基于單片機控制的酒精濃度檢測儀設計

摘 要：目前，隨著私家車的數(shù)量越來越多，酒駕安全事故頻發(fā)，同時，國內(nèi)也出現(xiàn)了多起化工廠安全事故，酒精濃度檢測成為了一個安全指標，本文采用單片機為控制器，設計了一款測量準確、操作方便且便攜的酒精濃度檢測儀，旨在為交通安全和化工安全提供幫助。

關鍵詞：酒精濃度；單片機；酒駕；化工安全

一、概述

本文設計的酒精測試儀主要針對的是日常生活中需要用到酒精濃度檢測的地方，例如隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，目前家家戶戶都可以擁有私家車，私家車數(shù)量的增長導致每年交通的迅速增長，交通事故也因此頻發(fā)，很大一部分交通事故都是由于駕駛員酒后駕駛導致的，因此我國的交通法規(guī)也命令禁止了酒后駕駛，全國各地每天都會在不固定的路口進行酒駕檢測，檢測酒駕的儀器就是酒精濃度檢測儀，使用酒精濃度檢測儀可以讓交警很方便的進行酒駕檢測，也可以作為駕駛員進行自我檢測的工具，讓駕駛員自己對于自己目前是否屬于酒駕有個清楚的認識。

目前酒精也是常用的生活醫(yī)藥用品以及化工用品，酒精屬于易燃液體，因此也屬于危險品的范疇，近年來化工安全事故頻發(fā)，前不久江蘇化工廠發(fā)生爆炸引發(fā)了多名工人和周邊人員的死亡和重傷，北京理工實驗樓爆炸引發(fā)學生死亡的事故等，國家對于這些事故引起了高度重視，強調(diào)一定要讓化工生產(chǎn)安全進行，酒精屬于易揮發(fā)性液體，酒精的濃度檢測也需要酒精濃度檢測儀，在酒精濃度升高達到警戒值的時候發(fā)出報警信息，保護人們的生命財產(chǎn)安全。

由于市面上目前的酒精濃度檢測儀稂莠不齊，有的劣質(zhì)酒精濃度檢測儀檢測出的酒精濃度偏高或者偏低，對于交通安全檢測以及化工安全檢測帶來了不良的影響，而且很多酒精濃度檢測儀雖然檢測值準確，但是由于體積太大不方便攜帶，對于酒駕檢測也不適用，所以本文采用單片機這種微型計算機為控制器進行酒精濃度檢測儀的設計，既能夠保證檢測的準確性又能夠便于攜帶。

二、工作原理

本文設計的酒精濃度檢測儀可以隨身便攜作為一般的酒精濃度檢測儀進行使用，也可以與汽車控制系統(tǒng)連接作為汽車駕駛員自我酒駕檢測的檢測儀。

本文設計的酒精濃度檢測儀的系統(tǒng)內(nèi)部已經(jīng)提前根據(jù)相應的酒精濃度檢測值錄入了數(shù)據(jù)，當進行酒駕檢測的時候，駕駛員口呼出的氣體中的酒精濃度被檢測儀的傳感器檢測到并在單片機數(shù)據(jù)中心進行處理，將電位信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，即轉(zhuǎn)換為電壓信號，由于之前已經(jīng)根據(jù)傳感器獲得了不同酒精濃度的傳感器檢測所轉(zhuǎn)換的電壓值，因此將本次檢測的電壓值和已有數(shù)據(jù)列表進行對比并在檢測儀內(nèi)部進行插值計算即可獲得當前的精確酒精濃度值并顯示在檢測儀的顯示屏上，若是檢測到的酒精濃度超標則啟動報警器和指示燈，即判斷為酒駕。

當該檢測儀作為駕駛員自我檢測的裝置使用的時候，該檢測儀是安裝在汽車儀表盤的位置上，且與汽車的控制系統(tǒng)連接，當檢測出酒精濃度超標的時候，檢測儀會報警并禁止汽車啟動，直到檢測出汽車內(nèi)部的酒精濃度低于閾值的時候才允許啟動，而且汽車在啟動的時候檢測儀的耗電量非常低，屬于低功耗狀態(tài)，實時進行酒精濃度的檢測。

三、硬件系統(tǒng)設計

本文所設計的酒精濃度檢測儀是基于單片機進行開發(fā)的，所以主要控制中心是單片機控制器，其次決定檢測精度的元件是傳感器，傳感器檢測到的信息需要轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，因此需要A/D轉(zhuǎn)換電路，最后在檢測到了數(shù)據(jù)之后需要執(zhí)行顯示操作，需要設計報警器和顯示屏顯示電路，下面針對硬件系統(tǒng)的這四個主要組成部分進行詳述。

