潘紫璟冯辉杨银娣（江苏财经职业技术学院）
摘要：本文介绍了一种酒精浓度检测仪的设计方法，主要利用MQ-3酒精传感器检测酒精浓度，通过分压式电路将电阻转换为成比例的电压，再再利用线性显示驱动器LM3914驱动不同颜色的发光二极管和蜂鸣器提示检测得到的酒精浓度大小，并详细介绍了其调试方法。
关键词：酒精浓度MQ-3LM3914
0引言
从工厂企业到居民家庭，酒精泄露的检测、监控以及对酒后驾车的监测对居民的人身和财产安全都是十分重要且必不可少的。同时，随着我国经济的高速发展，人民的生活水平迅速提高，越来越多的人有了自己的私家车，而酒后驾车造成的交通事故也频频发生。如今，由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求的提高，再加上气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向的发展，因此，酒精浓度检测仪具有十分广阔的现实市场和潜在的市场要求。
本文设计的基于线性显示驱动器LM3914的酒精浓度检测仪，以LM3914和MQ-3酒精传感器为核心，具有声光报警功能。根据不同的环境设定不同的阈值，超过阈值即进行声光报警，提示危害。该仪器硬件电路设计简单、功能完善、工作性能好，此外，还具有低功耗、低成本的特点。
1设计方案
根据自动检测系统的组成结构，该酒精浓度检测仪应该包含酒精气体传感器、信号处理电路和执行指示机构等部分。对于酒精气体传感器，只要是一般性的还原性气体传感器都能够使用，本设计采用市面上常用的MQ-3型还原性气体传感器作为酒精气体传感器，再通过分压式电路将电阻的变化量转换电压的变换量，然后通过LED发光管的颜色与数量的不同来指示被测酒精气体浓度的不同，当超出设定的某阈值后用蜂鸣器发出声响提示。
2硬件电路设计
电路的前端部分MQ3传感器和分压电路按照常规设计即可，执行驱动声光指示的电路需要驱动多个发光管以及一个蜂鸣器，即需要将分压电路得出的电压转换成LED线段显示同时在某点驱动蜂鸣器发声。因此本设计拟采用LED通用电平显示驱动芯片LM3914作为执行机构。
2.1MQ-3气敏电阻传感器本设计采用的是表面电阻控制型气敏传感器MQ-3，该气体传感器的敏感材料是活性很高的金属氧化物半导体，最常用的如SnO2。金属氧化物半导体在空气中被加热到一定温度时，氧原子被吸附在带负电荷的半导体表面，半导体表面的电子会被转移到吸附氧上，氧原子就变成了氧负离子，同时在半导体表面形成一个正的空间电荷层，导致表面势垒升高，从而阻碍电子流动，电阻较大。当N型半导体的表面在高温下遇到离解能力较小（易失去电子）的还原性气体时，气体分子中的电子将向气敏电阻表面转移，使气敏电阻中的自由电子浓度增加，电阻率降低，电阻减小。其应用于家庭、工厂、商业场所的气体泄漏监测装置，防火/安全探测系统。气体泄漏报警器，气体检漏仪。特点：高灵敏度、快速响应恢复、优异的稳定性、长寿命、驱动电路简单、电信号输出强。
2.2LED通用电平显示驱动芯片LM3914LM3914片内有10个电压比较器，10个1K欧姆精密电阻串联组成的分压器分别向各电压比较器提供比较基准；直线驱动10个发光二极管（LED）组成的10段“线”或“点”式条图显示器；对被测量的变化反映迅速真实；无阻尼现象；抗干扰能力强。
利用10个发光二极管作为输入端电平变化的显示，输入端电平信号可以是通过各类传感器和变换电路而探测的各种物理量，如电压、电流、温度、湿度、亮度、响度、音频、距离、磁场强度、重量等等。用它做成的电平显示器，既醒目、直观，又方便、实用，并且能反映瞬间变化的信号，用途十分广泛。例如，在电路设计制作中，它既可以通过探头和处理电路实现温度控制和显示，用于烘箱、冰箱、空调、热塑封机等设备上，也可以通过分压变换电路实现电压高低的直观显示，用于仪器、仪表、音响及办公设备上。
