基于STC89C52單片機的酒精檢測系統(tǒng)設計

鄒夢麒 龔蔣

摘 要：為了防止在鐵路工作中出現(xiàn)因飲酒造成的各種安全事故，設計了一種以MQ-3酒精傳感器為核心，采用STC89C52單片機為控制處理器，LCD液晶顯示并帶有聲光報警功能的酒精濃度檢測儀。分析了酒精濃度檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設計，詳述了系統(tǒng)硬件及軟件的設計方法，并對其進行了仿真和實驗驗證。研究結(jié)果表明：當空氣中酒精濃度超標時，酒精檢測儀會發(fā)出聲光報警，具有一定的使用價值。

關(guān)鍵詞：STC89C52單片機；MQ-3酒精傳感器；聲光報警；酒精檢測儀

鐵路員工數(shù)量龐大，在每個新職員工入職之前，各相關(guān)部門都會對其進行相關(guān)的入路培訓[1，2]。在培訓時就明確地指出不允許工作人員在工作前飲酒，以防各種事故的發(fā)生?！惰F路技術(shù)規(guī)程》第390條規(guī)定，鐵路行車有關(guān)人員，接班前須充分休息，嚴禁飲酒，如有違反，立即停止其所承擔的任務。[3]在《道路交通安全》中對飲酒處罰做了相應的規(guī)定[4，5]。為保障員工的生命安全，杜絕酒后作業(yè)現(xiàn)象的發(fā)生，設計了一種基于STC89C52單片機的酒精檢測儀，可以在員工作業(yè)前對其進行酒精濃度檢測。

該酒精濃度檢測儀，以單片機最小系統(tǒng)和酒精傳感器為核心，具有聲光報警功能及 LCD 顯示功能，并采用匯編語言來實現(xiàn)其軟件功能，還可以通過改變其酒精濃度的檢測閾值，以適用于各種不同的工作場所。同時，該酒精濃度檢測儀還具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、攜帶方便、功耗低等優(yōu)點，能夠吸引較多的市場目光。[6]

1 酒精檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設計

酒精檢測系統(tǒng)主要由單片機最小系統(tǒng)、液晶顯示模塊、電源模塊、蜂鳴器報警模塊、指示燈模塊、按鍵模塊、酒精氣體傳感器模塊以及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊組成。酒精傳感器[5]采用電阻分壓的方法接在模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的通道1口。當酒精傳感器監(jiān)測到空氣中酒精濃度時，通過單片機的運算處理，可以將酒精濃度在液晶顯示器上顯示出來。酒精濃度的報警閾值可以通過按鍵進行設置，當檢測到空氣中的酒精濃度超標時，蜂鳴器發(fā)出報警聲，指示燈開始閃爍。

2 酒精檢測系統(tǒng)主要硬件電路的設計

2.1 單片機最小系統(tǒng)的設計

單片機最小系統(tǒng)在整個酒精檢測系統(tǒng)中起著統(tǒng)籌的作用，需要檢測鍵盤，溫度傳感器等各種參數(shù)，同時驅(qū)動液晶顯示相關(guān)參數(shù)。[7]本文選用STC89C52單片機作為系統(tǒng)的主控芯片來設計單片機最小系統(tǒng)。主要由STC89C52單片機、復位電路、時鐘電路構(gòu)成。

2.2 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設計

傳感器傳輸?shù)拇蠖际沁B續(xù)變化的模擬量，模擬量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號后，需要A/D轉(zhuǎn)換將其變成數(shù)字信號才可以輸入到數(shù)字系統(tǒng)中進行處理和控制。本文選用的是ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它具有體積小，兼容性強，性價比高等優(yōu)點。

2.3 傳感器的設計

一般的氣體傳感器有半導體型氣體傳感器和電化學型氣體傳感器兩種。[8]半導體型傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，動態(tài)性能好等優(yōu)點。且半導體為敏感材料，容易實現(xiàn)傳感器智能化和集成化。故在本設計選用MQ-3半導體型酒精氣體傳感器。

2.4 液晶顯示模塊的設計

在單片機中常用的液晶顯示屏通常有兩種，一種是LCD12864液晶顯示器，一種是LCD1602液晶顯示器。LCD1602是字符型液晶顯示器，其主控芯片是HD44780或其他兼容芯片。LCD12864液晶顯示器是一種圖形點陣顯示器，除了普通字符外，它還可以顯示圖像及漢字。本文主要是用來顯示酒精的濃度，LCD1602顯示屏完全能夠滿足使用的要求。

