基于單片機控制的酒精濃度測試儀設計

劉嘉慧

（遼寧軌道交通職業學院，遼寧沈陽，110023）

0 引言

人民的生活水平逐年提高，私家車數量日益增加，交通事故頻繁發生,大部分事故造成的原因是酒后駕車，因此需要設計一款智能的儀器來檢測駕駛員體內酒精含量。遠古時代的方法是利用鼻子作為傳感器，來進行氣體的檢測，從而判斷氣體中是否含有酒精。此方法存在爭議，無法提供依據。后來用液體試劑對酒精進行定量分析。通過和已知酒精濃度的標準試劑進行比對，得出結論，但此法比較繁瑣?，F階段的方法是警察使用一種便攜式的酒精濃度測試儀，讓駕駛員進行吹氣采集呼出的氣體，再通過儀器來判斷駕駛員是否飲酒。這種做法只能初步估計駕駛員是否酒駕，但要判斷是否醉駕，只能通過血液檢測才能達到目的。因此對呼出氣體做精確的測試和傳統的醫學血液酒精分析相比具有便攜、節省材料等優點，不僅能進行現場處理，也為交警節省了時間，使交通控制更高效。由此可見，高精度、高可靠性與微型化是酒精濃度檢測儀是接下來研究的方向。

1 酒精濃度測試儀總體設計方案

1.1 酒精濃度檢測儀設計要求分析

（1）系統具有小巧便于攜帶、功耗低、價格低廉等特點。

（2）本系統以AT89C51系列單片機為核心，同時配有LCD液晶顯示、按鍵設置等外圍電路進行交互工作，完成數據的具體采樣、保存、計算處理、結論分析等過程

（3）軟件的設計要簡單，便于實現。

1.2 酒精濃度檢測儀構成

酒精濃度的檢測前端是通過傳感器實現的，經過處理將非電量轉換為電量，輸出電壓在0V-5V之間，后端將傳感器輸出的電壓信號經過模數轉換裝置轉換后，單片機再對由傳感器輸出數據進行處理，并顯示出來。因此本系統由AT89C51系列單片機、酒精傳感器、LCD1602顯示屏、按鍵、LED報警指示燈、開關和電源等器件構成。本測試儀可以檢測氣體中的酒精濃度，并采用液晶屏顯示出酒精濃度和醉酒閾值，醉酒閾值可通過按鍵來設置，同時具有報警功能。當檢測值超過醉酒閾值時，相應的指示燈亮，即紅燈亮，黃燈的報警值可通過模塊上的電位器調節閾值。

2 酒精濃度測試儀硬件設計

2.1 傳感器的選擇

本文設計的酒精濃度測試儀，在前端檢測裝置的選擇上采用氣敏傳感器，因為喝酒后，呼出的氣體中酒精濃度很高，因此要求檢測儀器只對酒精氣體敏感，而對其他氣體不敏感，在將呼出氣體的酒精濃度轉換為血液中的酒精濃度，綜合以上因素，選用MQ-3型氣敏傳感器。該傳感器靈敏度高、使用壽命長、選擇性及穩定性好。唯一的不足之處在于測量前需預熱一段時間。

2.2 電源電路

電源電路為整個系統提供電能，采用LM393電壓比較電路來實現。傳統的直流穩壓電源包括四部分，分別是變壓部分，整流部分、濾波部分和穩壓部分。常用的電子設計中電源供電一般采用5V。

2.3 LCD1602顯示電路

LCD1602液晶顯示器能夠顯示16列2行共計32字符。液晶顯示器在我們的日常生活中隨處可見，如家用電器上的觸控裝置、電腦手機屏幕、計算器、萬用表等儀器儀表中都可以看到。液晶顯示器上可以顯示數字、圖形和符號等信息，是一種工業字符型液晶。液晶顯示器彩色鮮艷，便于觀察，適用于大規模集成電路、便攜筆記本電腦、攝像機及手機終端等設備中。

2.4 聲光報警電路

聲光報警電路主要由LED發光二極管、蜂鳴器構成。其中LED器件能夠將電能轉化為光能。LED元器件的使用壽命長、功耗低、光強高、輻射小。在家庭照明電路中起著至關重要的作用。本設計利用LED報警裝置指示酒精是否超標。當檢測值超過醉酒閾值時，相應的指示紅燈亮起，同時發出報警聲音。

2.5 EEPROM閾值存儲器

閾值的設定由按鍵來完成，同時存儲在EEPROM中，本設計選用的閾值存儲器為AT24C02。AT24C02是2K位串行CMOS EEPROM，有1個16字節寫緩沖器，具有寫保護功能，內部含有256個8位字節，最多可以實現8個AT24C02器件在總線上的連接。具體系統硬件接線原理圖如圖1所示。

圖1 系統硬件接線原理圖

3 酒精濃度測試儀的軟件設計

在主程序的設計部分，首先進行數據的初始化、定時器的初始化、模數轉換裝置的初始化、顯示電路的初始化。之后進行循環，觸發模數轉換裝置，單片機將MQ-3酒精傳感器實時采集的信號換算為酒精的濃度，并通過液晶顯示器顯示出來。接下來判斷酒精濃度值是否超過設定的閾值，濃度超過閾值會發出聲光報警提示，沒有超過設定的閾值只顯示不報警。主程序流程圖如圖2所示。

圖2 主程序流程圖

4 酒精濃度測試儀的系統調試

調試過程分為硬件調試和軟件調試。首先進行硬件調試，檢測硬件電路設計的合理性以及簡便性，同時判斷能否達到預期效果。在硬件調試過程中要仔細檢查電路的焊接情況。按照酒精采集電路、顯示電路、主控制電路的順序依次進行調試。其次進行軟件調試，檢查程序的編寫是否有錯誤，能否更優化等問題。

調試過程中遇到的問題：

（1）對芯片引腳不熟悉，出現焊接順序錯誤，最后重新購買器件進行焊接解決了此問題。（2）在編寫程序的過程中，發現C語言語法錯誤，后續通過檢查依次改正。（3）酒精值一直沒有顯示，通過對顯示器的測試及查閱資料發現，MQ-3傳感器初次使用時要通電預熱。

5 結論

本測試儀由AT89C51系列單片機、氣敏傳感器、LCD1602顯示屏、按鍵、LED報警指示燈、開關和電源等器件構成?？梢詸z測氣體中的酒精濃度，并采用液晶屏顯示出酒精濃度和醉酒閾值，醉酒閾值可通過按鍵來設置，同時具有報警功能。當檢測值超過醉酒閾值時，相應的指示燈亮，即紅燈亮，黃燈的報警值可通過模塊上的電位器調節閾值。測試儀前端用MQ-3氣敏傳感器對酒精濃度進行采集，利用AT89C51系列單片機對采集的信號進行檢測處理，處理后顯示輸出。該酒精濃度測試儀具有醉酒閾值設定得功能，此功能通過按鍵來觸發設定，可根據具體用戶需求設定醉酒閾值并進行保存，是一款實用性強、安全可靠便于攜帶的氣體乙醇濃度檢測工具。