单片机的酒精浓度测试仪设计(附件)
摘 要目前大多数国家都采用的是呼气式的酒精测试仪，来对驾驶员进行现场检测，以检测被测者体内酒精含量的多少，判断驾驶员是否酒驾，从而保障驾驶员的安全。 本设计是基于酒精浓度测试仪的研究，以STC12C5A16AD单片机为核心，利用MQ-3传感器采集酒精浓度的物理量。模拟数据通过传感器模块进行传送，在运用低成本高性能的STC12C5A16AD型号的单片机对所要测试的信号进行模数A/D的转换与处理，包括数据显示电路、声光报警电路等。最后将所得到的数据经由液晶屏屏显示出来，实现酒精浓度的阈值设置，也能够依靠法律的规定或者使用者的要求来进行醉酒阈值的修改，将数据保存，一旦超过了设计之初所预设值的时候系统就会发出报警及光。经过调试，接通电源后，酒精浓度测试仪开始工作，根据预先设置的阈值80mg／L，当MQ-3传感器检测的酒精浓度未超过80mg／L，指示灯红灯和绿灯都不会亮，蜂鸣器也不会发生报警；当使用酒精棉签在MQ-3传感器作用时，会发现LED显示屏所检测的数值会超过预先设定的阈值80mg／L，此时，红灯和绿灯都会亮，而且蜂鸣器会发生报警。
目 录
1绪论 1
1.1 研究的背景及意义 1
1.2 发展现状及趋势分析 1
2系统总体设计方案 4
2.1 设计要求 4
2.2 系统的整体结构框图 4
3硬件电路设计 6
3.1 酒精浓度采集电路 6
3.1.1 MQ3传感器 6
3.1.2 酒精浓度采集电路 6
3.1.3 采集电路 7
3.2 单片机控制电路 7
3.3 复位电路设计 9
3.4 阀值存储电路设计 9
3.5 键盘和显示报警电路设计 10
3.5.1 键盘电路设计 10
3.5.2 显示电路设计 11
3.5.3 超限报警电路 11
4软件设计 13
4.1 Keil介绍 13
4.2 Protel99SE介绍 13
4.3 软件设计主程序 14
4.4 液晶显示子程序 15
4.5酒精浓度采集子程序 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
5系统的调试 18
5.1系统的硬件调试 18
5.2系统的软件调试 18
5.3整体设计调试 18
6总结 20
参考文献 21
致谢 22
附录 23
附录1：总体硬件电路设计图 23
附录2：元件清单 24
附录3：源程序 25
1绪论
1.1 研究的背景及意义
近年来，随着我国经济水平和居民生活水平的高速发展，酒精消费量一直呈现着上升趋势，随之而来的是因为饮酒而造成的一系列社会问题，例如酒后驾驶造成的交通意外。
从近几年来的数据显示，由于酒后驾车而发生交通事故的机率已经高达了27%以上。这是因为，伴随着你人体内酒精浓度的增大，你大脑的反应将会变慢，从而造成选择错误。一旦当血液里面的酒精浓度由0.5‰增到1‰的时候，导致车祸发生的概率便增加了5倍，浓度再增加到1.5‰的时候，就将发生车祸的概率增至到6倍。人在喝完酒之后,体内的消化系统就会吸收酒精,再由血液进行循环,而有90%的酒精是经由肺部的呼气排出来的,所以要测试呼气里面的酒精浓度,就能够判断是否为醉酒的程度。驾驶人员只需将嘴对着传感的头吹气就行，测试仪器上就会显示出酒精的浓度，然后判断驾驶员是不是酒驾，从而避免事故的发生。最好解决酒驾的的方法是，如果在车内安装此测试仪，当司机进入车内的时候，检测的仪器就会对司机的进行酒精含量的测试，一旦超过了允许的值，采用一种系统控制，控制车的引擎没有办法启动，这么以来就能够从源头上解决酒后驾车的问题，但有一点就是，如果车上有喝酒的，而不是驾驶员，这样汽车也是没办法启动的，所以此种方法有待进一步改进和设想[1]。
