基于单片机控制的酒精浓度检测仪设计

摘 要：目前，随着私家车的数量越来越多，酒驾安全事故频发，同时，国内也出现了多起化工厂安全事故，酒精浓度检测成为了一个安全指标，本文采用单片机为控制器，设计了一款测量准确、操作方便且便携的酒精浓度检测仪，旨在为交通安全和化工安全提供帮助。

关键词：酒精浓度；单片机；酒驾；化工安全

一、概述

本文设计的酒精测试仪主要针对的是日常生活中需要用到酒精浓度检测的地方，例如随着我国经济的快速发展，目前家家户户都可以拥有私家车，私家车数量的增长导致每年交通的迅速增长，交通事故也因此频发，很大一部分交通事故都是由于驾驶员酒后驾驶导致的，因此我国的交通法规也命令禁止了酒后驾驶，全国各地每天都会在不固定的路口进行酒驾检测，检测酒驾的仪器就是酒精浓度检测仪，使用酒精浓度检测仪可以让交警很方便的进行酒驾检测，也可以作为驾驶员进行自我检测的工具，让驾驶员自己对于自己目前是否属于酒驾有个清楚的认识。

目前酒精也是常用的生活医药用品以及化工用品，酒精属于易燃液体，因此也属于危险品的范畴，近年来化工安全事故频发，前不久江苏化工厂发生爆炸引发了多名工人和周边人员的死亡和重伤，北京理工实验楼爆炸引发学生死亡的事故等，国家对于这些事故引起了高度重视，强调一定要让化工生产安全进行，酒精属于易挥发性液体，酒精的浓度检测也需要酒精浓度检测仪，在酒精浓度升高达到警戒值的时候发出报警信息，保护人们的生命财产安全。

由于市面上目前的酒精浓度检测仪稂莠不齐，有的劣质酒精浓度检测仪检测出的酒精浓度偏高或者偏低，对于交通安全检测以及化工安全检测带来了不良的影响，而且很多酒精浓度检测仪虽然检测值准确，但是由于体积太大不方便携带，对于酒驾检测也不适用，所以本文采用单片机这种微型计算机为控制器进行酒精浓度检测仪的设计，既能够保证检测的准确性又能够便于携带。

二、工作原理

本文设计的酒精浓度检测仪可以随身便携作为一般的酒精浓度检测仪进行使用，也可以与汽车控制系统连接作为汽车驾驶员自我酒驾检测的检测仪。

本文设计的酒精浓度检测仪的系统内部已经提前根据相应的酒精浓度检测值录入了数据，当进行酒驾检测的时候，驾驶员口呼出的气体中的酒精浓度被检测仪的传感器检测到并在单片机数据中心进行处理，将电位信号转换为数字信号，即转换为电压信号，由于之前已经根据传感器获得了不同酒精浓度的传感器检测所转换的电压值，因此将本次检测的电压值和已有数据列表进行对比并在检测仪内部进行插值计算即可获得当前的精确酒精浓度值并显示在检测仪的显示屏上，若是检测到的酒精浓度超标则启动报警器和指示灯，即判断为酒驾。

当该检测仪作为驾驶员自我检测的装置使用的时候，该检测仪是安装在汽车仪表盘的位置上，且与汽车的控制系统连接，当检测出酒精浓度超标的时候，检测仪会报警并禁止汽车启动，直到检测出汽车内部的酒精浓度低于阈值的时候才允许启动，而且汽车在启动的时候检测仪的耗电量非常低，属于低功耗状态，实时进行酒精浓度的检测。

三、硬件系统设计

本文所设计的酒精浓度检测仪是基于单片机进行开发的，所以主要控制中心是单片机控制器，其次决定检测精度的元件是传感器，传感器检测到的信息需要转换成为数字信号，因此需要A/D转换电路，最后在检测到了数据之后需要执行显示操作，需要设计报警器和显示屏显示电路，下面针对硬件系统的这四个主要组成部分进行详述。

