كيفية صنع جهاز فحص التنفس المتنقل: 6 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

جهاز قياس الكحول هو جهاز لتقدير محتوى الكحول في الدم (BAC) من عينة التنفس. بعبارات بسيطة ، إنه جهاز لاختبار ما إذا كان الشخص في حالة سكر. تُستخدم قراءة محتوى الكحول في التنفس في الملاحقات الجنائية ؛ يمكن توجيه تهمة جنائية لمشغل السيارة التي تشير قراءتها إلى أن BAC يتجاوز حد القيادة.

يختلف مستوى الكحول في الدم الذي يُعرِّف الشخص بأنه تجاوز الحد الأقصى عند القيادة باختلاف البلد. تتراوح الحدود القانونية لـ BAC من 0.01 إلى 0.10. معظم البلدان لديها حد يبلغ حوالي 0.05. على سبيل المثال ، اليونان وجرينلاند وأيسلندا جميعها لها حدود 0.05. في الولايات المتحدة ، تبلغ 0.08. إذا كانت قراءة جهاز قياس الكحول أكبر من الحد القانوني ، فقد يتلقى السائق وثيقة الهوية الوحيدة.

فيما يلي وصفنا الخطوات اللازمة لفهم كيفية برمجة الحل لإنشاء جهاز تحليل تنفس محمول. ومع ذلك ، إذا كنت ترغب فقط في الحصول على نتيجة البرمجة ، فقم بتنزيل برنامج GreenPAK لعرض ملف تصميم GreenPAK المكتمل بالفعل. قم بتوصيل GreenPAK Development Kit بجهاز الكمبيوتر الخاص بك واضغط على البرنامج لإنشاء جهاز قياس الكحول المحمول.

الخطوة 1: الكيمياء

عندما يزفر المستخدم في جهاز تحليل التنفس ، يتأكسد أي إيثانول موجود في أنفاسه ويتحول إلى حمض في الأنود:

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

عند الكاثود ، يتم تقليل الأكسجين الجوي:

O2 (g) + 4H + (aq) + 4e- → 2H2O (l)

التفاعل العام هو أكسدة الإيثانول إلى حمض الأسيتيك والماء.

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

يتم قياس التيار الكهربائي الناتج عن هذا التفاعل بواسطة معالج دقيق ، ويتم عرضه كتقريب لمحتوى الكحول الكلي في الدم (BAC).

الخطوة الثانية: مستشعر الكحول MQ-3

لا يُقصد باستخدام جهاز قياس الكحول هذا كجهاز قادر على تأكيد الملاحقة القضائية. إن MQ-3 ليس دقيقًا بما يكفي لتسجيل BAC الدقيق ولكنه قادر بما يكفي لتحليل تركيز الكحول في التنفس للتطبيقات غير القضائية. MQ-3 عبارة عن مستشعر أشباه موصلات منخفض التكلفة يمكنه اكتشاف وجود الغازات الكحولية بتركيزات من 0.05 مجم / لتر إلى 10 مجم / لتر. المادة الحساسة المستخدمة لهذا المستشعر هي SnO2 ، والتي تكون الموصلية أقل عندما تكون في الهواء النظيف. تزيد الموصلية مع زيادة تركيز الغازات الكحولية. وهذا بدوره يقلل من مقاومة المستشعر من طرف إلى طرف. بدلاً من قياس المقاومة مباشرة ، نقيس مستوى الجهد عند النقطة بين المستشعر ومقاوم الحمل. يشكل المستشعر ومقاوم الحمل مقسمًا للجهد ، وكلما انخفضت مقاومة المستشعر ، زادت قراءة الجهد. لديه حساسية عالية للكحول ومقاومة جيدة للاضطرابات الناجمة عن الدخان والبخار والبنزين. توفر هذه الوحدة المخرجات الرقمية والتناظرية.

جهاز الاستشعار له فترة استراحة من 24 إلى 48 ساعة. هذا يعني أن المستشعر يحتاج إلى التشغيل لمدة 24-48 ساعة قبل أن تصبح القراءات مستقرة.

يعتبر مستشعر الكحول هذا مناسبًا لاكتشاف تركيز الكحول في أنفاسك ، تمامًا مثل جهاز تحليل التنفس. لديها حساسية عالية ووقت استجابة سريع. يوفر المستشعر قيمة خرج مقاومة تناظرية في شكل جهد ، بناءً على تركيز الكحول. يعطي الجدول 1 نظرة ثاقبة لنطاقات الجهد لمستشعر MQ-3.

