基于单片机的酒精浓度测试

1引言

饮酒驾驶是当今社会在驾驶方面主抓的重点，它不但有害于自身安全，也给社会带来了极大的伤害，国家质量监督检验检疫总局对驾驶员呼吸以及血液中的酒精浓度给予了国家标准规定：血液中酒精含量<20mg/100mL为正常、>20mg/100mL和<80mg/100mL为饮酒驾车、≥80mg/100mL属于醉酒驾车[1]。通过实验分析发现测量出的呼吸中的酒精浓度与血液中的酒精浓度成正比。驾驶员酒后驾驶具有令人不可想象的巨大危害。酒精的麻醉作用会降低驾驶员的触觉能力，同时使其操作和判断能力下降，从而无法正常控制油门、方向盘、刹车等，做出错误的方向判断，造成严重的后果。

在饮酒之后，人们对声、光刺激的反应能力变差，因为大脑的反应能力要比没有饮酒时的反应能力低的多，大脑不能正确和及时的分辨出交通信号灯、标线和标志，饮酒后视野也会相应的缩小，视线模糊不清，对周围的环境不能做出正确的判断，因此酒后驾车是一件非常危险事情。因此社会及国家高度重视因酒驾车这一事件，为了自己和他人的安全，为了避免酒后驾驶，不再出现因酒驾而引起的重大交通事故，设计了一种基于单片机的酒精浓度测试，以便交管对驾驶员呼吸及血液中的酒精浓度的测试，从而来减少酒后驾驶这一问题。

1.1设计方案

本方案设计了一种关于人体血液中的酒精浓度测试，主要由气体传感器MQ-3、ADC0832模数转换器、单片机控制器AT89C52、LCD1602液晶显示器以及报警系统等组成。系统的工作原理是：通过MQ-3气体传感器检测驾驶员呼出的酒精气体，通过传感器的输出电压模拟信号经过A/D转换转变成数字信号，然后将数字信号输入到单片机中，最后再通过液晶显示器和报警器来显示和提醒人体血液中的酒精含量。从而通过这种设计方案来检测出驾驶员血液中的酒精浓度。

1.2课题研究的背景及意义

随着社会的不断发展，饮酒驾车已经成为社会重点关注的话题，每到逢年过节，因酒后驾驶造成的严重后果屡屡发生，为了防止这种悲剧的发生，设计一种酒精浓度传感器是必不可少的，既对自己负责任又对无辜的人们负责。

2硬件设计

本章主要介绍设计的系统功能原理及所使用的结构器件。了解并熟悉单片机AT89C52、酒精浓度传感器MQ-3、转换器ADC0832以及液晶显示器和报警器等器件的引脚功能、工作状态及设计方案。

2.1系统功能原理及硬件组成

2.1.1系统功能原理

该设计利用集成酒精浓度传感器MQ-3实现酒精浓度的测量并对输出的模拟信号进行模数转换，然后送到单片机中进行处理变换，再送往LCD液晶显示屏和报警器，最后实现酒精浓度显示和报警的功能。

2.1.2系统硬件组成框图

本设计是一个关于血液中的酒精浓度的测试，利用酒精浓度传感器MQ-3、声光报警器、ADC0832模数转换器、单片机AT89C52、LCD1602液晶显示器等硬件构成。系统图如2-1所示：

图2-1酒精浓度测试系统的框图

该设计将酒精浓度测试电路分为一个复位按键（单片机复位按键）和五个模块（主控制电路、调试电路、测浓度电路、模数转换电路、显示电路）。

酒精浓度传感器MQ-3构成是测酒精浓度电路主要原件。MQ-3首先通过拉低总线的时间长度控制读时序和写时序，读写时序按照MQ-3的读写协议，在主机将信号线从高电平拉低至低电平起15～60μS的时间内，将酒精浓度转换成指令，所得数据传输到单信号线上，供主机（这里是AT89C52）读取[2]。

2.2传感器

2.2.1酒精传感器介绍

酒精浓度的准确检测是决定该设计成功的重要因素，而酒精的检测是依靠酒精气体传

感器来实现信号的采集。基于对测量范围和呼气中的酒精含量的设计，然后转换为血液中的酒精浓度含量。MQ-3气体传感器具有很快的回复特性、稳定性好而且灵敏度高、响应速度快，非常适用于的检测酒精浓度。当其表面吸收着被测气体的分子式时，表面导电电子的比例就会发生跳变，从而其表面电阻会随着被测气体的浓度变化而变化。这种变化是可逆的，所以可以重复使用。

2.2.2酒精传感器MQ-3的特点

1、具有双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）；

2、具有信号输出指示；

3、模拟量输出0~5V电压，浓度与电压成正比，即浓度高电压高；

4、TTL有效信号的输出为低电平；

5、使用寿命长，稳定性较强；

6、对乙醇蒸汽具有很高的灵敏度和良好的选择性；

7、简单的驱动回路；

8、具有快速的响应恢复特性[3]。

2.2.3酒精传感器MQ-3的应用

用于车辆驾驶人员及其他饮酒过后严禁工作人员的现场检测；也用于其他场所乙醇蒸汽的检测。

2.2.4酒精浓度传感器测试原理

图2-2MQ3标准回路

MQ-3型气敏传感器共有6个针状引脚，其中提供加热电流的有两个引脚，剩下的4个引脚用作信号取出。在所用的电路图中，传感器A的2个引脚、B的的2个引脚各自将两个引脚并接在一起，相当于A，B只有1个引脚，然后将这两个引脚与外电路相连。为了更精确的测定酒精浓度，可以采取预热传感器的方法。传感器的标准回路（如图2-2所

示）由加热回路和信号输出回路两部分组成。其中信号输出回路用于传感器表面电阻值变化的显示。传感器的表面电阻RS的变化，是由于与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号VRL输出的结果。负载电阻RL可调为0.5-200k。加热电压Uh为5V[4]。

由于没有酒精传感器MQ3，我根据灵敏度曲线图，推导出如图2-3所示的酒精浓度与电压的关系图。

图2-3酒精浓度与输出电压的关系

2.3模数转换

在单片机应用中，经常处理一些连续变化的物理量，例如电流、电压等，这些连续变化的物理量通常称为模拟量。然而计算机只能对数字量（如二进制数）进行各种运算，因此对于模拟量必须转化为数字量后才能送给CPU处理，通常用到的有模数转化器（A/D），它可以很好的满足单片机应用的要求，得到广泛使用。

有了这种A/D转换，我们可以很好地将各种传感器中的模拟电量转化为数字电量，并且不同型号的A/D转换器都具有不同的特点，可以根据实验要求选取最准确最方便的模数转换器进行实验。在本设计中选取的模数转换器是ADC0832。

2.3.1ADC0832芯片介绍

由于本设计传感器输出的为模拟信号，因此需要采用A/D转换器将模拟信号转换成数字信号。根据设计要求，A/D转换器的精度为2.5%，因此选择8位的串行A/D转换器，它具有体积小，引脚少等特点，并取得广泛应用。本文将采用的模数转换器为ADC0832转换芯片，它可满足一般的转换需求，并具有8位分辨率，最高分辨能够达256，符合使