Πώς να φτιάξετε ένα φορητό αναπνευστήρα: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Το αλκοτέστ είναι μια συσκευή για την εκτίμηση της περιεκτικότητας σε αλκοόλ στο αίμα (BAC) από ένα δείγμα αναπνοής. Με απλά λόγια, είναι μια συσκευή για να ελέγξετε εάν ένα άτομο είναι μεθυσμένο. Η ανάγνωση της περιεκτικότητας σε αλκοόλ που αναπνέει χρησιμοποιείται σε ποινικές διώξεις. ο χειριστής ενός οχήματος του οποίου η ανάγνωση υποδεικνύει BAC πέρα από το όριο οδήγησης μπορεί να κατηγορηθεί για ποινικό αδίκημα.

Το επίπεδο αλκοόλ στο αίμα που ορίζει ένα άτομο ως άνω του ορίου κατά την οδήγηση διαφέρει ανάλογα με τη χώρα. Τα νόμιμα όρια BAC κυμαίνονται από 0,01 έως 0,10. Οι περισσότερες χώρες έχουν όριο περίπου 0,05. Για παράδειγμα, η Ελλάδα, η Γροιλανδία και η Ισλανδία έχουν όλα όρια 0,05. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, είναι 0,08. Εάν η ένδειξη αλκοόλ είναι μεγαλύτερη από το νόμιμο όριο, ο οδηγός μπορεί να λάβει DUI.

Παρακάτω περιγράψαμε τα βήματα που απαιτούνται για να κατανοήσουμε πώς έχει προγραμματιστεί η λύση για να δημιουργήσει ένα φορητό αλκοτέστ. Ωστόσο, εάν θέλετε απλώς να λάβετε το αποτέλεσμα προγραμματισμού, κατεβάστε το λογισμικό GreenPAK για να δείτε το ήδη ολοκληρωμένο GreenPAK Design File. Συνδέστε το GreenPAK Development Kit στον υπολογιστή σας και πατήστε το πρόγραμμα για να δημιουργήσετε το φορητό αλκοτέστ.

Βήμα 1: Χημεία

Όταν ο χρήστης εκπνέει σε έναν αναλυτή αναπνοής, τυχόν αιθανόλη που υπάρχει στην αναπνοή του οξειδώνεται σε οξύ στην άνοδο:

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

Στην κάθοδο, το ατμοσφαιρικό οξυγόνο μειώνεται:

O2 (g) + 4H + (aq) + 4e- → 2H2O (l)

Η συνολική αντίδραση είναι η οξείδωση της αιθανόλης σε οξικό οξύ και νερό.

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

Το ηλεκτρικό ρεύμα που παράγεται από αυτήν την αντίδραση μετριέται από έναν μικροεπεξεργαστή και εμφανίζεται ως προσέγγιση της συνολικής περιεκτικότητας σε αλκοόλη στο αίμα (BAC).

Βήμα 2: Αισθητήρας αλκοόλης MQ-3

Αυτό το αλκοτέστ δεν προορίζεται να χρησιμοποιηθεί ως συσκευή ικανή να επιβεβαιώσει τη δίωξη. Το MQ-3 δεν είναι αρκετά ακριβές για να καταχωρήσει ακριβές BAC, αλλά είναι αρκετά ικανό να αναλύσει τη συγκέντρωση αλκοόλ στην αναπνοή για μη δικαστικές εφαρμογές. Ο MQ-3 είναι ένας χαμηλού κόστους αισθητήρας ημιαγωγών που μπορεί να ανιχνεύσει την παρουσία αλκοολικών αερίων σε συγκεντρώσεις από 0,05 mg / L έως 10 mg / L. Το ευαίσθητο υλικό που χρησιμοποιείται για αυτόν τον αισθητήρα είναι το SnO2, του οποίου η αγωγιμότητα είναι χαμηλότερη όταν βρίσκεται σε καθαρό αέρα Το Η αγωγιμότητά του αυξάνεται καθώς αυξάνεται η συγκέντρωση αλκοολικών αερίων. Αυτό με τη σειρά του μειώνει την αντίσταση pin-to-pin του αισθητήρα. Αντί να μετρήσουμε την αντίσταση απευθείας, μετράμε το επίπεδο τάσης στο σημείο μεταξύ του αισθητήρα και της αντίστασης φορτίου. Ο αισθητήρας και η αντίσταση φορτίου σχηματίζουν ένα διαχωριστή τάσης και όσο χαμηλότερη είναι η αντίσταση του αισθητήρα, τόσο υψηλότερη θα είναι η ένδειξη τάσης. Έχει υψηλή ευαισθησία στο αλκοόλ και έχει καλή αντοχή στις διαταραχές λόγω καπνού, ατμού και βενζίνης. Αυτή η ενότητα παρέχει ψηφιακές και αναλογικές εξόδους.

