酒精浓度测试仪

酒后驾车测试仪的设计

摘要

以单片机和气体传感器为核心，设计了酒精浓度检测仪,实现了不同环境下酒精浓度的检测。本文主要介绍了酒精浓度检测仪整体结构，设计了系统硬件电路，阐述了各模块功能并着重研究了气体传感器的选择。

关键词：单片机；A/D 转换；酒精传感器

Abstract

An alcohol concentration detector is designed taken single chip computer and gas sensor as kernel. The alcohol concentration in different environment can be measured . In this paper , the whole construct of the alcohol concentration detector is introduced ; the system hardware circuit is designed ; the function of each model and how to select the gas sensor are discussed especially .

Keywords : Single Chip Computer ; A/D Transformer ; Alcohol Sensor

摘要 (1)

Abstract (1)

1、引言

1.1课题的背景和意义

近年来，随着我国经济的高速发展，人民的生活水平迅速提高，越来越多的人有了自己的私家车，而酒后驾车造成的交通事故也频频发生。酒后驾车引起的交通事故是由于司机的过量饮酒造成人体内酒精浓度过高，麻痹神经，造成大脑反应迟缓，肢体不受控制等症状。

少量饮酒并不会有上述症状，即人体内酒精浓度比较低时，而人体内酒精超过某一个值时就会引起危险。为此，需要设计一智能仪器能够监测驾驶员体内酒精含量。目前全世界绝大多数国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，以确定被测量者体内酒精含量的多少，以确保驾驶员的生命财产安全。此外，空气酒精浓度监测仪还能监测某一特定环境的酒精浓度如酒精生产车间可避免发生起火、爆炸及工业场地酒精中毒等恶性事故，确保环境安全。

1.2本论文主要工作

本课题研究的是一种以气敏传感器和单片机为主，监测空气酒精浓度，并具有声光报警功能及LCD显示功能的空气酒精浓度监测仪。其可监测出空气环境中酒精浓度值，并根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值进行声光报警．来提示危害。采用汇编语言来实现其软件功能。该仪器硬件电路设计简单、软件功能完善、灵敏度高、工作性能好，并且具有尺寸小、方便携带的优点。此外，低功耗、低成本的特点可以使其吸引更多的市场目光。

2、总体设计方案

2.1酒精浓度检测仪整体结构设计

（1）数据采集系统以单片机为控制核心，外围电路带有LCD 显示以及键盘响应电路，无需要其他计算机，用户就可以与之进行交互工作，完成数据的采集、存储、计算、分析等过程。

（2）系统具有低功耗、小型化、高性价比等特点。

（3）从便携式的角度出发，系统成功使用了大屏幕液晶显示器以及小键盘。由单片机系统控制键盘和LCD 显示来实现人机交互操作，界面友好。

（4）软件系统采用汇编语言编写，在兼顾实时性处理的同时也能很方便地进行数据处理。

2.2硬件设计及功能概述

本文设计的酒精浓度检测仪主要是以酒精传感器和单片机为平台设计而成的，其硬件系统功能框图如图一所示。

图一硬件系统功能框图

酒精浓度检测仪主要是用来检测酒精浓度的，它主要由酒精传感器、模数转换器、单片机、LCD 显示、键盘以及声音报警构成。

酒精传感器将检测到的酒精浓度转化为电信号，然后将电信号传送给模数转换器，经过模数转换器转换后，把转换后得到的数字信号传给单片机，单片机对所输入的数字信号进行分析处理，最后将分析处理的结果通过显示器显示出来。由于不同的环境对酒精浓度的要求也不一样，所以，可以通过键盘来设定不同环境中酒精浓度的不同阀值。如果所检测到的空气中的酒精浓度超过了所设定的阀值，那么单片机将会控制蜂鸣器发出声音报警，用来提示危害。

2.3硬件电路设计

依据硬件系统功能框图设计出系统硬件的整体电路图如图二和图三所示。其中图二是单片机与LCD、键盘以及声音报警电路的电路连接图。

图二单片机与LCD、键盘及声音报警电路的电路连接图2.4各功能模块的设计

2.4.1 AT89S52的特性

AT89S52 是低功耗、高性能、采用CMOS 工艺的8 位单片机，其片内具有8KB 的可在线编程的Flash 存储器。该单片机采用了ATMEL 公司的高密度、非易失性存储器技术，与工业标准型80C51 单片机的指令系统和引脚完全兼容；片内的Flash 存储器可在线重新编程，或者使用通用的非易失性存储器编程；通用的8 位CPU 与在线可编程Flash 集成在一块芯片上，从而使AT89S52 功能更加完善，应用更加灵活；具有较高的性能价格比，使其在嵌入式控制系统中有着广泛的应用前景。

2.4.2 ADC的选择

模数转换电路的功能是将连续变化的模拟量转换为离散的数字量，是架起模拟系统跟数字系统之间连接的桥梁。对于本系统而言，就是用于快速、高精度地对输入的酒精浓度信号进行采样编码，将其转换成单片机所能够处理的数字量。

模数转换电路是本系统的关键部分，其性能的好坏直接影响整个系统的质量。

根据A/D 转换器的工作原理可将A/D 转换器分成两大类：一类是直接型A/D 转换器；另一类是间接型A/D 转换器。在直接型A/D 转换器中，输入的模拟电压被直接转换成数字代码，不经任何中间变量。在间接型A/D 转换器中，首先把输入的模拟电压转换成某种中间变量（时间、频率、脉冲宽度等等），然后再把这个中间变量转换为数字代码输出。

2.4.3 气体传感器的选择

气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快速地测量。

在选择传感器的时候，一定要考虑到稳定性、灵敏度、选择性和抗腐蚀性，本系统选择MQ3 型酒精传感器。

MQ3 酒精传感器是气敏传感器，其具有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使

用寿命和可靠的稳定性。MQ

3型气敏传感器由微型Al

、陶瓷管和SnO

敏感层、

测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或者不锈钢的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。传感器的标准回路有两部分组成：其一为加热回路；其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻的变化。传感

器表面电阻RS 的变化，是通过与其串联的负载电阻R

L 上的有效电压信号V

出

面获得的。二者之间的关系表述为：RS/R

L =(V

－V

)/V

，其中V

为回路电压，10V。

负载电阻R

可调为0.5～200K，加热电压Uh 为5V。上述这些参数使得传感器输出电压为0～5V。MQ3 型气敏传感器的结构和外形如图三所示，标准回路如图四所示，传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度的关系如图五所示。为了使测量的精度达到最高，误差最小，需要找到合适的温度，一般在测量前需要将传感器预热5 分钟。

图三MQ3 的结构和外形

图四MQ3 标准回路

图五传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度之间的关系为了更好地使用酒精传感器MQ3，现将MQ3 的标准工作条件和环境条件进行介绍，如表一和表二所示。

表一标准工作条件

表二酒精传感器MQ3 的环境条件

3、总结与展望

本文设计了基于单片机的酒精浓度检测仪，设计过程包括了硬件电路设计和软件程序的编写两部分。硬件电路部分结构简单、使用方便、适合大众化使用。软件部分采用模块化设计思想，各个子程序的功能相对独立，便于调试和修改。通过软、硬件联合调试，实验结果满足设计基本要求，达到设计指标。

应用单片机编写不同的程序嵌入各种仪器中便形成不同功能的智能仪器。作为广泛应用于工程中的智能仪器将有更大的运用空间。空气酒精浓度监测仪将越来越深入的运用到普通人民的生活中。

参考文献

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