張海紅,許 璐,武建衛(wèi)

（南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,211135）

單片機(jī)酒精測試儀

張海紅,許 璐,武建衛(wèi)

（南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,211135）

為了減少酒后駕車事故，酒精濃度測試儀的需求加劇，使其得以發(fā)展迅速。酒精濃度測試儀是基于傳感器控制的儀器。本論文介紹了采用MQ-3酒精氣敏傳感器和單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)酒精濃度測試儀的設(shè)計。

酒精濃度傳感器（MQ3）;單片機(jī)；A/D轉(zhuǎn)換

0 緒論

近年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，儀器儀表產(chǎn)業(yè)也得到了快速發(fā)展, 科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步為酒精濃度檢測儀行業(yè)的發(fā)展提供了條件，新技術(shù)新產(chǎn)品正在成為未來酒精檢測儀器的主流，高精度、高可靠性與微型化成為了酒精濃度檢測儀的主要發(fā)展方向。

1 傳感器

國家標(biāo)準(zhǔn)《傳感器通用術(shù)語》中，傳感器是指在測量裝置和控制系統(tǒng)輸入部分中起信號測量作用的器件或能把外界非電量信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件或裝置。

傳感器一般由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件和測量電路三部分組成，有時還需要加輔助電源。

2 酒精濃度測試儀總體方案設(shè)計

2.1 酒精濃度測試儀實(shí)現(xiàn)功能

本文重點(diǎn)闡述的是一種采用MQ-3酒精氣敏傳感器和單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)酒精濃度測試儀的設(shè)計。此測試儀能測試人體或環(huán)境中的酒精含量，并對所測出的數(shù)值進(jìn)行LCD顯示，并且可以根據(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。

2.2 酒精濃度測試原理

判斷駕駛員是否飲酒過度，最直接的方法是測試其血液酒精含量(Blood Alcohol Content，BAC)，一般認(rèn)為，血液酒精濃度(BAC)與呼出氣體酒精濃度(BrAC)的比例為2100：1，即

由于BrAC會受到環(huán)境溫度、濕度以及被測試者個體差異等多方面影響，其測試BrAC值不夠準(zhǔn)確，但是該結(jié)果仍可作為判斷飲酒程度的重要參考。而利用酒精傳感器，可將呼出氣體中的BrAC值轉(zhuǎn)換為電信號，供單片機(jī)處理，從而實(shí)現(xiàn)對測試者飲酒程度的測試。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本研究設(shè)計的酒精濃度測試儀的硬件電路主要由控制部分電路、測試部分電路、語音報警電路和電源電路等組成。MQ-3乙醇?xì)怏w傳感器輸出信號經(jīng)信號調(diào)理電路處理，輸出隨乙醇濃度變化的電壓信號，該電壓信號送入單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)對來自酒精傳感器的模擬電壓信號作A／D轉(zhuǎn)換，經(jīng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理后，和事先設(shè)定的警戒值進(jìn)行比較，最后在LCD上顯示測試結(jié)果數(shù)值，超過閥值報警。

3 硬件設(shè)計

3.1 單片機(jī)電路

本設(shè)計選用宏晶公司高性能單片機(jī)STC12C5A16AD。

該芯片為52內(nèi)核8位單片機(jī)，內(nèi)部集成了10位多路A/D轉(zhuǎn)換模塊，適用于常用檢測電路。

3.2 酒精傳感器信號采樣及處理電路

考慮到酒精測試儀的精度要求不是很高，本系統(tǒng)采用MQ-3型半導(dǎo)體酒精傳感器，其價格低廉，可滿足呼出氣體酒精濃度的測量需要。

1）MQ-3型氣敏傳感器基本結(jié)構(gòu)

MQ-3型氣敏傳感器外形和符號如圖4.1所示。它有6個針狀引腳，其中2個引腳F提供加熱電流，其余4個引腳用于信號取出。

使用時將傳感器A的2個引腳、B的的2個引腳各自并接在一起，相當(dāng)A、B只有2個引腳與外電路相連。傳感器頂部有一個不銹鋼網(wǎng)的的圓孔，固定在腔內(nèi)的敏感元件與大氣相通。

圖4 .1

2）標(biāo)準(zhǔn)測試回路

MQ-3氣敏傳感器的標(biāo)準(zhǔn)測試回路有兩部分組成。一個為了加熱回路，加熱器的電阻為，由穩(wěn)定的交流或直流電源供電，電源電壓。另外一部分為信號輸出回路，它由傳感器的表面電阻（即電極A、B之間的電阻）和外接負(fù)載電阻以及電源串聯(lián)而成，規(guī)定,也要求用穩(wěn)定的交流或直流電壓。信號從的兩端輸出，它可以準(zhǔn)確反映傳感器表面電阻的變化。其關(guān)系為：