2.5 聲光報警電路的設計

酒精檢測系統(tǒng)的報警電路由PNP型S8550三極管驅(qū)動。當單片機輸出的是低電平時，三極管導通，蜂鳴器發(fā)出警報，指示燈閃爍；當單片機輸出的是高電平時，三極管截止，蜂鳴器停止報警，指示燈熄滅。

3 程序流程設計與仿真分析

3.1 程序流程設計

設計酒精檢測系統(tǒng)的程序流程為：

先進行程序初始化，在程序初始化完成之后，對傳感器進行預熱。傳感器必須先預熱，因為 MQ-3型半導體電阻式酒精傳感器在一段時間內(nèi)沒有通電，再次打開電源時，傳感器無法立即正常收集酒精濃度信息，需要一段時間進行預熱。

然后系統(tǒng)將會進入監(jiān)控狀態(tài)，檢測空氣中的酒精濃度。酒精濃度信息經(jīng)ADC0832轉(zhuǎn)換處理后，由單片機進行分析處理，在LCD1602液晶屏上顯示當前酒精濃度，超過設置酒精濃度時啟動報警。

3.2 仿真分析

接下來開始對酒精檢測系統(tǒng)進行仿真分析。濃度范圍為10～1000ppm時，MQ-3酒精傳感器可把檢測到的酒精濃度值轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)過STC89C52單片機處理并將濃度通過LCD1602顯示出來。在仿真模擬酒精監(jiān)測系統(tǒng)的過程中，可以通過滑動變阻器電路改變輸入值與設定閾值對比，若檢測值大于設定值時，則報警電路發(fā)出報警。

其仿真結(jié)果如圖1所示。在該仿真中將閾值設置為10%，檢測到酒精濃度為14%，系統(tǒng)發(fā)出警報聲，D2燈開始閃爍。

通過對該酒精檢測系統(tǒng)進行仿真分析，可以看出：本文所設計的酒精檢測系統(tǒng)在理論上是可以實現(xiàn)其報警功能的，基本達到設計的要求。

4 酒精檢測系統(tǒng)的實驗驗證

接下來對所設計的酒精檢測系統(tǒng)進行實驗驗證，觀察其能滿足正常使用的要求。

購買所需要的元器件，焊制出如圖2所示的酒精檢測儀。設置其酒精濃度報警閾值為10%，然后打開一瓶酒，將酒瓶靠近酒精檢測儀，酒精檢測儀檢測到空氣中的酒精濃度為14%，大于10%，蜂鳴器開始報警，指示燈開始閃爍。

通過實驗可以看出，當空氣中的酒精濃度超過所設定的閾值時，酒精檢測儀會進行聲光報警；當空氣中的酒精慢慢揮發(fā)低于10%后，報警結(jié)束。說明本文所設計的酒精檢測系統(tǒng)能夠滿足使用的要求。

5 結(jié)論

（1）通過分析酒精檢測系統(tǒng)的工作原理，對其總體結(jié)構(gòu)與內(nèi)部電路進行了詳細的設計，設計出了一個能夠滿足使用要求的酒精檢測儀。

（2）對酒精檢測系統(tǒng)進行編程與仿真，發(fā)現(xiàn)當檢測到酒精濃度超過所設定的閾值時，會發(fā)生報警的現(xiàn)象，驗證了本文所設計的酒精檢測系統(tǒng)在理論上的正確性。

（3）對所設計的酒精檢測儀進行實驗測試，當空氣中酒精濃度超標時，酒精檢測儀會發(fā)出聲光報警，說明本文所設計的酒精檢測儀具有使用價值，能夠用于鐵路工作人員上崗前的酒精濃度檢測。

參考文獻：

[1]劉偉.淺談提高鐵路職工培訓質(zhì)量的措施[J].科技創(chuàng)新與應用，2015（7）：177.

[2]陳廷棟，賈赟.新時期鐵路職工教育培訓的創(chuàng)新思路[J].企業(yè)改革與管理，2014（11）：79.

[3]中國鐵路總公司.鐵路技術(shù)管理規(guī)程[S].2017.

[4]趙廣鋒，劉鐵軍.醉酒駕駛型危險駕駛罪的定性分析[J].中國檢察官，2012（24）：78.

[5]胡穩(wěn).基于ARM的呼氣式酒精濃度檢測系統(tǒng)設計[D].鄭州大學，2016.

[6]李麗華，黃秋野，王琦.基于單片機的酒精濃度檢測儀設計[J].科技廣場，2009（03）：166-168.

[7]李居尚.基于單片機的防酒駕系統(tǒng)設計[D].吉林：吉林大學，2013.

[8]冉偉剛.氣體酒精濃度檢測報警器設計[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡信息，2011（11），24-26.

作者簡介：鄒夢麒（1992-），男，碩士，學習動車組機械師。