Como fazer um bafômetro portátil: 6 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Um bafômetro é um dispositivo para estimar o teor de álcool no sangue (TAS) de uma amostra de ar expirado. Em termos simples, é um dispositivo para testar se uma pessoa está intoxicada. A leitura do teor de álcool no ar expirado é usada em processos criminais; o operador de um veículo cuja leitura indique uma alcoolemia acima do limite de direção pode ser acusado de crime.

O nível de álcool no sangue que define uma pessoa como estando acima do limite ao dirigir varia de acordo com o país. Os limites legais de BAC variam de 0,01 a 0,10. A maioria dos países tem um limite de cerca de 0,05. Por exemplo, Grécia, Groenlândia e Islândia têm limites de 0,05. Nos Estados Unidos, é 0,08. Se a leitura do bafômetro for maior que o limite legal, o driver pode receber um DUI.

Abaixo, descrevemos as etapas necessárias para entender como a solução foi programada para criar um bafômetro portátil. No entanto, se você deseja apenas obter o resultado da programação, baixe o software GreenPAK para visualizar o arquivo de design GreenPAK já concluído. Conecte o GreenPAK Development Kit ao seu computador e acesse o programa para criar o bafômetro portátil.

Etapa 1: Química

Quando o usuário expira em um analisador de respiração, qualquer etanol presente em sua respiração é oxidado em ácido no ânodo:

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

No cátodo, o oxigênio atmosférico é reduzido:

O2 (g) + 4H + (aq) + 4e- → 2H2O (l)

A reação geral é a oxidação do etanol em ácido acético e água.

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

A corrente elétrica produzida por esta reação é medida por um microprocessador e exibida como uma aproximação do teor geral de álcool no sangue (TAS).

Etapa 2: Sensor de álcool MQ-3

Este bafômetro não deve ser usado como um dispositivo capaz de corroborar processos judiciais. O MQ-3 não é preciso o suficiente para registrar a alcoolemia exata, mas é capaz de analisar a concentração de álcool no ar expirado para aplicações não judiciais. O MQ-3 é um sensor semicondutor de baixo custo que pode detectar a presença de gases alcoólicos em concentrações de 0,05 mg / L a 10 mg / L. O material sensível usado para este sensor é SnO2, cuja condutividade é menor quando em ar limpo. Sua condutividade aumenta com o aumento da concentração de gases alcoólicos. Isso, por sua vez, diminui a resistência pino a pino do sensor. Em vez de medir a resistência diretamente, medimos o nível de tensão no ponto entre o sensor e um resistor de carga. O sensor e o resistor de carga formam um divisor de tensão e, quanto menor a resistência do sensor, maior será a leitura da tensão. Possui alta sensibilidade ao álcool e boa resistência a distúrbios causados por fumaça, vapor e gasolina. Este módulo oferece saídas digitais e analógicas.

O sensor tem um período de amaciamento de 24 a 48 horas. Isso significa que o sensor precisa ser ligado por 24 a 48 horas antes que as leituras se tornem estáveis.

Este sensor de álcool é adequado para detectar a concentração de álcool em seu hálito, assim como seu bafômetro comum. Possui alta sensibilidade e tempo de resposta rápido. O sensor fornece um valor de saída resistiva analógica na forma de voltagens, com base na concentração de álcool. A Tabela 1 fornece uma visão geral das faixas de tensão do sensor MQ-3.

Etapa 3: Resumo do Projeto

Este manual irá descrever como implementar um bafômetro portátil de baixo custo usando um Dialog GreenPAK ™ SLG46140V. O GreenPAK será usado com o sensor de álcool MQ-3 para medir a concentração de álcool no ar. A concentração do sensor de álcool nos permitirá deduzir o nível de álcool presente no hálito de uma pessoa.

Os humanos podem exalar etanol junto com dióxido de carbono. Quanto maior o teor de etanol na corrente sanguínea, mais ele é introduzido no ar na expiração. Este Instructable usará o ADC de 8 bits do GreenPAK para adquirir o valor analógico do MQ-3 Alcohol Sensor. Os comparadores analógicos serão usados para detectar o valor analógico obtido em relação a um limite específico. Cinco limites diferentes são construídos para mostrar o nível de intoxicação presente na respiração de uma pessoa. Sempre que o valor se torna maior do que um determinado limite, um LED pode ser aceso para indicar o nível de intoxicação.

Etapa 4: Diagrama de Circuito

O diagrama de circuito do projeto é mostrado na Figura 1.

Etapa 5: Projeto GreenPAK

O GreenPAK Design para o projeto é mostrado na Figura 2.

Este design GreenPAK inclui 5 diferentes limites de voltagem do comparador analógico para indicar diferentes quantidades de intoxicação presentes na respiração de uma pessoa. O SLG46140 tem dois comparadores analógicos, e a entrada analógica do PIN6 é fornecida para ACMP0 e ACMP1 por meio do PGA, que tem um ganho de 1x. Os limites para ACMP0 e ACMP1 são definidos em 100 mV e 500 mV. As propriedades de ACMP0 e ACMP1 podem ser vistas na Figura 3. Os três níveis restantes podem ser construídos usando blocos comparadores digitais. Para usar esses DCMPs, primeiro precisamos converter o valor analógico em seu byte equivalente, que é então enviado aos DCMPs. Isso pode ser alcançado usando o ADC de 8 bits do SLG46140. O sinal analógico passa primeiro por um amplificador de ganho programável (PGA) que, em seguida, é enviado ao ADC. Os DCMPs então obtêm seu byte equivalente de sinal analógico do ADC. As configurações do PGA e do ADC são fornecidas na Figura 4.

O limite para ACMP0 e ACMP1 é definido como 100 mV e 500 mV, respectivamente. Sempre que o nível de tensão se torna maior do que o limite fornecido, uma saída do comparador analógico torna-se ALTA, resultando na ativação do PIN-10 ou do PIN-11. As configurações de limite para DCMP são um pouco complicadas e envolvem a configuração de valores de registros nas propriedades de DCMP. O limite analógico equivalente para DCMPs pode ser facilmente calculado usando a Equação 1.

Quando o valor analógico cruza o limite definido nos comparadores analógicos e comparadores digitais, os blocos correspondentes a um respectivo PIN serão habilitados, mostrando assim a faixa de álcool presente na respiração. As propriedades dos DCMPs são fornecidas na Figura 5. Para minimizar o consumo de corrente, o ADC, DCMP's e ACMP's podem ser desligados e ligados usando o modo Wake / Sleep. Para obter mais informações sobre o ciclo vigília / sono, consulte a nota do aplicativo AN-1076 Wake / Sleep Timing Generator no site da Dialog.

Etapa 6: configuração do hardware

Conclusão

Neste Instructable, demonstramos como implementar um bafômetro de baixo custo com um Dialog GreenPAK SLG46140V. Usamos cinco limiares diferentes para mostrar o nível de álcool presente quando um sujeito expira. O GreenPAK IC atua como o controlador para obter a concentração de álcool do sensor MQ-3 e, em seguida, fornecer a indicação de nível de BAC apropriada para o usuário. A implementação completa é feita usando apenas um sensor de álcool GreenPAK e MQ-3, junto com um punhado de LEDs.