酒精浓度检测仪论文：基于单片机的酒精浓度检测仪设计

1、科技广场2009.3基于单片机的酒精浓度检测仪设计李丽华1黄秋野1王琦2LiLihuaHuangQiuyeWangQi(1.沈阳工业安装工程股份有限公司,辽宁沈阳110168;2.沈阳建筑大学信息与控制工程学院,辽宁沈阳110168)(1.ShenyangIndustrialInstallationEngineeringStockLimitedCompany,LiaoningShenyang110168;2.SchoolofInformationandControlEngineering,ShenyangJianzhuUniversity,LiaoningShenyang110168)摘要：以

2、单片机和气体传感器为核心，设计了酒精浓度检测仪,实现了不同环境下酒精浓度的检测。本文主要介绍了酒精浓度检测仪整体结构，设计了系统硬件电路，阐述了各模块功能并着重研究了气体传感器的选择。关键词：单片机；A/D转换；酒精传感器中图分类号：TP311.1文献标识码：B文章编号：1671-4792-(2009)3-0166-03Abstract:analcoholconcentrationdetectorisdesignedtakensinglechipcomputerandgassensorasker-nel.Thealcoholconcentrationindifferentenvironment

3、canbemeasured.Inthispaper,thewholeconstructofthealcoholconcentrationdetectorisintroduced;thesystemhardwarecircuitisdesigned;thefunctionofeachmodelandhowtoselectthegassensorarediscussedespecially.Keywords:SingleChipComputer;A/DTransformer;AlcoholSensor0引言从工厂企业到居民家庭，酒精泄露的检测、监控以及对酒后驾车的监测对居民的人身和财产安全都是十分

4、重要且必不可少的。现如今，由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求的提高，再加上气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向的发展，因此，酒精浓度检测仪具有十分广阔的现实市场和潜在的市场要求。本文设计的基于单片机的酒精浓度检测仪以单片机和酒精传感器为核心，具有声光报警功能及LCD显示功能。根据不同的环境设定不同的阈值，超过阈值即进行声光报警，提示危害。采用汇编语言来实现其软件功能。该仪器硬件电路设计简单、软件功能完善、灵敏度高、工作性能好，并且具有尺寸小、方便携带的优点。此外，低功耗、低成本的特点可以使其吸引更多的市场目光。1酒精浓度检测仪整体结构本文设计的酒精浓度测试仪具有如下特点：（1

5、）数据采集系统以单片机为控制核心，外围电路带有LCD显示以及键盘响应电路，无需要其他计算机，用户就可以与之进行交互工作，完成数据的采集、存储、计算、分析等过程。（2）系统具有低功耗、小型化、高性价比等特点。图一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、单片机、LCD显示、键盘以及声音报警构成。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（3）从便携式的角度出发，系统成功使用了大屏幕液晶显示器以及小键盘。由单片机系统控制键盘和LCD显示来实现人机交互操作，界面友好。（4）软件系统采用汇编语言编写

6、，在兼顾实时性处理的同时也能很方便地进行数据处理。2硬件设计及功能概述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一所示。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。由于不同的环境对酒精浓度的要求也不一样，所以，可以通过键盘来设定不同环境中酒精浓度的不同阀值。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。2.1硬件电路依据硬件系统功能框图设计出系统硬件的整体电路图键盘以及声如图二和图三所示。其中图二是单片机与LCD、音报警电路的电路

7、连接图。基于单片机的酒精浓度检测仪设计图二2.2各功能模块的设计2.2.1AT89S52的特性单片机与LCD、键盘及声音报警电路的电路连接图类：一类是直接型A/D转换器；另一类是间接型A/D转换器。在直接型A/D转换器中，输入的模拟电压被直接转换成数字代码，不经任何中间变量。在间接型A/D转换器中，首频率、脉冲先把输入的模拟电压转换成某种中间变量（时间、宽度等等），然后再把这个中间变量转换为数字代码输出。2.2.3气体传感器的选择气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通

8、常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快速地测量。在选择传感器的时候，一定要考虑到稳定性、灵敏度、选择性和抗腐蚀性，本系统选择MQ3型酒精传感器。MQ3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。MQ3型气敏传感器由微型Al2O3、陶瓷管和SnO2敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或者不锈钢的腔体内，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AT89S52是低功耗、高性能、采用CMOS工艺的8位单片机，其片内具有8KB的可在线编程的Flash存储器。该单片机采用了AT

9、MEL公司的高密度、非易失性存储器技术，与工业标准型80C51单片机的指令系统和引脚完全兼容；片内的Flash存储器可在线重新编程，或者使用通用的非易失性存储器编程；通用的8位CPU与在线可编程Flash集成在一块芯片上，从而使AT89S52功能更加完善，应用更加灵活；具有较高的性能价格比，使其在嵌入式控制系统中有着广泛的应用前景。2.2.2ADC的选择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

10、的好坏直接影响整个系统的质量。根据A/D转换器的工作原理可将A/D转换器分成两大167科技广场2009.3准回路有两部分组成：其一为加热回路；其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻的变化。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输出面获得的。二者之间的关系表述为：RS/RL=(VCVRL)/VRL，其中VC为回路电压，10V。负载电阻RL可调加热电压Uh为5V。上述这些参数使得传感为0.5200K，器输出电压为05V。MQ3型气敏传感器的结构和外形如图三所示，标准回路如图四所示，传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度的关系如图五所示。为了使测量的精度

11、达到最高，误差最小，需要找到合适的温度，一般在测量前需要将传感器预热5分钟。表一标准工作条件表二酒精传感器MQ3的环境条件3结束语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图三MQ3的结构和外形设计思想，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，达到设计指标。参考文献1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.周斌.微型计算机原理及应用M.北京：清华2郑学坚，大学出版社，2006.3纪宗南.单片机外围器件使用手册输入通道器件北京航空航天大学出版社，2005.分册M.北京：图四MQ3标准回路4郑义,陈俊.用AT89C52和TLC1543实现数据采集系统J.电子世界,2004，(12):24-25.5卢丽君.基于TLC1543的单片机多路采样监测系统的设计J.仪器仪表与分析监测，2007,(04):5-7.6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.作者简介），女，本科，沈阳工业安装工程股份有限李丽华(1982公司，主