержат информацию о функциональном состоянии человеческого организма в силу трансформаций поступающих из окружающей среды во внутренние органы молекул воздуха и пищи [5, 6].
При проведении освидетельствования на состояние алкогольного опьянения сотрудник ГИБДД, в соответствии с административным регламентом исполнения государственной функции по контролю и надзору за соблюдением участниками дорожного движения требований в области обеспечения безопасности дорожного движения, проводит отбор пробы выдыхаемого воздуха.
Для самоконтроля перед началом вождения водители используют широко распространенные цифровые алкотестеры [7]. Однако точность их невелика, т.к. внешняя среда и даже переизбыток различных примесей химических веществ в выдыхаемых парах при проверке человека могут отрицательно влиять на точность его измерений [8].
Цифровой алкотестер имеет измерительный датчик - полупроводниковый сенсор концентрации паров алкоголя. Широко распространенным является сенсор MQ303B [9].
Схема сенсора приведена на рис. 1.
Рис. 1. - Схема сенсора MQ303B
Принцип работы его в следующем. Изменение концентрации спирта вызывает изменение чувствительного сопротивления материала RS, что приводит к изменению напряжения на сопротивление нагрузки RL. Перед измерением резистор Rh должен быть подключен к напряжению питания 2,2 ± 0,2 В в течение 5-10 секунд, благодаря чему достигается стабильность сенсора. Далее напряжение поддерживается на уровне 0,9 В.
С целью исследования влияния режимов подключения сенсора на работоспособность прибора предпринята попытка разработать цифровой алкотестер и провести его испытания.
С применением сенсора MQ303B на базе микроконтроллера авторами разработан прибор контроля содержания паров алкоголя с индикацией показаний на ЖК-индикаторе. Алгоритм реализован на языке C for PIC [10].
Для забора проб выдыхаемого воздуха использован мундштук, т.к. процесс забора воздуха с мундштуком происходит с “меньшими потерями” и на него не влияет окружающая среда, угол наклона, расстояние до губ тестируемого и сила выдоха [8].
Алгоритм работы разработанного авторами прибора контроля содержания паров алкоголя с индикацией показаний на ЖК-индикаторе состоит в следующем. Измерение запускается с нажатием кнопки. Затем на Rh подается напряжение 2,2 В, через 3 с оно снижается до 0,9 В и поддерживается в течение оставшегося время измерения. Через 35 с после нажатия кнопки запускается начальное измерение - оцифровывается величина напряжения на резисторе RL (без алкоголя в зоне измерения). Затем подается сигнал о начале измерений содержания паров алкоголя в выдыхаемом воздухе. В течение 10 с производится ряд измерений и записывается максимальное из них. Затем выводится на ЖК-индикатор начальное и максимальное из измеренных значений.
По результатам исследований выявлено, что при периоде времени меньше чем 35 с после нажатия кнопки до начала измерений, начальные показания резко разнятся. Т.е. увеличением времени от нажатия кнопки до измерений содержаний алкоголя в выдыхаемом воздухе снижается разброс начальных показаний.
Результаты натурных испытаний разработанного прибора приведены в таблице № 1. Показания получены последовательной продувкой в мундштук тестируемым лицом после распития 0,5 л пива (4,7 об.).
На основании натурных испытаний выявлено влияние на показания прибора (показания прибора колеблются в диапазоне 87-92), вероятно, силы выдоха тестируемого лица. Некоторый разброс начальных показаний, вероятно, свидетельствует о влиянии остаточных концентраций алкоголя в мундштуке, т.к. используемый при испытаниях мундштук не менялся на неиспользуемый. микроконтроллер алкотестер сенсор
Таблица 1 Результаты натурных испытаний разработанного прибора
№ опыта |
Начальное измерение, число, пропорциональное величине напряжения на RL |
Показания прибора во время измерений содержания паров алкоголя в выдыхаемом воздухе, число, пропорциональное величине напряжения на RL |
|
1 |
86 |
87 |
|
2 |
85 |
88 |
|
3 |
88 |
88 |
|
4 |
87 |
92 |
Таким образом, результаты испытаний показали о работоспособности разработанного авторами прибора. Однако, требуется разработка конструкции мундштука, исключающего влияние остаточных концентраций алкоголя и силы выдоха на надежность работы прибора.
