基于AT89S51單片機(jī)的酒精濃度探測(cè)儀設(shè)計(jì)

劉雨佳

摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)的騰飛，社會(huì)也在日新月異的發(fā)展，人們的生活水平和娛樂(lè)方式在發(fā)生著改變，其中許多娛樂(lè)活動(dòng)都離不開(kāi)酒，但是這也引發(fā)了許多問(wèn)題。導(dǎo)致交通事故的重要原因之一就是酒后駕車，交警在執(zhí)法現(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)檢測(cè)司機(jī)呼出氣體中酒精氣體濃度來(lái)判斷是否有酒駕嫌疑。酒精濃度探測(cè)儀日益受到重視，使用范圍也逐漸擴(kuò)大，例如在一些需要控制空氣中酒精氣體濃度的場(chǎng)所，可以使用它來(lái)對(duì)氣體監(jiān)測(cè)。隨著物質(zhì)生活的極大豐富，酒精濃度探測(cè)儀也會(huì)有更好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 酒精探測(cè)儀 單片機(jī) MQ-3

中圖分類號(hào)：TP309.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

本研究設(shè)計(jì)的酒精濃度探測(cè)儀是一款實(shí)用性強(qiáng)、安全可靠的酒精氣體濃度探測(cè)工具，傳感器部分采用MQ-3型氣體傳感器對(duì)待測(cè)氣體中的酒精氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)，將模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，核心部分用AT89S51型單片機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，最后把經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)，通過(guò)液晶屏顯示出十進(jìn)制數(shù)字。此外，在系統(tǒng)中還可以根據(jù)不同的需要設(shè)定或修改閥值，若所檢測(cè)到的濃度超過(guò)閥值，就會(huì)發(fā)出聲光信號(hào)進(jìn)行報(bào)警提示。

1系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)

AT89S51芯片是酒精濃度探測(cè)儀的一個(gè)核心部分，是將傳感器采集到的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、分析的重要元件。芯片有40個(gè)引腳，引腳結(jié)構(gòu)與80C51芯片相同，在這里就不作具體介紹。其中有4個(gè)8位的并行I/O端口，分別記作P0、P1、P2、P3，這32個(gè)I/O口是單片機(jī)與外部聯(lián)系的重要通道。整個(gè)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，總共使用了23個(gè)引腳，大致分為五個(gè)部分：P1口連接S2、S3獨(dú)立按鍵，采集閥值調(diào)整信息;P0口與LCD顯示器相連，通過(guò)軟件編程控制顯示器顯示酒精濃度;P3口連接報(bào)警模塊，當(dāng)采樣數(shù)據(jù)中的酒精濃度超過(guò)閥值時(shí)，通過(guò)P3.2口控制發(fā)光二極管和蜂鳴器發(fā)出指示信號(hào);P2口與ADC0832芯片連接，將傳感器采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)進(jìn)行分析、處理;XTAL1與XTAL2端口接片外晶體組成內(nèi)部時(shí)鐘。

傳感器模塊的設(shè)計(jì)中，傳感器是酒精濃度探測(cè)儀的關(guān)鍵部分，只有先采集到要探測(cè)的信息，才能在后續(xù)的系統(tǒng)中進(jìn)行一系列處理。使用氣敏型傳感器對(duì)氣體探測(cè)時(shí)，重點(diǎn)要注意干擾氣體對(duì)靈敏度的影響。其外形前一章節(jié)我們已經(jīng)介紹過(guò)。經(jīng)過(guò)調(diào)理，采集到的原始信號(hào)被轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)處理。該傳感器模塊的設(shè)計(jì)方便與單片機(jī)系統(tǒng)接口組成檢測(cè)儀器，信號(hào)輸出0～5V電壓，并且酒精濃度越高，輸出電壓越高。MQ-3型傳感器的敏感部分由微型Al2O3陶瓷管和SnO2敏感層構(gòu)成，加熱器內(nèi)有鎳鉻合金電阻絲，在敏感電阻工作時(shí)提供合適的工作溫度。傳感器一共有六個(gè)引腳，其中兩個(gè)用于加熱器，其余四個(gè)用于電壓輸出，標(biāo)準(zhǔn)回路由兩部分組成。

