Mạch kiểm tra nồng độ cồn bằng ổng thở sử dụng 8051

Mạch kiểm tra nồng độ cồn bằng ổng thở sử dụng 8051

 Tất cả chúng ta đều đã thấy Cảnh sát sử dụng ống thở để kiểm tra nồng nồng độ cồn với tài xế. Uống rượu bia rồi lái xe là một tội ác ở tất cả các quốc gia. Nhưng bạn có biết rằng chiếc máy này rất dễ làm? Bài viết dưới đây sẽ hướng dẫn bạn tự làm một chiếc máy kiểm tra nồng độ cồn bằng ống thở sử dụng vi điều khiển 8051 (AT89S51).

 Chúng ta sẽ kiểm tra nồng độ cồn trong máu (BAC) từ hơi thở. BAC được hiển thị theo tỷ lệ phần trăm trên 3 LED 7 đoạn. Bộ vi điều khiển được sử dụng ở đây là AT89S51 thuộc họ 8051 và cảm biến cồn là cảm biến khí MQ135 của Futurelec.

Mạch cảm biến khí MQ135

 MQ135 là một cảm biến khí ổn định và nhạy, có thể phát hiện amoniac, carbon dioxide, cồn, khói, nitơ dioxide, vv. Cảm biến này bao gồm một lớp thiếc trong ống nhôm oxít rất nhỏ, đo điện cực và một bộ phận làm nóng bên trong ống nhôm. Mặt trước của cảm biến được che bằng lưới thép không gỉ và mặt sau là các chân để kết nối.

 Rượu etylic có trong hơi thở bị oxy hóa thành axit axetic trong khi đi qua phần tử gia nhiệt. Rượu etylic này rơi vào lớp cảm biến điôxít thiếc và kết quả là trở kháng của nó giảm. Dưới đây là sơ đồ kết nối của cảm biến khí MQ135.

 MQ135 có các giá trị điện trở khác nhau ở nhiệt độ khác nhau và nồng độ khí khác nhau. Nhà sản xuất khuyến nghị hiệu chuẩn cảm biến ở mức 100ppm đối với amoniac hoặc 50ppm đối với cồn. Giá trị đề nghị của điện trở tải là từ 10K đến 47K.

Sơ đồ mạch điện

Danh sách các linh kiện

Tên	Số lượng
Cảm biến cồn (MQ135)	1
IC (ADC 0804)	1
Vi điều khiển (AT89S51)	1
LED 7 đoạn	3
Transitor (2N2222)	3
Nút nhấn	1
Tụ điện (150pF)	1
Tụ điện (22uF / 10V)	1
Tụ điện (10uF / 10V)	3
Điện trở 100 ohm	11
Điện trở 10k ohm	3
Điện trở 22k ohm	1
Điện trở 8.2k ohm	1
Điện trở 330 ohm	1

Nguyên lý làm việc của mạch kiểm tra nồng độ cồn

 Đầu ra điện áp của bộ phát hiện rượu được chuyển đổi sang định dạng kỹ thuật số bằng cách sử dụng ADC0804 (IC1). Chân Vref/2 của ADC được giữ ở mức 1.28V sử dụng mạng phân chia điện áp được làm từ R14 và R15. Vref/2 = 1.28V có nghĩa là điẹn áp tham chiếu của ADC sẽ là 10mV và đầu ra của ADC sẽ tăng thêm một bit cho mỗi mức tăng 10mV ở đầu vào. Tham khảo bảng dữ liệu (datasheet) của ADC0804 để hiểu rõ hơn. Các ngõ ra của ADC (D0 đến D7) được giao tiếp với Port1 của vi điều khiển. Các tín hiệu điều khiển CS, RD, WR, INTR được lấy từ các chân vi điều khiển P3.7, P3.6, P3.5, P3.4 tương ứng. R9 và C1 được liên kết với mạch xung đồng hồ của ADC0804.

 Tụ C3 được kết nối giữa Vin + và Vin- của bộ lọc nhiễu ADC0804 (nếu có) ở đầu ra của cảm biến. Nếu C3 không được sử dụng, đầu ra kỹ thuật số của ADC sẽ không ổn định. Tụ lọc này chắc chắn sẽ gây ra một số độ trễ trong phản hồi ADC nhưng nó không ảnh hưởng nhiều trong ứng dụng này. Bộ vi điều khiển thực hiện các thao tác cần thiết trên đầu ra kỹ thuật số ADC để chuyển đổi nó thành BAC% và hiển thị trên 3 LED 7 đoạn. Port0 của vi điều khiển được giao tiếp với 3 LED 7 đoạn để hiển thị số ba chữ số. Các tín hiệu điều khiển cho ba chữ số được lấy từ các chân của vi điều khiển P3.0, P3.1, P3.2.

Chương trình (Code)

Link tải chương trình:

https://drive.google.com/file/d/1XgUJUN0H6zxkL3lmfuxKXZaamETSZBAo/view?usp=sharing

Ghi chú

·         Cảm biến khí MQ135 cần khoảng 5 phút để làm nóng trước khi sử dụng.

·         MQ135 mất vài phút để trở lại trạng thái bình thường sau khi thử nghiệm dương tính (có cồn trong hơi thở).

·         Nếu không có cồn trong hơi thở, đầu ra cảm biến sẽ quay trở lại trạng thái bình thường rất nhanh.

·           Đọc các bài viết này Giao tiếp giữa led 7 đoạn với 8051, Kết nối ADC đến 8051 (trong kho tài liệu https://dientutuonglai.com/tai-lieu/) trước khi tiến hành làm dự án này.

·         Mạch kiểm tra nồng độ cồn bằng ống thở sử dụng 8051 này chỉ là một mạch ứng dụng nhỏ và không phù hợp cho các ứng dụng cao cấp như thực thi pháp luật hoặc trong phòng thí nghiệm.

·         Logic để chuyển đổi đầu ra kỹ thuật số của ADC thành tỷ lệ phần trăm BAC là các giá trị gần đúng.