วิธีการสร้างเครื่องช่วยหายใจแบบพกพา: 6 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

เครื่องวิเคราะห์ลมหายใจเป็นอุปกรณ์สำหรับประเมินปริมาณแอลกอฮอล์ในเลือด (BAC) จากตัวอย่างลมหายใจ กล่าวอย่างง่าย ๆ มันคืออุปกรณ์ทดสอบว่าบุคคลนั้นเมาหรือไม่ การอ่านเนื้อหาแอลกอฮอล์ในลมหายใจถูกนำมาใช้ในการดำเนินคดีอาญา ผู้ประกอบการยานพาหนะที่อ่านระบุว่า BAC เกินขีด จำกัด การขับขี่สามารถถูกตั้งข้อหากระทำความผิดทางอาญา

ระดับแอลกอฮอล์ในเลือดที่กำหนดบุคคลว่าเกินขีดจำกัดเมื่อขับรถแตกต่างกันไปในแต่ละประเทศ ข้อจำกัดทางกฎหมายของ BAC มีตั้งแต่ 0.01 ถึง 0.10 ประเทศส่วนใหญ่มีขีดจำกัดประมาณ 0.05 ตัวอย่างเช่น กรีซ กรีนแลนด์ และไอซ์แลนด์ต่างก็มีขีดจำกัดที่ 0.05 ในสหรัฐอเมริกา เท่ากับ 0.08 หากค่าที่อ่านได้จากเครื่องตรวจวัดการหายใจมากกว่าที่กฎหมายกำหนด ผู้ขับขี่อาจได้รับ DUI

ด้านล่างนี้ เราได้อธิบายขั้นตอนที่จำเป็นเพื่อให้เข้าใจว่าโซลูชันได้รับการตั้งโปรแกรมให้สร้างเครื่องช่วยหายใจแบบพกพาได้อย่างไร อย่างไรก็ตาม หากคุณต้องการเพียงแค่ผลลัพธ์ของการเขียนโปรแกรม ให้ดาวน์โหลดซอฟต์แวร์ GreenPAK เพื่อดูไฟล์การออกแบบ GreenPAK ที่เสร็จสมบูรณ์แล้ว เสียบ GreenPAK Development Kit เข้ากับคอมพิวเตอร์ของคุณและกดโปรแกรมเพื่อสร้างเครื่องช่วยหายใจแบบพกพา

ขั้นตอนที่ 1: เคมี

เมื่อผู้ใช้หายใจออกไปยังเครื่องวิเคราะห์ลมหายใจ เอทานอลที่มีอยู่ในลมหายใจจะถูกออกซิไดซ์เป็นกรดที่ขั้วบวก:

CH3CH2OH (ก.) + H2O (ล.) → CH3CH2OH (ล.) + 4H + (aq) + 4e-

ที่แคโทด ออกซิเจนในบรรยากาศจะลดลง:

O2 (g) + 4H + (aq) + 4e- → 2H2O (l)

ปฏิกิริยาโดยรวมคือการเกิดออกซิเดชันของเอทานอลต่อกรดอะซิติกและน้ำ

CH3CH2OH (ล.) + O2 (ก.) → CH3COOH (ล.) + H2O (ล.)

กระแสไฟฟ้าที่เกิดจากปฏิกิริยานี้วัดโดยไมโครโปรเซสเซอร์ และแสดงเป็นค่าประมาณของปริมาณแอลกอฮอล์ในเลือดโดยรวม (BAC)

