声光警示酒精测试仪仿真设计与制作

任务3.2.1　声光警示酒精测试仪的仿真设计

1.任务目标

参照图3-7所示电路，在Proteus中设计一个声光警示酒精测试仪电路，实现下述功能。

（1）当与酒精气体浓度对应的输入电压值按1/10基准电压倍增时，测试仪按表3-3所示显示。

（2）当与酒精气体浓度对应的输入电压值达到3V及以上时，蜂鸣器报警。

微课　酒精测试仪的仿真设计与制作

表3-3　酒精测试仪的工作状态

2.任务实施

（1）在Proteus中设计电路。

（2）进行电路仿真及调试。

（3）设计要求如下。

①电路结构正确。

②器件参数正确。

③电路功能正常。

④布局合理、美观。

3.任务实施

（1）电路设计。

第一步：器件选型。

①传感器：Proteus中无气体传感器，用电位器（POT-HG）替代。

②信号处理器：用LM3914集成电平显示器。

③执行器件：灯光显示用LED光柱显示器（LED-BARGRAPH）；声音报警用有源蜂鸣器“BUZZER”。

第二步：电路连接。

声光警示酒精测试仪仿真电路，可参考图3-9所示电路进行。

图3-9　酒精测试仪模拟仿真电路

其中：

①电位器的中间抽头与LM3914的引脚5连接，模拟气体传感器的输出电压信号。

②LM3914的引脚6与引脚7短接，引脚4接地，用LM3914的内部电压作基准电压（约为3 V）。

③LM3914的引脚9与引脚3短接。

④LM3914的引脚7与引脚8间接2.7 kΩ的电阻器，LED光柱的工作电流约为5 mA。

⑤声音报警电路由LM3914的输出引脚14接出，当第6个发光二极管点亮的同时，启动声音报警。

⑥因LM3914的输出驱动信号为低电平有效，而LED光柱为共阴极连接，需要高电平点亮，故LM3914与LED光柱通过反相器连接。

⑦LM3914、LED光柱、反相器之间可采用网络标号连接。

⑧在电路连线复杂或电路中有连线序列时，用网络标号连接既简单又清晰。网络标号的应用一般有逐个添加和批量添加两种方法。

方法一：逐个添加。

·鼠标单击需进行标号连接的元件连接处，拖动适当长度的导线后双击。

·右击导线，在图3-10所示的列表框中选择“PlaceWire Label”。

图3-10　逐个添加标号示意图-1

·在图3-11所示的对话框的“Label”选项卡中，“String”输入框中输入标号名称，如“P0”。

方法二：批量添加。

·单击需进行标号连接的元件接线端，拖动鼠标引出适当长度的导线后双击。

·双击需添加批量序号的其他元件接线端，引出其他导线。

·在英文状态下，按“A”键，在图3-12所示对话框的“String”文本框中输入“net=标号名称#”，如“net=P#”，单击“OK”按钮。

·鼠标指向要添加序列标号的引线处，当出现绿色小方块时，单击鼠标添加标号，直到所有标号添加完毕。

图3-11　逐个添加标号示意图-2

图3-12　批量添加标号示意图

第三步：参数设置。

蜂鸣器的驱动电压设置为0.5 V，其他器件的参数参照图3-9设置。

（2）仿真调试。

单击仿真按钮后，逐级增大电位器RV的百分比，观察LED光柱的点亮状态及蜂鸣器的状态。如果LED光柱按照表3-3显示，且在RV增大到60%时鸣响，则电路功能正常；否则，需检查电路连接及参数设置情况。

任务3.2.2　声光警示酒精测试仪的制作

1.任务实施

用万用板制作图3-13所示酒精测试仪电路，使其能用LED光柱显示酒精气体的浓度大小，并在LED光柱中红色灯开始点亮时实现声音报警。

图3-13　酒精测试仪DIY案例

2.操作准备

（1）所需元件。(www.xing528.com)

①MQ-3酒精气体传感模块（图3-4）1块。

②LM3914芯片（图3-5）1片。

③LED光条（5红+5绿）。

④LM393电压比较器。

⑤有源蜂鸣器。

（2）所需仪器及材料。

①万用板1块。

②焊接工具1套。

③指针式或数字式万用表1块。

④直流稳压电源1个。

⑤排针若干。

⑥DIP18插座1个。

⑦元器件检测用面包板1块。

⑧导线若干。

3.操作步骤

第一步：作出图3-14所示连线图。

第二步：检测元器件。

（1）MQ-3酒精气体传感模块检测。

图3-14　酒精测试仪连线

①将MQ-3酒精气体传感模块按图3-4所示连接直流电源。

②观察模块的电源指示灯等是否正常。

③预热20s后，用万用表测量AO口对地电压是否小于0.3 V，如果是则通过检测。

（2）LM3914芯片检测。

①将LM3914通过DIP18插座安放到面包板上。

②在3脚和2脚间接上5 V电源。

③用万用表测试7、8脚间的电压。

④在7、8脚间接一个2.7 kΩ电阻，8脚对地接一3.9 kΩ电阻。

⑤将9脚与3脚短接，6脚与7脚短接，4脚接地。

⑥在5脚施加一个3.3 V电压，用万用表监测10、18脚间及1脚的输出电平是否为低电平，是则通过检测。

（3）LED光条检测。

方法一：用指针式万用表的二极管检测专用挡，用红、黑表笔接触各LED条两极，若LED能点亮，则LED光条通过检测，且红表笔所接为阳极。

方法二：将LED引脚通过一个1 kΩ的电阻与电源连接，观察在正向连接情况下是否点亮，如能正常点亮，则通过检测。

（4）电压比较器LM393检测。

①按图3-15所示，在8脚和4脚间接入5 V直流电源。

②将3脚、2脚分别接电源正极和地，用万用表监测1脚的电平，观察是否在3脚输入高电平，2脚输入低电平时，1脚输出高电平；在3脚输入低电平，2脚输入高电平时，1脚输出低电平。

图3-15　LM 393引脚图

③将5脚、6脚分别接电源正极和地，用万用表监测7脚的电平，观察是否在5脚输入高电平，6脚输入低电平时，7脚输出高电平；在5脚输入低电平，6脚输入高电平时，7脚输出低电平。

将检测结果填入表3-4中。

表3-4　器件检测单

第三步：电路制作与调试。

（1）按图3-14所示连线图搭建或焊接电路。

（2）在电路搭建完成后，用合适的容器装少量的医用酒精，靠近气体传感器，观察LED的显示状态和蜂鸣器的状态。如果正常则制作完成；否则检查电路，继续调试直到正常为止。

第四步：总结、描述电路的功能。

调试记录

（记录问题及解决办法）

实际应用的酒精测试仪需按法律法规中关于酒驾和醉驾的认定标准来调试。

4.操作要求

（1）增强安全意识，遵守操作规范。特别是焊接制作时，电烙铁的使用必须遵守焊接操作规程，注意防火、防烫、防触电。

（2）检测认真、细致，既要保证质量，也要避免浪费。

（3）强化节约意识，用线、用料应做到最少。

（4）布局合理，装接整齐，器件引线平整。

（5）焊接制作的电路板，焊点须规范、美观，符合工艺要求。

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5.评价内容及指标

“酒精测试仪制作”项目实施评价表如表3-5所示。

表3-5　“酒精测试仪制作”项目实施评价表