1、摘 要以單片機(jī)和氣體傳感器為核心，設(shè)計了酒精濃度檢測儀,實現(xiàn)了不同環(huán)境下酒精濃度的檢測。本文主要介紹了酒精濃度檢測儀整體結(jié)構(gòu)，設(shè)計了系統(tǒng)硬件電路，闡述了各模塊功能并著重研究了氣體傳感器的選擇。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；A/D 轉(zhuǎn)換；酒精傳感器AbstractAn alcohol concentration detector is designed taken single chip computer and gas sensor as kernel. The alcohol concentration in different environment can be measured . In this

2、paper , the whole constructof the alcohol concentration detector is introduced ; the system hardware circuit is designed ; the function ofeach model and how to select the gas sensor are discussed especially .Keywords : Single Chip Computer ; A/D Transformer ; Alcohol Sensor目錄摘要2Abstract21 引言4課題的背景和意

3、義4本論文主要工作42總體設(shè)計方案4酒精濃度檢測儀整體結(jié)構(gòu)設(shè)計4硬件設(shè)計及功能概述52.3硬件電路設(shè)計62.4各功能模塊的設(shè)計63總結(jié)與展望10參考文獻(xiàn)101、引言近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民的生活水平迅速提高，越來越多的人有了自己的私家車，而酒后駕車造成的交通事故也頻頻發(fā)生。酒后駕車引起的交通事故是由于司機(jī)的過量飲酒造成人體內(nèi)酒精濃度過高，麻痹神經(jīng)，造成大腦反應(yīng)遲緩，肢體不受控制等癥狀。少量飲酒并不會有上述癥狀，即人體內(nèi)酒精濃度比較低時，而人體內(nèi)酒精超過某一個值時就會引起危險。為此，需要設(shè)計一智能儀器能夠監(jiān)測駕駛員體內(nèi)酒精含量。目前全世界絕大多數(shù)國家都采用呼氣酒精測試儀對駕駛?cè)藛T進(jìn)行

4、現(xiàn)場檢測，以確定被測量者體內(nèi)酒精含量的多少，以確保駕駛員的生命財產(chǎn)安全。此外，空氣酒精濃度監(jiān)測儀還能監(jiān)測某一特定環(huán)境的酒精濃度如酒精生產(chǎn)車間可避免發(fā)生起火、爆炸及工業(yè)場地酒精中毒等惡性事故，確保環(huán)境安全。1.2本論文主要工作  本課題研究的是一種以氣敏傳感器和單片機(jī)為主，監(jiān)測空氣酒精濃度，并具有聲光報警功能及LCD顯示功能的空氣酒精濃度監(jiān)測儀。其可監(jiān)測出空氣環(huán)境中酒精濃度值，并根據(jù)不同的環(huán)境設(shè)定不同的閾值，對超過的閾值進(jìn)行聲光報警來提示危害。采用匯編語言來實現(xiàn)其軟件功能。該儀器硬件電路設(shè)計簡單、軟件功能完善、靈敏度高、工作性能好，并且具有尺寸小、方便攜帶的優(yōu)點。此外，低功耗、低成本的

5、特點可以使其吸引更多的市場目光。2、總體設(shè)計方案2.1酒精濃度檢測儀整體結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，外圍電路帶有LCD 顯示以及鍵盤響應(yīng)電路，無需要其他計算機(jī)，用戶就可以與之進(jìn)行交互工作，完成數(shù)據(jù)的采集、存儲、計算、分析等過程。（2）系統(tǒng)具有低功耗、小型化、高性價比等特點。（3）從便攜式的角度出發(fā)，系統(tǒng)成功使用了大屏幕液晶顯示器以及小鍵盤。由單片機(jī)系統(tǒng)控制鍵盤和LCD 顯示來實現(xiàn)人機(jī)交互操作，界面友好。（4）軟件系統(tǒng)采用匯編語言編寫，在兼顧實時性處理的同時也能很方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。2.2硬件設(shè)計及功能概述本文設(shè)計的酒精濃度檢測儀主要是以酒精傳感器和單片機(jī)為平臺設(shè)計而成的，其硬

6、件系統(tǒng)功能框圖如圖一所示。圖一硬件系統(tǒng)功能框圖酒精濃度檢測儀主要是用來檢測酒精濃度的，它主要由酒精傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、LCD 顯示、鍵盤以及聲音報警構(gòu)成。酒精傳感器將檢測到的酒精濃度轉(zhuǎn)化為電信號，然后將電信號傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，把轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號傳給單片機(jī)，單片機(jī)對所輸入的數(shù)字信號進(jìn)行分析處理，最后將分析處理的結(jié)果通過顯示器顯示出來。由于不同的環(huán)境對酒精濃度的要求也不一樣，所以，可以通過鍵盤來設(shè)定不同環(huán)境中酒精濃度的不同閥值。如果所檢測到的空氣中的酒精濃度超過了所設(shè)定的閥值，那么單片機(jī)將會控制蜂鳴器發(fā)出聲音報警，用來提示危害。2.3硬件電路設(shè)計依據(jù)硬件系統(tǒng)功能框

