Come Realizzare un Etilometro Portatile: 6 Passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Un etilometro è un dispositivo per la stima del contenuto di alcol nel sangue (BAC) da un campione di respiro. In parole povere, è un dispositivo per verificare se una persona è intossicata. La lettura del contenuto alcolico dell'alito viene utilizzata nei procedimenti penali; l'operatore di un veicolo la cui lettura indica un BAC oltre il limite di guida può essere accusato di reato.

Il livello di alcol nel sangue che definisce una persona oltre il limite durante la guida varia in base al paese. I limiti legali BAC vanno da 0,01 a 0,10. La maggior parte dei paesi ha un limite di circa 0,05. Ad esempio, Grecia, Groenlandia e Islanda hanno tutti limiti di 0,05. Negli Stati Uniti è 0,08. Se la lettura dell'etilometro è maggiore del limite legale, il conducente potrebbe ricevere un DUI.

Di seguito abbiamo descritto i passaggi necessari per capire come è stata programmata la soluzione per creare un etilometro portatile. Tuttavia, se desideri solo ottenere il risultato della programmazione, scarica il software GreenPAK per visualizzare il file di progettazione GreenPAK già completato. Collega il kit di sviluppo GreenPAK al tuo computer e premi il programma per creare l'etilometro portatile.

Passaggio 1: chimica

Quando l'utente espira in un analizzatore del respiro, l'eventuale etanolo presente nel respiro viene ossidato ad acido all'anodo:

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

Al catodo, l'ossigeno atmosferico è ridotto:

O2 (g) + 4H + (acq) + 4e- → 2H2O (l)

La reazione complessiva è l'ossidazione dell'etanolo ad acido acetico e acqua.

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

La corrente elettrica prodotta da questa reazione viene misurata da un microprocessore e visualizzata come un'approssimazione del contenuto totale di alcol nel sangue (BAC).

Passaggio 2: sensore di alcol MQ-3

Questo etilometro non è pensato per essere utilizzato come dispositivo in grado di corroborare l'azione penale. L'MQ-3 non è sufficientemente accurato per registrare il BAC esatto, ma è sufficientemente in grado di analizzare la concentrazione di alcol nell'alito per applicazioni non giudiziarie. L'MQ-3 è un sensore a semiconduttore a basso costo in grado di rilevare la presenza di gas alcolici a concentrazioni da 0,05 mg/L a 10 mg/L. Il materiale sensibile utilizzato per questo sensore è SnO2, la cui conduttività è inferiore quando in aria pulita. La sua conduttività aumenta all'aumentare della concentrazione di gas alcolici. Questo a sua volta riduce la resistenza pin-to-pin del sensore. Invece di misurare direttamente la resistenza, misuriamo il livello di tensione nel punto tra il sensore e un resistore di carico. Il sensore e la resistenza di carico formano un partitore di tensione e minore è la resistenza del sensore, maggiore sarà la lettura della tensione. Ha un'elevata sensibilità all'alcol e ha una buona resistenza ai disturbi dovuti a fumo, vapore e benzina. Questo modulo fornisce uscite sia digitali che analogiche.

Il sensore ha un periodo di rodaggio di 24 - 48 ore. Ciò significa che il sensore deve essere acceso per 24-48 ore prima che le letture diventino stabili.

Questo sensore di alcol è adatto per rilevare la concentrazione di alcol nel tuo respiro, proprio come il tuo comune etilometro. Ha un'elevata sensibilità e tempi di risposta rapidi. Il sensore fornisce un valore di uscita resistivo analogico sotto forma di tensioni, basato sulla concentrazione di alcol. La tabella 1 fornisce una panoramica degli intervalli di tensione del sensore MQ-3.

Passaggio 3: riepilogo del progetto

Questo Instructable descriverà come implementare un etilometro portatile a basso costo utilizzando un Dialog GreenPAK™ SLG46140V. Il GreenPAK verrà utilizzato con il sensore di alcol MQ-3 per misurare la concentrazione di alcol nell'aria. La concentrazione dal sensore di alcol ci permetterà di dedurre il livello di alcol presente nel respiro di una persona.