在報(bào)警顯示模塊設(shè)計(jì)時(shí)，在系統(tǒng)成功測(cè)定到酒精氣體濃度后，需要將濃度用字母、數(shù)字等方式顯示出來(lái)。SMC 1602液晶屏是一種用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等內(nèi)容的點(diǎn)陣型液晶模塊，它由若干個(gè)5？或者5？1等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。其中第15、16腳為背光源的電源，3號(hào)端口VO外接一電阻R分壓，用來(lái)調(diào)整顯示對(duì)比度，接電源VCC時(shí)得到最低的對(duì)比度，接地時(shí)得到最高的對(duì)比度。按照此原理，對(duì)比度可以通過(guò)外接電阻大小直接調(diào)整。液晶屏的RS、E/W和E控制引腳、第7—14數(shù)據(jù)引腳接單片機(jī)的P0端口。

2系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

支持51單片機(jī)的編程語(yǔ)言有：51匯編、PL/M宏匯編、C51、BASIC等。相比于匯編語(yǔ)言，C語(yǔ)言具有在功能性、可讀性、結(jié)構(gòu)性、可維護(hù)性上的明顯優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。

C語(yǔ)言是由Pascal語(yǔ)言演變而來(lái)的一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。主要優(yōu)點(diǎn)：規(guī)模最小（關(guān)鍵字少）、書寫自由、可移植性好、表達(dá)能力強(qiáng)（豐富的數(shù)據(jù)類型、結(jié)構(gòu)、運(yùn)算符）、結(jié)構(gòu)好（程序基本單位是函數(shù)）、可直接控制硬件資源（物理地址訪問(wèn)能力）、目標(biāo)代碼質(zhì)量高（接近或超過(guò)匯編代碼）。主要缺點(diǎn)：語(yǔ)法定義不嚴(yán)格（出錯(cuò)檢查難）、運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)復(fù)雜。

Keil編譯軟件是德國(guó)Keil Software公司出品的單片機(jī)集成開(kāi)發(fā)軟件，使用方便、代碼緊湊并且可以運(yùn)行在Windows XP/Win7等操作系統(tǒng)下，優(yōu)于其他多種編譯器，非常適合我們使用。從實(shí)用性和語(yǔ)言的熟悉程度考慮，本實(shí)驗(yàn)采用C語(yǔ)言編制程序設(shè)計(jì)，用Keil編譯器進(jìn)行編譯。

3系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試

在硬件調(diào)試中要注意的幾點(diǎn)問(wèn)題：

（1）電路板焊接結(jié)束后，不能立刻上電。先用萬(wàn)用表測(cè)量電源VCC與GND端是否短路，如果短路馬上檢查電路。確定沒(méi)有短路之后，可以進(jìn)行下一步對(duì)元器件引腳的檢查，一是檢查有沒(méi)有虛焊、漏焊和導(dǎo)線焊接短路的情況，二是在此復(fù)查各元器件的設(shè)計(jì)，防止焊錯(cuò)引腳影響到模塊的實(shí)現(xiàn)。

（2）經(jīng)過(guò)檢查電路，確保焊接沒(méi)有問(wèn)題后，可以接通USB電源，用萬(wàn)用表電壓檔測(cè)量5V和GND之間的電壓是否正常，如果電壓不正常，則立刻斷電，按照上一步的檢查方式逐一排查。

最后進(jìn)行實(shí)物測(cè)試，通上電源，在測(cè)試前讓傳感器預(yù)熱3-5分鐘。警察檢測(cè)駕駛員是否酒駕時(shí)一般是直接對(duì)著測(cè)量?jī)x器管吹氣，如果要用吹氣的方式探測(cè)，可以加裝吹氣套筒以避免空氣中雜質(zhì)的干擾，否則氣體濃度顯著下降。為了方便觀察，實(shí)物測(cè)試時(shí)用一小團(tuán)棉花蘸取酒精溶液，放在傳感器前，使其進(jìn)行感應(yīng)。本次測(cè)試所得酒精濃度為92mg/L，系統(tǒng)設(shè)定的閾值為80mg/L，已經(jīng)超過(guò)設(shè)定的閾值，系統(tǒng)報(bào)警。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，結(jié)果顯示，系統(tǒng)的精確性較高，能夠滿足設(shè)計(jì)的要求，達(dá)到了預(yù)先的目的。