酒精检测报警电路设计

摘要PAGEI酒精检测报警电路设计

摘要当今社会，酒精已经成为了一种随处可见的东西，而酒精所产生的影响又让我们不能忽视，人体内酒精浓度过高会造成神经麻痹，出现大脑反应迟疑、肢体不受控制等症状，少量饮酒则不会有上述情况发生。而近几年酒驾的出现以及其所占的比重越来越大，酒精含量的检测与报警就显得尤其重要。在工业生产中，酒精及酒精制品的生产也有极大的危险系数，尤其是对于一些生产环境要求较高的空间，对于酒精浓度的检测更是不可忽视。本论文主要阐述由电源电路、气敏元件、报警电路、蜂鸣器、开关电路和单片机控制电路构成的酒精检测报警电路的设计方案，对此能够进一步实现在一定空间内进行酒精浓度的检测以及能够在酒精浓度到达限定数值时进行报警鸣示。关键词:气敏传感器，声光报警器，报警及控制目录PAGE131引言1.1酒精检测报警电路的选题背景据世界卫生组织的预计，到2020年，每天全球交通事故伤残和死亡人数将增加60%以上，使交通事故损伤成为全球疾病、损伤负担的主要原因。从2008年的调查统计中显示，我国50%-60%的交通事故潘新民,刘清,李利华,etal.论道路交通事故与驾驶员血中酒精含量关系[J].中国司法鉴定,2006(3):16-17.是由酒后驾驶引起的。一桩桩案件一串串触目惊心的数字背后，是酒精给我们带来的沉重打击。目前我国在世界上道路交通事故中成为了最为严重的国家,道路交通安全形势十分严峻。多年前交通管理者判定驾驶人员是否有饮酒只能靠主观判断、肉眼的观察，这些不科学不及时的方法引起了很多不必要的误会和麻烦。而上述问题的出现都是由于没有安全准确的能随时进行酒精浓度的检测仪器潘新民,刘清,李利华,etal.论道路交通事故与驾驶员血中酒精含量关系[J].中国司法鉴定,2006(3):16-17.李琳,李爱传.酒精浓度测试仪的设计[J].黑龙江科技信息,2011(04):7酒精在人体内含量会对人体产生不同的影响，下表是体内酒精含量对人体影响的关系：表1酒精的效应BAC(%/体积)行为损害0.010–0.029个体平均感觉正常特殊试验可探测到些微效应0.030–0.059温和欣快感松弛快乐多语抑制力下降专注力0.06–0.09感觉变得麻木去抑制

外向推理深度感知周边视觉眩光视觉恢复0.10–0.19过表达情绪波动愤怒或悲伤喧闹力比多下降条件反射反应时间口齿不清蹒跚粗略运动控制可能暂时性酒精中毒0.20–0.29目光呆滞；恍惚失去理解力感知受损可能陷入昏迷严重的运动能力受损失去意识记忆空白0.30–0.39严重的中枢神经系统抑制不省人事可能致死膀胱功能肺换气不足平衡失调心动过缓0.40–0.50失去行为能力昏迷可能致死呼吸心率体位性酒精性眼球震颤>0.50很高风险中毒致死可能1.2目的和要求1、设计并完成的电路能够准确检测出气体中酒精的含量，以及能在检测酒精含量超过设定数值时发出警报。2、通过对本课题的设计与研究，加深对数字集成电路的理解与认识，提高软件编程方面和对电子技术的综合应用能力。1.3酒精检测报警电路的主要研究内容本设计主要是通过用ATC89C51单片机作为微处理器，目的是设计出一款能够准确检测出酒精浓度的酒精检测仪。本次设计主要有以下几个方面的工作：一是确定酒精检测报警电路的总体设计，包括传感器、显示器、报警器的设计，实现在检测到气体中酒精浓度的同时，在LED显示器上显示出检测到的浓度数值，在数值达到或超过设定值时，蜂鸣器振动发出警示。二是各个硬件的选择及应用，了解每个元件的功能工作原理等理论知识，以便于研究设计各器件模块之间的连接方式，使每个器件能够更加合理有效的使用。三是软件方面，采取单片机语言编写程序。