1. 89C51單片機控制系統(tǒng)

89C51單片機是比較早期的一種單片機，該單片機可以滿足主要的檢測精度需求，而且價格低廉，因此本文的控制器選擇的是ATMEL公司設計生產(chǎn)的這一種型號的單片機，該單片機的處理器所需電壓要求低，而且性能高，采用的是CMOS8位微處理器，性價比高。該控制器內(nèi)部進行檢測的數(shù)據(jù)處理工作以及指令的發(fā)送和接收，本文的軟件部分也是基于單片機進行設計的。

2.傳感器的選擇及數(shù)據(jù)采集

硬件系統(tǒng)的第二個主要部分是傳感器，本文的酒精濃度檢測儀的作用是檢測駕駛員口中所呼出的氣體中酒精濃度的值，進而在單片機中進行計算轉(zhuǎn)換為血液中酒精濃度，因此檢測儀的傳感器選擇的是氣敏傳感器，該傳感器型號為MQ3型氣敏傳感器，因為只對空氣中酒精成分敏感，所以作為本測試儀的傳感器非常適合，而且這種傳感器的靈敏度很高，使用壽命高，相同條件下檢測的值的范圍也比較穩(wěn)定。

傳感器檢測到的是酒精的濃度，屬于模擬信號，傳感器的作用還有一步是將外界直接收集和采集到的信息轉(zhuǎn)換為電信號，不過電信號也包括模擬信號，另外一部分是數(shù)字信號，數(shù)字信號是單片機可以直接處理的信號，即0和1，而模擬信號需要進行下一步的數(shù)模轉(zhuǎn)換，即A/D轉(zhuǎn)換，才能進入單片機進行處理，實時測量。 例如氣敏傳感器進行檢測之后會根據(jù)酒精濃度輸出一個電壓值，電壓值的大小對應的是不同的酒精濃度，該電壓值就屬于電信號中的模擬信號，單片機不能直接處理，需要轉(zhuǎn)換為由0和1表示的數(shù)字信號才能進一步處理，也就是下一小節(jié)提到的A/D轉(zhuǎn)換。

3. A/D轉(zhuǎn)換電路

硬件系統(tǒng)的第三個部分是A/D轉(zhuǎn)換電路，由于檢測儀檢測的是酒精濃度，不能直接進入檢測儀進行處理，所以需要靠第一步傳感器進行模擬量轉(zhuǎn)換為電信號模擬量，再由A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳輸給單片機進行信號處理，本文所設計的酒精濃度檢測儀采用的A/D檢測電路中主要A/D轉(zhuǎn)換器件使用的是ADC0809轉(zhuǎn)換器。其實不僅是酒精濃度檢測儀，其他例如測量溫度、壓力等檢測儀都需要A/D轉(zhuǎn)換電路，這是檢測設備不可缺少的一部分，也是連接現(xiàn)實世界和數(shù)字世界的橋梁。

4.LED顯示及聲光報警電路設計

硬件系統(tǒng)的最后一個部分即為執(zhí)行器，執(zhí)行器包括LED顯示屏以及聲音和LED報警器，LED顯示屏采用的是數(shù)碼管顯示，單片機內(nèi)部固定的程序控制不同的數(shù)碼管發(fā)光顯示數(shù)字，即為主界面以及相關參數(shù)，如酒精濃度值等，當濃度值達到報警閾值的時候，報警器啟動，聲光同時報警。

四、軟件設計

軟件設計即設計上位機，即界面的設計，實現(xiàn)界面控制，界面的主要內(nèi)容包括酒精含量檢測、超標提醒、酒精濃度、電壓信號、酒精濃度閾值等。軟件設計可以采用C語言也可以采用C++進行程序代碼編寫，采用TCP控制協(xié)議實現(xiàn)實時的傳輸。

五、結(jié)束語

本文所設計的酒精濃度檢測儀的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單實用，價格低廉，能夠滿足交通檢測、化工廠安全監(jiān)測以及日常私人使用要求，而且該檢測儀體積小便于攜帶，操作方便，對于預防交通事故和化工事故有著很大的幫助。

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作者簡介：

王暢，出生年月：1995年3月，性別：男，民族：漢族，籍貫（精確到市）：山西省孝義市，學歷：大學本科.

項目名稱：車內(nèi)酒精自動檢測系統(tǒng).項目編號：2018045.