本五 10 孔德昂

1、 摘 要摘要本文经过查阅大量的资料，分析了很多酒精检测系统，总的来说，很大部分的的酒精检测器,系统在实现方案上大部分以单片机为基础,并借助相应的外围电路,将检测结果通过LED、LCD 等显示方式告知使用者。本设计用的MQK2酒精传感器就是一种对气体敏感的化学传感器，它能随着外部气体浓度的不同而改变敏感膜的电阻。系统选AT89S52单片机为控制核心，对检测到的气体状况进行相应的处理分析、处理和显示，并通过报警进行提示。该系统分为检测酒精浓度模块、系统控制模块和显示报警模块，并分别对其进行方案分析，最终确定酒后驾车测试仪的系统构架和设计方案。试验结果显示，该系统对在一定范围内的酒精浓度测试的测量具

2、有较高的精度，实现了酒精检测功能，其主要技术指标达到了系统设计要求。关键词关键词：酒精传感器 ，MQK2 ，AT89S52 单片机 ，报警 目录第 1 章 概述.1第 2 章 总体设计方案.22.1酒精浓度检测仪整体结构设计.22.2 MQR2 酒精传感器.32.3 传感器信号采集电路.42.4 A/D 转换电路.42.5 单片机系统.62.6 系统整体软件设计.8总结.10参考文献.12致谢.13酒后驾车测试仪设计作者：XXXXX 共 12页第 0 页第 1 章 概述 近年来，随着我国经济的高速发展，人民的生活水平得到显著提高，私家车也成为很多家庭必不可少的代步工具，而酒后驾车造成的交通事故

3、也频频发生。酒后驾车引起的交通事故是由于司机的过量饮酒造成人体内酒精浓度过高，麻痹神经，造成大脑反应迟缓，肢体不受控制等症状。少量饮酒并不会有上述症状，即人体内酒精浓度比较低时，而人体内酒精超过某一个值时就会引起危险。为此，需要设计一智能仪器能够监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。酒后驾车测试仪设计作者：XXXXX 共 12页第 1 页第 2 章 总体设计方案2.1酒精浓度检测仪整体结构设计单片机酒精浓度测试仪用 MQK2 酒精传感器采集气体信号，并通过数模转换器将模拟信号转换成

4、数字信号送至单片机，单片机对数字信号进行分析处理，并将所得的结果显示出来，可以通过键盘设置不同环境下酒精浓度的不同阀值，如果所检测出的酒精浓度超过了所设定的阀值，那么单片机就能控制蜂鸣器发出声音报警。键盘采用 3 个独立键盘进行数据输入设定；显示部分用 5 个数码管显示当前数据，数码管分别用 2 个 74HC573 锁存器控制段选和位选。本文设计的酒精浓度检测仪主要是以酒精传感器和单片机为平台设计而成的，其硬件系统功能框图如图 2-1 所示。 P2.5 单 片P0 机 P1蜂鸣器报警显示模块电路图图2-1硬件系统功能框图酒精浓度检测仪主要是用来检测酒精浓度的，它主要由酒精传感器、模数转换器、单

5、片机、LCD 显示、以及声音报警构成。酒精传感器将检测到的酒精浓度转化为电信号，然后将电信号传送给模数转换器，经过模数转换器转换后，把转换后得到的数字信号传给单片机，单片机对所输入的数字信号进行分析处理，最后将分析处理的结果通过显示器显示出来。如果所检测到的空气中的酒精浓度超过了所设定的阀值，那么单片机将会控制蜂鸣器发出声音报警，用来提示危害。2.2 MQR2 酒精传感器 MQR2酒精传感器是气敏传感器，其具有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。传感器的标准回路有两部分组成：其一为加热A/D 模块酒精传感器酒后驾车测试仪设计作者：XXXXX 共 12页第 2 页回路；其二