Ο αισθητήρας έχει περίοδο διάρρηξης 24 - 48 ωρών. Αυτό σημαίνει ότι ο αισθητήρας πρέπει να ενεργοποιηθεί για 24 - 48 ώρες προτού οι ενδείξεις γίνουν σταθερές.

Αυτός ο αισθητήρας αλκοόλ είναι κατάλληλος για την ανίχνευση συγκέντρωσης αλκοόλ στην αναπνοή σας, όπως ακριβώς και ο κοινός σας αλκοτέστ. Έχει υψηλή ευαισθησία και γρήγορο χρόνο απόκρισης. Ο αισθητήρας παρέχει μια αναλογική τιμή αντίστασης εξόδου με τη μορφή τάσεων, με βάση τη συγκέντρωση αλκοόλης. Ο Πίνακας 1 δίνει μια εικόνα για τα εύρη τάσης του αισθητήρα MQ-3.

Βήμα 3: Περίληψη έργου

Αυτό το Εγχειρίδιο θα περιγράψει πώς να εφαρμόσετε ένα φορητό αναπνευστήρα χαμηλού κόστους χρησιμοποιώντας ένα Dialog GreenPAK ™ SLG46140V. Το GreenPAK θα χρησιμοποιηθεί με τον αισθητήρα αλκοόλης MQ-3 για τη μέτρηση της συγκέντρωσης αλκοόλ στον αέρα. Η συγκέντρωση από τον αισθητήρα αλκοόλ θα μας επιτρέψει να συμπεράνουμε το επίπεδο του αλκοόλ που υπάρχει στην αναπνοή ενός ατόμου.

Οι άνθρωποι μπορούν να εκπνέουν αιθανόλη μαζί με διοξείδιο του άνθρακα. Όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα αιθανόλης στην κυκλοφορία του αίματος, τόσο περισσότερο εισάγεται στον αέρα κατά την εκπνοή. Αυτό το Instructable θα χρησιμοποιήσει το 8-bit ADC του GreenPAK για να αποκτήσει την αναλογική τιμή από τον αισθητήρα αλκοόλης MQ-3. Θα χρησιμοποιηθούν αναλογικοί συγκριτές για τον εντοπισμό της ληφθείσας αναλογικής τιμής σε σχέση με ένα συγκεκριμένο όριο. Πέντε διαφορετικά κατώφλια κατασκευάζονται για να δείξουν το επίπεδο μέθης που υπάρχει στην αναπνοή ενός ατόμου. Κάθε φορά που η τιμή γίνεται μεγαλύτερη από ένα συγκεκριμένο όριο, ένα LED μπορεί να ανάψει για να δείξει το επίπεδο μέθης.

Βήμα 4: Διάγραμμα κυκλώματος

Το διάγραμμα κυκλώματος για το έργο φαίνεται στο σχήμα 1.

Βήμα 5: Σχεδιασμός GreenPAK

Ο σχεδιασμός GreenPAK για το έργο φαίνεται στο σχήμα 2.