1. 89C51单片机控制系统

89C51单片机是比较早期的一种单片机，该单片机可以满足主要的检测精度需求，而且价格低廉，因此本文的控制器选择的是ATMEL公司设计生产的这一种型号的单片机，该单片机的处理器所需电压要求低，而且性能高，采用的是CMOS8位微处理器，性价比高。该控制器内部进行检测的数据处理工作以及指令的发送和接收，本文的软件部分也是基于单片机进行设计的。

2.传感器的选择及数据采集

硬件系统的第二个主要部分是传感器，本文的酒精浓度检测仪的作用是检测驾驶员口中所呼出的气体中酒精浓度的值，进而在单片机中进行计算转换为血液中酒精浓度，因此检测仪的传感器选择的是气敏传感器，该传感器型号为MQ3型气敏传感器，因为只对空气中酒精成分敏感，所以作为本测试仪的传感器非常适合，而且这种传感器的灵敏度很高，使用寿命高，相同条件下检测的值的范围也比较稳定。

传感器检测到的是酒精的浓度，属于模拟信号，传感器的作用还有一步是将外界直接收集和采集到的信息转换为电信号，不过电信号也包括模拟信号，另外一部分是数字信号，数字信号是单片机可以直接处理的信号，即0和1，而模拟信号需要进行下一步的数模转换，即A/D转换，才能进入单片机进行处理，实时测量。 例如气敏传感器进行检测之后会根据酒精浓度输出一个电压值，电压值的大小对应的是不同的酒精浓度，该电压值就属于电信号中的模拟信号，单片机不能直接处理，需要转换为由0和1表示的数字信号才能进一步处理，也就是下一小节提到的A/D转换。

3. A/D转换电路

硬件系统的第三个部分是A/D转换电路，由于检测仪检测的是酒精浓度，不能直接进入检测仪进行处理，所以需要靠第一步传感器进行模拟量转换为电信号模拟量，再由A/D转换电路转换为数字量传输给单片机进行信号处理，本文所设计的酒精浓度检测仪采用的A/D检测电路中主要A/D转换器件使用的是ADC0809转换器。其实不仅是酒精浓度检测仪，其他例如测量温度、压力等检测仪都需要A/D转换电路，这是检测设备不可缺少的一部分，也是连接现实世界和数字世界的桥梁。

4.LED显示及声光报警电路设计

硬件系统的最后一个部分即为执行器，执行器包括LED显示屏以及声音和LED报警器，LED显示屏采用的是数码管显示，单片机内部固定的程序控制不同的数码管发光显示数字，即为主界面以及相关参数，如酒精浓度值等，当浓度值达到报警阈值的时候，报警器启动，声光同时报警。

四、软件设计

软件设计即设计上位机，即界面的设计，实现界面控制，界面的主要内容包括酒精含量检测、超标提醒、酒精浓度、电压信号、酒精浓度阈值等。软件设计可以采用C语言也可以采用C++进行程序代码编写，采用TCP控制协议实现实时的传输。

五、结束语

本文所设计的酒精浓度检测仪的硬件系统和软件系统结构简单实用，價格低廉，能够满足交通检测、化工厂安全监测以及日常私人使用要求，而且该检测仪体积小便于携带，操作方便，对于预防交通事故和化工事故有着很大的帮助。

参考文献：

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[2]陈继德.基于PIC16F877.呼气式酒精测试仪的设计[J].中国仪器仪表，2005（1）：9-11.

[3]段现星， 王晓侃. 基于单片机控制的车载酒精浓度检测仪设计[J]. 测控技术， 2013， 32（8）：1-3.

作者简介：

王畅，出生年月：1995年3月，性别：男，民族：汉族，籍贯（精确到市）：山西省孝义市，学历：大学本科.

项目名称：车内酒精自动检测系统.项目编号：2018045.