Литература
1. Рыжкина Е.С. Период самостоятельного практического вождения молодых водителей - как наиболее опасный. Инженерный вестник Дона, 2012, №4, часть 1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/ n4p1y2012/1211.
2. Клинковштейн Г.И., Афанасьев М.Б. Организация дорожного движения: Учебник для вузов. - М:. Транспорт, 2001 - 247 с.
3. Кременец Ю.А., Печерский М.П., Афанасьев М.Б. Технические средства организации дорожного движения: Учебник для вузов. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. - 279 с.
4. Алексеева Елена. ГИБДД: аварий стало меньше, но дороги продолжают убивать. URL: zr.ru/content/news/852028-gibdd-avarij-i-pogibshix-na-dorogax-stanovitsya-vse-menshe-no-dorogi-prodolzhayut-ubivat/.
5. Тараканов С.А., Подольский М.Д., Трифонов А.А., Гайдуков В.С. Анализ состава выдыхаемого человеком воздуха для диагностики галитоза. Инженерный вестник Дона, 2013, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/ n4y2013/2058.
6. Van den Velde S., Van Steenberghe D., Van Hee P., Quirynen M. Detection of Odorous Compounds in Breath // Journal of dental research. ? 2009. Vol. 88. ? № 3. ? PP. 285?289.
7. Баядин Роман. Тест алкотестеров. URL: autodela.ru/main/top/test/alk.
8. Авалонский Зигмунд. Алкотестер или алкометр? Принцип действия и как что работает. В чем отличие алкотестера от алкометра. URL: alkotestery.ru/artcls/artcl2.html.
9. Alcohol Gas Sensor MQ303B: datasheet, Zhengzhou Winsen Electronics Technology, 2014, 7 p.
10. Программирование на Си для PIC. URL: labkit.ru/html/C_for_PIC.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Адсорберы с неподвижным слоем адсорбента. Датчики давления и температуры. Измерение расходов, уровня, концентрации паров этанола. Программное регулирующее устройство. Вторичные измерительные приборы. Спецификация приборов и средств автоматизации.
реферат [28,7 K], добавлен 29.10.2014Адсорбция как поглощение газов или паров поверхностью твёрдых тел, называемых адсорбентами. Понятия поглощения паров и газообразных компонентов жидкими поглотителями (абсорбентами). Характеристика закона Генри. Принципы применения абсорбционной очистки.
реферат [47,0 K], добавлен 24.03.2015Контроль уровня и концентрации жидкости. Структурное моделирование измерительных каналов. Разработка схемы автоматизации измерительной системы. Выбор передаточной функции. Анализ характеристик (временной, статистической, АЧХ, ФЧХ) средств измерения.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 12.12.2013Технологическая схема производства серной кислоты и ее описание. Предельно-допустимые концентрации газов, паров и пыли в производстве серной кислоты. Отходы производства и способы их утилизации. Конструкция олеумного и моногидратного абсорберов.
реферат [1,0 M], добавлен 23.12.2015Технология понижения температуры методом откачки паров, процесса изготовления детали типа "прокладка", для установки агрегата АВЗ-180 на фундаментальную плиту. Исследование азотного датчика криогенного уровнемера с целью проверки его характеристики.
дипломная работа [5,8 M], добавлен 13.02.2014Исследование химического диспергирования алюминиевого сплава; влияние концентрации щелочи на структуру диспергированных порошков и физико-механические свойства керамических материалов. Разработка технологической схемы спекания; безопасность и экология.
дипломная работа [2,9 M], добавлен 27.01.2013Разработка модели концентрации с учетом физических параметров жидкости. Движение жидкости в трубопроводе, в баке и в пределах зоны резания. Модель концентрации механических примесей. Использование программных продуктов для получения результатов расчета.
