基于单片机的酒精浓度测试仪的设计

0基于单片机的酒精浓度测试仪的设计摘 要 ：随着经济的发展，越来越多的家庭拥有了自己的汽车，然而也带来了很多问题，比如“酒驾” 。酒后驾车造成的交通事故越来越多，给我们的生命财产造成了巨大的损失。现如今人们对酒后驾驶越来越重视了，酒精测试课题得到了社会普遍的关注。所以为了减少和预防因酒后驾驶的交通事故的发生，在此特别设计了一种以气敏传感器和单片机为主要元件的，能检测空气酒精浓度，而且还具有 LCD 显示功能的酒精浓度检测装置。此设计用气敏传感器收集气体相关数据，再经过酒精浓度传感器模块进行调制和数据转化处理，最后将收集的数据传送给单片机进行相关处理并执行相应的功能。LCD 会显示气体中的酒精浓度，再通过按键进行阀值的设定，如果超过设定的阀值系统就会有发光报警等功能。关键词：单片机； 酒精浓度检测系统； 气敏传感器1Design of Alcohol Concentration Detector Based on Single Chip Computer ABSTRACT：With the development of economy,more and more families have their own cars. But also brings many problems, such as “Drunken driving”.Nowadays people pay more and more attention to drunk driving, alcohol test subjects received widespread attention. So, in order to reduce and prevent due to the number of alcohol-related traffic accidents, in this special designed a gas sensor and single chip microcomputer as the main components, can detect alcohol concentration in the air. But also has the LCD display function of the alcohol concentration detection device. The design of gas sensor, gas collecting relevant data, through the alcohol concentration sensor modulation and data conversion module, and finally will collect data transmit to SCM relevant processing and perform the corresponding functions. LCD displays alcohol concentration in the gas, and then carried through the key threshold setting, if more than set threshold system there will be light alarm, and other functions.Keywords: gas sensor; alcohol concentration detection system; single chip microcomputer 目 录第一章 前言 .11.1 概述 .11.2 “酒驾”的相关背景 .11.3 酒精浓度检测装置的现状和未来发展趋势 .2第二章 装置的总体方案设计 .42.1 设计前的准备工作 .42.2 设计的相关构思 .42.3 总体方案设计 .42.4 系统单片机的总体设计 .52.5 系统各芯片介绍 .52.5.1 MQ-3 酒精传感器 .52.5.2 EEPROM-AT24C02 存储芯片的主要特性 .72.5.3 LCD1602 显示模块 .112.5.4 STC12C5A16AD 单片机 .14第三章 硬件电路设计 .173.1 酒精浓度检测装置设计框图 .173.2 主程序CPU 模块 .183.3 MQ-3 传感器调理电路 .183.4 按键模块的设计 .193.5 LCD1602 液晶显示模块 .193.6 AT24C02 阀值存储模块 .20第四章 系统的软件设计 .214.1 主程序设计 .214.2 AT24C02 阀值存储程序的设计 .214.3 LCD1602 显示模块程序的设计 .224.4 系统的软硬件调试 .224.4.1 元器件的焊接及电路测试 .224.4.2 系统的软件调试 .22I4.4.3 系统的整体调试 .22总结 .23参考文献 .24附录 1：实物图及硬件电路原理图 .25附录 2：程序 .260第一章 前言1.1 概述我国家庭收入越来越多，家庭购买轿车的数量也越来越多，由此带来的交通事故也在不断攀升当中，然而喝酒开车造成的交通事故占据交通事故很大比重。我们大家都知道酒精会使神经麻痹，迟缓大脑的反应时间，也能让我们的四肢不受大脑的控制。所以对于酒后驾驶机动车的人来说，发生交通事故的频率的高低是因为他们的身体血液中含有的酒精浓度的高低。为此我们必须研制出能便于携带，放置车内的酒精浓度检测装置，只要驾驶员一进入车内检测系统就能工作，检测出驾驶员体内的酒精含量。如果检测到了驾驶员体内含有酒精，系统将会发出告警，以提示驾驶员现在不能驾驶机动车上路。