实验三——基于气敏传感器的驾驶员酒精浓度测试仪

实验三——基于气敏传感器的驾驶员酒精浓度测试仪

一．设计要求

（1）测试浓度：安全浓度≤0.25mg/L，0.4mg/L＜酒驾浓度＞0.25mg/L，醉驾浓度≥

0.4mg/L

（2）显示方式：LCD显示

（3）供电电压：3VDC

（4）控制方式：单片机控制

二．电路设计方框图：

三．电路设计图

四．程序流程图

五．电路设计原理

1.各单元电路原理

（1）模数转换电路

模数转换电路的作用是将传感器电路输出的模拟量信号转换为适合单片机处理的数字信号，并输入给单片机。本课题采用的是ADC0809 A／D转换芯片。ADC0809是8路8位逐次比较式A/D转换器，它能分时地对8路模拟量信号进行A／D转换，结果为8位2进制数据。其由+5V电源供电，片内有带锁存功能的8路选1的模拟开关，由A，B，C的编码来决定选择通道。0809完成一次转换需要1001xS左右。输出具有TTI三态锁存缓冲器，可以直接连到MCS一5l单片机数据总线上。ADC0809可对0-5V的模拟信号进行转换。

（2）键盘电路

8279对键盘部分提供一种扫描工作方式，能对64个按键键盘阵列不断扫描，自动消抖，自动识别出闭合的键并得到键号，能对双键或N键同时按下进行处理。显示部分为显示器提供了按扫描方式工作的显示接口，可以显示多达16位的字符或数字。传感器输出的信号经ADC0809和单片机采集、处理后输出的信号为BCD码形式，它经过8279及显示电路处理后送入LCD显示。

（3）显示电路

LJDl28X64液晶显示模块是128X64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字(16X16点阵)、128个字符(8X16点阵)及64X256点阵显示RAM(GDRAM)。可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8一位并行及串行两种连接方式。

（4）声光报警电路

报警电路分为蜂鸣器报警电路和LED发光报警电路组成。当输入端P1．0为低电平时，

有电流通过蜂鸣器，蜂鸣器发出声音报警。而当输入端为高电平时不报警。当输人端P1．1为低电平时，LED点亮报警，反之输入端P1．1为高电平则不报警。

2.调试方法

调试分析包括硬件调试分析和软件调试分析及软硬件联调。由于硬件调试分析和软件调试分析是独立进行的，所以可以先调硬件再调软件。再调试中找出错误、缺陷，判断各种故障，并作出软硬件的修改。直至没有错误。

五．仪器选择原理

1.传感器选择

由于本系统直接测量的是呼气中的酒精浓度，再转换为血液中的酒精含量浓度，故采

用气敏传感器。考虑到周围空气中的气体成分可能影响传感器测量的准确性，所以传感器

只能对酒精气体敏感，对其他气体不敏感，选用 MQ3 型气敏传感器。MQ3 型气敏传感器

其有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。MQ3 型气敏传感器

由微型 Al2O3，陶瓷管和 SnO2 敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或

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值

的变化。传感器的表面电阻 RS 的变化，是通过与其串联的负载电阻 RL 上的有效电压信

号 VRL 输出面获得的。二者之间的关系表述为：RS／RLVC-VRL／VRL，其中 VC 为回路电

压为10V。负载电阻 RL 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。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，

一般在测量前需将传感器预热 5 分钟。

MQ-3型气敏传感器的敏感部分是由金属氧化物（二氧化锡）的N型半导体微晶烧结层构成。当其表面吸附有被测气体酒精分子时，表面导电电子比例就会发生变化，从而其表面电阻会随着被测气体浓度的变化而变化。由于这种变化是可逆的，所以能重复使用。

图1 MQ3 结构和外形

图2 MQ3 结构图

2.A/D转换选择

模数转换电路的作用是将传感器电路输出的模拟量信号转换为适合单片机处理的数

字信号，并输入给单片机。在单片机应用系统中，被测量对象的有关变化量，如温度、压力、流量、速度等非电物理量，须经传感器转换成连续变化的模拟电信号（电压或电流），这些模拟电信号必须转换成数字量后才能在单片机中用软件进行处理。实现模拟量转换成

数字量的器件称为A/D转换器（ADC）。

该设计中选用的是ADC0809，是8位A/D转换器，逐次比较型A/D转换器在精度、

速度、和价格上都适中，是最常用的A/D转换器件。0809具有8路模拟信号输入端口，

地址线（23-25脚）可决定那一路模拟信号进行A/D转换。22脚为地址锁存控制，当输

入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制，当输入一个2μs的高电平脉冲时，就开始A/D转换。7引脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许端，当OE脚为高电平时，A/D转换数据输出。10脚为0809的时钟输入端。

图3 ADC0809的引脚

3.单片机

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，由于单片机具有体积小、质量轻、价格便宜、耗电少等突出特点，所以本系统采用89C51单片机，硬件设计电路图如下图所示。89C51内部有4KB的EPROM，128字节的RAM，所以一般都要根据所需存储容量的大小来扩展ROM和RAM。本电路EA接高电平，没有扩展片外ROM和RAM。

4.驱动显示电路

602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。功耗低，寿命长。