الخطوة 3: ملخص المشروع

سيصف هذا Instructable كيفية تنفيذ جهاز تحليل نفث متنقل منخفض التكلفة باستخدام Dialog GreenPAK ™ SLG46140V. سيتم استخدام جهاز GreenPAK مع مستشعر الكحول MQ-3 لقياس تركيز الكحول في الهواء. سيسمح لنا التركيز من مستشعر الكحول باستنتاج مستوى الكحول الموجود في أنفاس الشخص.

يمكن للبشر أن ينفثوا الإيثانول مع ثاني أكسيد الكربون. كلما زاد محتوى الإيثانول في مجرى الدم ، زاد إدخاله في الهواء عند الزفير. سيستخدم هذا Instructable ADC 8 بت GreenPAK للحصول على القيمة التناظرية من مستشعر الكحول MQ-3. سيتم استخدام المقارنات التناظرية لاكتشاف القيمة التناظرية التي تم الحصول عليها فيما يتعلق بعتبة معينة. يتم إنشاء خمسة عتبات مختلفة لإظهار مستوى التسمم الموجود في أنفاس الشخص. عندما تصبح القيمة أكبر من عتبة معينة ، يمكن إضاءة مؤشر LED للإشارة إلى مستوى السكر.

الخطوة 4: مخطط الدائرة

يظهر مخطط الدائرة للمشروع في الشكل 1.

الخطوة 5: تصميم GreenPAK

يظهر تصميم GreenPAK للمشروع في الشكل 2.

يشتمل تصميم GreenPAK هذا على 5 عتبات مختلفة لجهد المقارنة التناظري للإشارة إلى كميات مختلفة من التسمم الموجود من أنفاس الشخص. يحتوي SLG46140 على مقارنين تناظريين ، ويتم إعطاء المدخلات التناظرية من PIN6 لكل من ACMP0 و ACMP1 من خلال PGA ، والتي لها ربح قدره 1x. تم تعيين عتبات ACMP0 و ACMP1 على 100 مللي فولت و 500 مللي فولت. يمكن رؤية خصائص ACMP0 و ACMP1 في الشكل 3. يمكن إنشاء المستويات الثلاثة المتبقية باستخدام كتل المقارنة الرقمية. من أجل استخدام DCMPs ، نحتاج أولاً إلى تحويل القيمة التناظرية إلى بايت مكافئ ، والذي يتم تغذيته بعد ذلك إلى DCMPs. يمكن تحقيق ذلك باستخدام SLG46140's 8 بت ADC. تمر الإشارة التناظرية أولاً من خلال مضخم الكسب القابل للبرمجة (PGA) والذي يتم تغذيته بعد ذلك إلى ADC. ثم تحصل DCMPs على البايت المكافئ للإشارة التناظرية من ADC. يتم إعطاء تكوينات PGA و ADC في الشكل 4.

تم تعيين عتبة ACMP0 و ACMP1 على 100 مللي فولت و 500 مللي فولت على التوالي. عندما يصبح مستوى الجهد أكبر من الحد المعطى ، يتحول خرج المقارنة التناظرية إلى HIGH ، مما يؤدي إلى تشغيل PIN-10 أو PIN-11. تعد إعدادات العتبة الخاصة بـ DCMP معقدة بعض الشيء وتتضمن تعيين قيمة السجلات في خصائص DCMP. يمكن حساب العتبة التناظرية المكافئة لـ DCMPs بسهولة باستخدام المعادلة 1.

عندما تتجاوز القيمة التناظرية العتبة المحددة في المقارنة التناظرية والمقارنات الرقمية ، سيتم تمكين الكتل المقابلة لـ PIN الخاص بها ، وبالتالي إظهار نطاق الكحول الموجود في التنفس. يتم إعطاء خصائص DCMPs في الشكل 5. لتقليل الاستهلاك الحالي ، يمكن تدوير طاقة ADC و DCMP و ACMP باستخدام وضع الاستيقاظ / السكون. لمزيد من المعلومات حول Wake / Sleep Cycle ، يرجى الاطلاع على مذكرة تطبيق AN-1076 Wake / Sleep Timing Generator على موقع Dialog على الويب.

الخطوة 6: إعداد الأجهزة

استنتاج

في Instructable ، أوضحنا كيفية تنفيذ جهاز تحليل نفث منخفض التكلفة باستخدام Dialog GreenPAK SLG46140V. استخدمنا خمسة عتبات مختلفة لإظهار مستوى الكحول الموجود عند الزفير. يعمل GreenPAK IC كوحدة تحكم للحصول على تركيز الكحول من مستشعر MQ-3 ثم تقديم مؤشر مستوى BAC المناسب للمستخدم. يتم التنفيذ الكامل باستخدام مستشعر الكحول GreenPAK و MQ-3 ، جنبًا إلى جنب مع عدد قليل من مصابيح LED.