单片机酒精测试仪

张海红,许 璐,武建卫

（南京机电职业技术学院,211135）

单片机酒精测试仪

张海红,许 璐,武建卫

（南京机电职业技术学院,211135）

为了减少酒后驾车事故，酒精浓度测试仪的需求加剧，使其得以发展迅速。酒精浓度测试仪是基于传感器控制的仪器。本论文介绍了采用MQ-3酒精气敏传感器和单片机系统实现酒精浓度测试仪的设计。

酒精浓度传感器（MQ3）;单片机；A/D转换

0 绪论

近年来，随着中国经济的高速发展，仪器仪表产业也得到了快速发展, 科学技术的进步为酒精浓度检测仪行业的发展提供了条件，新技术新产品正在成为未来酒精检测仪器的主流，高精度、高可靠性与微型化成为了酒精浓度检测仪的主要发展方向。

1 传感器

国家标准《传感器通用术语》中，传感器是指在测量装置和控制系统输入部分中起信号测量作用的器件或能把外界非电量信息转换成电信号输出的器件或装置。

传感器一般由敏感元件，转换元件和测量电路三部分组成，有时还需要加辅助电源。

2 酒精浓度测试仪总体方案设计

2.1 酒精浓度测试仪实现功能

本文重点阐述的是一种采用MQ-3酒精气敏传感器和单片机系统实现酒精浓度测试仪的设计。此测试仪能测试人体或环境中的酒精含量，并对所测出的数值进行LCD显示，并且可以根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值进行声光报警，来提示危害。

2.2 酒精浓度测试原理

判断驾驶员是否饮酒过度，最直接的方法是测试其血液酒精含量(Blood Alcohol Content，BAC)，一般认为，血液酒精浓度(BAC)与呼出气体酒精浓度(BrAC)的比例为2100：1，即

由于BrAC会受到环境温度、湿度以及被测试者个体差异等多方面影响，其测试BrAC值不够准确，但是该结果仍可作为判断饮酒程度的重要参考。而利用酒精传感器，可将呼出气体中的BrAC值转换为电信号，供单片机处理，从而实现对测试者饮酒程度的测试。

2.3 系统结构

本研究设计的酒精浓度测试仪的硬件电路主要由控制部分电路、测试部分电路、语音报警电路和电源电路等组成。MQ-3乙醇气体传感器输出信号经信号调理电路处理，输出随乙醇浓度变化的电压信号，该电压信号送入单片机系统，单片机对来自酒精传感器的模拟电压信号作A／D转换，经相应的数据处理后，和事先设定的警戒值进行比较，最后在LCD上显示测试结果数值，超过阀值报警。

3 硬件设计

3.1 单片机电路

本设计选用宏晶公司高性能单片机STC12C5A16AD。

该芯片为52内核8位单片机，内部集成了10位多路A/D转换模块，适用于常用检测电路。

3.2 酒精传感器信号采样及处理电路

考虑到酒精测试仪的精度要求不是很高，本系统采用MQ-3型半导体酒精传感器，其价格低廉，可满足呼出气体酒精浓度的测量需要。

1）MQ-3型气敏传感器基本结构

MQ-3型气敏传感器外形和符号如图4.1所示。它有6个针状引脚，其中2个引脚F提供加热电流，其余4个引脚用于信号取出。

使用时将传感器A的2个引脚、B的的2个引脚各自并接在一起，相当A、B只有2个引脚与外电路相连。传感器顶部有一个不锈钢网的的圆孔，固定在腔内的敏感元件与大气相通。

图4 .1

2）标准测试回路

MQ-3气敏传感器的标准测试回路有两部分组成。一个为了加热回路，加热器的电阻为，由稳定的交流或直流电源供电，电源电压。另外一部分为信号输出回路，它由传感器的表面电阻（即电极A、B之间的电阻）和外接负载电阻以及电源串联而成，规定,也要求用稳定的交流或直流电压。信号从的两端输出，它可以准确反映传感器表面电阻的变化。其关系为：