1.2 “酒驾”的相关背景在我国对“酒驾”的处理也是十分严厉的，轻则吊销驾照，重则要负相应的法律责任了。 “酒驾”有分为饮酒驾驶和醉酒驾驶两种，关于这两种情况的界定，法律上给出了明确的界定。醉酒驾驶将被判刑。判断“酒驾”是有标准的，具体判定标准我们可以从表 1-1 中直观的看出。表 1-1 “酒驾”的判定标准表行为类别 对 象 临界值（毫克每百毫升）饮酒驾驶 车辆驾驶人员 20醉酒驾驶 车辆驾驶人员 80酒精浓度检测装置，本设计主要是装置对呼出气体的测量。我们怎样判定“酒驾”呢？得知道血液酒精浓度。那么酒精在气体和血液中的浓度之间的关系如表 1-2 所示：1表 1-2 呼气酒精含量与血液酒精含量换算一览表序 号呼出气体中酒精浓度 mg/L呼出气体中酒精浓度 106血液中酒精浓度 mg/100mL1 0.0227 11.85 52 0.0454 23.69 103 0.0681 35.53 154 0.0909 47.43 205 0.1136 59.28 256 0.1363 71.13 307 0.1591 83.02 358 0.1818 94.86 409 0.2045 106.71 4510 0.2272 118.56 5011 0.2500 130.45 5512 0.2727 141.26 6013 0.2954 154.15 6514 0.3181 166.00 7015 0.3409 177.89 7516 0.3636 189.72 8017 0.3863 201.15 8518 0.4091 213.43 9019 0.4318 225.33 9520 0.4515 237.12 10021 0.6618 355.68 15022 0.9091 474.24 2001.3 酒精浓度检测装置的现状和未来发展趋势人们喝酒后，我们通过自己的鼻子就可以闻出酒后呼出的气体中的酒味。最早我们就是通过鼻子做来传感器来进行酒精检测的。在第十九世纪末有化学2试剂乙醇含量的定量分析。1927 年，科学家通过重铬酸钾和硫酸的混合溶液来进行检测，该混合溶液能与酒精气体进行反映，溶液的颜色会随之发生由蓝到绿再到黄的变化过程，可以通过传统检测方法得到 BAC。然后 BAC 极限值检测方法也不能有效的科学的检测出酒精含量，存在着很多弊端。所以我们必须研制出一种操作简单，携带方便，能科学准确的检测酒精的装置。这就是我们当下需要解决的问题。一个好的酒精浓度检测装置必须达到以下目的：（1）能提高人们法律意识，特别是道路交通安全法 ；（2）要有助于社会的公共交通安全；（3）要能便携、准确、安全、高效，便于家庭的普及化。3第二章 装置的总体方案设计2.1 设计前的准备工作本次毕业论文设的装置主要测试的是含有酒精的气体，基于本次论文所采用的单片机的处理部分是主要的控制对象，硬件系统是我们完成该系统之前首要研究的实质内容，通过查阅大量资料，最终确定了以 MQ-3 元件为气敏传感器，然后利用 Proteus 数字电路仿真软件进行硬件电路的设计。通过在图书馆查阅相关的资料，了解到了该气敏传感器的一些特性参数，为后续的设计打下了一定的基础。2.2 设计的相关构思本设计所采用的单片机在市场上是比较常见的，容易购买，有很多优点，最为重要的有 8 位高速 A/D 转换器集成在该单片机中，内存也要比 51 单片机大4 倍。程序结构也与其他的 51 单片机一样，但写程序却比较方便。在一个初步的设计思想是在传感器开始检测酒精气体，然后在通过单片机的转换，最终显示到 LCD1602 数码管上，本装置还得具有按钮复位，超限告警，故障显示等功能。2.3 总体方案设计此次酒精浓度检测装置的设计能够测量出空气环境中醇类气体浓度，再经过系统将浓度数值呈现到 LCD1602 上，可以及时准确的知道空气中醇类气体浓度的含量。该系统还可以根据不同的驾驶员不同的环境对阀值进行水平设置，如果超过阀值会有报警来提醒危害。如框图 2-1 所示。4STC12C5A16AD 单片机MQ-3 气敏传感器信号调制按键控制LCD 液晶显示器模块报警提示图 2-1 系统结构方框图2.4 系统单片机的总体设计当该系统开始工作时，在空气中检测到醇类气体后 MQ-3 气体传感器接收到信号，然后对传感器输出的信号调制，再经过 ADC 转换。在屏幕显示数据之前有关芯片会对转换后的信号处理，在系统中设定两种情况的界定值，这时系统会判断限度。整个装置进行模块化的设计，以单片机为基础进行整合，最终达到预期效果。2.5 系统各芯片介绍本装置设计采用了型号为 MQ-3 的酒精传感器、型号为 AT24C02 阀值存储芯片、型号为 LCD1602 显示装置、型号为 STC12C5A16AD 单片机等芯片。2.5.1 MQ-3酒精传感器该传感器为半导体醇类气体检测传感器，SiO2 在空气中有着电导率低的特性所以是用于该传感器的材料。当传感器满足乙醇气体传感器，导电率随乙醇浓度的增加而增加。再用转换电路将这一变化转换为与之相对应的输出信号。MQ-3 气体传感器对醇类气体的感知度很高，水蒸气、烟雾、烃类物质等一些其他化学气体对它毫无影响。该传感器成本低，能够检测出多种浓度的酒精气体。应用也非常广泛。5该传感器模块具有的特性：1. 具有信号输出指示2. 模拟量输出 0-5V 电压，浓度越高电压越高3. 具有模拟量输出及 TTL 电平输出的双路信号输出4. 具备快速响应恢复特性5. 对乙醇气体具有很高的灵敏度和良好的选择性6. 简单的驱动回路该传感器的性能参数：1. MQ-3 传感器的标准工作条件如下表所示：表 2-1 MQ-3气体传感器理论工作条件表符号 参数名称 技术条件 备注VC 回路电压 15V 交流或直流VH 加热电压 5.0V0.20V 交流或直流RL 负载电阻 可调