Einen tragbaren Alkoholtester herstellen – wikiHow

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2025-01-23 12:52

Ein Alkoholtester ist ein Gerät zur Schätzung des Blutalkoholgehalts (BAK) aus einer Atemprobe. Einfach ausgedrückt ist es ein Gerät, um zu testen, ob eine Person betrunken ist. Die Messung des Atemalkoholgehalts wird in der Strafverfolgung verwendet; Der Fahrer eines Fahrzeugs, dessen Anzeige einen BAC über der Fahrgrenze anzeigt, kann einer Straftat angeklagt werden.

Der Alkoholspiegel im Blut, der definiert, dass eine Person beim Autofahren über dem Grenzwert liegt, variiert von Land zu Land. Die gesetzlichen BAC-Grenzwerte reichen von 0,01 bis 0,10. Die meisten Länder haben eine Grenze von etwa 0,05. Griechenland, Grönland und Island haben beispielsweise alle Grenzwerte von 0,05. In den Vereinigten Staaten sind es 0,08. Wenn der Messwert des Alkoholtesters größer als der gesetzliche Grenzwert ist, kann der Fahrer eine DUI erhalten.

Im Folgenden haben wir die Schritte beschrieben, die erforderlich sind, um zu verstehen, wie die Lösung programmiert wurde, um einen tragbaren Alkoholtester zu erstellen. Wenn Sie jedoch nur das Ergebnis der Programmierung erhalten möchten, laden Sie die GreenPAK-Software herunter, um die bereits fertige GreenPAK-Designdatei anzuzeigen. Schließen Sie das GreenPAK Development Kit an Ihren Computer an und klicken Sie auf Programm, um den tragbaren Alkoholtester zu erstellen.

Schritt 1: Chemie

Wenn der Benutzer in ein Atemanalysegerät ausatmet, wird das in seinem Atem vorhandene Ethanol an der Anode zu Säure oxidiert:

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

An der Kathode wird Luftsauerstoff reduziert:

O2 (g) + 4H + (aq) + 4e- → 2H2O (l)

Die Gesamtreaktion ist die Oxidation von Ethanol zu Essigsäure und Wasser.

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

Der bei dieser Reaktion erzeugte elektrische Strom wird von einem Mikroprozessor gemessen und als Näherungswert für den Gesamtblutalkoholgehalt (BAK) angezeigt.

Schritt 2: MQ-3 Alkoholsensor

Dieser Alkoholtester ist nicht als Gerät gedacht, das die Strafverfolgung bestätigen kann. Der MQ-3 ist nicht genau genug, um einen genauen BAC zu registrieren, aber er ist in der Lage, die Alkoholkonzentration in der Atemluft für außergerichtliche Anwendungen zu analysieren. Der MQ-3 ist ein kostengünstiger Halbleitersensor, der das Vorhandensein von alkoholischen Gasen in Konzentrationen von 0,05 mg /L bis 10 mg /L erkennen kann. Das für diesen Sensor verwendete empfindliche Material ist SnO2, dessen Leitfähigkeit in sauberer Luft geringer ist. Seine Leitfähigkeit nimmt mit zunehmender Konzentration alkoholischer Gase zu. Dies wiederum verringert den Pin-zu-Pin-Widerstand des Sensors. Anstatt den Widerstand direkt zu messen, messen wir den Spannungspegel an der Stelle zwischen dem Sensor und einem Lastwiderstand. Der Sensor und der Lastwiderstand bilden einen Spannungsteiler, und je niedriger der Sensorwiderstand, desto höher der Spannungsmesswert. Es hat eine hohe Alkoholempfindlichkeit und eine gute Beständigkeit gegen Störungen durch Rauch, Dampf und Benzin. Dieses Modul bietet sowohl digitale als auch analoge Ausgänge.

Der Sensor hat eine Einlaufzeit von 24 - 48 Stunden. Das bedeutet, dass der Sensor 24 - 48 Stunden eingeschaltet sein muss, bevor die Messwerte stabil werden.

Dieser Alkoholsensor eignet sich wie Ihr gewöhnlicher Alkoholtester zum Erfassen der Alkoholkonzentration in Ihrem Atem. Es hat eine hohe Empfindlichkeit und eine schnelle Reaktionszeit. Der Sensor liefert einen analogen Widerstandsausgangswert in Form von Spannungen, basierend auf der Alkoholkonzentration. Tabelle 1 gibt einen Einblick in die Spannungsbereiche des MQ-3 Sensors.

