基于89C51的酒精濃度測試儀的設(shè)計

摘要：私家車成了越來越多人的代步工具，由此引起的酒后駕車造成的交通事故也頻頻發(fā)生。本文設(shè)計了一款便攜式的智能酒精濃度測試儀，采用89C51為核心處理器件，利用MQ3氣敏傳感器測量空氣中酒精濃度，并轉(zhuǎn)換為電壓信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后傳給單片機系統(tǒng)，由單片機及其外圍電路進行信號的處理，顯示濃度值以及超閾值聲光報警。

關(guān)鍵詞：酒精濃度 單片機 傳感器 MQ3

1 概述

近年來，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，人民的生活水平迅速提高，越來越多的人有了自己的私家車，而酒后駕車造成的交通事故也頻頻發(fā)生。酒后駕車引起的交通事故是由于司機的過量飲酒造成人體內(nèi)酒精濃度過高，麻痹神經(jīng)，造成大腦反應(yīng)遲緩，肢體不受控制等癥狀造成的。多年前交通管理者判定駕駛?cè)藛T是否有飲酒只能靠主觀判斷、肉眼的觀察和去醫(yī)院進行血液中酒精含量的檢測，這些不科學(xué)不及時的方法造成了很多不必要的誤會和麻煩。為此，需要設(shè)計一款便攜式智能儀器能夠監(jiān)測駕駛員體內(nèi)酒精含量。

目前全世界絕大多數(shù)國家都采用呼氣酒精測試儀對駕駛?cè)藛T進行現(xiàn)場檢測，以確定被測量者體內(nèi)酒精含量的多少，以確保駕駛員的生命財產(chǎn)安全。本文設(shè)計了一款便攜式的呼氣酒精測試儀，該測試儀由89C51為核心處理器件，利用MQ3氣敏傳感器測量空氣中酒精濃度，并轉(zhuǎn)換為電壓信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后傳給單片機系統(tǒng)，由單片機及其外圍電路進行信號的處理，顯示濃度值以及超閾值聲光報警。

2 系統(tǒng)設(shè)計

本設(shè)計屬于單片機應(yīng)用系統(tǒng)。首先確定系統(tǒng)的工作流程如圖1所示。選擇檢測元件，在確定總體方案時，必須首先選擇好被測參數(shù)的測量元件，它是影響控制系統(tǒng)精度的重要因素之一。選擇執(zhí)行機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)是微型機控制系統(tǒng)的重要組成部件之一。執(zhí)行機構(gòu)的選擇一方面要與控制算法匹配，另一方面要根據(jù)被控對象的實際情況確定。

2.1 89C51單片機控制系統(tǒng)

本設(shè)計采用ATMEL公司的89C51作為控制器件，89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。89C51單片機系統(tǒng)結(jié)合傳感器測量電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、聲光報警電路、LED顯示電路構(gòu)成一個完整的單片機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)。

2.2 傳感器的選擇及數(shù)據(jù)采集

由于本設(shè)計直接測量的是呼氣中的酒精濃度，再轉(zhuǎn)換為血液中的酒精含量濃度，故采用氣敏傳感器。考慮到周圍空氣中的氣體成分可能影響傳感器測量的準確性，所以傳感器只能對酒精氣體敏感，對其他氣體不敏感，故選用MQ3型氣敏傳感器。其有很高的靈敏度、良好的選擇性、長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。

傳感器是將外界信息轉(zhuǎn)換成電信號的裝置，其中的電信號包括數(shù)字信號和模擬信號，數(shù)字信號可以通過電氣隔離直接送給單片機或微型計算機進行處理，模擬信號則利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過單片機或微型計算機進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)實時測控。酒精濃度是由傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量，傳感器輸出的是0-5伏的電壓值，所以是模擬信號。

2.3 A/D轉(zhuǎn)換電路

在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，被測量對象的有關(guān)變化量，如溫度、壓力、流量、速度、氣味等非電物理量，須經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的模擬電信號（電壓或電流），這些模擬電信號必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能在單片機中用軟件進行處理。實現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱為A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）。本系統(tǒng)采用ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器件。MQ3傳感器輸出的是0-5伏的電壓值并且電壓值穩(wěn)定，外部干擾小等。因此，可以直接把傳感器輸出電壓值經(jīng)過ADC0809采集數(shù)據(jù)送入單片機進行處理。

2.4 LED顯示及聲光報警電路設(shè)計

本設(shè)計采用4只LED數(shù)碼管來顯示被測出來的酒精濃度值，數(shù)碼管采用動態(tài)顯示，就是將所有數(shù)碼管的8個段碼的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形。報警電路分為蜂鳴器報警電路和LED發(fā)光報警電路組成。

3 結(jié)論

本設(shè)計硬件電路簡單，使生產(chǎn)成本降低，操作簡單，對著儀器呼氣后很短的時間內(nèi)儀器將自動顯示測量結(jié)果，同時還能進行聲光報警提示。此外，本設(shè)計還可以應(yīng)用于監(jiān)測某一特定環(huán)境的酒精濃度，如酒精生產(chǎn)車間可避免發(fā)生起火、爆炸及工業(yè)場地酒精中毒等惡性事故，確保環(huán)境安全。

參考文獻：

[1]何希才.傳感器技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[2]陳繼德.基于PIC16F877.呼氣式酒精測試儀的設(shè)計[J].中國儀器儀表，2005(1):9-11.