曹雪偉

摘 要：酒精濃度的檢測(cè)對(duì)于有效預(yù)防酒后駕駛是非常必要的。本文利用AVR單片機(jī)MG32設(shè)計(jì)了一種酒精檢測(cè)儀，該設(shè)計(jì)電路主要由酒精傳感器、AVR單片機(jī)主機(jī)MG32、四位數(shù)碼管顯示器、八位獨(dú)立按鍵構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)酒精濃度檢測(cè)功能，該電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作，測(cè)試準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：傳感器 AVR單片機(jī)MG32 酒精檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）10（c）-00-02

最近幾年來(lái)，酒后駕車成為交通事故多發(fā)的主要因素之一。有資料顯示，當(dāng)人體呼出氣體中酒精濃度達(dá)到80mg/100mL時(shí)，駕駛員將出現(xiàn)神經(jīng)麻木、大腦反應(yīng)遲鈍、注意力不集中和緊急情況下無(wú)法及時(shí)反應(yīng)，因此導(dǎo)致交通事故的數(shù)量是非醉酒駕駛的1.72倍。為此《中華人民共和國(guó)道路交通安全法》第九十一條明確規(guī)定，人體呼出氣體中酒精濃度在20mg/100mL至80mg/100mL范圍時(shí)，暫時(shí)扣留駕駛執(zhí)照6個(gè)月，罰款1000～2000元。人體呼出氣體中酒精濃度超過(guò)80mg/100mL范圍時(shí)，吊銷機(jī)動(dòng)車駕駛證，五年內(nèi)不得再考取機(jī)動(dòng)車駕駛證。飲酒后或者醉酒駕駛機(jī)動(dòng)車發(fā)生重大交通事故，終生不得重新取得機(jī)動(dòng)車駕駛證。因此，如何便捷、準(zhǔn)確地檢測(cè)駕駛員呼出氣體中酒精濃度，加大對(duì)非法飲酒駕車的懲罰力度是至關(guān)重要的。本文旨在研究以半導(dǎo)體氣體傳感器為檢測(cè)模塊的酒精檢測(cè)器的基本電路，為酒精檢測(cè)儀更有效地服務(wù)于社會(huì)提供技術(shù)參考。

本項(xiàng)基礎(chǔ)研究是在自動(dòng)檢測(cè)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)室完成，自動(dòng)檢測(cè)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)室是以亞龍YL-291單元電路為基礎(chǔ)，AVR單片機(jī)主板MG32為控制電路，傳感器電路為測(cè)試電路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)典型電路功能，可實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用電路有酒精檢測(cè)電路、超聲波測(cè)距電路、溫度無(wú)線傳輸電路、GPS信息顯示、分貝計(jì)、64×32點(diǎn)陣廣告屏、指紋控制電路等。本文利用自動(dòng)檢測(cè)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)室的設(shè)備完成了酒精檢測(cè)儀電路的搭接和測(cè)試工作，該電路能夠準(zhǔn)確、快速地檢測(cè)酒精氣體的濃度。

1 功能部件介紹

1.1 酒精傳感器

酒精傳感器由氣敏電阻傳感器QM-J3和電壓比較器LM358構(gòu)成，具體電路原理圖如圖1所示。

QM-J3的引腳A-B間的電阻，在酒精濃度較低的情況下約10kΩ左右，而在酒精濃度較高的情況下電阻值降低到1kΩ左右。當(dāng)沒(méi)有酒精氣體的情況下，氣敏電阻傳感器的B端輸出一個(gè)低電平，比較器LM358輸出一個(gè)低電平，三極管VT1截止，電路不導(dǎo)通。當(dāng)周圍空氣的酒精濃度增加時(shí)，氣敏電阻傳感器QM-J3的引腳A-B間的電阻值會(huì)迅速減小，B端輸出電壓經(jīng)過(guò)電位器RP1分壓到LM358的“3”腳，導(dǎo)致“3”腳的電壓大于“2”腳的電壓，“1”腳輸出一個(gè)高電平，使得三極管VT1導(dǎo)通，輸出一個(gè)低電平，電路導(dǎo)通。輸出電壓VOUT的大小隨著酒精濃度的變化而變化。