Gli esseri umani possono espirare l'etanolo insieme all'anidride carbonica. Maggiore è il contenuto di etanolo nel flusso sanguigno, più viene introdotto nell'aria all'espirazione. Questo Instructable utilizzerà l'ADC a 8 bit di GreenPAK per acquisire il valore analogico dal sensore di alcol MQ-3. Comparatori analogici verranno utilizzati per rilevare il valore analogico ottenuto rispetto ad una specifica soglia. Vengono costruite cinque diverse soglie per mostrare il livello di intossicazione presente nel respiro di una persona. Ogni volta che il valore diventa maggiore di una determinata soglia, un LED può essere illuminato per indicare il livello di intossicazione.

Passaggio 4: diagramma del circuito

Lo schema elettrico del progetto è mostrato in Figura 1.

Passaggio 5: progettazione GreenPAK

Il design GreenPAK per il progetto è mostrato nella Figura 2.

Questo design GreenPAK include 5 diverse soglie di tensione del comparatore analogico per indicare diverse quantità di intossicazione presenti dal respiro di una persona. L'SLG46140 ha due comparatori analogici e l'ingresso analogico dal PIN6 viene fornito sia all'ACMP0 che all'ACMP1 tramite il PGA, che ha un guadagno di 1x. Le soglie per ACMP0 e ACMP1 sono impostate a 100 mV e 500 mV. Le proprietà di ACMP0 e ACMP1 possono essere viste nella Figura 3. I restanti tre livelli possono essere costruiti utilizzando blocchi comparatori digitali. Per utilizzare questi DCMP dobbiamo prima convertire il valore analogico nel suo byte equivalente, che viene poi inviato ai DCMP. Ciò può essere ottenuto utilizzando l'ADC a 8 bit di SLG46140. Il segnale analogico prima passa attraverso un amplificatore a guadagno programmabile (PGA) che poi viene inviato all'ADC. I DCMP ottengono quindi il loro byte equivalente al segnale analogico dall'ADC. Le configurazioni per PGA e ADC sono fornite nella Figura 4.

La soglia per ACMP0 e ACMP1 è impostata rispettivamente su 100 mV e 500 mV. Ogni volta che il livello di tensione diventa maggiore della soglia data, un'uscita del comparatore analogico diventa ALTA, determinando l'attivazione del PIN-10 o del PIN-11. Le impostazioni della soglia per DCMP sono un po' complicate e implicano l'impostazione del valore dei registri nelle proprietà DCMP. La soglia analogica equivalente per i DCMP può essere facilmente calcolata utilizzando l'equazione 1.

Quando il valore analogico supera la soglia impostata nei comparatori analogici e nei comparatori digitali, verranno abilitati i blocchi corrispondenti ad un rispettivo PIN, mostrando così il range di alcol presente nel respiro. Le proprietà dei DCMP sono riportate nella Figura 5. Per ridurre al minimo il consumo di corrente, è possibile spegnere e riaccendere ADC, DCMP e ACMP utilizzando la modalità Wake/Sleep. Per ulteriori informazioni sul ciclo di risveglio/riposo, consultare la nota applicativa AN-1076 del generatore di temporizzazione di risveglio/riposo sul sito Web di Dialog.

Passaggio 6: configurazione hardware

Conclusione

In questo Instructable, abbiamo dimostrato come implementare un etilometro a basso costo con un Dialog GreenPAK SLG46140V. Abbiamo utilizzato cinque diverse soglie per mostrare il livello di alcol presente quando un soggetto espira. Il GreenPAK IC funge da controller per acquisire la concentrazione di alcol dal sensore MQ-3 e quindi fornire all'utente l'indicazione del livello BAC appropriato. L'implementazione completa viene eseguita utilizzando solo un sensore di alcol GreenPAK e MQ-3, insieme a una manciata di LED.