王成福 宮靜

摘 要：本設(shè)計由數(shù)據(jù)采集模塊、轉(zhuǎn)化模塊、51單片機處理模塊和顯示模塊4部分組成，通過顯示的數(shù)值來判斷駕駛員是不是酒駕狀態(tài)，從而設(shè)計出具有更高可靠性與實用性的酒精濃度檢測儀。

關(guān)鍵詞：酒精濃度檢測儀；傳感器；單片機；A/D轉(zhuǎn)換器

1 目的及意義

駕駛員酒精濃度檢測儀的設(shè)計與實現(xiàn)對保護人類的人身和財產(chǎn)安全有著相當大的前景和意義，同時也有著十分廣闊的市場需求。

2 酒精濃度檢測儀的設(shè)計

2.1 酒精濃度檢測儀的設(shè)計方案

本文設(shè)計分為硬件、軟件電路兩部分。硬件的設(shè)計主要器件有：89C51單片機、酒精濃度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、LED1602液晶顯示器、報警電路、鍵盤電路。硬件部分主要功能是利用傳感器測量被測量者體內(nèi)的酒精濃度，同時，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，之后由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，用于單片機和與之對應(yīng)的外圍電路的處理，最終在LED1602液晶顯示器上顯現(xiàn)出被測量者的酒精濃度值，若濃度超出一定值，報警電路將啟動。其總體框圖如圖1所示。

2.2 酒精濃度檢測儀的設(shè)計方案分析

（1）單片機主要控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，外部電路包含LED顯示器和鍵盤響應(yīng)電路，而且，不用其他的計算機介入，使用者就能夠直接地、方便地工作，完成數(shù)據(jù)的采集、存儲、計算、分析等過程。

（2）該體系具有較低功耗、小型化、性價比較高的特點。

（3）從便攜的角度看，本系統(tǒng)使用LED1602液晶顯示器和鍵盤系統(tǒng)。鍵盤和LED1602液晶顯示器由單片機系統(tǒng)來控制，從而能夠順利地完成人機交互操作。

（4）軟件設(shè)計簡單易懂。

3 硬件電路設(shè)計

3.1 單片機的選擇

“單片機是一種集成電路芯片，選用超大規(guī)模的集成電路技術(shù)，將可以進行數(shù)據(jù)處理的器件集中于一塊硅片上，從而組成一個微型計算機系統(tǒng)”，該系統(tǒng)雖然小，但很完整。設(shè)計采用的是89C51單片機，主要考慮其具有低價、高速、高可靠、強抗靜電、強抗干擾的特點。

3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路

設(shè)計中，需要把非電量信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，然后把這些模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量信號后，單片機才可以對這些數(shù)字量信號進行操作。其中，A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。A/D轉(zhuǎn)換器通常經(jīng)過采樣、保持、量化和編碼4個過程。根據(jù)要求，選擇各方面都適當?shù)?位逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。

3.3 傳感器的選擇

因為是直接測量駕駛?cè)藛T呼氣中的酒精含量，然后變成人體血液中的酒精濃度。同時，由于空氣中其他氣體也能夠干擾實驗結(jié)果的正確與否，因此要求所選擇的傳感器必須只能對乙醇氣體敏感，同時又對其他的任何氣體都不敏感。本設(shè)計選擇MQ3型氣敏傳感器。MQ3型氣敏傳感器具有靈敏度高、選擇性好、成本低、所需驅(qū)動電路簡單、使用壽命長以及穩(wěn)定性強等特點。它將二氧化硅作為氣敏材料，是因為二氧化硅在空氣中的電導率相對其他材料而言較低。當傳感器周圍有乙醇蒸汽時，其電導率會隨著氣體濃度的增加而逐漸增強。使用過程中，為了得到最高精度、最小誤差以及找到適當?shù)臏囟?，通常情況下，在實驗測量之前要把MQ3型氣敏傳感器預熱5分鐘左右。

3.4 LED1602液晶顯示電路

LED1602為工業(yè)字符型的液晶，可以一起顯現(xiàn)16列2行的點陣型液晶模塊。在單片機系統(tǒng)中，液晶顯示器有畫質(zhì)高、不會閃爍、操作方便、重量輕、耗電量少等優(yōu)點。

3.5 報警電路

（1）燈光提示電路。LED（發(fā)光二極管），屬于半導體二極管的一種，能夠把電能轉(zhuǎn)換為光能；具有單向?qū)ㄐ?，同時，LED具有效率高、壽命長、不易破損、開關(guān)速度高、輻射低、功耗低以及高可靠性的優(yōu)點。本設(shè)計利用LED指示酒精是否超標。

（2）聲音報警電路。設(shè)計選用的是有源蜂鳴器。三極管Q1是開關(guān)，其基極的低電平能夠使三極管處于飽和導通狀態(tài)，蜂鳴器發(fā)聲；反之，高電平能夠使三極管處于關(guān)閉狀態(tài)，蜂鳴器將不會發(fā)聲。

3.6 鍵盤電路

設(shè)計是利用按鍵接低的方法進行工作的。單片機初始時是高電平，當有按鍵被按下的時候，則接地變成低電平，使單片機處于工作狀態(tài)并對信號進行處理。

4 軟件設(shè)計流程圖

5 調(diào)試分析

調(diào)試分析主要包括硬件電路調(diào)試分析、軟件電路調(diào)試分析以及軟、硬件結(jié)合的調(diào)試分析，調(diào)試分析的過程采用的是由局部到整體、由簡單到復雜的方法。在調(diào)試過程中根據(jù)設(shè)計的電路，找到連接點，在萬能板連接電路；其次在焊接好電路之后，認真檢查電路的焊接情況。準確無誤后，在Keic軟件中將事先寫好的調(diào)試程序代碼輸入、匯編、修改并產(chǎn)生代碼，最后形成.hex文件。器件初始化后，將.hex文件導入單片機，并接上+5V電源開始進行調(diào)試。

參考文獻

[1]汪文，陳林.單片機原理及應(yīng)用[M].湖北：華中科技大學出版社，2013.

[2]李成章.基于LED顯示的空氣酒精濃度監(jiān)測儀的設(shè)計[J].電子測試，2007（12）：74-80.

（作者單位：1.鞍山廣播電視臺；2.鞍山廣播電視大學）