6、为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻的变化。酒精浓度同输出电压的近似关系如图2-2所示。 图 2-2 酒精浓度同输出电压的近似关系 2.3 传感器信号采集电路电路的前端部分 MQK2 传感器按照常规设计即可，如图 2-3 所示，MQK3 外接+5V 电压时，可将电阻丝加热至 270300.电路将 MQK2 的阻值变化转换成输出电压的变化,从而可以通过 A/D 转换成数字信号供单片机处理。 在酒精浓度为 0 时，其输出电压为 3v。但由于其输出的电压范围超过了AT89S52 的输入电压范围，所以在本设计中加入了一个调整电路来使其输出的电压能够满足 AT89S52 的输入要求。其调整电路的

7、原理图如图 2-4。采用LM33625 作为一个 25 V 的基准电压，采用差动输入使得 Vout=-2.5V 从而使得传感器信号的输出符合 AT89S52 的范围。 图 2-3 MKQ2 酒精传感器电路酒后驾车测试仪设计作者：XXXXX 共 12页第 3 页 图2-4传感器处理电路2.4 A/D 转换电路模数转换电路的功能是将连续变化的模拟量转换为离散的数字量，是架起模拟系统跟数字系统之间连接的桥梁。对于本系统而言，就是用于快速、高精度地对输入的酒精浓度信号进行采样编码，将其转换成单片机所能够处理的数字量。模数转换电路是本系统的关键部分，其性能的好坏直接影响整个系统的质量。模数转换采用ADC

8、0804,对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。ADC0804有20个引脚，其中11-18管脚为数字信号输出端，与单片机P1口相连；cs为片选端，接单片机P3.5口，当cs接低电平时ADC0804开始工作，WR接P3.6口，当WR变为低电平再跳变为高电平后启动A/D转换，RD接单片机P3.7口，当RD由低电平跳变为高电平时，单片机读走A/D转换完的数字信号。CLK为时钟输入信号线, 因ADC0804的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ

9、，VREF（），VREF（）为参考电压输入。INTR为中断控制信号，接单片机外部中断端口，当A/D转换完后向单片机发出中断信号，等待读走数字信号，INTR也可空可置不接，因为当启动A/D后一段时间后模数转换完后，等待一段时间单片机也可以读走数字量。原理图如图2-5。酒后驾车测试仪设计作者：XXXXX 共 12页第 4 页 图 2-5 A/D 转换电路2.5 单片机系统 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存

10、储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保

11、存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止，其电路如图 2-6。报警电路采用单片机 I/O 口外接三极管驱动蜂鸣器，发出报警信号，如图 2-7 所示。 键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键酒后驾车测试仪设计作者：XXXXX 共 12页第 5 页的识别由专用的硬件编码器实现，并产生键编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘。而靠软件编程来识别的称为非编码键盘；在单片机组成的各种系统中，用的最多的是非编码键盘。非编码键盘有分为：独立键盘和行列式（又称为矩阵式）键盘。本设计采用 3 个独立键盘来输入数字量，如图 2-8。3 个键盘分别接单片机 P2.0,P2.1,P2.2

12、。使用时先将键盘借口初始化，即将 P2.0P2.2全部置 1，然后判断是否有键按下，若键盘输入端变为低电平，表明此键盘按下，在软件编程时，注意键盘消抖。 图 2-6 单片机基本电路 图 2-7 蜂鸣器电路 图 2-8 独立键盘电路 显示部分用 5 个数码管显示当前数据，数码管分别用 2 个 74HC573 锁存器控制段选和位选，锁存器与单片机 I/O 口连接，位锁存器输出端分别与数码管片选连接，段锁存器输出端接数码管段输入端连接。锁存器片选输入端为高电平时，I/O 口数据输入锁存器，当输入为低电平时，锁存器关闭并将数据保持住。如图 2-9 所示。段选接单片机 P2.6,位选接单片机 P2.7。