MQ-3型气敏元件对不同种类，不同浓度的气体有不同的电阻值。因此，在使用MQ-3型气敏元件时，灵敏度的调整是很重要的。厂家建议用0.4mg/L(约200ppm)浓度的乙醇蒸气校准传感器。当精确测量时，报警点的设定应考虑温湿度的影响。

3）化简的工作电路

在本设计中，选用比标准测试回路较为简单的工作回路，将信号输出回路的电源用加热回路电源取代，2个回路会用一个电源。

4）标准工作条件和环境条件

环境温度和湿度的变化对气敏传感器的灵敏度有一定的影响。当环境温度较高时，气敏传感器的灵敏度也较高；当环境湿度较低时，气敏传感器的灵敏度较低。在标准工作条件下，MQ-3型气敏传感器测试酒精气体浓度范围为，其浓度上限为。

5）测试信号采样及处理电路

酒精浓度是由传感器MQ-3把非电量转换为电量，传感器输出的是0～5V的电压值且电压值稳定，外部干扰小。因此，可以直接把传感器输出电压值经过ADC0832采样数据送入单片机进行处理。

3.3 阈值存储及显示电路

醉酒阈值存储在EEPROM芯片AT24C04中，并可以通过 “增加”、“减少”按键调节并保存。AT24C04是IIC接口的EEPROM芯片，可以用于掉电不易失数据的存储。LCD1602显示部分采用SMC 1602液晶屏进行数据显示。

3.4 供电及程序下载电路

本设计采用USB接口供电，电源电压5V。同时，USB接口通过内含PL2303芯片的转换电路对单片机进行程序编写。

4 酒精浓度测试仪的软件设计

4.1 系统总程序设计

本设计软件主程序当检测到酒精气味时，气体传感器MQ-3两个电极端A-B间电阻将变小，对应与气体传感器负载电阻的分压将变大，输出电压也将变大。

4.2 软件系统各子程序及液晶显示程序设计

液晶显示程序设计、A/D转换程序设计、报警程序设计、矩阵键盘识别程序设计等程序。显示子程序分为：开机界面显示程序，提示界面显示程序，阈值设定界面程序，测量界面显示程序。

4.3 A/D转换程序设计

ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生产的具Microwire/Plus串行接口的8位A/D转换器,通过三线接口与单片机连接,适宜在袖珍式智能仪器中使用。主要性能指标有:功耗低,只有15mW; 8位分辨率,逐次逼近型,基准电压为5V;输入模拟信号电压范围为0～5V;输入和输出电平与TTL和CMOS兼容;在250kHz时钟频率时,转换时间为32us;具有两个可供选择的模拟输入通道。本设计使用其中的一路，另外一路接地。

4.4 报警程序设计

报警程序的设计很简单，就是将酒精浓度的测量值与事先设定的阈值相比较，当测量值大于阈值时，蜂鸣器报警，同时LED灯闪烁指示超量。

4.5 矩阵键盘识别程序设计

矩阵键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端。开始时给行线置高电平，当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线的电平将由与此行线相连的列线电平决定。

本设计一个基于单片机的空气酒精浓度监测仪。实现输入阈值．并用LCD显示，而对超过阈值的浓度值进行声光报警，基本实现了控制要求，对实际的酒精测试仪设计有实际的指导意义。

SCM Alcohol Tester

Zhang Haihong,Xu Lu,Wu Jian Wei
(Nanjing Institute of Mechanical,211135)

In order to reduce drunk driving accidents,increased alcohol concentration tester needs to be developed rapidly.Tester is based on the alcohol concentration sensor control instruments.This paper describes the use of MQ-3 alcohol gas sensor and microcontroller systems alcohol concentration tester design.

alcohol concentration sensor (MQ3);SCM;A / D conversion