Αυτός ο σχεδιασμός GreenPAK περιλαμβάνει 5 διαφορετικά αναλογικά όρια τάσης σύγκρισης για να υποδείξει διαφορετικές ποσότητες μέθης που υπάρχουν από την αναπνοή ενός ατόμου. Το SLG46140 διαθέτει δύο αναλογικούς συγκριτές και η αναλογική είσοδος από το PIN6 δίνεται τόσο στο ACMP0 όσο και στο ACMP1 μέσω του PGA, το οποίο έχει κέρδος 1x. Τα κατώφλια για ACMP0 και ACMP1 ορίζονται στα 100 mV και 500 mV. Οι ιδιότητες των ACMP0 και ACMP1 φαίνονται στο Σχήμα 3. Τα υπόλοιπα τρία επίπεδα μπορούν να κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας ψηφιακά συγκριτικά μπλοκ. Για να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα DCMP πρέπει πρώτα να μετατρέψουμε την αναλογική τιμή σε ισοδύναμο byte, το οποίο στη συνέχεια τροφοδοτείται στα DCMP. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας 8-bit ADC του SLG46140. Το αναλογικό σήμα περνάει πρώτα από έναν προγραμματιζόμενο ενισχυτή κέρδους (PGA) ο οποίος στη συνέχεια τροφοδοτείται στον ADC. Στη συνέχεια, τα DCMP λαμβάνουν το ανάλογο byte ισοδύναμου σήματος από το ADC. Οι διαμορφώσεις για το PGA και το ADC δίνονται στο σχήμα 4.

Το όριο για ACMP0 και ACMP1 ορίζεται στα 100 mV και 500 mV αντίστοιχα. Κάθε φορά που το επίπεδο τάσης γίνεται μεγαλύτερο από το δεδομένο όριο, μια έξοδος αναλογικού συγκριτή γίνεται Υ HIGHΗΛΗ, με αποτέλεσμα να ενεργοποιείται είτε το PIN-10 είτε το PIN-11. Οι ρυθμίσεις κατωφλίου για το DCMP είναι λίγο περίπλοκες και περιλαμβάνουν τον καθορισμό τιμής καταχωρητή στις Ιδιότητες DCMP. Το ισοδύναμο αναλογικό όριο για DCMPs μπορεί εύκολα να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση 1.

Όταν η αναλογική τιμή ξεπεράσει το όριο που έχει οριστεί στους αναλογικούς συγκριτές και τους ψηφιακούς συγκριτές, θα ενεργοποιηθούν μπλοκ που αντιστοιχούν σε αντίστοιχο PIN, δείχνοντας έτσι το εύρος της αλκοόλης που υπάρχει στην αναπνοή. Οι ιδιότητες για τα DCMPs δίνονται στο Σχήμα 5. Για να ελαχιστοποιήσετε την τρέχουσα κατανάλωση, τα ADC, τα DCMP και τα ACMP μπορούν να ενεργοποιηθούν με τη λειτουργία Wake/Sleep. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον Κύκλο αφύπνισης / αναστολής λειτουργίας, ανατρέξτε στη σημείωση εφαρμογής AN-1076 Wake / Sleep Timing Generator στην ιστοσελίδα του Dialog.

Βήμα 6: Ρύθμιση υλικού

συμπέρασμα

Σε αυτό το Instructable, δείξαμε πώς να εφαρμόσετε ένα αλκοτέστ χαμηλού κόστους με ένα Dialog GreenPAK SLG46140V. Χρησιμοποιήσαμε πέντε διαφορετικά κατώφλια για να δείξουμε το επίπεδο του αλκοόλ που υπάρχει όταν ένα άτομο εκπνέει. Το IC GreenPAK λειτουργεί ως ελεγκτής για την απόκτηση της συγκέντρωσης αλκοόλης από τον αισθητήρα MQ-3 και στη συνέχεια την παροχή της κατάλληλης ένδειξης επιπέδου BAC για τον χρήστη. Η πλήρης εφαρμογή γίνεται χρησιμοποιώντας μόνο έναν αισθητήρα αλκοόλης GreenPAK και MQ-3, μαζί με μια χούφτα LED.