智能仪器-酒精浓度检测仪设计

综述

对于酒后驾车行为的监督在人民的人身和财产安全中起着重要的作用。随着社会的发展，气体传感器逐渐向着低功耗、多功能、集成化方向的发展，以便于更准确更方便的检测出酒精浓度，更大程度上防范事故发生，因此，便携式酒精浓度检测仪具有十分广阔的现实市场和潜在的市场要求。

目前国际公认的酒后驾车的限定有两种，一种是酒后驾车，一种是酒醉驾车。根据我国2003年的修订规定，当驾驶者每毫升血液中酒精含量大于或等于0.2mg时，就会被认定为酒后驾车；大于或等于0.8mg时，则会被认定为醉酒驾车。当驾驶者血液中酒精含量达到80mg/100ml时，发生交通事故的几率是血液中不含酒精时的2.5倍；达到100mg/100mg 时，发生交通事故的几率是血液中不含酒精时的4.7倍。即使在少量饮酒的状态下，交通事故的危险也可达到未饮酒状态的2倍左右。

本文设计的基于单片机的便携式酒精浓度检测仪以单片机和酒精传感器为核心，具有LCD实时显示浓度值的功能，不同颜色LED彩灯显示酒精浓度的不同范围，从而判断司机是否处于酒驾状态，如若酒驾则判断是酒后驾驶还是醉酒驾驶，一旦超过一定阈值即蜂鸣器报警同时报警灯亮。而且还可以通过按键进行待机与检测功能随时切换，在待机时进行简易计时，超过十分钟则自动进入休眠状态,可用硬件复位来唤醒单片机。本设计采用C 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。

1方案论证

1.1方案设计与分析

本文设计的便携式酒精浓度测试仪具有以下特点：

（1）数据采集系统以AT89S52单片机为控制核心，外围电路带有LCD显示以及键盘电路，无需其他计算机，用户就可以与其进行交互工作，完成数据的采集、存储、计算、分析，显示，休眠等功能。其中显示功能如下：

A.酒精含量<20mg/100ml时，安全灯（绿色LED灯）亮；

B.20mg/ml≤酒精含量≤80mg/ml时，警告灯（黄色LED灯）闪烁；

C.80mg/ml≤酒精含量时，危险灯（红色LED灯）闪烁，蜂鸣器报警；

本仪器酒精含量测试范围：0-190mg/100ml，要求其测量精度优于0.5%。

（2）系统具有低功耗、方便携带、高性价比，低成本等特点。

（3）从便携式的角度设计，系统成功使用了大屏幕LCD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C语言编写，既兼顾实时性处理的要求又能很方便地进行数据处理。

1.2设计总体框图

图1-1总体设计框图

本设计采用的是AT89S52单片机，传感器则选用MQ—3酒精浓度传感器。系统将由MQ-3酒精浓度传感器输出的微弱电流经具有放大滤波等功能的调理电路后，输入以模数转换芯片ADC0804为核心的转换电路转换为八位数字信号，再由单片机进行处理，最终送入LCD 液晶显示屏显示实时检测的酒精浓度以及实现超值报警功能,通过判断酒精浓度范围，实现酒后驾驶和醉酒驾驶的判断。系统上电后自动进入待机状态，在工作时可以随时通过按键控制进入待机状态，待机状态中系统不进行酒精浓度采集、显示和报警，而是给传感器预热并显示十分钟以内的简易计时，让使用者大致掌握预热时间。待机状态中也可随时通过按键进入工作状态。

2信号采集与放大的硬件设计

2.1 酒精浓度传感器的选择

气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。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【1】。

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，MQ3 酒精传感器具有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性，所以本系统选择MQ3 型酒精传感器。

2.2采集信号与放大电路图

MQ-3 气体传感器有6 个针状管脚，其中4 个用于信号取出，2 个用于提供加热电流. LM393是由两个独立的、高精度电压比较器组成的集成电路，失调电压低，最低为2.0 mV，专为获得宽电压范围、单电源供电而设计，也可以用双电源供电，电源电流低. 即使采用单电源供电，比较器的共模输入电压范围也接近低电平。 LM393 被设计成能直接连接TTL 和CMOS，当用双电源供电时，它能兼容MOS逻辑电路，这是低功耗LM393相较于标准比较器的独特优势【2】。

图2-1 MQ-3酒精浓度传感器采集信号与放大电路图

MQ-3酒精浓度传感器探头感知到酒精气体，MQ3开始起作用，输出的微弱电流送入由LM393运算放大器和电阻电容构成的调理电路，使信号放大并滤去杂波，经放大滤波后有OUT输出。模拟信号输出端口能输出0到+VCC（+5v）的模拟信号，当检测的酒精浓度越大时输出电压越高。此端口接入ADC0804的6号引脚，实现AD转换【3】。

3 AD转换硬件设计

3.1 AD转换器的选择及介绍

A/D转换其的主要技术指标包括分辨率（位数）、量化误差、转换精度和转换时间【4】。根据本文设计的技术参数要求：测量精度优于0.5%。

从精度方面考虑方案如下：

方案一：用8位的A/D转换器，其测量精度为0.39%

方案二：用12位的A/D转换器，其测量精度为0.02%

从测量精度的方面考虑都符合要求。

从A／D转换器的分类方面考虑方案如下：

1、逐次比较式A／D转换器：转换时间一般在μs级，转换精度一般在0.1％上下，适用于一般场合。

2、积分式A／D转换器：其核心部件是积分器，因此转换时间一般在ms级或更长，但抗干扰性能强，转换精度可达0.01％或更高。适于数字电压表类仪器采用。

3、并行比较式又称闪烁式：采用并行比较，其转换时间可达ns级，但抗干扰性能较