酒精濃度測試儀的設計與研究

滕云飛 史秀男 沈陽工學院

酒精濃度測試儀的設計與研究

滕云飛 史秀男 沈陽工學院

綜觀現有的酒精檢測器系統(tǒng)以單片機AT89S52單片機為基礎，并借助相應的外圍電路，將檢測結果通過LED、LCD等顯示方式告知使用者。本設計用的MQK2酒精傳感器就是一種對氣體敏感的化學傳感器，它能隨著外部氣體的濃度或不同而改變敏感膜的電阻。同時采用了DS18B20溫度采集，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現9～12位的數字值讀數方式。系統(tǒng)選AT89S52單片機為控制核心，對檢測到的氣體狀況進行相應的處理分析、處理和顯示，并通過報警進行提示。

AT89S52 傳感器 A/D轉換器 DS18B20

氣體檢測儀器儀表行業(yè)的廣闊前景、快速發(fā)展及較高利潤水平，也吸引了相關工業(yè)儀器儀表巨頭的高度關注。部分工業(yè)儀器儀表巨頭迅速調整方向介入氣體檢測儀器儀表行業(yè)，市場競爭越來越激烈。可以預見國內一些小型的酒精濃度檢測儀器企業(yè)面臨洗牌的危險，而規(guī)模相對較大的企業(yè)也需要加強研發(fā)和技術創(chuàng)新，擴大生產規(guī)模，提高市場占有率，并迅速建立核心氣體傳感器研發(fā)和生產能力，以便盡快做大做強，才有足夠實力與跨國巨頭競爭。

大量的統(tǒng)計研究結果表明，如果被測者深吸氣后以中等力度呼氣達三秒鐘上，這時呼出的氣就是從肺部深處出來的氣體。呼氣中的酒精含量與血液中的酒精含量有如下關系：

其中，BAC代表血液酒精濃度，BrAC表示呼氣酒精濃度，in mg／L表示以每升中多少毫克為單位。也就是說，以毫克／升為單位的血液酒精濃度在數值上相當于以毫克／升為單位的呼氣酒精濃度乘上系數2200(由于各國的情況不同，在美國此系數采用2000，而歐洲很多國家采用2100)。由于BrAC受到環(huán)境溫度、濕度以及被測試者個體差異等多方面影響，其測試結果不如直接檢測BAC準確，但是該結果仍可作為判斷飲酒程度的重要參考。我國對酒后駕駛的判定界限為10～30g/100L(血液中的酒精濃度)。

模數轉換采用ADC0804，對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。ADC0804有20個引腳，其中11-18管腳為數字信號輸出端，與單片機P1口相連；cs為片選端，接單片機P3.5口，當cs接低電平時ADC0804開始工作，WR接P3.6口，當WR變?yōu)榈碗娖皆偬優(yōu)楦唠娖胶髥覣/D轉換，RD接單片機P3.7口，當RD由低電平跳變?yōu)榈碗娖綍r，單片機讀走A/D轉換完的數字信號。鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤。鍵盤上閉合鍵的識別由專用的硬件編碼器實現，并產生鍵編碼號或鍵值的稱為編碼鍵盤，如計算機鍵盤。而靠軟件編程來識別的稱為非編碼鍵盤；在單片機組成的各種系統(tǒng)中，用的最多的是非編碼鍵盤。非編碼鍵盤有又分為：獨立鍵盤和行列式（又稱為矩陣式）鍵盤。本設計采用3個獨立鍵盤來輸入數字量，三個鍵盤分別接單片機P2.0，P2.1，P2.2。使用時先將鍵盤借口初始化，即將P2.0～P2.2全部置1，然后判斷是否有鍵按下，若鍵盤輸入端變?yōu)榈碗娖剑砻鞔随I盤按下，在軟件編程時，注意鍵盤消抖。為充分加熱傳感器的電熱絲，在系統(tǒng)初始化完成后，首先啟動DS18B20，顯示當前環(huán)境溫度同時開始預熱，時間大約30s。30s計時到后，并等待用戶的按鍵操作，若未檢測到任何按鍵按下，系統(tǒng)進入待機狀態(tài)。系統(tǒng)共分3個按鍵K1、K2、K3，分別接至單片機P2.0-P2.2口，初始化時將P2.0-P2.2置1，當檢測到輸入端為低電平時表示有鍵按下，通過軟件5ms延時，消除鍵盤抖動。在待機狀態(tài)時若按下K1鍵提示被測者吹氣，若檢測過程中需要取消測試，可按K2鍵，此時系統(tǒng)放棄測試，并可回到待機狀態(tài)。考慮到環(huán)境、濕度以及被測試者的個體差異等因素，有時需要修改濃度的警戒值，在待機狀態(tài)下，按下K3，數碼管上將顯示當前設置值，此時按下K1、K2可調節(jié)警戒值。每按一次K1值可將報警濃度上調0.02mg/L（最高到0.72mg/L），按下K2則下調0.02mg/L(最低到0.04mg/L)，調整完后再按下K3值可保存新的警戒值。當開始檢測時，采樣傳感器的輸出信號，并準備A/D轉換。每隔50ms采集一個電壓值，共采集10個，取其中最大的3個結果，并計算其平均數。在單片機按鍵在閉合和斷開時，觸點會存在抖動現象。一般消抖的方法有硬件消抖和軟件消抖。本設計采用軟件辦法消除鍵盤抖動，即當鍵盤按下后，先延時10ms再判斷該鍵盤是否按下，若此時鍵盤仍然按下，則表明此鍵盤確實被按下。同時應在松手時進行松手檢測，方法如上。

本文設計了基于單片機的酒精濃度檢測儀，設計過程包括了硬件電路設計和軟件程序的編寫兩部分。硬件電路部分結構簡單、使用方便、適合大眾化使用。軟件部分采用模塊化設計思想，各個子程序的功能相對獨立，便于調試和修改。通過軟、硬件聯(lián)合調試，實驗結果滿足設計基本要求，達到設計目標。

史秀男（通訊作者），沈陽工學院信息與控制學院通信教研室，講師。