酒精探测仪的设计与制作
酒精探测仪的设计与制作[20200128191438]
日 期： 【摘要】
本课题研究设计了一种具有检测及报警功能的酒精浓度检测仪。系统将传感器输出的标准信号通过LM324放大电路进行信号放大，经STC12C5A60S2单片机进行数据分析、处理，最后由LCD1602显示酒精百分比浓度值，当采集到的酒精浓度超出设定值时,可报警提醒监测人员。课题中详细介绍了数据采集子系统、数据处理过程以及数据显示子系统和报警电路的设计方法和过程。本设计具有稳定性好，抗干扰能力较强等优点，主要应用于酒驾检测、生产车间的安全环境监测。此设计简便易操作，具有十分广阔的实际应用前景。
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关键字:】酒精传感器,STC12C5A60S2,液晶显示
一、引言 3
（一）选题背景 3
（二）设计思想 3
（三）设计意义 3
二、硬件电路设计 4
（一）硬件系统框图 4
（二）主要元器件的选取与介绍 4
1．酒精传感器MQ-3 4
2．LM324运放器 5
3．STC12C5A60S2 6
4．LCD1602液晶显示器 8
（三） 系统各模块电路设计 9
1. 按键电路 9
2. LM324放大电路 9
3. 显示电路和报警电路 10
4. 时钟电路和复位电路 11
三、软件设计 12
（一）主程序 12
（二）键盘扫描子程序 13
（三）A/D转换与比较子程序 14
四、系统调试 16
（一）硬件调试 16
（二）软件调试 17
（三）系统联调 17
五、总结 18
致 谢 20
参考文献 21
附录A 原理图、PCB图 22
附录B 程序代码 23
附录C 实物图 33
一、引言
（一）选题背景
据调查，大约50%—60%的车祸与饮酒有关。中国公安交警部门在2011年8月，在全国各地加强查处酒后驾驶的力度，以减少由酒后驾驶造成的恶性交通事故。要查处就涉及到检测人体内的酒精含量和使用设备来进行检测的问题。触目惊醒的数字时刻提醒着我们，酒后驾车严重的危害着交通安全。为了实现我们对生命的关爱，对人权的尊重，为了让更多的生命得到更好的保护，需要设计一款智能仪器能够检测驾驶员体内酒精含量。目前全世界绝大多数国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，以确定被测量者体内酒精含量的多少，以确保驾驶员的生命财产安全。酒精检测仪的设计与使用有着不可替代的作用，也有着深远的前景和意义。预防酒后驾车，提高交通安全意识已刻不容缓。
(二) 设计思想
要想测试气体的酒精浓度，首先要对气体进行感知，因此要用到传感器。考虑到传感器的特性，本设计采用MQ-3传感器来提取人呼出的气体，当采集到微弱的模拟信号之后，将由ADC0809转换器把模拟信号转换成数字信号然后传输给STC12单片机，经过单片机处理过后的数值信号送到到二极管、报警器进行显示和报警。文中详细介绍了数据采集子系统、数据处理过程以及数据显示子系统和报警电路的设计方法和过程。这样可以清晰的知道整个电路系统是如何配合从而达到对酒精浓度的检测，以达到提早发现提早预防的目的。
（三）设计意义
本设计基于传感器的酒精气体浓度探测仪，用来检测酒精气体浓度，最主要的用途是检测司机的酒精含量。一旦发现酒精含量超标，立即发出警报，以避免酒后驾车这种事情的发生。本设计还可以应用于安全生产，在一些环境要求严格的生产车间，用这种酒精浓度探测仪，可检测周围酒精气体浓度，一旦发现空气中的酒精浓度高于限定值时便发出警报，提醒人们及时通风换气，做到安全生产。
二、硬件电路设计
（一）硬件系统框图
酒精传感器将检测环境中的酒精浓度信号转换为电信号，经过放大、单片机A/D转换后进行数据处理，通过LCD显示电路显示酒精浓度，由按键输入设定酒精浓度的上限数值，将检测到的酒精浓度值和设定值相比较，当超过设定的上限值就发出声光报警，否则只在LCD显示电路显示酒精浓度。系统工作总框图如图1所示。
图1 系统框图
（二）主要元器件的选取与介绍
1．酒精传感器MQ-3
MQ-3型气敏传感器由微型A12O3,陶瓷管和二氧化硅敏感层、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。传感器的标砖贿赂有两部分组成。其一未加热回路，其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面的电阻值变化。传感器表面电阻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输出获得的。二者之间的关系表述为：RS /RL=(UC－URL )/URL ，其中UC为回路电压，Vc为回路电压为10V，负载电阻RL可调为0.5-200K。负载电阻RL可调，加热电压Uh一般为5V。为了使测量的酒精浓度最高误差最小，需要找到合适的温度，一般在测量前需将传感器预热5分钟。