2系统的总体设计2.1系统的工作原理系统的主要工作原理是通过利用气体传感器,探测仪检测环境中酒精气体含量，产生气体信号。然后根据酒精含量与传感器检测后产生的电压信号的比例关系来判断酒精含量，通过转换电路、单片机将数字信号转换成电信号再转换为数字信号,然后对该信号进行处理判断,如果酒精含量超标即超过预设值,警示指示灯（红灯）亮起，LCD显示屏显示当前酒精浓度并进行声光报警王琪琛,何志芳,林永强,等.基于单片机的酒精浓度探测仪设计[J].电子技术与软件工程,2014,000(013):P.256.270-271.2.2系统的工作流程利用单片机进行酒精检测报警系统的设计，主要是用单片机进行电数信号的转换、控制声光报警电路和LED显示电路。检测器指示灯有红色和绿色，首先在使用检测器之前用设定好初始数值，即检测器的初始化。测试时，传感器检测到被测环境气体中的酒精含量，通过A/D转换电路将外界的输入信号转换成电信号传送给单片机，当检测得到的酒精含量未超过所设置的数值时，指示灯亮绿色，液晶显示屏显示测试数值，蜂鸣器无反应；若测试时检测到的酒精含量超过设置数值，单片机作用给声光报警电路使指示灯亮红色，显示屏显示数值，蜂鸣器振动示警。下图为酒精检测报警电路系统的简单流程图：图1酒精检测报警电路系统流程图2.3本章小结本段主要简述了酒精检测报警系统的基本流程以及在使用时出现的状况说明，显示屏的数值显示、指示灯亮暗及颜色变化情况不同所说明的问题则不同，蜂鸣器在满足何种条件时会发出警示等。主要是明确本次设计流程的一个大概的方向和了解。

3系统的硬件设计3.1气敏传感器的选择及说明伴随着医疗方面、化工业的生产、环境监测等领域的不断进步与发展，我们对于设计生产使用的产品安全的要求越发严格，因此对传感器的各项参数指标的要求也越来越高，所以在选择气敏元件的时候需要进行大量的对比与了解。首先需要了解与气敏元件的性能相关的条件，包括其结构、材料的种类以及制作工艺等。如若采用金属氧化敏感材料制作，则制成的半导体式气敏元件有许多优点，比如：灵敏度高、结构简单便于研究和使用、体质轻巧便于携带、坚固耐用使用寿命长等。因为要考虑到会在不同的环境下使用，所以在选择传感器时，对气体酒精传感器主要在三个方面作为参考：一是正常工作的温度范围，二是对酒精的敏感度，三是功耗的高低，当然也还有成本、体积、是否便于测量和携带方面也有进行考虑，最终选择了YX-GS-800M低功耗乙醇气体传感器。YX-GS-800M气体传感器的特性主要有以下几个方面：a.灵敏度高，在对酒精浓度进行检测时产生响应快；b.体积小，便于携带，且功耗低，不会产生太多资源浪费，成本方面也会相对较低；c.工作环境的温度范围大概为-20℃~50℃；d.其他技术指标如下表所示:表2YX-GS-800M乙醇气体传感器技术指标参数加热电压检测电压加热功率元件功率取样电阻加热电阻加热电流响应时间恢复时间灵敏度符号VHVCPhPsRLRHIHTr1Tr2β单位VVmWmWKΩΩmAss参考值1.5=0.1DC≤3.0DC≤150≤101~104~4.5≤100≤5≤10≥2（100ppm乙醇）3.2STC89C51单片机的基本结构本次设计选用的是常见的STC89C51单片机作为芯片来实现系统的整体操作。STC89C51单片机的40个引脚大致可以分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚，此单片机还包括A/D转换作用，将离散的数字信号转换为连续变化的模拟信号。以下为STC89C51单片机引脚图及基本引脚说明：图2STC89C51单片机引脚图基本引脚功能说明如下：a.电源：VCC-电源端，接+5V电源电压；VSS-接地端。b.时钟：XTAL1片内振荡器反相放大器和时钟振荡电路的输入端；XTAL2反相输出端。c.控制线共有4根⑴ALE/PROG:地址锁存控制信号，允许/片内EPROM编程脉冲⑵PSEN:外部存储器读选通信号⑶RST/VPD:复位输入/备用电源⑷EA/Vpp:访问程序存储及控制信号孙雪成.寒地水稻生长智能化远程监控系统通用平台的研究.《中国优秀硕士学位论文全文数据库》.黑龙江八一农垦大学,2015,(08):-[5]冉伟刚.气体酒精浓度检测报警器设计[J].农业网络信息,2011(10):26-28.[6]赵春雨.基于STC单片机的矿用智能甲烷传感器的开发与研究[J].自动化应用,2011(07):82-84.[7]张晓晔.DDSPLL相结合的低相噪频率合成器的研究.《中国优秀硕士学位论文全文数据库》哈尔滨工业大学,2008,(S2):-[8]冉伟刚,景欣,刘强.基于凌阳SPCE061A的实验设备的开发与设计.《自动化与仪器仪表》.自动化与仪器仪表,2014,(02):44-45[9]王琪琛,何志芳,林永强,唐伟阳,徐志望.基于单片机的酒精浓度探测仪设计,《电子技术与软件工程》.电子技术与软件工程,2014,(13):279-280[10]彭介华.《电子技术课程设计指导》.高等教育出版社.1997[11]谭博学.《集成电路的原理及应用（第二版）》.电子工业出版社，2007[12]葛毓.基于GPRS/GPS的车载酒精检测和控制电路的设计[D].南昌大学,2010,(02):-d.I/O设备是用户与微机进行通信联系的主要装置。I/O线89C51共有4个8位并行I/O端口：P0~P3口，共32个引脚。P3还有第二功能，用于特殊信号的输入和输出以及控制。3.3LED显示电路本次的显示电路选择的是1602液晶显示器。液晶显示的原理是利用液晶的物理性质，通过电压对其显示区域进行控制。液晶显示的分类有很多种，按其显示方式可以分为分段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示，液晶显示器还有彩色多灰度显示等。选用液晶显示器的主要优点有：（1）显示画质质量高，不会出现画面失真等问题；（2）数字式接口和单片机接口，操作更加方便可靠；（3）体积小，质量轻，便于携带，容易移动；（4）节能，耗电量比其他显示器要少得多；（5）其辐射指标相比于普通的偏低。图3显示模块电路图3.4声光报警电路报警电路主要由蜂鸣器、三极管组成，当电压输出为低电平时，即当酒精含量不超过设定值时,不发出鸣叫声;若输出为高电平,即超过设定值，则蜂鸣器发出鸣叫声。其基本组成电路如下图所示：图4报警模块电路3.5本章小结本章依次介绍了酒精检测报警电路用到的硬件器件和各模块的电路系统，其中包括传感器、单片机、单片机包含的数模转换电路、LED显示电路及报警电路等。其中对单片机、传感器等常用到的硬件进行了较为详细的解读，阐述了其在应用中的优点、作用。另外还有一些能够用到的其他器件，比如：蜂鸣器、比较器等还有控制电路、电源电路等一些基础电路没有详细描述，但也是此次设计中不可缺少的一部分。

