單片機酒精測試儀

張海紅,許 璐,武建衛

（南京機電職業技術學院,211135）

單片機酒精測試儀

張海紅,許 璐,武建衛

（南京機電職業技術學院,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系統實現酒精濃度測試儀的設計。

酒精濃度傳感器（MQ3）;單片機；A/D轉換

0 緒論

近年來，隨著中國經濟的高速發展，儀器儀表產業也得到了快速發展, 科學技術的進步為酒精濃度檢測儀行業的發展提供了條件，新技術新產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展方向。

1 傳感器

國家標準《傳感器通用術語》中，傳感器是指在測量裝置和控制系統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換成電信號輸出的器件或裝置。

傳感器一般由敏感元件，轉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計

2.1 酒精濃度測試儀實現功能

本文重點闡述的是一種采用MQ-3酒精氣敏傳感器和單片機系統實現酒精濃度測試儀的設計。此測試儀能測試人體或環境中的酒精含量，并對所測出的數值進行LCD顯示，并且可以根據不同的環境設定不同的閾值，對超過的閾值進行聲光報警，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值不夠準確，但是該結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值轉換為電信號，供單片機處理，從而實現對測試者飲酒程度的測試。

2.3 系統結構

本研究設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乙醇氣體傳感器輸出信號經信號調理電路處理，輸出隨乙醇濃度變化的電壓信號，該電壓信號送入單片機系統，單片機對來自酒精傳感器的模擬電壓信號作A／D轉換，經相應的數據處理后，和事先設定的警戒值進行比較，最后在LCD上顯示測試結果數值，超過閥值報警。

3 硬件設計

3.1 單片機電路

本設計選用宏晶公司高性能單片機STC12C5A16AD。

該芯片為52內核8位單片機，內部集成了10位多路A/D轉換模塊，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，本系統采用MQ-3型半導體酒精傳感器，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構

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的的圓孔，固定在腔內的敏感元件與大氣相通。

圖4 .1

2）標準測試回路

MQ-3氣敏傳感器的標準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）和外接負載電阻以及電源串聯而成，規定,也要求用穩定的交流或直流電壓。信號從的兩端輸出，它可以準確反映傳感器表面電阻的變化。其關系為：

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傳感器。當精確測量時，報警點的設定應考慮溫濕度的影響。

3）化簡的工作電路

在本設計中，選用比標準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）標準工作條件和環境條件

環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。當環境溫度較高時，氣敏傳感器的靈敏度也較高；當環境濕度較低時，氣敏傳感器的靈敏度較低。在標準工作條件下，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把非電量轉換為電量，傳感器輸出的是0～5V的電壓值且電壓值穩定，外部干擾小。因此，可以直接把傳感器輸出電壓值經過ADC0832采樣數據送入單片機進行處理。

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”按鍵調節并保存。AT24C04是IIC接口的EEPROM芯片，可以用于掉電不易失數據的存儲。LCD1602顯示部分采用SMC 1602液晶屏進行數據顯示。

3.4 供電及程序下載電路

本設計采用USB接口供電，電源電壓5V。同時，USB接口通過內含PL2303芯片的轉換電路對單片機進行程序編寫。

4 酒精濃度測試儀的軟件設計

4.1 系統總程序設計

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

4.2 軟件系統各子程序及液晶顯示程序設計

液晶顯示程序設計、A/D轉換程序設計、報警程序設計、矩陣鍵盤識別程序設計等程序。顯示子程序分為：開機界面顯示程序，提示界面顯示程序，閾值設定界面程序，測量界面顯示程序。

4.3 A/D轉換程序設計

ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生產的具Microwire/Plus串行接口的8位A/D轉換器,通過三線接口與單片機連接,適宜在袖珍式智能儀器中使用。主要性能指標有:功耗低,只有15mW; 8位分辨率,逐次逼近型,基準電壓為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,轉換時間為32us;具有兩個可供選擇的模擬輸入通道。本設計使用其中的一路，另外一路接地。

4.4 報警程序設計

報警程序的設計很簡單，就是將酒精濃度的測量值與事先設定的閾值相比較，當測量值大于閾值時，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計

矩陣鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端。開始時給行線置高電平，當無鍵按下時，行線處于高電平狀態；當有鍵按下時，行、列線將導通，此時，行線的電平將由與此行線相連的列線電平決定。

本設計一個基于單片機的空氣酒精濃度監測儀。實現輸入閾值．并用LCD顯示，而對超過閾值的濃度值進行聲光報警，基本實現了控制要求，對實際的酒精測試儀設計有實際的指導意義。

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