与此同时，酒精浓度的测试仪在我们每天的生产与生活里也发挥着越来越重要的作用，例如，在某些生产车间的环境要求特别严格的时候，利用此类探测仪，可以随时随地的进行车间里面酒精气体的浓度测试，一旦当酒精气体的浓度大于所设定的界限值的时候，会发出警报的声音，以方便时刻提醒工作的人要赶紧通风来换气，一定要做到百分百的安全生产[2]。
1.2 发展现状及趋势分析
伴随着21世纪的到来，信息技术也在迅猛的发展当中，其中，传感的技术也在慢慢地迈向成熟的道路，并且在我们的生活与生产中受到了比较宽泛的运用。正因为如此，传感器几乎在每一个领域都具有着非常大的应用，所以，研究出可靠性高的，精度高的，微功耗/无源化的，智能数字化的以及微型化的将成为其未来的主流发展方向。
为了便于交警检查出酒驾,保证行驶安全，交警使用的酒精测试仪通常是便携式的,利用该仪器检查测出驾驶者的呼出气体浓度的大小，从而来判断驾驶员是否为饮酒开车。目前来看，交警们所使用的检测酒驾的检测仪，通常就能看目前显示的是否为饮酒,如果要判断是否是醉驾，则需要驾驶员进一步的接受血液的检查,从而来确定其体内的酒精浓度是不是超过了其界限值[3]。为使流程看起来简便，在英国的内政部现已经研制出来了，一类精度特别高的酒精检测仪,此仪器能够靠人体的体温以及我们呼吸的频率等一些情况来进行检测判断,当场就可以知道该驾驶员的体内酒精含量是否超标。从以上可以知道，高可靠性，微型化与高精度是酒精检测仪的主流发展趋势。
到现在为止，对进行气体中酒精的含量检测，所需要的仪器通常有：半导体型、有燃料电池型（电化学）、气体色谱分析型、比色型以及红外线型等五大类。不过因为在使用方便上以及价格的原因上，截止目前（2009年8月）我们经常使用的仅为半导体型以及燃料电池型两个种类的。
上面所提到的燃料电池是目前为止，全球都在大量研究应用的环保型的能源，此能源可直接将可以燃烧的气体变换成所需要的电能，并且不能够产生出有害物质，对人体及环境造成危害，而酒精传感器其实就是燃料电池一个分支部分。现在燃料电池的酒精传感器所采用的是贵白金当作电极，一定要在布满特殊催化剂的燃烧室内燃烧，使得进入到燃烧室内的所有酒精能够很充分的进行燃烧，然后转为电能，就是在两个电极之间产生电压，然后在外接的负载上将电能消耗掉，此时的电压和进入到燃烧室内的气体的酒精浓度是成正比的。
同半导体型的相对比，燃料电池型的呼气酒精测试仪具有精度高，稳定性好以及抗干扰性好等优点。
1.3 研究内容
本课题设计的是针对酒精浓度进行检测的测试仪器，利用高精度乙醇气体传感器对空气中的乙醇气体进行检测，使用单片机对检测到的气体浓度信号数据进行数据处理分析以及醉酒阈值的设定，将最终的乙醇浓度数据通过显示器进行显示，当浓度超过设定的阈值启动声光报警。
主要内容如下：
1.数据采集电路：我们采用的MQ3的酒精传感器，从而完成对酒精浓度的信号采集工作，并且实现信号的预处理工作；
2.主控制电路：是以单片机作为核心的控制器，再设计硬件所用的电路原理图，并设计主控制电路、数据显示电路、声光报警电路；采用低成本高性能的型号为STC12C5A16AD的单片机，对所要检测的信号进行A/D转换及处理，最后将所得的结果经由液晶屏显示出来。
3.软件程序设计：主要为完成整个电路程序设计工作，从而完成对整个系统控制的协调，实现酒精浓度的阈值设置，也能够依靠法律的规定或者使用者的要求来进行醉酒阈值的修改，最后进行数据保存。酒精浓度测量的数值超出80mg/L，指示灯会变亮并发生声音报警。 2系统总体设计方案