ขั้นตอนที่ 2: MQ-3 เซ็นเซอร์แอลกอฮอล์

เครื่องวิเคราะห์ลมหายใจนี้ไม่ได้มีไว้สำหรับใช้เป็นอุปกรณ์ที่สามารถยืนยันการดำเนินคดีได้ MQ-3 นั้นไม่แม่นยำพอที่จะลงทะเบียน BAC ที่แน่นอน แต่สามารถวิเคราะห์ความเข้มข้นของแอลกอฮอล์ในลมหายใจสำหรับการใช้งานที่ไม่ใช่การพิจารณาคดีได้ MQ-3 เป็นเซ็นเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ราคาประหยัดซึ่งสามารถตรวจจับก๊าซแอลกอฮอล์ที่ความเข้มข้นตั้งแต่ 0.05 มก./ลิตร ถึง 10 มก./ลิตร วัสดุที่มีความละเอียดอ่อนที่ใช้สำหรับเซ็นเซอร์นี้คือ SnO2 ซึ่งมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำกว่าเมื่ออยู่ในอากาศบริสุทธิ์. ค่าการนำไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของก๊าซแอลกอฮอล์เพิ่มขึ้น สิ่งนี้จะลดความต้านทานแบบพินต่อพินของเซ็นเซอร์ แทนที่จะวัดความต้านทานโดยตรง เราจะวัดระดับแรงดันไฟฟ้าที่จุดระหว่างเซ็นเซอร์กับตัวต้านทานโหลด เซ็นเซอร์และตัวต้านทานโหลดจะสร้างตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า และยิ่งความต้านทานของเซ็นเซอร์ต่ำ การอ่านค่าแรงดันไฟฟ้าก็จะสูงขึ้น มีความไวสูงต่อแอลกอฮอล์และทนต่อการรบกวนจากควัน ไอระเหย และน้ำมันเบนซินได้ดี โมดูลนี้มีทั้งเอาต์พุตแบบดิจิตอลและอนาล็อก

เซ็นเซอร์มีช่วงพัก 24 - 48 ชั่วโมง ซึ่งหมายความว่าจะต้องเปิดเซ็นเซอร์เป็นเวลา 24 - 48 ชั่วโมงก่อนที่การอ่านจะเสถียร

เซ็นเซอร์แอลกอฮอล์นี้เหมาะสำหรับการตรวจหาความเข้มข้นของแอลกอฮอล์ในลมหายใจของคุณ เช่นเดียวกับเครื่องวิเคราะห์ลมหายใจทั่วไปของคุณ มีความไวสูงและเวลาตอบสนองที่รวดเร็ว เซ็นเซอร์ให้ค่าเอาต์พุตตัวต้านทานแบบแอนะล็อกในรูปของแรงดันไฟฟ้า ตามความเข้มข้นของแอลกอฮอล์ ตารางที่ 1 ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับช่วงแรงดันไฟฟ้าของเซ็นเซอร์ MQ-3

ขั้นตอนที่ 3: สรุปโครงการ

คำแนะนำนี้จะอธิบายวิธีการใช้เครื่องช่วยหายใจแบบพกพาราคาประหยัดโดยใช้ Dialog GreenPAK™ SLG46140V GreenPAK จะใช้กับเซ็นเซอร์แอลกอฮอล์ MQ-3 เพื่อวัดความเข้มข้นของแอลกอฮอล์ในอากาศ ความเข้มข้นจากเซ็นเซอร์แอลกอฮอล์จะช่วยให้เราสามารถอนุมานระดับแอลกอฮอล์ที่มีอยู่ในลมหายใจของบุคคลได้

มนุษย์สามารถหายใจออกเอทานอลพร้อมกับคาร์บอนไดออกไซด์ ยิ่งมีปริมาณเอทานอลในกระแสเลือดสูง ก็ยิ่งถูกนำเข้าสู่อากาศมากขึ้นเมื่อหายใจออก คำแนะนำนี้จะใช้ ADC 8 บิตของ GreenPAK เพื่อรับค่าแอนะล็อกจากเซ็นเซอร์แอลกอฮอล์ MQ-3 ตัวเปรียบเทียบแบบแอนะล็อกจะใช้ในการตรวจจับค่าแอนะล็อกที่ได้รับตามเกณฑ์ที่กำหนด เกณฑ์ห้าขั้นที่แตกต่างกันถูกสร้างขึ้นเพื่อแสดงระดับของความมึนเมาที่มีอยู่ในลมหายใจของบุคคล เมื่อใดก็ตามที่ค่ามากกว่าเกณฑ์ที่กำหนด ไฟ LED จะสว่างขึ้นเพื่อระบุระดับของความมึนเมา

