駕駛員酒精濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)

王成福 宮靜

摘 要：本設(shè)計(jì)由數(shù)據(jù)采集模塊、轉(zhuǎn)化模塊、51單片機(jī)處理模塊和顯示模塊4部分組成，通過顯示的數(shù)值來判斷駕駛員是不是酒駕狀態(tài)，從而設(shè)計(jì)出具有更高可靠性與實(shí)用性的酒精濃度檢測(cè)儀。

關(guān)鍵詞：酒精濃度檢測(cè)儀；傳感器；單片機(jī)；A/D轉(zhuǎn)換器

1 目的及意義

駕駛員酒精濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)人類的人身和財(cái)產(chǎn)安全有著相當(dāng)大的前景和意義，同時(shí)也有著十分廣闊的市場(chǎng)需求。

2 酒精濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)

2.1 酒精濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)方案

本文設(shè)計(jì)分為硬件、軟件電路兩部分。硬件的設(shè)計(jì)主要器件有：89C51單片機(jī)、酒精濃度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、LED1602液晶顯示器、報(bào)警電路、鍵盤電路。硬件部分主要功能是利用傳感器測(cè)量被測(cè)量者體內(nèi)的酒精濃度，同時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，之后由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，用于單片機(jī)和與之對(duì)應(yīng)的外圍電路的處理，最終在LED1602液晶顯示器上顯現(xiàn)出被測(cè)量者的酒精濃度值，若濃度超出一定值，報(bào)警電路將啟動(dòng)。其總體框圖如圖1所示。

2.2 酒精濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)方案分析

（1）單片機(jī)主要控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，外部電路包含LED顯示器和鍵盤響應(yīng)電路，而且，不用其他的計(jì)算機(jī)介入，使用者就能夠直接地、方便地工作，完成數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、計(jì)算、分析等過程。

（2）該體系具有較低功耗、小型化、性價(jià)比較高的特點(diǎn)。

（3）從便攜的角度看，本系統(tǒng)使用LED1602液晶顯示器和鍵盤系統(tǒng)。鍵盤和LED1602液晶顯示器由單片機(jī)系統(tǒng)來控制，從而能夠順利地完成人機(jī)交互操作。

（4）軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易懂。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 單片機(jī)的選擇

“單片機(jī)是一種集成電路芯片，選用超大規(guī)模的集成電路技術(shù)，將可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的器件集中于一塊硅片上，從而組成一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，該系統(tǒng)雖然小，但很完整。設(shè)計(jì)采用的是89C51單片機(jī)，主要考慮其具有低價(jià)、高速、高可靠、強(qiáng)抗靜電、強(qiáng)抗干擾的特點(diǎn)。

3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路

設(shè)計(jì)中，需要把非電量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，然后把這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量信號(hào)后，單片機(jī)才可以對(duì)這些數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行操作。其中，A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。A/D轉(zhuǎn)換器通常經(jīng)過采樣、保持、量化和編碼4個(gè)過程。根據(jù)要求，選擇各方面都適當(dāng)?shù)?位逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。

3.3 傳感器的選擇

因?yàn)槭侵苯訙y(cè)量駕駛?cè)藛T呼氣中的酒精含量，然后變成人體血液中的酒精濃度。同時(shí)，由于空氣中其他氣體也能夠干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確與否，因此要求所選擇的傳感器必須只能對(duì)乙醇?xì)怏w敏感，同時(shí)又對(duì)其他的任何氣體都不敏感。本設(shè)計(jì)選擇MQ3型氣敏傳感器。MQ3型氣敏傳感器具有靈敏度高、選擇性好、成本低、所需驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)以及穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)。它將二氧化硅作為氣敏材料，是因?yàn)槎趸柙诳諝庵械碾妼?dǎo)率相對(duì)其他材料而言較低。當(dāng)傳感器周圍有乙醇蒸汽時(shí)，其電導(dǎo)率會(huì)隨著氣體濃度的增加而逐漸增強(qiáng)。使用過程中，為了得到最高精度、最小誤差以及找到適當(dāng)?shù)臏囟?，通常情況下，在實(shí)驗(yàn)測(cè)量之前要把MQ3型氣敏傳感器預(yù)熱5分鐘左右。

3.4 LED1602液晶顯示電路

LED1602為工業(yè)字符型的液晶，可以一起顯現(xiàn)16列2行的點(diǎn)陣型液晶模塊。在單片機(jī)系統(tǒng)中，液晶顯示器有畫質(zhì)高、不會(huì)閃爍、操作方便、重量輕、耗電量少等優(yōu)點(diǎn)。

3.5 報(bào)警電路

（1）燈光提示電路。LED（發(fā)光二極管），屬于半導(dǎo)體二極管的一種，能夠把電能轉(zhuǎn)換為光能；具有單向?qū)ㄐ?，同時(shí)，LED具有效率高、壽命長(zhǎng)、不易破損、開關(guān)速度高、輻射低、功耗低以及高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)利用LED指示酒精是否超標(biāo)。

（2）聲音報(bào)警電路。設(shè)計(jì)選用的是有源蜂鳴器。三極管Q1是開關(guān)，其基極的低電平能夠使三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，蜂鳴器發(fā)聲；反之，高電平能夠使三極管處于關(guān)閉狀態(tài)，蜂鳴器將不會(huì)發(fā)聲。

3.6 鍵盤電路

設(shè)計(jì)是利用按鍵接低的方法進(jìn)行工作的。單片機(jī)初始時(shí)是高電平，當(dāng)有按鍵被按下的時(shí)候，則接地變成低電平，使單片機(jī)處于工作狀態(tài)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。

4 軟件設(shè)計(jì)流程圖

5 調(diào)試分析

調(diào)試分析主要包括硬件電路調(diào)試分析、軟件電路調(diào)試分析以及軟、硬件結(jié)合的調(diào)試分析，調(diào)試分析的過程采用的是由局部到整體、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的方法。在調(diào)試過程中根據(jù)設(shè)計(jì)的電路，找到連接點(diǎn)，在萬能板連接電路；其次在焊接好電路之后，認(rèn)真檢查電路的焊接情況。準(zhǔn)確無誤后，在Keic軟件中將事先寫好的調(diào)試程序代碼輸入、匯編、修改并產(chǎn)生代碼，最后形成.hex文件。器件初始化后，將.hex文件導(dǎo)入單片機(jī)，并接上+5V電源開始進(jìn)行調(diào)試。

參考文獻(xiàn)

[1]汪文，陳林.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].湖北：華中科技大學(xué)出版社，2013.

[2]李成章.基于LED顯示的空氣酒精濃度監(jiān)測(cè)儀的設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試，2007（12）：74-80.

（作者單位：1.鞍山廣播電視臺(tái)；2.鞍山廣播電視大學(xué)）