7、圖設(shè)計出系統(tǒng)硬件的整體電路圖如圖二和圖三所示。其中圖二是單片機(jī)與LCD、鍵盤以及聲音報警電路的電路連接圖。圖二單片機(jī)與LCD、鍵盤及聲音報警電路的電路連接圖2.4各功能模塊的設(shè)計2.4.1 AT89S52的特性AT89S52 是低功耗、高性能、采用CMOS 工藝的8 位單片機(jī)，其片內(nèi)具有8KB 的可在線編程的Flash 存儲器。該單片機(jī)采用了ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲器技術(shù)，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)型80C51 單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容；片內(nèi)的Flash 存儲器可在線重新編程，或者使用通用的非易失性存儲器編程；通用的8 位CPU 與在線可編程Flash 集成在一塊芯片上，從而使AT89S5

8、2 功能更加完善，應(yīng)用更加靈活；具有較高的性能價格比，使其在嵌入式控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。2.4.2ADC的選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的功能是將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量，是架起模擬系統(tǒng)跟數(shù)字系統(tǒng)之間連接的橋梁。對于本系統(tǒng)而言，就是用于快速、高精度地對輸入的酒精濃度信號進(jìn)行采樣編碼，將其轉(zhuǎn)換成單片機(jī)所能夠處理的數(shù)字量。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路是本系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其性能的好壞直接影響整個系統(tǒng)的質(zhì)量。根據(jù)A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理可將A/D 轉(zhuǎn)換器分成兩大類：一類是直接型A/D 轉(zhuǎn)換器；另一類是間接型A/D 轉(zhuǎn)換器。在直接型A/D 轉(zhuǎn)換器中，輸入的模擬電壓被直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼，不經(jīng)任何中間變量。在間接型A/

9、D 轉(zhuǎn)換器中，首先把輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成某種中間變量（時間、頻率、脈沖寬度等等），然后再把這個中間變量轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼輸出。2.4.3 氣體傳感器的選擇氣體傳感器是氣體檢測系統(tǒng)的核心，通常安裝在探測頭內(nèi)。從本質(zhì)上講，氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)電信號的轉(zhuǎn)換器。探測頭通過氣體傳感器對氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理、樣品抽吸，甚至對樣品進(jìn)行化學(xué)處理，以便化學(xué)傳感器進(jìn)行更快速地測量。在選擇傳感器的時候，一定要考慮到穩(wěn)定性、靈敏度、選擇性和抗腐蝕性，本系統(tǒng)選擇MQ3 型酒精傳感器。MQ3 酒精傳感器是氣敏傳感器，其具有很高的靈敏度、良好的選擇性、長期的使用壽

10、命和可靠的穩(wěn)定性。MQ3型氣敏傳感器由微型Al2O3、陶瓷管和SnO2敏感層、測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或者不銹鋼的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件。傳感器的標(biāo)準(zhǔn)回路有兩部分組成：其一為加熱回路；其二為信號輸出回路，它可以準(zhǔn)確反映傳感器表面電阻的變化。傳感器表面電阻RS 的變化，是通過與其串聯(lián)的負(fù)載電阻RL上的有效電壓信號VRL出面獲得的。二者之間的關(guān)系表述為：RS/RL=(VCVRL)/VRL，其中VC 為回路電壓，10V。負(fù)載電阻RL可調(diào)為200K，加熱電壓Uh 為5V。上述這些參數(shù)使得傳感器輸出電壓為05V。MQ3 型氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)和外形如圖三所示，標(biāo)準(zhǔn)

11、回路如圖四所示，傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度的關(guān)系如圖五所示。為了使測量的精度達(dá)到最高，誤差最小，需要找到合適的溫度，一般在測量前需要將傳感器預(yù)熱5 分鐘。圖三MQ3 的結(jié)構(gòu)和外形圖四MQ3 標(biāo)準(zhǔn)回路圖五傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度之間的關(guān)系為了更好地使用酒精傳感器MQ3，現(xiàn)將MQ3 的標(biāo)準(zhǔn)工作條件和環(huán)境條件進(jìn)行介紹，如表一和表二所示。表一標(biāo)準(zhǔn)工作條件表二酒精傳感器MQ3 的環(huán)境條件3、總結(jié)與展望本文設(shè)計了基于單片機(jī)的酒精濃度檢測儀，設(shè)計過程包括了硬件電路設(shè)計和軟件程序的編寫兩部分。硬件電路部分結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、適合大眾化使用。軟件部分采用模塊化設(shè)計思想，各個子程序的功能相對獨立，便于調(diào)試和修改。通過軟、硬件聯(lián)合調(diào)試，實驗結(jié)果滿足設(shè)計基本要求，達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。應(yīng)用單片機(jī)編寫不同的程序嵌入各種儀器中便形成不同功能的智能儀器。作為廣泛應(yīng)用于工程中的智能儀器將有更大的運用空間。空氣酒精濃度監(jiān)測儀將越來越深入的運用到普通人民的生活中。參考文獻(xiàn) 1王幸之.AT89 系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.2鄭學(xué)堅，周斌.微型計算機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社，2006.3紀(jì)宗南.單片機(jī)