1.2 AVR單片機(jī)主機(jī)MG32

1997年，ATMEL公司自主開(kāi)發(fā)了AVR單片機(jī)，它是一種內(nèi)置閃存增強(qiáng)型的RISC高速8位單片機(jī)。AVR單片機(jī)大部分指令可在一個(gè)時(shí)鐘周期完成。AVR單片機(jī)具有內(nèi)部RC振蕩器、看門狗、啟動(dòng)延時(shí)、通電自動(dòng)復(fù)位等多種功能。它使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且具有豐富的內(nèi)部資源。一般來(lái)說(shuō)，它集成了A/D轉(zhuǎn)換器、PWM、SPI、USAT、TWI、I2C通信端口和豐富的中斷源。AVR單片機(jī)的工作電壓是4.5～5.5V。

AVR單片機(jī)不需要專用下載器，可以直接通過(guò)SPI端口下載程序。AVR單片機(jī)的每個(gè)I/O端口都與貼片式發(fā)光二極管相連，可以直接觀察每個(gè)I/O口的輸出電壓情況，便于電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試。

1.3 四位數(shù)碼管顯示器

四位數(shù)碼管顯示器采用外部供電方式，供電電壓是4.5～5.5V。四位數(shù)碼管顯示器的七段數(shù)碼管段碼A-DP輸入和位選DS1-DS4輸入，均低電平有效。LED1-LED8分別點(diǎn)亮?xí)r，顯示不同的功能。

1.4 八位獨(dú)立按鍵

八位獨(dú)立按鍵S1-S8的功能是F2、OK、SET、F1、LEFT、UP、DOWN、RIGHT。當(dāng)按下其中某個(gè)按鈕時(shí)，按鈕輸出一個(gè)低電平信號(hào)，這將實(shí)現(xiàn)該按鈕所相應(yīng)的功能。八位獨(dú)立按鍵的供電電壓是4.5～5V。

2 酒精檢測(cè)儀電路設(shè)計(jì)

2.1 電路連接方法

將AVR單片機(jī)PA指示和時(shí)鐘芯片選擇撥碼開(kāi)關(guān)閉合，四位數(shù)碼管顯示器A-DP連接AVR單片機(jī)的PB0-PB7，DS1-DS4連接PC1-PC4，酒精傳感器的VOUT連接AVR單片機(jī)的PA0，8位獨(dú)立按鍵的SET連接AVR單片機(jī)的PA1，8位獨(dú)立按鍵的OK連接AVR單片機(jī)的PA2。將酒精傳感器、AVR單片機(jī)主機(jī)MG32、四位數(shù)碼管顯示器、八位獨(dú)立按鍵的VCC和GND分別與5V電源和地線相連。

2.2 電路調(diào)試方法

AVR單片機(jī)通電后，下載酒精檢測(cè)儀對(duì)應(yīng)的程序。各部分按2.1電路連接方法接線，檢查無(wú)誤后，總電源閉合。在空氣中，酒精傳感器預(yù)熱1min，數(shù)碼管顯示的數(shù)字穩(wěn)定后，按下“SET”鍵，此時(shí)四位數(shù)碼管上的8個(gè)貼片LED指示燈發(fā)光，然后按下“OK”鍵，數(shù)碼管顯示“0000”，屏幕清零后即可進(jìn)行酒精濃度檢測(cè)。將蘸有酒精的棉球靠近酒精傳感器，此時(shí)數(shù)碼管顯示的數(shù)字應(yīng)為當(dāng)前檢測(cè)到的酒精濃度，當(dāng)酒精濃度增大時(shí)，其數(shù)碼管顯示的數(shù)字增大，輸出端VOUT電壓值隨酒精濃度增大而增大。

3 結(jié)語(yǔ)

本論文利用酒精傳感器、AVR單片機(jī)主機(jī)MG32、四位數(shù)碼管顯示器、八位獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)了酒精濃度檢測(cè)功能，該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作，測(cè)試準(zhǔn)確，為酒精檢測(cè)儀電路研究提供了參考，為進(jìn)一步優(yōu)化酒精檢測(cè)儀提供了方向。

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