基于对本设计对于灵敏度及可靠性的考虑，本课题选择酒精气体传感器为MQ-3型,实物如图2所示。
图2 MQ-3实物图
MQ-3主要特点是：（1）检测范围为10ppm～2000ppm ；（2）对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择；（3）长期的寿命和可靠的稳定性；（4）快速的反应恢复特性。MQ-3的灵敏度特性曲线如图3所示。
图3 MQ-3灵敏度特性曲线
2．LM324运放器
LM324是四运放集成电路，它采用14管脚双列直插塑料（陶瓷）封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图5所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。MQ-3传感器对酒精的变化量只有4～20mA，变化的范围很小。因此，采用LM324运放对信号变化量进行放大，并送给单片机进行AD采样。这样灵敏度就会大大更高。LM324芯片引脚图如图4所示 。
图4 LM324芯片引脚图
3．STC12C5A60S2
STC12C5A60S2单片机内含60K BYTES的可反复擦写的只读程序存储器和256 BYTES的随机存取数据存储器，与标准MCS-51指令系统及8052 产品引脚
STC12C5A16S2单片机是以51内核为主的系列单片机，STC单片机是宏晶生产的单时钟/机器周期的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8—12倍，内部集成MAX810专用复位电路。4路PWM 8路高速10位A、D转换，针对电机控制，强干扰场合。STC12C5A16S2单片机的引脚图如图5所示。
图5 STC12C5A16S2单片机
STC12C5A16S2单片机主要性能:
⑴ 高速：1 个时钟/ 机器周期，增强型8051 内核，速度比普通8051 快8～12 倍
⑵ 宽电压：5.5～3.8V，2.4～3.8V（STC12LE5410AD 系列）
⑶ 低功耗设计：空闲模式，掉电模式（可由外部中断唤醒）
⑷ 工作频率：0～35MHz，相当于普通8051：0～420MHz--- 实际可到48MHz，相当于8051：0～576MHz
⑸ 时钟：外部晶体或内部RC 振荡器可选，在ISP 下载编程用户程序时设置
日 期： 【摘要】
本课题研究设计了一种具有检测及报警功能的酒精浓度检测仪。系统将传感器输出的标准信号通过LM324放大电路进行信号放大，经STC12C5A60S2单片机进行数据分析、处理，最后由LCD1602显示酒精百分比浓度值，当采集到的酒精浓度超出设定值时,可报警提醒监测人员。课题中详细介绍了数据采集子系统、数据处理过程以及数据显示子系统和报警电路的设计方法和过程。本设计具有稳定性好，抗干扰能力较强等优点，主要应用于酒驾检测、生产车间的安全环境监测。此设计简便易操作，具有十分广阔的实际应用前景。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】酒精传感器,STC12C5A60S2,液晶显示
一、引言 3
（一）选题背景 3
（二）设计思想 3
（三）设计意义 3
二、硬件电路设计 4
（一）硬件系统框图 4
（二）主要元器件的选取与介绍 4
1．酒精传感器MQ-3 4
2．LM324运放器 5
3．STC12C5A60S2 6
4．LCD1602液晶显示器 8
（三） 系统各模块电路设计 9
1. 按键电路 9
2. LM324放大电路 9
3. 显示电路和报警电路 10
4. 时钟电路和复位电路 11
三、软件设计 12
（一）主程序 12
（二）键盘扫描子程序 13
（三）A/D转换与比较子程序 14
四、系统调试 16
（一）硬件调试 16
（二）软件调试 17
（三）系统联调 17
五、总结 18
致 谢 20
参考文献 21
附录A 原理图、PCB图 22
附录B 程序代码 23
附录C 实物图 33
一、引言
（一）选题背景
据调查，大约50%—60%的车祸与饮酒有关。中国公安交警部门在2011年8月，在全国各地加强查处酒后驾驶的力度，以减少由酒后驾驶造成的恶性交通事故。要查处就涉及到检测人体内的酒精含量和使用设备来进行检测的问题。触目惊醒的数字时刻提醒着我们，酒后驾车严重的危害着交通安全。为了实现我们对生命的关爱，对人权的尊重，为了让更多的生命得到更好的保护，需要设计一款智能仪器能够检测驾驶员体内酒精含量。目前全世界绝大多数国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，以确定被测量者体内酒精含量的多少，以确保驾驶员的生命财产安全。酒精检测仪的设计与使用有着不可替代的作用，也有着深远的前景和意义。预防酒后驾车，提高交通安全意识已刻不容缓。