4系统的软件设计4.1软件程序语言简介在本次设计当中，引入了高级语言，程序编写语言比较常见的有C语言和汇编语言。汇编语言相对来说可控性更高，机器代码的生成效率高，操纵性好，但是移植性不高，比较难掌握。C语言编写的程序更容易理解适应，且具有良好的模块化、易于移植等优点。对比C语言和汇编语言的优缺点，本系统将使用C语言编程方法。其中传感器进行的主要是检测并输出模拟电压信号，通过A/D转换模块将数据转换为单片机程序控制所需的数字信号。比如将0通道输入的0-5V模拟信号转换为对应的数字量OOH-FFH，并将对应的临界值储存到3FH内存单元。数据处理子程序则是将采集到的模拟信号转化成8位二进制数。报警电路分为蜂鸣器报警和发光报警两部分，当输入端为高电平时，有电流通过蜂鸣器，蜂鸣器发出声音；当输入端为低电平则不报警。同样，当发光报警电路的输入端为高电平时指示灯闪烁报警，低电平时则不报警。4.2软件程序流程软件模块主要包括主程序模块、数据处理子程序模块、显示子程序模块及报警子程序模块等。首先在开始使用时先对系统进行初始化，然后酒精传感器进行数据的采集，将输出信号进行A/D转换，经过数据处理，将数据送入LED1602液晶显示器，同时把浓度值与设定值进行比较，判断是否发出警报。转换电路流程说明：单片机对ADC进行初始化，使其能够进入正常工作状态，通过判断EOC看其是否转换完毕，若未转换完毕则继续判断，若转换完成，则