Cách tạo máy thở di động: 6 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Máy đo hơi thở là một thiết bị để ước tính nồng độ cồn trong máu (BAC) từ mẫu hơi thở. Nói một cách dễ hiểu, nó là một thiết bị để kiểm tra xem một người có say hay không. Việc đọc nồng độ cồn trong hơi thở được sử dụng trong các vụ truy tố tội phạm; Người điều khiển phương tiện có chỉ số BAC vượt quá giới hạn lái xe có thể bị buộc tội hình sự.

Mức độ cồn trong máu xác định một người vượt quá giới hạn khi lái xe khác nhau tùy theo quốc gia. Các giới hạn pháp lý của BAC nằm trong khoảng từ 0,01 đến 0,10. Hầu hết các quốc gia có giới hạn khoảng 0,05. Ví dụ: Hy Lạp, Greenland và Iceland đều có giới hạn 0,05. Ở Hoa Kỳ, nó là 0,08. Nếu kết quả đo độ thở lớn hơn giới hạn pháp lý, người lái xe có thể nhận được DUI.

Dưới đây, chúng tôi đã mô tả các bước cần thiết để hiểu cách giải pháp đã được lập trình để tạo ra một máy thở di động. Tuy nhiên, nếu bạn chỉ muốn lấy kết quả của việc lập trình, hãy tải phần mềm GreenPAK để xem File thiết kế GreenPAK đã hoàn thành. Cắm Bộ công cụ phát triển GreenPAK vào máy tính của bạn và nhấn chương trình để tạo thiết bị lọc khí di động.

Bước 1: Hóa học

Khi người dùng thở ra vào máy phân tích hơi thở, bất kỳ etanol nào có trong hơi thở của họ sẽ bị oxy hóa thành axit ở cực dương:

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

Ở catot, oxi trong khí quyển bị khử:

O2 (g) + 4H + (aq) + 4e- → 2H2O (l)

Phản ứng tổng thể là quá trình oxy hóa etanol thành axit axetic và nước.

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

Dòng điện được tạo ra bởi phản ứng này được đo bằng bộ vi xử lý và được hiển thị dưới dạng giá trị xấp xỉ của nồng độ cồn tổng thể trong máu (BAC).

Bước 2: Cảm biến độ cồn MQ-3

Máy lọc hơi thở này không được sử dụng như một thiết bị có khả năng chứng thực việc truy tố. MQ-3 không đủ chính xác để đăng ký BAC chính xác nhưng đủ khả năng để phân tích nồng độ cồn trong hơi thở cho các ứng dụng phi tư pháp. MQ-3 là cảm biến bán dẫn giá rẻ có thể phát hiện sự hiện diện của khí cồn ở nồng độ từ 0,05 mg / L đến 10 mg / L. Chất liệu nhạy được sử dụng cho cảm biến này là SnO2, có độ dẫn điện thấp hơn khi ở trong không khí sạch. Độ dẫn điện của nó tăng lên khi nồng độ của các chất khí cồn tăng lên. Điều này đến lượt nó làm giảm điện trở pin-to-pin của cảm biến. Thay vì đo điện trở trực tiếp, chúng tôi đo mức điện áp tại điểm giữa cảm biến và điện trở tải. Cảm biến và điện trở tải tạo thành một bộ chia điện áp, và điện trở cảm biến càng thấp thì chỉ số điện áp sẽ càng cao. Nó có độ nhạy cao với cồn và có khả năng chống nhiễu tốt do khói, hơi và xăng. Mô-đun này cung cấp cả đầu ra kỹ thuật số và tương tự.

Cảm biến có thời gian ngắt 24 - 48 giờ. Điều này có nghĩa là cảm biến cần được bật trong 24 - 48 giờ trước khi các kết quả đọc trở nên ổn định.

Cảm biến nồng độ cồn này thích hợp để phát hiện nồng độ cồn trong hơi thở của bạn, giống như thiết bị đo hơi thở thông thường của bạn. Nó có độ nhạy cao và thời gian phản hồi nhanh. Cảm biến cung cấp giá trị đầu ra điện trở tương tự ở dạng điện áp, dựa trên nồng độ cồn. Bảng 1 cung cấp thông tin chi tiết về các dải điện áp của Cảm biến MQ-3.

Bước 3: Tóm tắt dự án

Tài liệu hướng dẫn này sẽ mô tả cách triển khai một máy thở cầm tay giá rẻ bằng Dialog GreenPAK ™ SLG46140V. GreenPAK sẽ được sử dụng với Cảm biến độ cồn MQ-3 để đo nồng độ cồn trong không khí. Nồng độ từ cảm biến nồng độ cồn sẽ cho phép chúng tôi suy ra mức độ cồn có trong hơi thở của một người.

