一种酒精浓度测试仪的设计

一种酒精浓度测试仪的设计

技术领域

本发明专利涉及机电设计技术领域，尤其涉及一种酒精浓度测试仪的设计。

背景技术

近年来，我国越来越多的人有了自己的私家车，而酒后驾车造成的交通事故也频 繁发生。

世界卫生组织的事故调查显示，大约50%-60%的交通事故与酒后驾驶有关，酒后驾 驶已经被列为车祸致死的只要原因。在中国，每年由于酒后驾车引发的交通事故达数万起； 而造成死亡的事故中50%以上都与酒后驾车有关，酒后驾车的危害触目惊心，已经成为交通 事故的第一大“杀手”。

喝酒时酒精的刺激使人兴奋，在不知不觉中就会喝多，当酒精在人体血液内达到 一定浓度时，麻痹神经，造成大脑反应迟缓，肢体不受控制等症状。人对外界的反应能力及 控制能力就会下降，处理紧急情况的能力也随之下降。对于酒后驾车者而言，其血液中酒精 含量越高，发生撞车的几率越大。

为此，我国将酒驾列入刑法范围内，所以需要设计一智能仪器能够检测驾驶员体 内酒精含量。本发明研究的是一种以气敏传感器和单片机A/D转换器为主，检测驾驶员呼出 气体的酒精浓度。其可检测出空气环境中酒精浓度值。

发明专利内容

本发明专利涉及一种酒精浓度测试仪的设计，本发明以单片机为基础设计了一个酒精 浓度测试仪系统，本发明分为两个部分，硬件部分和软件部分，硬件部分利用MQ3酒精浓度 传感器输出信号通过A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由LED显示酒精 浓度值；软件部分采用C语言进行编程，程序采用模块化设计思想。

附图说明

图1：基本工作原理图。

图2：MQ3电路图。

图3：ADC0809的连线图。

图4：87C52单片机图。

图5：数码管显示电路图。

图6：软件流程图。

图7：A/D转换子程序流程图。

具体实施方式

为了使本发明专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本发明专利进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本发明专利，并不用于限定本发明专利。

本发明专利涉及一种酒精浓度测试仪的设计，本发明以单片机为基础设计了一个 酒精浓度测试仪系统，本发明分为两个部分，硬件部分和软件部分，硬件部分利用MQ3酒精 浓度传感器输出信号通过A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由LED显示 酒精浓度值；软件部分采用C语言进行编程，程序采用模块化设计思想。

进一步的，本发明直接把传感器输出电压值经过A/D转换器转换得到数据送入单 片机进行处理。此外，还需接入LED数码管显示电路等。其总体框图如图1所示。酒精浓度测 试仪包括以下几个模块：

（１）被测环境：在喝酒的情况下，喝酒的人所呼出的气；

（２）气敏传感器：用于呼气中酒精浓度检测，检测到酒精为电信号，将电信号出入A/D转 换器中；

（３）A/D转换器：接收气敏传感器中输入的电信号，将电信号转换成模拟信号，最后将电 信号输入单片机中进行信号处理；

（４）单片机：单片机处理模拟转换器中输入的电信号，将处理过后的酒精浓度送入LED 中显示；

（５）LED显示：将单片机处理过后的酒精浓度电信号送入LED内显示。

进一步的，本发明直接测量的是呼气中的酒精浓度，再转换为血液中的酒精含量 浓度，故采用气敏传感器。考虑到周围空气中的气体成分可能影响传感器测量的准确性，所 以传感器只能对酒精气体敏感，对其他气体不敏感，故选用MQ3型气敏传感器。其有很高的 灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。MQ3型气敏传感器由微型Al2O3， 陶瓷管和SnO2敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢的腔体内， 加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。传感器的标准回路有两部分组成。其一 为加热回路，其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻值的变化。传感器的表 面电阻RS的变化，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号VRL输出面获得的。负载 电阻RL可调为0.5-200K。加热电压Uh为5v。上述这些参数使得传感器输出电压为0-5V。MQ3 型气敏传感器的结构和外形、标准回路、传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度的关系。 为了使测量的精度达到最高，误差最小，需要到合适的温度，一般在测量前需将传感器预 热5分钟。MQ3电路如图2所示。

进一步的，在单片机应用系统中，被测量对象的有关变化量，如温度、压力、流量、 速度等非电物理量，须经传感器转换成连续变化的模拟电信号（电压或电流），这些模拟电 信号必须转换成数字量后才能在单片机中用软件进行处理。实现模拟量转换成数字量的器 件称为A/D转换器（ADC）。本发明中选用的是ADC0809是8位A/D转换器。0809具有8路模拟信 号输入端口，地址线（23-25脚）可决定那一路模拟信号进行A/D转换。22脚为地址锁存控制， 当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制，当输入一个2μs的高电平脉冲 时，就开始A/D转换。7引脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平。9脚为A/ D转换数据输出允许端，当OE脚为高电平时，A/D转换数据输出。10脚为0809的时钟输入端。 ADC0809与单片机的连线如图3所示。

进一步的，单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力 的微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O 口)，可能还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD或LED驱动电路)，脉宽 调制电路(PWM)，模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个虽 小然而完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者 事先规定的任务。从硬件角度来看，与MCS-52指令完全兼容的新一代89CXX系列机，比在片 外加EPROM才能相当的8031单片机抗干扰性能强，与87C52单片机技能相当，但功耗小。程序 修改直接用+5V或+12V电源擦除，更显方便、而且其工作电压放宽至2.7V-6V，因而受电压波 动的影响更小，而且4K的程序存储器完全能满足单片机系统的软件要求，故89C52单片机是 构造本检测系统的更理想的选择。87C52单片机如图4所示。

进一步的，LED数码管是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线 已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管分为动态显示和静态显示 驱动两种，静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片 机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点 是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱 动，增加了硬件电路的复杂性。数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示 方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端连在一 起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制， 当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示 出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选 通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码 管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数 码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上 各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数 据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功 耗更低。本设计利用三极管驱动数码管，用4.7k电阻起到限流作用，使得数码管亮度适中。 数码管显示电路如图5所示。

进一步的，主程序是系统的转换程序，在程序运行的过程中必须先经过初始化，包 括中断程序，以及各个端口的初始化工作。系统在初始化完成后就进入酒精浓度测量程序， 实时的测量当前的酒精浓度并通过显示电路在数码管上显示。根据硬件设计完成对酒精浓 度的测试。系统软件流程如图6所示。A/D转换子程序流程如图7所示。ADC0809初始化后，把0 通道输入的0-5V的模拟信号转换为对应的数字量，然后将对应数值存储到内存单元。

以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本 发明专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利 的保护范围之内。