2.1 设计要求
此次的设计中，所设计的目的是要经过酒精传感器对酒精的浓度进行的测试，在对前期所收集的资料进行收集以及对各种资料分析总结，最后，本毕设确定所做的测试仪测试的浓度范围为80mg/L，当所测的浓度值超过所设定的阈值时，蜂鸣器会发出报警声音，用单片机自带的A/D功能的时候，要求在液晶屏上对所测的酒精浓度进行显示，除此之外还需要通过串口与上位机进行通讯并且能够简单的传送一些数据等[4]。
目 录
1绪论 1
1.1 研究的背景及意义 1
1.2 发展现状及趋势分析 1
2系统总体设计方案 4
2.1 设计要求 4
2.2 系统的整体结构框图 4
3硬件电路设计 6
3.1 酒精浓度采集电路 6
3.1.1 MQ3传感器 6
3.1.2 酒精浓度采集电路 6
3.1.3 采集电路 7
3.2 单片机控制电路 7
3.3 复位电路设计 9
3.4 阀值存储电路设计 9
3.5 键盘和显示报警电路设计 10
3.5.1 键盘电路设计 10
3.5.2 显示电路设计 11
3.5.3 超限报警电路 11
4软件设计 13
4.1 Keil介绍 13
4.2 Protel99SE介绍 13
4.3 软件设计主程序 14
4.4 液晶显示子程序 15
4.5酒精浓度采集子程序 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
5系统的调试 18
5.1系统的硬件调试 18
5.2系统的软件调试 18
5.3整体设计调试 18
6总结 20
参考文献 21
致谢 22
附录 23
附录1：总体硬件电路设计图 23
附录2：元件清单 24
附录3：源程序 25
1绪论
1.1 研究的背景及意义
近年来，随着我国经济水平和居民生活水平的高速发展，酒精消费量一直呈现着上升趋势，随之而来的是因为饮酒而造成的一系列社会问题，例如酒后驾驶造成的交通意外。
从近几年来的数据显示，由于酒后驾车而发生交通事故的机率已经高达了27%以上。这是因为，伴随着你人体内酒精浓度的增大，你大脑的反应将会变慢，从而造成选择错误。一旦当血液里面的酒精浓度由0.5‰增到1‰的时候，导致车祸发生的概率便增加了5倍，浓度再增加到1.5‰的时候，就将发生车祸的概率增至到6倍。人在喝完酒之后,体内的消化系统就会吸收酒精,再由血液进行循环,而有90%的酒精是经由肺部的呼气排出来的,所以要测试呼气里面的酒精浓度,就能够判断是否为醉酒的程度。驾驶人员只需将嘴对着传感的头吹气就行，测试仪器上就会显示出酒精的浓度，然后判断驾驶员是不是酒驾，从而避免事故的发生。最好解决酒驾的的方法是，如果在车内安装此测试仪，当司机进入车内的时候，检测的仪器就会对司机的进行酒精含量的测试，一旦超过了允许的值，采用一种系统控制，控制车的引擎没有办法启动，这么以来就能够从源头上解决酒后驾车的问题，但有一点就是，如果车上有喝酒的，而不是驾驶员，这样汽车也是没办法启动的，所以此种方法有待进一步改进和设想[1]。
与此同时，酒精浓度的测试仪在我们每天的生产与生活里也发挥着越来越重要的作用，例如，在某些生产车间的环境要求特别严格的时候，利用此类探测仪，可以随时随地的进行车间里面酒精气体的浓度测试，一旦当酒精气体的浓度大于所设定的界限值的时候，会发出警报的声音，以方便时刻提醒工作的人要赶紧通风来换气，一定要做到百分百的安全生产[2]。
1.2 发展现状及趋势分析