Schritt 3: Projektzusammenfassung

Dieses Instructable beschreibt, wie ein kostengünstiger tragbarer Alkoholtester mit einem Dialog GreenPAK™ SLG46140V implementiert wird. Das GreenPAK wird zusammen mit dem MQ-3 Alkoholsensor verwendet, um die Alkoholkonzentration in der Luft zu messen. Die Konzentration des Alkoholsensors ermöglicht es uns, den Alkoholgehalt im Atem einer Person abzuleiten.

Menschen können zusammen mit Kohlendioxid Ethanol ausatmen. Je höher der Ethanolgehalt im Blutkreislauf ist, desto mehr wird es beim Ausatmen in die Luft abgegeben. Dieses Instructable verwendet den 8-Bit-ADC des GreenPAK, um den Analogwert vom MQ-3 Alkoholsensor zu erfassen. Analogkomparatoren werden verwendet, um den erhaltenen Analogwert in Bezug auf einen bestimmten Schwellenwert zu erfassen. Fünf verschiedene Schwellenwerte werden konstruiert, um den Grad der Vergiftung im Atem einer Person anzuzeigen. Immer wenn der Wert einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, kann eine LED aufleuchten, um den Grad der Vergiftung anzuzeigen.

Schritt 4: Schaltplan

Der Schaltplan für das Projekt ist in Abbildung 1 dargestellt.

Schritt 5: GreenPAK-Design

Das GreenPAK-Design für das Projekt ist in Abbildung 2 dargestellt.

Dieses GreenPAK-Design enthält 5 verschiedene analoge Komparatorspannungsschwellen, um unterschiedliche Mengen an Vergiftung anzuzeigen, die durch den Atem einer Person vorhanden sind. Der SLG46140 verfügt über zwei analoge Komparatoren, und der analoge Eingang von PIN6 wird über den PGA mit einer Verstärkung von 1x sowohl an ACMP0 als auch an ACMP1 gegeben. Die Schwellenwerte für ACMP0 und ACMP1 sind auf 100 mV und 500 mV eingestellt. Die Eigenschaften von ACMP0 und ACMP1 sind in Abbildung 3 zu sehen. Die restlichen drei Ebenen können mit digitalen Komparatorblöcken konstruiert werden. Um diese DCMPs verwenden zu können, müssen wir zunächst den Analogwert in sein entsprechendes Byte umwandeln, das dann den DCMPs zugeführt wird. Dies kann mit dem 8-Bit-ADC des SLG46140 erreicht werden. Das analoge Signal durchläuft zunächst einen programmierbaren Verstärkungsverstärker (PGA), der dann dem ADC zugeführt wird. DCMPs erhalten dann ihr analoges signaläquivalentes Byte vom ADC. Die Konfigurationen für den PGA und den ADC sind in Abbildung 4 dargestellt.

Der Schwellenwert für ACMP0 und ACMP1 ist auf 100 mV bzw. 500 mV eingestellt. Immer wenn der Spannungspegel den angegebenen Schwellenwert überschreitet, wird ein analoger Komparatorausgang auf HIGH, was dazu führt, dass entweder PIN-10 oder PIN-11 eingeschaltet werden. Die Schwellenwerteinstellungen für DCMP sind etwas kompliziert und beinhalten das Einstellen von Registerwerten in den DCMP-Eigenschaften. Der äquivalente analoge Schwellenwert für DCMPs kann leicht mit Gleichung 1 berechnet werden.

Wenn der Analogwert den in den Analogkomparatoren und Digitalkomparatoren eingestellten Schwellenwert überschreitet, werden Blöcke entsprechend einer jeweiligen PIN aktiviert, wodurch der Bereich des in der Atemluft vorhandenen Alkohols angezeigt wird. Die Eigenschaften der DCMPs sind in Abbildung 5 dargestellt. Um den Stromverbrauch zu minimieren, können ADC, DCMPs und ACMPs im Wake/Sleep-Modus aus- und wieder eingeschaltet werden. Weitere Informationen zum Wake/Sleep-Zyklus finden Sie im Anwendungshinweis AN-1076 Wake/Sleep Timing Generator auf der Dialog-Website.

Schritt 6: Hardware-Setup

Abschluss

In diesem Instructable haben wir gezeigt, wie man einen kostengünstigen Alkoholtester mit einem Dialog GreenPAK SLG46140V implementiert. Wir haben fünf verschiedene Schwellenwerte verwendet, um den Alkoholspiegel anzuzeigen, der beim Ausatmen vorhanden ist. Der GreenPAK IC fungiert als Controller zum Erfassen der Alkoholkonzentration vom MQ-3-Sensor und liefert dann die entsprechende BAC-Wertanzeige für den Benutzer. Die vollständige Implementierung erfolgt mit nur einem GreenPAK- und MQ-3-Alkoholsensor sowie einer Handvoll LEDs.