駕駛員酒精濃度檢測儀的設計

王成福 宮靜

摘 要：本設計由數據采集模塊、轉化模塊、51單片機處理模塊和顯示模塊4部分組成，通過顯示的數值來判斷駕駛員是不是酒駕狀態，從而設計出具有更高可靠性與實用性的酒精濃度檢測儀。

關鍵詞：酒精濃度檢測儀；傳感器；單片機；A/D轉換器

1 目的及意義

駕駛員酒精濃度檢測儀的設計與實現對保護人類的人身和財產安全有著相當大的前景和意義，同時也有著十分廣闊的市場需求。

2 酒精濃度檢測儀的設計

2.1 酒精濃度檢測儀的設計方案

本文設計分為硬件、軟件電路兩部分。硬件的設計主要器件有：89C51單片機、酒精濃度傳感器、A/D轉換器、LED1602液晶顯示器、報警電路、鍵盤電路。硬件部分主要功能是利用傳感器測量被測量者體內的酒精濃度，同時，轉變為電信號，之后由A/D轉換器轉變為數字信號，用于單片機和與之對應的外圍電路的處理，最終在LED1602液晶顯示器上顯現出被測量者的酒精濃度值，若濃度超出一定值，報警電路將啟動。其總體框圖如圖1所示。

2.2 酒精濃度檢測儀的設計方案分析

（1）單片機主要控制數據采集系統，外部電路包含LED顯示器和鍵盤響應電路，而且，不用其他的計算機介入，使用者就能夠直接地、方便地工作，完成數據的采集、存儲、計算、分析等過程。

（2）該體系具有較低功耗、小型化、性價比較高的特點。

（3）從便攜的角度看，本系統使用LED1602液晶顯示器和鍵盤系統。鍵盤和LED1602液晶顯示器由單片機系統來控制，從而能夠順利地完成人機交互操作。

（4）軟件設計簡單易懂。

3 硬件電路設計

3.1 單片機的選擇

“單片機是一種集成電路芯片，選用超大規模的集成電路技術，將可以進行數據處理的器件集中于一塊硅片上，從而組成一個微型計算機系統”，該系統雖然小，但很完整。設計采用的是89C51單片機，主要考慮其具有低價、高速、高可靠、強抗靜電、強抗干擾的特點。

3.2 A/D轉換電路

設計中，需要把非電量信號轉變為模擬信號，然后把這些模擬信號轉變為數字量信號后，單片機才可以對這些數字量信號進行操作。其中，A/D轉換器把模擬量轉換成數字量。A/D轉換器通常經過采樣、保持、量化和編碼4個過程。根據要求，選擇各方面都適當的8位逐次逼近型的A/D轉換器ADC0809。

3.3 傳感器的選擇

因為是直接測量駕駛人員呼氣中的酒精含量，然后變成人體血液中的酒精濃度。同時，由于空氣中其他氣體也能夠干擾實驗結果的正確與否，因此要求所選擇的傳感器必須只能對乙醇氣體敏感，同時又對其他的任何氣體都不敏感。本設計選擇MQ3型氣敏傳感器。MQ3型氣敏傳感器具有靈敏度高、選擇性好、成本低、所需驅動電路簡單、使用壽命長以及穩定性強等特點。它將二氧化硅作為氣敏材料，是因為二氧化硅在空氣中的電導率相對其他材料而言較低。當傳感器周圍有乙醇蒸汽時，其電導率會隨著氣體濃度的增加而逐漸增強。使用過程中，為了得到最高精度、最小誤差以及找到適當的溫度，通常情況下，在實驗測量之前要把MQ3型氣敏傳感器預熱5分鐘左右。

3.4 LED1602液晶顯示電路

LED1602為工業字符型的液晶，可以一起顯現16列2行的點陣型液晶模塊。在單片機系統中，液晶顯示器有畫質高、不會閃爍、操作方便、重量輕、耗電量少等優點。

3.5 報警電路

（1）燈光提示電路。LED（發光二極管），屬于半導體二極管的一種，能夠把電能轉換為光能；具有單向導通性，同時，LED具有效率高、壽命長、不易破損、開關速度高、輻射低、功耗低以及高可靠性的優點。本設計利用LED指示酒精是否超標。

（2）聲音報警電路。設計選用的是有源蜂鳴器。三極管Q1是開關，其基極的低電平能夠使三極管處于飽和導通狀態，蜂鳴器發聲；反之，高電平能夠使三極管處于關閉狀態，蜂鳴器將不會發聲。

3.6 鍵盤電路

設計是利用按鍵接低的方法進行工作的。單片機初始時是高電平，當有按鍵被按下的時候，則接地變成低電平，使單片機處于工作狀態并對信號進行處理。

4 軟件設計流程圖

5 調試分析

調試分析主要包括硬件電路調試分析、軟件電路調試分析以及軟、硬件結合的調試分析，調試分析的過程采用的是由局部到整體、由簡單到復雜的方法。在調試過程中根據設計的電路，找到連接點，在萬能板連接電路；其次在焊接好電路之后，認真檢查電路的焊接情況。準確無誤后，在Keic軟件中將事先寫好的調試程序代碼輸入、匯編、修改并產生代碼，最后形成.hex文件。器件初始化后，將.hex文件導入單片機，并接上+5V電源開始進行調試。

參考文獻

[1]汪文，陳林.單片機原理及應用[M].湖北：華中科技大學出版社，2013.

[2]李成章.基于LED顯示的空氣酒精濃度監測儀的設計[J].電子測試，2007（12）：74-80.

（作者單位：1.鞍山廣播電視臺；2.鞍山廣播電視大學）