Hur man gör en bärbar andningsapparat: 6 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:40

En andningsapparat är en enhet för att uppskatta blodalkoholinnehåll (BAC) från ett andetagsprov. Enkelt uttryckt är det en enhet för att testa om en person är berusad. Andningen av alkoholhalten i andedräkten används vid straffrättsliga åtal; föraren av ett fordon vars avläsning indikerar en BAC över körgränsen kan åtalas för ett brott.

Alkoholhalten i blodet som definierar en person som över gränsen vid körning varierar beroende på land. BAC: s juridiska gränser sträcker sig från 0,01 till 0,10. De flesta länder har en gräns på cirka 0,05. Till exempel har Grekland, Grönland och Island alla gränser på 0,05. I USA är det 0,08. Om avläsningen av andningsapparaten är större än den lagliga gränsen kan föraren få en DUI.

Nedan beskrivs de steg som behövs för att förstå hur lösningen har programmerats för att skapa en bärbar alkometer. Men om du bara vill få resultatet av programmeringen, ladda ner GreenPAK -programvara för att se den redan färdiga GreenPAK -designfilen. Anslut GreenPAK Development Kit till din dator och tryck på programmet för att skapa den bärbara andningsapparaten.

Steg 1: Kemi

När användaren andas ut i en andningsanalysator oxideras all etanol som finns i deras andetag till syra vid anoden:

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

Vid katoden reduceras atmosfäriskt syre:

O2 (g) + 4H + (aq) + 4e- → 2H2O (l)

Den övergripande reaktionen är oxidationen av etanol till ättiksyra och vatten.

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

Den elektriska strömmen som produceras genom denna reaktion mäts av en mikroprocessor och visas som en approximation av det totala blodalkoholinnehållet (BAC).

Steg 2: MQ-3 Alkoholsensor

Denna andningsapparat är inte avsedd att användas som en enhet som kan bekräfta åtal. MQ-3 är inte tillräckligt noggrann för att registrera exakt BAC men kan nog analysera alkoholkoncentrationen i andedräkt för icke-rättsliga tillämpningar. MQ-3 är en billig halvledarsensor som kan detektera förekomsten av alkoholiska gaser vid koncentrationer från 0,05 mg / L till 10 mg / L. Det känsliga materialet som används för denna sensor är SnO2, vars konduktivitet är lägre när det är i ren luft. Dess konduktivitet ökar när koncentrationen av alkoholiska gaser ökar. Detta sänker i sin tur sensorns pin-to-pin-motstånd. I stället för att mäta motståndet direkt mäter vi spänningsnivån vid punkten mellan sensorn och ett lastmotstånd. Sensorn och belastningsmotståndet bildar en spänningsdelare, och ju lägre sensormotståndet är, desto högre blir spänningsavläsningen. Den har en hög känslighet för alkohol och har bra motståndskraft mot störningar på grund av rök, ånga och bensin. Denna modul ger både digitala och analoga utgångar.

Sensorn har en inkörningsperiod på 24 - 48 timmar. Det betyder att sensorn måste vara påslagen i 24 - 48 timmar innan avläsningarna blir stabila.

Denna alkoholsensor är lämplig för att upptäcka alkoholkoncentration i ditt andetag, precis som din vanliga andningsapparat. Den har hög känslighet och snabb responstid. Sensorn ger ett analogt resistivt utgångsvärde i form av spänningar, baserat på alkoholkoncentration. Tabell 1 ger en inblick i MQ-3-sensorns spänningsområden.

Steg 3: Projektöversikt

Denna instruktion kommer att beskriva hur man implementerar en billig bärbar andningsapparat med en Dialog GreenPAK ™ SLG46140V. GreenPAK kommer att användas med MQ-3 Alcohol Sensor för att mäta koncentrationen av alkohol i luften. Koncentrationen från alkoholsensorn gör det möjligt för oss att härleda alkoholhalten i en andas andedräkt.

Människor kan andas ut etanol tillsammans med koldioxid. Ju högre etanolinnehållet i blodet är, desto mer förs det in i luften vid utandning. Denna instruktör kommer att använda GreenPAK: s 8-bitars ADC för att hämta det analoga värdet från MQ-3 alkoholsensorn. Analoga komparatorer kommer att användas för att detektera det erhållna analoga värdet med avseende på ett specifikt tröskelvärde. Fem olika trösklar är konstruerade för att visa graden av berusning som finns i en persons andedräkt. När värdet blir större än ett visst tröskelvärde kan en lysdiod tändas för att indikera berusningsnivån.

Steg 4: Kretsdiagram

Kretsschemat för projektet visas i figur 1.

Steg 5: GreenPAK Design

GreenPAK -designen för projektet visas i figur 2.

Denna GreenPAK -design innehåller 5 olika analoga jämförelsespänningströsklar för att indikera olika mängder berusning från en persons andedräkt. SLG46140 har två analoga jämförare, och den analoga ingången från PIN6 ges till både ACMP0 och ACMP1 via PGA, som har en förstärkning på 1x. Trösklarna för ACMP0 och ACMP1 är inställda på 100 mV och 500 mV. Egenskaperna för ACMP0 och ACMP1 kan ses i figur 3. De återstående tre nivåerna kan konstrueras med hjälp av digitala komparatorblock. För att kunna använda dessa DCMP måste vi först konvertera det analoga värdet till dess ekvivalenta byte, som sedan matas till DCMP: erna. Detta kan uppnås genom att använda SLG46140: s 8-bitars ADC. Den analoga signalen passerar först genom en programmerbar förstärkningsförstärkare (PGA) som sedan matas till ADC. DCMP får sedan sin analoga signalekvivalenta byte från ADC. Konfigurationerna för PGA och ADC ges i figur 4.

Tröskeln för ACMP0 och ACMP1 är inställd på 100 mV respektive 500 mV. Närhelst spänningsnivån blir högre än den givna tröskeln blir en analog komparatorutgång HÖG, vilket resulterar i att antingen PIN-10 eller PIN-11 slås på. Tröskelinställningarna för DCMP är lite komplicerade och innebär att man ställer in registervärde i DCMP -egenskaperna. Den ekvivalenta analoga tröskeln för DCMP kan enkelt beräknas med ekvation 1.

När det analoga värdet överskrider tröskelvärdet i de analoga komparatorerna och digitala komparatorerna aktiveras block som motsvarar en respektive PIN -kod och visar därigenom alkoholintervallet i andningen. Egenskaperna för DCMP: erna ges i figur 5. För att minimera strömförbrukningen kan ADC, DCMP: erna och ACMP: erna strömbrytas med hjälp av Wake/Sleep -läge. Mer information om Wake / Sleep-cykeln finns i AN-1076 Wake / Sleep Timing Generator-programanteckningen på Dialogs webbplats.

Steg 6: Hårdvaruinstallation

Slutsats

I denna instruktionsbok demonstrerade vi hur man implementerar en billig andningsapparat med en Dialog GreenPAK SLG46140V. Vi använde fem olika trösklar för att visa alkoholhalten när ett ämne andas ut. GreenPAK IC fungerar som styrenhet för att hämta alkoholkoncentrationen från MQ-3-sensorn och sedan leverera lämplig BAC-nivåindikering för användaren. Den fullständiga implementeringen görs med endast en GreenPAK- och MQ-3-alkoholsensor, tillsammans med en handfull lysdioder.