MQ-3型氣敏元件對不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。因此，在使用MQ-3型氣敏元件時，靈敏度的調(diào)整是很重要的。廠家建議用0.4mg/L(約200ppm)濃度的乙醇蒸氣校準(zhǔn)傳感器。當(dāng)精確測量時，報警點(diǎn)的設(shè)定應(yīng)考慮溫濕度的影響。

3）化簡的工作電路

在本設(shè)計中，選用比標(biāo)準(zhǔn)測試回路較為簡單的工作回路，將信號輸出回路的電源用加熱回路電源取代，2個回路會用一個電源。

4）標(biāo)準(zhǔn)工作條件和環(huán)境條件

環(huán)境溫度和濕度的變化對氣敏傳感器的靈敏度有一定的影響。當(dāng)環(huán)境溫度較高時，氣敏傳感器的靈敏度也較高；當(dāng)環(huán)境濕度較低時，氣敏傳感器的靈敏度較低。在標(biāo)準(zhǔn)工作條件下，MQ-3型氣敏傳感器測試酒精氣體濃度范圍為，其濃度上限為。

5）測試信號采樣及處理電路

酒精濃度是由傳感器MQ-3把非電量轉(zhuǎn)換為電量，傳感器輸出的是0～5V的電壓值且電壓值穩(wěn)定，外部干擾小。因此，可以直接把傳感器輸出電壓值經(jīng)過ADC0832采樣數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行處理。

3.3 閾值存儲及顯示電路

醉酒閾值存儲在EEPROM芯片AT24C04中，并可以通過 “增加”、“減少”按鍵調(diào)節(jié)并保存。AT24C04是IIC接口的EEPROM芯片，可以用于掉電不易失數(shù)據(jù)的存儲。LCD1602顯示部分采用SMC 1602液晶屏進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。

3.4 供電及程序下載電路

本設(shè)計采用USB接口供電，電源電壓5V。同時，USB接口通過內(nèi)含PL2303芯片的轉(zhuǎn)換電路對單片機(jī)進(jìn)行程序編寫。

4 酒精濃度測試儀的軟件設(shè)計

4.1 系統(tǒng)總程序設(shè)計

本設(shè)計軟件主程序當(dāng)檢測到酒精氣味時，氣體傳感器MQ-3兩個電極端A-B間電阻將變小，對應(yīng)與氣體傳感器負(fù)載電阻的分壓將變大，輸出電壓也將變大。

4.2 軟件系統(tǒng)各子程序及液晶顯示程序設(shè)計

液晶顯示程序設(shè)計、A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計、報警程序設(shè)計、矩陣鍵盤識別程序設(shè)計等程序。顯示子程序分為：開機(jī)界面顯示程序，提示界面顯示程序，閾值設(shè)定界面程序，測量界面顯示程序。

4.3 A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計

ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的具M(jìn)icrowire/Plus串行接口的8位A/D轉(zhuǎn)換器,通過三線接口與單片機(jī)連接,適宜在袖珍式智能儀器中使用。主要性能指標(biāo)有:功耗低,只有15mW; 8位分辨率,逐次逼近型,基準(zhǔn)電壓為5V;輸入模擬信號電壓范圍為0～5V;輸入和輸出電平與TTL和CMOS兼容;在250kHz時鐘頻率時,轉(zhuǎn)換時間為32us;具有兩個可供選擇的模擬輸入通道。本設(shè)計使用其中的一路，另外一路接地。

4.4 報警程序設(shè)計

報警程序的設(shè)計很簡單，就是將酒精濃度的測量值與事先設(shè)定的閾值相比較，當(dāng)測量值大于閾值時，蜂鳴器報警，同時LED燈閃爍指示超量。

4.5 矩陣鍵盤識別程序設(shè)計

矩陣鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。開始時給行線置高電平，當(dāng)無鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時，行、列線將導(dǎo)通，此時，行線的電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。

本設(shè)計一個基于單片機(jī)的空氣酒精濃度監(jiān)測儀。實(shí)現(xiàn)輸入閾值．并用LCD顯示，而對超過閾值的濃度值進(jìn)行聲光報警，基本實(shí)現(xiàn)了控制要求，對實(shí)際的酒精測試儀設(shè)計有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

SCM Alcohol Tester

Zhang Haihong,Xu Lu,Wu Jian Wei
(Nanjing Institute of Mechanical,211135)

In order to reduce drunk driving accidents,increased alcohol concentration tester needs to be developed rapidly.Tester is based on the alcohol concentration sensor control instruments.This paper describes the use of MQ-3 alcohol gas sensor and microcontroller systems alcohol concentration tester design.

alcohol concentration sensor (MQ3);SCM;A / D conversion