伴随着21世纪的到来，信息技术也在迅猛的发展当中，其中，传感的技术也在慢慢地迈向成熟的道路，并且在我们的生活与生产中受到了比较宽泛的运用。正因为如此，传感器几乎在每一个领域都具有着非常大的应用，所以，研究出可靠性高的，精度高的，微功耗/无源化的，智能数字化的以及微型化的将成为其未来的主流发展方向。
为了便于交警检查出酒驾,保证行驶安全，交警使用的酒精测试仪通常是便携式的,利用该仪器检查测出驾驶者的呼出气体浓度的大小，从而来判断驾驶员是否为饮酒开车。目前来看，交警们所使用的检测酒驾的检测仪，通常就能看目前显示的是否为饮酒,如果要判断是否是醉驾，则需要驾驶员进一步的接受血液的检查,从而来确定其体内的酒精浓度是不是超过了其界限值[3]。为使流程看起来简便，在英国的内政部现已经研制出来了，一类精度特别高的酒精检测仪,此仪器能够靠人体的体温以及我们呼吸的频率等一些情况来进行检测判断,当场就可以知道该驾驶员的体内酒精含量是否超标。从以上可以知道，高可靠性，微型化与高精度是酒精检测仪的主流发展趋势。
到现在为止，对进行气体中酒精的含量检测，所需要的仪器通常有：半导体型、有燃料电池型（电化学）、气体色谱分析型、比色型以及红外线型等五大类。不过因为在使用方便上以及价格的原因上，截止目前（2009年8月）我们经常使用的仅为半导体型以及燃料电池型两个种类的。
上面所提到的燃料电池是目前为止，全球都在大量研究应用的环保型的能源，此能源可直接将可以燃烧的气体变换成所需要的电能，并且不能够产生出有害物质，对人体及环境造成危害，而酒精传感器其实就是燃料电池一个分支部分。现在燃料电池的酒精传感器所采用的是贵白金当作电极，一定要在布满特殊催化剂的燃烧室内燃烧，使得进入到燃烧室内的所有酒精能够很充分的进行燃烧，然后转为电能，就是在两个电极之间产生电压，然后在外接的负载上将电能消耗掉，此时的电压和进入到燃烧室内的气体的酒精浓度是成正比的。
同半导体型的相对比，燃料电池型的呼气酒精测试仪具有精度高，稳定性好以及抗干扰性好等优点。
1.3 研究内容
本课题设计的是针对酒精浓度进行检测的测试仪器，利用高精度乙醇气体传感器对空气中的乙醇气体进行检测，使用单片机对检测到的气体浓度信号数据进行数据处理分析以及醉酒阈值的设定，将最终的乙醇浓度数据通过显示器进行显示，当浓度超过设定的阈值启动声光报警。
主要内容如下：
1.数据采集电路：我们采用的MQ3的酒精传感器，从而完成对酒精浓度的信号采集工作，并且实现信号的预处理工作；
2.主控制电路：是以单片机作为核心的控制器，再设计硬件所用的电路原理图，并设计主控制电路、数据显示电路、声光报警电路；采用低成本高性能的型号为STC12C5A16AD的单片机，对所要检测的信号进行A/D转换及处理，最后将所得的结果经由液晶屏显示出来。
3.软件程序设计：主要为完成整个电路程序设计工作，从而完成对整个系统控制的协调，实现酒精浓度的阈值设置，也能够依靠法律的规定或者使用者的要求来进行醉酒阈值的修改，最后进行数据保存。酒精浓度测量的数值超出80mg/L，指示灯会变亮并发生声音报警。 2系统总体设计方案
2.1 设计要求
此次的设计中，所设计的目的是要经过酒精传感器对酒精的浓度进行的测试，在对前期所收集的资料进行收集以及对各种资料分析总结，最后，本毕设确定所做的测试仪测试的浓度范围为80mg/L，当所测的浓度值超过所设定的阈值时，蜂鸣器会发出报警声音，用单片机自带的A/D功能的时候，要求在液晶屏上对所测的酒精浓度进行显示，除此之外还需要通过串口与上位机进行通讯并且能够简单的传送一些数据等[4]。
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