基于AVR單片機MG32的酒精檢測儀研究

曹雪偉

摘 要：酒精濃度的檢測對于有效預防酒后駕駛是非常必要的。本文利用AVR單片機MG32設計了一種酒精檢測儀，該設計電路主要由酒精傳感器、AVR單片機主機MG32、四位數碼管顯示器、八位獨立按鍵構成，可實現酒精濃度檢測功能，該電路具有結構簡單，便于操作，測試準確等優點，具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：傳感器 AVR單片機MG32 酒精檢測

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）10（c）-00-02

最近幾年來，酒后駕車成為交通事故多發的主要因素之一。有資料顯示，當人體呼出氣體中酒精濃度達到80mg/100mL時，駕駛員將出現神經麻木、大腦反應遲鈍、注意力不集中和緊急情況下無法及時反應，因此導致交通事故的數量是非醉酒駕駛的1.72倍。為此《中華人民共和國道路交通安全法》第九十一條明確規定，人體呼出氣體中酒精濃度在20mg/100mL至80mg/100mL范圍時，暫時扣留駕駛執照6個月，罰款1000～2000元。人體呼出氣體中酒精濃度超過80mg/100mL范圍時，吊銷機動車駕駛證，五年內不得再考取機動車駕駛證。飲酒后或者醉酒駕駛機動車發生重大交通事故，終生不得重新取得機動車駕駛證。因此，如何便捷、準確地檢測駕駛員呼出氣體中酒精濃度，加大對非法飲酒駕車的懲罰力度是至關重要的。本文旨在研究以半導體氣體傳感器為檢測模塊的酒精檢測器的基本電路，為酒精檢測儀更有效地服務于社會提供技術參考。

本項基礎研究是在自動檢測基礎實訓室完成，自動檢測基礎實訓室是以亞龍YL-291單元電路為基礎，AVR單片機主板MG32為控制電路，傳感器電路為測試電路，進而實現典型電路功能，可實現的應用電路有酒精檢測電路、超聲波測距電路、溫度無線傳輸電路、GPS信息顯示、分貝計、64×32點陣廣告屏、指紋控制電路等。本文利用自動檢測基礎實訓室的設備完成了酒精檢測儀電路的搭接和測試工作，該電路能夠準確、快速地檢測酒精氣體的濃度。

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。當沒有酒精氣體的情況下，氣敏電阻傳感器的B端輸出一個低電平，比較器LM358輸出一個低電平，三極管VT1截止，電路不導通。當周圍空氣的酒精濃度增加時，氣敏電阻傳感器QM-J3的引腳A-B間的電阻值會迅速減小，B端輸出電壓經過電位器RP1分壓到LM358的“3”腳，導致“3”腳的電壓大于“2”腳的電壓，“1”腳輸出一個高電平，使得三極管VT1導通，輸出一個低電平，電路導通。輸出電壓VOUT的大小隨著酒精濃度的變化而變化。

1.2 AVR單片機主機MG32

1997年，ATMEL公司自主開發了AVR單片機，它是一種內置閃存增強型的RISC高速8位單片機。AVR單片機大部分指令可在一個時鐘周期完成。AVR單片機具有內部RC振蕩器、看門狗、啟動延時、通電自動復位等多種功能。它使電路設計簡單，且具有豐富的內部資源。一般來說，它集成了A/D轉換器、PWM、SPI、USAT、TWI、I2C通信端口和豐富的中斷源。AVR單片機的工作電壓是4.5～5.5V。

AVR單片機不需要專用下載器，可以直接通過SPI端口下載程序。AVR單片機的每個I/O端口都與貼片式發光二極管相連，可以直接觀察每個I/O口的輸出電壓情況，便于電路的設計和調試。

1.3 四位數碼管顯示器

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

1.4 八位獨立按鍵

八位獨立按鍵S1-S8的功能是F2、OK、SET、F1、LEFT、UP、DOWN、RIGHT。當按下其中某個按鈕時，按鈕輸出一個低電平信號，這將實現該按鈕所相應的功能。八位獨立按鍵的供電電壓是4.5～5V。

2 酒精檢測儀電路設計

2.1 電路連接方法

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

2.2 電路調試方法

AVR單片機通電后，下載酒精檢測儀對應的程序。各部分按2.1電路連接方法接線，檢查無誤后，總電源閉合。在空氣中，酒精傳感器預熱1min，數碼管顯示的數字穩定后，按下“SET”鍵，此時四位數碼管上的8個貼片LED指示燈發光，然后按下“OK”鍵，數碼管顯示“0000”，屏幕清零后即可進行酒精濃度檢測。將蘸有酒精的棉球靠近酒精傳感器，此時數碼管顯示的數字應為當前檢測到的酒精濃度，當酒精濃度增大時，其數碼管顯示的數字增大，輸出端VOUT電壓值隨酒精濃度增大而增大。

3 結語

本論文利用酒精傳感器、AVR單片機主機MG32、四位數碼管顯示器、八位獨立按鍵實現了酒精濃度檢測功能，該電路結構簡單，便于操作，測試準確，為酒精檢測儀電路研究提供了參考，為進一步優化酒精檢測儀提供了方向。

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