курсовая работа [351,0 K], добавлен 25.01.2013Описание абсорбционных, каталитических, термических методов очистки отходящих газов. Физико-химические свойства Н-бутанола и бензола. Расчет адсорбера системы ВТР периодического действия с неподвижным слоем адсорбента для улавливания паров н-бутанола.
курсовая работа [174,5 K], добавлен 16.12.2012Проект горизонтального кожухотрубчатого теплообменника для конденсации и охлаждения паров уксусной кислоты. Технологический расчет коэффициента теплопередачи, конденсатора, определение площади поверхности теплообмена. Подбор шестиходового теплообменника.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 18.09.2014Конструкция полупроводникового лазера на твердом теле. Достоинства полупроводникового лазера. Применение твердотельных лазеров для резания швейных материалов и двухъярусных цепных горизонтально-замкнутых конвейеров для хранения готовых изделий на складах.
контрольная работа [3,7 M], добавлен 17.11.2010В работе рассмотрены четыре вида интегральных микросхем: тонкопленочные микросхемы, гибридные, твердые (монтажные) и совмещенные, основанием которых служит подложка выполненная из диэлектрического или полупроводникового материала. Технология изготовления.
реферат [186,3 K], добавлен 19.01.2009Определение концентрации молекул разряженного газа в произвольном объеме, его моделирование. Программы MODMD82.PAS и MODMD82KRUG.PAS. Генерация вектора скорости молекулы и координат точки влета. Расчет относительного распределения концентрации молекул.
дипломная работа [679,8 K], добавлен 06.07.2011Анализ метода повышения радиационной стойкости порошка диоксида титана путем модифицирования его нанопорошком диоксида титана. Исследование спектров диффузного отражения, зависимость изменения интегральной чувствительности порошка от концентрации TiO2.
дипломная работа [4,2 M], добавлен 21.08.2013Минимальное взрывоопасное содержание кислорода: применение, расчет, определение. Пожароопасная характеристика семикарбазона. Расчет объема продуктов горения, допустимой взрывобезопасной концентрации, коэффициента горючести, стехиометрической концентрации.
курсовая работа [82,2 K], добавлен 18.01.2018Анализ особенностей автоматического регулирования технологических процессов на предприятиях. Составление функциональной, структурной и принципиальной схем установки. Подбор датчиков температуры, концентрации, исполнительного механизма, клапанов, насоса.
курсовая работа [3,3 M], добавлен 08.11.2012Определение жесткости и щелочности воды. Расчет эквивалентной концентрации раствора. Химический состав примесей воды. Уравнения гидролиза полученных соединений. Молярные концентрации ионов. Расчет произведений активных концентраций. Образование шлама.
контрольная работа [100,3 K], добавлен 11.05.2014Назначение и технологическая схема установки гидроочистки У-1.732. Разработка и особенности расчета ее каскадной АСР регулирования температуры куба стабилизационной колонны К-201 с коррекцией по концентрации общей серы в стабильном гидрогенизате.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 16.01.2015Описание функциональной схемы автоматизации процесса пастеризации молока. Исследование средств измерения температуры, давления (манометра), расхода, концентрации и уровня, принцип их действия. Сравнение двух типов контактных температурных датчиков.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 07.05.2016Гидравлический и тепловой расчет массообменного аппарата. Определение необходимой концентрации смеси, дистиллята и кубового остатка. Материальный баланс процесса ректификации. Расчет диаметра колонны, средней концентрации толуола в паре и жидкости.
курсовая работа [171,0 K], добавлен 27.06.2016Определение объемного расхода дымовых газов при условии выхода. Расчет выбросов и концентрации золы, диоксита серы и азота. Нахождение высоты дымовой трубы, решение графическим методом. Расчет максимальной концентрации вредных веществ у земной коры.
контрольная работа [88,3 K], добавлен 29.12.2014