便携式酒后驾车测试仪

便携式酒后驾车测试仪

设计方案

酒精浓度测试仪应用到两种传感器：

(1)气敏传感器

(2)应变式电阻传感器

气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。

气敏电阻传感器的工作原理:

气敏电阻是一种半导体敏感器件，它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。

应变式电阻传感器的工作原理:

电阻应变式传感器以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。

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。

酒精浓度检测仪的框图

酒精浓度检测仪的结构

酒精浓度检测仪的原理图

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下所示。

单片机酒精浓度测试仪用MQK2酒精传感器采集气体信号，并通过数模转换器将模拟信号转换成数字信号送至单片机，单片机对数字信号进行分析处理，并将所得的结果显示出来，可以通过键盘设置不同环境下酒精浓度的不同阀值，如果所检测出的酒精浓度超过了所设定的阀值，那么单片机就能控制蜂鸣器发出声音报警。键盘采用3个独立键盘进行数据输入设定；显示部分用5个数码管显示当前数据，数码管分别用2个74HC573锁存器控制段选和位选。温度采集采用DS18B20,与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。经过软件处理送至数码管显示当前环境温度。

MQK2传感器的特性及性能指标

MQK2传感器实物外形

一、特性

l、对酒精气体有很高的灵敏度。

2、具有良好的重复性和长期的稳定性。

3、抗干扰，对酒精气体有很好的选择性。

二、应用

对酒精气体的检测。

三、特性参数

l、回路电压：(Vc) 5-24V

2、取样电阻：(RL) 0.5-20KΩ

3、加热电压：(VH)5±0.1V

4、加热功率：(P)约750mW

5、灵敏度：R0(air)/RS (100ppmC2H5OH)＞5

6、响应时间：Tres＜10秒

7、恢复时间：Trec＜30秒

四、注意事项:

气敏元件开始工作时，需预热3-5分钟后方可正常使用。不要在蚀性气体环境下工作。

五、工作环境

温度-10-+50℃、相对湿度0-90％RH。

六、传感器输出电压与酒精浓度关系

通过测量MQK2输出信号同酒精浓度为近似的线性关系如下图所示：

酒精浓度同输出电压的近似关系

1.4 传感器信号采集电路

电路的前端部分MQK2传感器按照常规设计即可，如下图所示。MQK3外接+5V电压将时，可将电阻丝加热至270℃～300℃.电路将MQK2的阻值变化转换成输出电压的变化,从而可以通过A/D转换成数字信号供单片机处理。

在酒精浓度为0时，其输出电压为3v。但由于其输出的电压范围超过了AT89S52的输入电压范围，所以在本设计中加入了一个调整电路来使其输出的电压能够满足AT89S52的输入要求。

作为一个2．5 V的基准电压，采用差动输入使得Vout=V酒精-2.5V从而使得传感器信号的输出符合AT89S52的范围。其调整电路的原理图如下图。采用LM336～2．5。

传感器处理电路

1.5 A/D转换电路

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。

模数转换采用ADC0804,对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。ADC0804有20个引脚，其中11-18管脚为数字信号输出端，与单片机P1口相连；cs为片选端，接单片机P3.5口，当cs接低电平时ADC0804开始工作，WR接P3.6口，当WR变为低电平再跳变为高电平后启动A/D转换，RD接单片机P3.7口，当RD由低电平跳变为低电平时，单片机读走A/D转换完的数字信号。CLK为时钟输入信号线, 因ADC0804的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（＋），VREF（－）为参考电压输入。INTR为中断控制信号，接单片机外部中断端口，当A/D转换完后向单片机发出中断信号，等待读走数字信号，INTR也空可置不接，因为当启动A/D后一段时间后模数转换完后，等待一段时间后单片机也可以读走数字量。原理图如下：