13、酒后驾车测试仪设计作者：XXXXX 共 12页第 6 页图 2-9 显示电路部分2.6 系统整体软件设计 主程序流程如图2-10所示。系统共分3个按键K1、K2、K3 ,分别接至单片机P2.0-P2.2口，初始化时将P2.0-P2.2置1，当检测到输入端为低电平时表示有键按下，通过软件5ms延时,消除键盘抖动。在待机状态时若按下 K1 键提示被测者吹气，若检测过程中需要取消测试，可按 K2 键，此时系统放弃测试，并可回到待机状态。考虑到环境、湿度以及被测试者的个体差异等因素，有时需要修改浓度的警戒值，在待机状态下，按下K3，数码管上将显示当前设置值，此时按下 K1、K2 可调节警戒值。每按一次

14、K1 值可将报警浓度上调 0.02mg/L（最高到 0.72mg/L）,按下 K2 则下调0.02mg/L(最低到 0.04mg/L),调整完后在按下 K3 值可保存新的警戒值。酒后驾车测试仪设计作者：XXXXX 共 12页第 7 页主程序初始化温度测量子程序延时大约30s有键按下？K1？K2?K3?调用酒精浓度子程序禁止A/D调用警戒值设置子程序数码管显示YYYYNNNN图 2-10 主程序流程图酒后驾车测试仪设计作者：XXXXX 共 12页第 8 页总结通过这次课程设计，加强了我们动手、思考，合作和解决问题的能力。我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团

15、结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解

16、得不够深刻，掌握得不够牢固。 此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。在此，感谢于老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！本文设计了基于单片机的酒精浓度检测仪，设计过程包括了硬件电路设计和软件程序的编写两部分。硬件电路部分结构简单、使用方便、适合大众化使用。软件部分采用模块化设计思想，各个子程序的功能相对独立，便于调试和修改。通过软、硬件联合调试，实验结果满足设计基本要求，达到设计目标。仪器电路设计合理，体积小，且灵敏度、分辨率和抗干扰能力适用于驾驶员

17、自测是否饮酒过量的测量，也可用于酒精浓度监控。考虑到技术先进性和人性化设计的需要,如果能在上述方案中加入语音提示、语音播报检测结果等新功能,将是非常有益的。从技术的角度看,在现有方案中加入专用的语音处理芯片(如AC48105) ,从而实现语音功能,并不是非常复杂,但是这样会使原有的系统结构上变得不够精简,且导致性价比下降。如果选用的单片机本身就方便地处理语音信号,那么实现语音功能就将变得相对简单。酒后驾车测试仪设计作者：XXXXX 共 12页第 9 页总体上,本设计以52单片机为基础,采用廉价的酒精传感器采集信号（若需要提高测试精度,可选用燃料电池型传感器）,实现了一种新型的酒精浓度检测器设计

18、,操作过程中带有温度显示示,测试结果可通过数码管显示,可进行报警,还可根据实际情况对测试警戒值作出调整,体现出一定的人性化、智能化特点,系统性价比较高,具有一定的实用价值和推广价值。 酒后驾车测试仪设计作者：XXXXX 共 12页第 10 页参考文献1 岳睿.呼气式酒精传感器的研究进展 J.化学传感器，2006（3）：6-9。2 刘丰年.气体传感器测试系统D.硕士学位论文.吉林：哈尔滨理工大学，2003。3 何希才.传感器技术与应用M. 北京：北京航空航天大学出版社，2005。4 纪宗南.单片机外围器件使用手册输入通道器件分册M.北京;北京航空航天大学出版社，2005。5 张培仁. MCS-51 单片机原理与应用M.北京：清华大学出版社，2003.6 王幸之.AT89 系列单片机原理与接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2004。7 何立民.单片机高级教程应用与设计M. 北京：北京航空航天大学出版社，2000。8 魏英智.DS18B20 在温度控制中的应用.煤矿机械。2005，（3）：9293。9 陶冶，袁永超，罗平.基于 DS18B20 的单片机温度测量系统.农机研究.2007，5-2：166-168