基于51單片機的酒精濃度測試儀設計

羅清華 肖甜

【摘要】針對駕駛員酒后駕車，量刑標準不明確的問題。本文利用MQ-3酒精濃度傳感器能很好的解決該問題。MQ-3乙醇氣體傳感器以駕駛員呼出的氣體為采集對象，輸出隨乙醇濃度變化的電壓信號，該電壓信號經ADC0832轉換，送入STC89C52單片機系統，通過AT24C02與設定的醉酒閾值進行比較，并在LCD1602液晶上顯示酒精濃度值，當酒精濃度超過設定值時，通過單片機驅動蜂鳴器進行報警。從而為交警檢測駕駛員是否酒后駕車提供了可靠的依據。

【關鍵詞】STC89C52;酒精濃度;閾值

引言

現代傳感器技術日益成熟，傳感器被應用的越來越多。隨著科技的不斷進步，傳感器正處于傳統型向新型傳感器轉型的發展階段，新型傳感器具有微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化等特點，它將不僅能幫助系統產業的改造升級，還能促進新興工業得到迅速發展。本設計的酒精濃度檢測儀屬于氣體傳感器檢測技術的應用，具有以下用途：在交通安全上，判斷酒后駕車酒精濃度是否超標;在醫學上，通過設定酒精閾值判斷患者血液中的酒精濃度是否超出正常值。該檢測儀系統具有硬件電路簡單、成本低、易于實現的特點。

1.MQ-3酒精濃度傳感器介紹

1.1 傳感器主要特性

（1）具有信號輸出指示功能;

（2）雙路信號（模擬量及TTL電平）輸出;

（3）TTL輸出有效信號低電平（輸出低電平時信號燈亮，可直接接單片機）;

（4）模擬量0～5V電壓輸出，輸入濃度越高輸出電壓越高;

（5）對乙醇蒸汽具有較好的選擇性及很高的靈敏度;

（6）可靠的穩定性、使用壽命長;

（7）響應恢復快速。

1.2 MQ-3傳感器實物及靈敏度特性

MQ-3乙醇氣體傳感器實物及靈敏度曲線如圖1-1和1-2所示，其傳感原理為氣敏電阻的輸出阻值隨乙醇氣體等濃度變化而變化。

圖1-1 MQ-3酒精濃度傳感器

圖1-2 乙醇氣體傳感器靈敏度曲線

2.系統總體設計框圖

該酒精濃度測試儀總體設計框圖如圖3所示。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，該電壓信號經過ADC0832模數轉換后，將數字量送入STC89C52單片機處理，同時該系統具有醉酒閾值設定功能，將設定好的酒精閾值存儲在AT24C02中，通過單片機編程來將駕駛員的酒精濃度值與設定的閾值進行比較，當超過設定的酒精閾值時蜂鳴器報警，同時利用單片機將電壓轉換成酒精濃度值，并實時在LCD1602上進行顯示[1]。

圖2 系統硬件設計框圖

3.主控制器STC89C52

3.1 概述

STC89C52單片機內部集成8位CPU、8K字節ROM、128字節RAM、4個8位并行I/O口、1個全雙工串行口、2個16位定時器/計數器、5個中斷源。STC89C52單片機如圖3所示。

圖3 STC89C52

3.2 芯片功能

利用單片機進行控制，主要是對單片機內部I/O口的控制，同時對內部自帶的定時/計數器進行操作，中斷資源也是單片機內部非常寶貴的資源，STC89C52單片機內部有5個中斷源，2級中斷優先級[2]。本設計中采用單片機的定時器0中斷，設定ADC0832的模數轉換時間，每隔1秒鐘進行一次模數轉換。酒精閾值設定部分采用IIC協議對AT24C02進行操作，在指定的地址處存入酒精閾值，然后與測得的酒精濃度比對。LCD1602顯示部分通過LCD1602液晶芯片手冊，對其進行驅動。

3.3 單片機最小系統介紹

單片機最小系統由時鐘電路、復位電路、電源構成，這是單片機能夠進行工作必須具備的條件。在此基礎上，進行IO口的擴展，同時利用單片機P3口的第二功能，使得單片機具有了一臺微型計算機的特點，從而可以利用單片機進行外部控制[3]。在工業、汽車電子、航空航天等方面都有廣泛的應用。單片機最小系統如圖4所示。

圖4 單片機最小系統

4.系統軟件設計流程

該系統的軟件設計流程如圖5所示，軟件設計中采用單片機模塊化編程的思想，在主程序中對LCD1602顯示子程序、AT24C02酒精閾值設定子程序、A/D轉換子程序進行調用。程序開始先進行初始化，然后進行LCD1602顯示，A/D轉換等子程序，最終完成了酒精濃度測試儀軟件部分的設計。

圖5 系統軟件設計流程圖

5.結束語

本文主要是傳感器技術應用，利用MQ-3氣體傳感器對酒精濃度進行采集，將采集到的模擬信號通過ADC0832進行模數轉換，并利用AT24C02芯片進行酒精閾值的設定[4]。然后通過STC89C52單片機進行編程將數據進行處理并判斷駕駛員是否酒駕。該設計完成了預期的目的，能夠準確的判斷駕駛員是否酒后駕車，同時也能夠測定特定環境下的酒精含量是否超標，還可以對酒精閾值進行更改，是一款新型的便攜式的產品，具有廣闊的發展前景。

參考文獻

[1]何利民.單片機高級教程應用與設計[M].北京：北京航空航天大學出版.

[2]鄭學堅.微型計算機原理與應用[M].2006.

[3]王幸之.AT89系列單片機原理與接口技術[M].北京：高等教育出版社，2009，9.

[4]華成英.童詩白.模擬電子技術基礎（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2004.

作者簡介：羅清華（1981—），女，江西萍鄉人，大學本科，江西萍鄉市疾病預防控制中心助理工程師，研究方向：醫療器械設備的研究與開發。