ขั้นตอนที่ 4: แผนภาพวงจร

แผนภาพวงจรสำหรับโครงการแสดงในรูปที่ 1

ขั้นตอนที่ 5: การออกแบบ GreenPAK

การออกแบบ GreenPAK สำหรับโครงการแสดงในรูปที่ 2

การออกแบบ GreenPAK นี้ประกอบด้วยเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าเครื่องเปรียบเทียบแบบอะนาล็อก 5 แบบเพื่อระบุปริมาณของมึนเมาที่เกิดขึ้นจากลมหายใจของบุคคล SLG46140 มีตัวเปรียบเทียบแอนะล็อกสองตัว และอินพุตแบบอะนาล็อกจาก PIN6 นั้นมอบให้ทั้ง ACMP0 และ ACMP1 ผ่าน PGA ซึ่งมีอัตราขยาย 1 เท่า เกณฑ์สำหรับ ACMP0 และ ACMP1 ตั้งไว้ที่ 100 mV และ 500 mV คุณสมบัติของ ACMP0 และ ACMP1 สามารถดูได้ในรูปที่ 3 สามระดับที่เหลือสามารถสร้างได้โดยใช้บล็อกตัวเปรียบเทียบดิจิทัล เพื่อที่จะใช้ DCMP เหล่านี้ อันดับแรก เราต้องแปลงค่าแอนะล็อกเป็นไบต์ที่เทียบเท่ากัน ซึ่งจากนั้นจะป้อนไปยัง DCMP สามารถทำได้โดยใช้ ADC 8 บิตของ SLG46140 สัญญาณแอนะล็อกส่งผ่านเครื่องขยายสัญญาณที่สามารถตั้งโปรแกรมได้ (PGA) ซึ่งจากนั้นจะถูกส่งไปยัง ADC DCMP จะได้รับไบต์เทียบเท่าสัญญาณแอนะล็อกจาก ADC การกำหนดค่าสำหรับ PGA และ ADC แสดงไว้ในรูปที่ 4

เกณฑ์สำหรับ ACMP0 และ ACMP1 ถูกตั้งค่าเป็น 100 mV และ 500 mV ตามลำดับ เมื่อใดก็ตามที่ระดับแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าเกณฑ์ที่กำหนด เอาต์พุตตัวเปรียบเทียบแบบอะนาล็อกจะเปลี่ยนเป็น HIGH ส่งผลให้เปิด PIN-10 หรือ PIN-11 การตั้งค่าเกณฑ์สำหรับ DCMP ค่อนข้างซับซ้อนและเกี่ยวข้องกับการตั้งค่าการลงทะเบียนในคุณสมบัติ DCMP สามารถคำนวณขีดจำกัดแอนะล็อกที่เทียบเท่าสำหรับ DCMP ได้อย่างง่ายดายโดยใช้สมการที่ 1

เมื่อค่าแอนะล็อกข้ามเกณฑ์ที่ตั้งไว้ในเครื่องเปรียบเทียบแบบแอนะล็อกและตัวเปรียบเทียบแบบดิจิทัล บล็อกที่สอดคล้องกับ PIN ที่เกี่ยวข้องจะเปิดใช้งาน ซึ่งจะแสดงช่วงของแอลกอฮอล์ในลมหายใจ คุณสมบัติของ DCMP แสดงไว้ในรูปที่ 5 เพื่อลดการใช้กระแสไฟ ADC, DCMP และ ACMP สามารถหมุนเวียนพลังงานได้โดยใช้โหมด Wake/Sleep สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Wake/Sleep Cycle โปรดดูหมายเหตุแอปพลิเคชัน Wake / Sleep Timing Generator ของ AN-1076 บนเว็บไซต์ของ Dialog

ขั้นตอนที่ 6: การตั้งค่าฮาร์ดแวร์

บทสรุป

ในคำแนะนำนี้ เราสาธิตวิธีการใช้เครื่องช่วยหายใจราคาประหยัดด้วย Dialog GreenPAK SLG46140V เราใช้เกณฑ์ที่แตกต่างกันห้าระดับเพื่อแสดงระดับแอลกอฮอล์ที่มีอยู่เมื่อผู้ทดลองหายใจออก GreenPAK IC ทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมสำหรับรับความเข้มข้นของแอลกอฮอล์จากเซ็นเซอร์ MQ-3 แล้วส่งตัวบ่งชี้ระดับ BAC ที่เหมาะสมสำหรับผู้ใช้ การติดตั้งใช้งานเสร็จสมบูรณ์โดยใช้เซ็นเซอร์แอลกอฮอล์ GreenPAK และ MQ-3 เท่านั้น พร้อมด้วย LED จำนวนหนึ่ง