Com fer un alcoholímetre portàtil: 6 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Un alcoholímetre és un dispositiu per estimar el contingut d’alcohol en sang (BAC) a partir d’una mostra d’alè. En termes senzills, és un dispositiu per comprovar si una persona està intoxicada. La lectura del contingut d’alcohol per alè s’utilitza en processos penals; l'operador d'un vehicle la lectura del qual indica un BAC superior al límit de conducció pot ser acusat d'un delicte penal.

El nivell d’alcohol a la sang que defineix a una persona per sobre del límit en conduir varia segons el país. Els límits legals de BAC oscil·len entre 0,01 i 0,10. La majoria dels països tenen un límit d’aproximadament 0,05. Per exemple, Grècia, Groenlàndia i Islàndia tenen límits de 0,05. Als Estats Units, és de 0,08. Si la lectura d'alcoholèmia és superior al límit legal, el conductor pot rebre una DUI.

A continuació es descriuen els passos necessaris per entendre com s'ha programat la solució per crear un alcoholímetre portàtil. Tot i això, si només voleu obtenir el resultat de la programació, descarregueu-vos el programari GreenPAK per veure el fitxer de disseny GreenPAK ja completat. Connecteu el kit de desenvolupament GreenPAK a l’ordinador i premeu el programa per crear l’alcoholèmia portàtil.

Pas 1: química

Quan l'usuari expira en un analitzador de la respiració, qualsevol etanol present a la respiració s'oxida a àcid a l'ànode:

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

Al càtode, l'oxigen atmosfèric es redueix:

O2 (g) + 4H + (aq) + 4e- → 2H2O (l)

La reacció general és l’oxidació de l’etanol a àcid acètic i aigua.

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

El corrent elèctric produït per aquesta reacció es mesura mitjançant un microprocessador i es mostra com una aproximació del contingut global d’alcohol en sang (BAC).

Pas 2: sensor d'alcohol MQ-3

Aquest alcoholímetre no s’ha d’utilitzar com a dispositiu capaç de corroborar el processament. El MQ-3 no és prou precís per registrar el BAC exacte, però és prou capaç d’analitzar la concentració d’alcohol en respiració per a aplicacions no judicials. El MQ-3 és un sensor semiconductor de baix cost que pot detectar la presència de gasos alcohòlics a concentracions de 0,05 mg / L a 10 mg / L. El material sensible utilitzat per a aquest sensor és SnO2, la conductivitat del qual és menor quan es troba a l’aire net.. La seva conductivitat augmenta a mesura que augmenta la concentració de gasos alcohòlics. Al seu torn, redueix la resistència pin-to-pin del sensor. En lloc de mesurar la resistència directament, mesurem el nivell de tensió en el punt entre el sensor i una resistència de càrrega. El sensor i la resistència de càrrega formen un divisor de tensió i, com més baixa sigui la resistència del sensor, major serà la lectura de tensió. Té una alta sensibilitat a l’alcohol i té una bona resistència a les molèsties a causa del fum, el vapor i la gasolina. Aquest mòdul proporciona sortides digitals i analògiques.

El sensor té un període d’introducció de 24 a 48 hores. Això vol dir que el sensor s’ha d’engegar entre 24 i 48 hores abans que les lectures siguin estables.

Aquest sensor d’alcohol és adequat per detectar la concentració d’alcohol a la respiració, igual que l’alcoholèmia habitual. Té una alta sensibilitat i un temps de resposta ràpid. El sensor proporciona un valor de sortida resistiva analògic en forma de tensions, basat en la concentració d’alcohol. La taula 1 proporciona una visió dels rangs de tensió del sensor MQ-3.

Pas 3: Resum del projecte

En aquest manual es descriurà com implementar un alcoholímetre portàtil de baix cost mitjançant un Dialog GreenPAK ™ SLG46140V. El GreenPAK s’utilitzarà amb el sensor d’alcohol MQ-3 per mesurar la concentració d’alcohol a l’aire. La concentració del sensor d’alcohol ens permetrà deduir el nivell d’alcohol present a la respiració d’una persona.

Els humans poden exhalar etanol juntament amb diòxid de carboni. Com més alt sigui el contingut d’etanol al torrent sanguini, més s’introdueix a l’aire en exhalar. Aquesta instrucció utilitzarà l’ADC de 8 bits de GreenPAK per adquirir el valor analògic del sensor d’alcohol MQ-3. S’utilitzaran comparadors analògics per detectar el valor analògic obtingut respecte d’un llindar específic. Es construeixen cinc llindars diferents per mostrar el nivell d’intoxicació present en la respiració d’una persona. Sempre que el valor és superior a un llindar concret, es pot il·luminar un LED per indicar el nivell d’intoxicació.

Pas 4: Diagrama de circuits

El diagrama del circuit del projecte es mostra a la figura 1.

Pas 5: disseny de GreenPAK

El disseny GreenPAK del projecte es mostra a la figura 2.

Aquest disseny de GreenPAK inclou cinc llindars de voltatge de comparador analògic diferents per indicar diferents quantitats d’intoxicació presents per la respiració d’una persona. El SLG46140 té dos comparadors analògics i l’entrada analògica del PIN6 es dóna tant a ACMP0 com a ACMP1 a través de la PGA, que té un guany d’1x. Els llindars per a ACMP0 i ACMP1 s’estableixen en 100 mV i 500 mV. Les propietats d’ACMP0 i ACMP1 es poden veure a la Figura 3. Els tres nivells restants es poden construir mitjançant blocs comparatius digitals. Per utilitzar aquests DCMP, primer hem de convertir el valor analògic en el seu byte equivalent, que després s’alimenta als DCMP. Això es pot aconseguir mitjançant l’ADC de 8 bits de SLG46140. El senyal analògic passa primer per un amplificador de guany programable (PGA) que després s’alimenta a l’ADC. Els DCMP obtenen llavors el seu byte equivalent de senyal analògic de l'ADC. Les configuracions per a PGA i ADC es donen a la figura 4.

El llindar per a ACMP0 i ACMP1 s'estableix en 100 mV i 500 mV respectivament. Sempre que el nivell de tensió és superior al llindar donat, una sortida del comparador analògic gira ALTA, cosa que resulta en activar el PIN-10 o el PIN-11. La configuració del llindar per a DCMP és una mica complicada i implica configurar el valor dels registres a les propietats de DCMP. El llindar analògic equivalent per als DCMP es pot calcular fàcilment mitjançant l’equació 1.

Quan el valor analògic superi el llindar establert als comparadors analògics i comparadors digitals, s'activaran els blocs corresponents a un PIN respectiu, mostrant així el rang d'alcohol present a l'alè. Les propietats dels DCMP es donen a la figura 5. Per minimitzar el consum de corrent, els ADC, els DCMP i els ACMP es poden alimentar mitjançant el mode Wake / Sleep. Per obtenir més informació sobre el cicle Wake / Sleep, consulteu la nota de l’aplicació AN-1076 Wake / Sleep Timing Generator al lloc web de Dialog.

Pas 6: Configuració del maquinari

Conclusió

En aquest instructiu, hem demostrat com implementar un alcoholímetre de baix cost amb un Dialog GreenPAK SLG46140V. Hem utilitzat cinc llindars diferents per mostrar el nivell d’alcohol present quan un subjecte expira. El GreenPAK IC actua com a controlador per adquirir la concentració d’alcohol del sensor MQ-3 i, a continuació, lliura la indicació de nivell BAC adequada per a l’usuari. La implementació completa es fa només amb un sensor d'alcohol GreenPAK i MQ-3, juntament amb un grapat de LEDs.