核心电路采用了塑封双列直插的18脚LED点条显示驱动集成电路LM3914，电路构成及管脚功能如图3所示。LM3914内部含有10个相同的电压比较器，它们的输出端可以分别直接驱动外接的10只发光二极管(VDl—VDl0)作条状显示，也可以实现点状显示。它们的反相输入端并联在一起，并通过一个缓冲器接到输入端5脚。而10个同相输入端分别接到由10个精密电阻串联而成的多级分压器上。而这个分压器的两端在内部没有与其它电路或公共端相连，而是直接由6、4脚引出，通常将之称为悬浮式，这样使得应用电路的设计更加灵活和方便。
下面以一个分辨率为0.125V的10级线性电压表为例说明其工作原理。这个电压表的最大量程为1.25V，将9、11脚相连，设定为点状显示，这样比较省电。分压器就用内部基准电压源，6、7脚相连，4、8脚相连并接地，则分压器每个1k电阻上的压降为0.125V，因此最下面的一个比较器1同相输入端的电位为0.125V，比较器2同相输入端电位为0.25V，依此类推，最上面的一个比较器10基准电压设定为1.25V。当5脚输入电压小于0.125V时，10个LED都不发光，当输入电压大于0.125V但小于0.25V时，比较器1反相输入端电位高于同相输入端，则比较器1输出低电位，使VD1发光；当输入电压大于0.25V但小于0.375V时，则VD2发光；依此类推，当输入1.25V电压时，VDl0发光。以上是用10个LED作0-1.25V十级显示，每级0.125V；若将6脚外接10V标准电压源，4脚接地。可以作0-10V十级显示的电压表，若将6脚接10V，4脚接5V电压，则可以作一个5-10V显示的电压表，每级0.5V。但使用时应该注意6脚电压至少比3脚电源电压VCC低2V。
2.3电路及工作原理分析本设计采用5V电源供电，前端是MQ-3型酒精气体浓度传感器，利用电阻分压电路将酒精浓度由电阻量转化为电压量，在通过驱动芯片LM3914按照电压大小驱动输出相应的发光管，当到达一定阈值时蜂鸣器被触发，发出报警声。调试时通过电位器RP调节测量的灵敏度。具体的电路原理如图4所示。
3功能调试
3.1检查电源回路在通电之前，用数字万用表的二极管通断档测量电源正负接入点之间的电阻，应该成高阻态。如果出现短路现象，应立即排查，防止通电烧元件的事故。同时，目测IC的正负电源是否接反。当一切正常后方可通电调试。
3.2电压直接调节本设计主要是通过电阻分压电路测量酒精气体浓度变化的，而LM3914也是根据输入电压的大小决定点亮LED的数量的，因此可以先调试传感器之后的电路时是否正常。使用稳压电源的一组5V使系统通电后，将可调稳压电源的另一组输出调至0.2V左右，其电源正通过一个1K的电阻接入图中的A点，其电源负与系统电源负短接。再调节电源从0.2V-5V，观察输出LED和蜂鸣器的变化。正确的变化应该是，LED1-LED9挨个被点亮，在LED5和LED6被点亮之间蜂鸣器将发出声音，并一直持续。
如果没有一个LED被点亮，可能是LM3914的周边电路没有配合好，或者是电路某点有开路；如果是最终有几个红色LED未被点亮，可能是电位器RP的阻值偏小，调大一些再试；蜂鸣器未发出声响，可能原因是后面的发生电路开路，或者三极管烧坏。
3.3酒精液体校准按照传感器的使用要求，先通电将传感器预热。然后使用乙醇液体作为酒精气体的散发源，先使用50%的乙醇水溶液，再根据具体情况调节乙醇含量，最终得到200ppm的酒精调试系统。
3.4电位器调节灵敏度调试完成，根据具体的需要调节电位器RP，控制系统测试的灵敏度，要注意传感器的电阻参数。
4结束语
本设计利用MQ-3酒精传感器作为检测部分，通过分压式电路得到与电阻成比例的电压，再通过一个线性显示驱动器LM3914驱动不同颜色的发光二极管和蜂鸣器提示检测得到的酒精浓度大小。电路设计简单实用，成本低廉，调试方便，非常适合作为中小企业的加工产品。
参考文献：
[1]梁森，王侃夫等.自动检测与转换技术[M].北京：机械工业出版社2005.
[2]郑州炜盛电子科技有限公司.MQ-3气体传感器的技术参数.
[3]http://www.21IC.com.LM3914使用手册.
[4]www.dzsc.com.酒精浓度检测方法.