(二) 设计思想
要想测试气体的酒精浓度，首先要对气体进行感知，因此要用到传感器。考虑到传感器的特性，本设计采用MQ-3传感器来提取人呼出的气体，当采集到微弱的模拟信号之后，将由ADC0809转换器把模拟信号转换成数字信号然后传输给STC12单片机，经过单片机处理过后的数值信号送到到二极管、报警器进行显示和报警。文中详细介绍了数据采集子系统、数据处理过程以及数据显示子系统和报警电路的设计方法和过程。这样可以清晰的知道整个电路系统是如何配合从而达到对酒精浓度的检测，以达到提早发现提早预防的目的。
（三）设计意义
本设计基于传感器的酒精气体浓度探测仪，用来检测酒精气体浓度，最主要的用途是检测司机的酒精含量。一旦发现酒精含量超标，立即发出警报，以避免酒后驾车这种事情的发生。本设计还可以应用于安全生产，在一些环境要求严格的生产车间，用这种酒精浓度探测仪，可检测周围酒精气体浓度，一旦发现空气中的酒精浓度高于限定值时便发出警报，提醒人们及时通风换气，做到安全生产。
二、硬件电路设计
（一）硬件系统框图
酒精传感器将检测环境中的酒精浓度信号转换为电信号，经过放大、单片机A/D转换后进行数据处理，通过LCD显示电路显示酒精浓度，由按键输入设定酒精浓度的上限数值，将检测到的酒精浓度值和设定值相比较，当超过设定的上限值就发出声光报警，否则只在LCD显示电路显示酒精浓度。系统工作总框图如图1所示。
图1 系统框图
（二）主要元器件的选取与介绍
1．酒精传感器MQ-3
MQ-3型气敏传感器由微型A12O3,陶瓷管和二氧化硅敏感层、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。传感器的标砖贿赂有两部分组成。其一未加热回路，其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面的电阻值变化。传感器表面电阻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输出获得的。二者之间的关系表述为：RS /RL=(UC－URL )/URL ，其中UC为回路电压，Vc为回路电压为10V，负载电阻RL可调为0.5-200K。负载电阻RL可调，加热电压Uh一般为5V。为了使测量的酒精浓度最高误差最小，需要找到合适的温度，一般在测量前需将传感器预热5分钟。
基于对本设计对于灵敏度及可靠性的考虑，本课题选择酒精气体传感器为MQ-3型,实物如图2所示。
图2 MQ-3实物图
MQ-3主要特点是：（1）检测范围为10ppm～2000ppm ；（2）对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择；（3）长期的寿命和可靠的稳定性；（4）快速的反应恢复特性。MQ-3的灵敏度特性曲线如图3所示。
图3 MQ-3灵敏度特性曲线
2．LM324运放器
LM324是四运放集成电路，它采用14管脚双列直插塑料（陶瓷）封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图5所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。MQ-3传感器对酒精的变化量只有4～20mA，变化的范围很小。因此，采用LM324运放对信号变化量进行放大，并送给单片机进行AD采样。这样灵敏度就会大大更高。LM324芯片引脚图如图4所示 。
图4 LM324芯片引脚图
3．STC12C5A60S2
STC12C5A60S2单片机内含60K BYTES的可反复擦写的只读程序存储器和256 BYTES的随机存取数据存储器，与标准MCS-51指令系统及8052 产品引脚
STC12C5A16S2单片机是以51内核为主的系列单片机，STC单片机是宏晶生产的单时钟/机器周期的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8—12倍，内部集成MAX810专用复位电路。4路PWM 8路高速10位A、D转换，针对电机控制，强干扰场合。STC12C5A16S2单片机的引脚图如图5所示。
图5 STC12C5A16S2单片机
STC12C5A16S2单片机主要性能:
⑴ 高速：1 个时钟/ 机器周期，增强型8051 内核，速度比普通8051 快8～12 倍
⑵ 宽电压：5.5～3.8V，2.4～3.8V（STC12LE5410AD 系列）
⑶ 低功耗设计：空闲模式，掉电模式（可由外部中断唤醒）
⑷ 工作频率：0～35MHz，相当于普通8051：0～420MHz--- 实际可到48MHz，相当于8051：0～576MHz
⑸ 时钟：外部晶体或内部RC 振荡器可选，在ISP 下载编程用户程序时设置
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