基于51单片机的酒精浓度测试仪设计

基于51单片机的酒精浓度测试仪设计

【摘要】针对驾驶员酒后驾车，量刑标准不明确的问题。本文利用MQ-3酒精浓度传感器能很好的解决该问题。MQ-3乙醇气体传感器以驾驶员呼出的气体为采集对象，输出随乙醇浓度变化的电压信号，该电压信号经ADC0832转换，送入STC89C52单片机系统，通过AT24C02与设定的醉酒阈值进行比较，并在LCD1602液晶上显示酒精浓度值，当酒精浓度超过设定值时，通过单片机驱动蜂鸣器进行报警。从而为交警检测驾驶员是否酒后驾车提供了可靠的依据。

【关键词】STC89C52;酒精浓度;阈值

引言

现代传感器技术日益成熟，传感器被应用的越来越多。随着科技的不断进步，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段，新型传感器具有微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化等特点，它将不仅能帮助系统产业的改造升级，还能促进新兴工业得到迅速发展。本设计的酒精浓度检测仪属于气体传感器检测技术的应用，具有以下用途：在交通安全上，判断酒后驾车酒精浓度是否超标;在医学上，通过设定酒精阈值判断患者血液中的酒精浓度是否超出正常值。该检测仪系统具有硬件电路简单、成本低、易于实现的特点。

1.MQ-3酒精浓度传感器介绍

1.1 传感器主要特性

（1）具有信号输出指示功能;

（2）双路信号（模拟量及TTL电平）输出;

（3）TTL输出有效信号低电平（输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）;

（4）模拟量0～5V电压输出，输入浓度越高输出电压越高;

（5）对乙醇蒸汽具有较好的选择性及很高的灵敏度;

（6）可靠的稳定性、使用寿命长;

（7）响应恢复快速。

1.2 MQ-3传感器实物及灵敏度特性

MQ-3乙醇气体传感器实物及灵敏度曲线如图1-1和1-2所示，其传感原理为气敏电阻的输出阻值随乙醇气体等浓度变化而变化。

图1-1 MQ-3酒精浓度传感器

图1-2 乙醇气体传感器灵敏度曲线

2.系统总体设计框图

该酒精浓度测试仪总体设计框图如图3所示。MQ-3乙醇气体传感器输出信号经信号调理电路处理，输出随乙醇浓度变化的电压信号，该电压信号经过ADC0832模数转换后，将数字量送入STC89C52单片机处理，同时该系统具有醉酒阈值设定功能，将设定好的酒精阈值存储在AT24C02中，通过单片机编程来将驾驶员的酒精浓度值与设定的阈值进行比较，当超过设定的酒精阈值时蜂鸣器报警，同时利用单片机将电压转换成酒精浓度值，并实时在LCD1602上进行显示[1]。

图2 系统硬件设计框图

3.主控制器STC89C52

3.1 概述

STC89C52单片机内部集成8位CPU、8K字节ROM、128字节RAM、4个8位并行I/O口、1个全双工串行口、2个16位定时器/计数器、5个中断源。STC89C52单片机如图3所示。

图3 STC89C52

3.2 芯片功能

利用单片机进行控制，主要是对单片机内部I/O口的控制，同时对内部自带的定时/计数器进行操作，中断资源也是单片机内部非常宝贵的资源，STC89C52单片机内部有5个中断源，2级中断优先级[2]。本设计中采用单片机的定时器0中断，设定ADC0832的模数转换时间，每隔1秒钟进行一次模数转换。酒精阈值设定部分采用IIC协议对AT24C02进行操作，在指定的地址处存入酒精阈值，然后与测得的酒精浓度比对。LCD1602显示部分通过LCD1602液晶芯片手册，对其进行驱动。

3.3 单片机最小系统介绍

单片机最小系统由时钟电路、复位电路、电源构成，这是单片机能够进行工作必须具备的条件。在此基础上，进行IO口的扩展，同时利用单片机P3口的第二功能，使得单片机具有了一台微型计算机的特点，从而可以利用单片机进行外部控制[3]。在工业、汽车电子、航空航天等方面都有广泛的应用。单片机最小系统如图4所示。

图4 单片机最小系统

4.系统软件设计流程

该系统的软件设计流程如图5所示，软件设计中采用单片机模块化编程的思想，在主程序中对LCD1602显示子程序、AT24C02酒精阈值设定子程序、A/D 转换子程序进行调用。程序开始先进行初始化，然后进行LCD1602显示，A/D 转换等子程序，最终完成了酒精浓度测试仪软件部分的设计。

图5 系统软件设计流程图

5.结束语

本文主要是传感器技术应用，利用MQ-3气体传感器对酒精浓度进行采集，将采集到的模拟信号通过ADC0832进行模数转换，并利用AT24C02芯片进行酒精阈值的设定[4]。然后通过STC89C52单片机进行编程将数据进行处理并判断驾驶员是否酒驾。该设计完成了预期的目的，能够准确的判断驾驶员是否酒后驾车，同时也能够测定特定环境下的酒精含量是否超标，还可以对酒精阈值进行更改，是一款新型的便携式的产品，具有广阔的发展前景。

参考文献

[1]何利民.单片机高级教程应用与设计[M].北京：北京航空航天大学出版.

[2]郑学坚.微型计算机原理与应用[M].2006.

[3]王幸之.AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京：高等教育出版社，2009，9.

[4]华成英.童诗白.模拟电子技术基础（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2004.