Con người có thể thở ra ethanol cùng với carbon dioxide. Hàm lượng etanol trong máu càng cao, nó càng được đưa vào không khí nhiều hơn khi thở ra. Có thể hướng dẫn này sẽ sử dụng ADC 8 bit của GreenPAK để thu được giá trị tương tự từ Cảm biến độ cồn MQ-3. Bộ so sánh tương tự sẽ được sử dụng để phát hiện giá trị tương tự thu được đối với một ngưỡng cụ thể. Năm ngưỡng khác nhau được xây dựng để thể hiện mức độ say có trong hơi thở của một người. Bất cứ khi nào giá trị trở nên lớn hơn một ngưỡng cụ thể, một đèn LED có thể được chiếu sáng để cho biết mức độ say.

Bước 4: Sơ đồ mạch

Sơ đồ mạch cho dự án được thể hiện trong Hình 1.

Bước 5: Thiết kế GreenPAK

Thiết kế GreenPAK cho dự án được thể hiện trong Hình 2.

Thiết kế GreenPAK này bao gồm 5 ngưỡng điện áp so sánh tương tự khác nhau để chỉ ra lượng say khác nhau có trong hơi thở của một người. SLG46140 có hai bộ so sánh tương tự và đầu vào tương tự từ PIN6 được cấp cho cả ACMP0 và ACMP1 thông qua PGA, có mức tăng 1x. Các ngưỡng cho ACMP0 và ACMP1 được đặt ở 100 mV và 500 mV. Các thuộc tính của ACMP0 và ACMP1 có thể được nhìn thấy trong Hình 3. Ba mức còn lại có thể được xây dựng bằng cách sử dụng các khối so sánh kỹ thuật số. Để sử dụng các DCMP này, trước tiên chúng ta cần chuyển đổi giá trị tương tự thành byte tương đương của nó, sau đó được cung cấp cho các DCMP. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng ADC 8 bit của SLG46140. Đầu tiên, tín hiệu tương tự đi qua Bộ khuếch đại độ lợi lập trình (PGA), sau đó được đưa đến ADC. Các DCMP sau đó lấy byte tương đương tín hiệu tương tự của chúng từ ADC. Các cấu hình cho PGA và ADC được cho trong Hình 4.

Ngưỡng cho ACMP0 và ACMP1 được đặt lần lượt là 100 mV và 500 mV. Bất cứ khi nào mức điện áp trở nên lớn hơn ngưỡng đã cho, đầu ra của bộ so sánh tương tự sẽ chuyển thành CAO, dẫn đến việc bật PIN-10 hoặc PIN-11. Cài đặt ngưỡng cho DCMP hơi phức tạp và liên quan đến việc đặt giá trị thanh ghi trong Thuộc tính DCMP. Có thể dễ dàng tính được ngưỡng tương tự đối với DCMP bằng Công thức 1.

Khi giá trị tương tự vượt qua ngưỡng được đặt trong bộ so sánh tương tự và bộ so sánh kỹ thuật số, các khối tương ứng với mã PIN tương ứng sẽ được bật, do đó hiển thị phạm vi rượu có trong hơi thở. Các thuộc tính của DCMP được đưa ra trong Hình 5. Để giảm thiểu mức tiêu thụ hiện tại, ADC, DCMP’s và ACMP’s có thể được điều chỉnh nguồn bằng cách sử dụng chế độ Wake / Sleep. Để biết thêm thông tin về Chu kỳ Đánh thức / Ngủ, vui lòng xem ghi chú của ứng dụng AN-1076 Wake / Sleep Timing Generator trên trang web của Dialog.

Bước 6: Thiết lập phần cứng

Phần kết luận

Trong phần Có thể hướng dẫn này, chúng tôi đã trình bày cách triển khai một máy thở chi phí thấp với Hộp thoại GreenPAK SLG46140V. Chúng tôi đã sử dụng năm ngưỡng khác nhau để hiển thị mức độ cồn khi đối tượng thở ra. IC GreenPAK hoạt động như bộ điều khiển để thu được nồng độ cồn từ cảm biến MQ-3 và sau đó đưa ra chỉ báo mức BAC thích hợp cho người dùng. Việc triển khai hoàn chỉnh chỉ được thực hiện bằng cách sử dụng Cảm biến độ cồn GreenPAK và MQ-3, cùng với một số đèn LED.