基于单片机控制的酒精浓度测试仪设计

刘嘉慧

（辽宁轨道交通职业学院，辽宁沈阳，110023）

0 引言

人民的生活水平逐年提高，私家车数量日益增加，交通事故频繁发生,大部分事故造成的原因是酒后驾车，因此需要设计一款智能的仪器来检测驾驶员体内酒精含量。远古时代的方法是利用鼻子作为传感器，来进行气体的检测，从而判断气体中是否含有酒精。此方法存在争议，无法提供依据。后来用液体试剂对酒精进行定量分析。通过和已知酒精浓度的标准试剂进行比对，得出结论，但此法比较繁琐。现阶段的方法是警察使用一种便携式的酒精浓度测试仪，让驾驶员进行吹气采集呼出的气体，再通过仪器来判断驾驶员是否饮酒。这种做法只能初步估计驾驶员是否酒驾，但要判断是否醉驾，只能通过血液检测才能达到目的。因此对呼出气体做精确的测试和传统的医学血液酒精分析相比具有便携、节省材料等优点，不仅能进行现场处理，也为交警节省了时间，使交通控制更高效。由此可见，高精度、高可靠性与微型化是酒精浓度检测仪是接下来研究的方向。

1 酒精浓度测试仪总体设计方案

1.1 酒精浓度检测仪设计要求分析

（1）系统具有小巧便于携带、功耗低、价格低廉等特点。

（2）本系统以AT89C51系列单片机为核心，同时配有LCD液晶显示、按键设置等外围电路进行交互工作，完成数据的具体采样、保存、计算处理、结论分析等过程

（3）软件的设计要简单，便于实现。

1.2 酒精浓度检测仪构成

酒精浓度的检测前端是通过传感器实现的，经过处理将非电量转换为电量，输出电压在0V-5V之间，后端将传感器输出的电压信号经过模数转换装置转换后，单片机再对由传感器输出数据进行处理，并显示出来。因此本系统由AT89C51系列单片机、酒精传感器、LCD1602显示屏、按键、LED报警指示灯、开关和电源等器件构成。本测试仪可以检测气体中的酒精浓度，并采用液晶屏显示出酒精浓度和醉酒阈值，醉酒阈值可通过按键来设置，同时具有报警功能。当检测值超过醉酒阈值时，相应的指示灯亮，即红灯亮，黄灯的报警值可通过模块上的电位器调节阈值。

2 酒精浓度测试仪硬件设计

2.1 传感器的选择

本文设计的酒精浓度测试仪，在前端检测装置的选择上采用气敏传感器，因为喝酒后，呼出的气体中酒精浓度很高，因此要求检测仪器只对酒精气体敏感，而对其他气体不敏感，在将呼出气体的酒精浓度转换为血液中的酒精浓度，综合以上因素，选用MQ-3型气敏传感器。该传感器灵敏度高、使用寿命长、选择性及稳定性好。唯一的不足之处在于测量前需预热一段时间。

2.2 电源电路

电源电路为整个系统提供电能，采用LM393电压比较电路来实现。传统的直流稳压电源包括四部分，分别是变压部分，整流部分、滤波部分和稳压部分。常用的电子设计中电源供电一般采用5V。

2.3 LCD1602显示电路

LCD1602液晶显示器能够显示16列2行共计32字符。液晶显示器在我们的日常生活中随处可见，如家用电器上的触控装置、电脑手机屏幕、计算器、万用表等仪器仪表中都可以看到。液晶显示器上可以显示数字、图形和符号等信息，是一种工业字符型液晶。液晶显示器彩色鲜艳，便于观察，适用于大规模集成电路、便携笔记本电脑、摄像机及手机终端等设备中。

2.4 声光报警电路

声光报警电路主要由LED发光二极管、蜂鸣器构成。其中LED器件能够将电能转化为光能。LED元器件的使用寿命长、功耗低、光强高、辐射小。在家庭照明电路中起着至关重要的作用。本设计利用LED报警装置指示酒精是否超标。当检测值超过醉酒阈值时，相应的指示红灯亮起，同时发出报警声音。

2.5 EEPROM阈值存储器

阈值的设定由按键来完成，同时存储在EEPROM中，本设计选用的阈值存储器为AT24C02。AT24C02是2K位串行CMOS EEPROM，有1个16字节写缓冲器，具有写保护功能，内部含有256个8位字节，最多可以实现8个AT24C02器件在总线上的连接。具体系统硬件接线原理图如图1所示。

图1 系统硬件接线原理图

3 酒精浓度测试仪的软件设计

在主程序的设计部分，首先进行数据的初始化、定时器的初始化、模数转换装置的初始化、显示电路的初始化。之后进行循环，触发模数转换装置，单片机将MQ-3酒精传感器实时采集的信号换算为酒精的浓度，并通过液晶显示器显示出来。接下来判断酒精浓度值是否超过设定的阈值，浓度超过阈值会发出声光报警提示，没有超过设定的阈值只显示不报警。主程序流程图如图2所示。

图2 主程序流程图

4 酒精浓度测试仪的系统调试

调试过程分为硬件调试和软件调试。首先进行硬件调试，检测硬件电路设计的合理性以及简便性，同时判断能否达到预期效果。在硬件调试过程中要仔细检查电路的焊接情况。按照酒精采集电路、显示电路、主控制电路的顺序依次进行调试。其次进行软件调试，检查程序的编写是否有错误，能否更优化等问题。

调试过程中遇到的问题：

（1）对芯片引脚不熟悉，出现焊接顺序错误，最后重新购买器件进行焊接解决了此问题。（2）在编写程序的过程中，发现C语言语法错误，后续通过检查依次改正。（3）酒精值一直没有显示，通过对显示器的测试及查阅资料发现，MQ-3传感器初次使用时要通电预热。

5 结论

本测试仪由AT89C51系列单片机、气敏传感器、LCD1602显示屏、按键、LED报警指示灯、开关和电源等器件构成。可以检测气体中的酒精浓度，并采用液晶屏显示出酒精浓度和醉酒阈值，醉酒阈值可通过按键来设置，同时具有报警功能。当检测值超过醉酒阈值时，相应的指示灯亮，即红灯亮，黄灯的报警值可通过模块上的电位器调节阈值。测试仪前端用MQ-3气敏传感器对酒精浓度进行采集，利用AT89C51系列单片机对采集的信号进行检测处理，处理后显示输出。该酒精浓度测试仪具有醉酒阈值设定得功能，此功能通过按键来触发设定，可根据具体用户需求设定醉酒阈值并进行保存，是一款实用性强、安全可靠便于携带的气体乙醇浓度检测工具。