基于单片机控制的车载酒精浓度检测仪设计

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Design of the Vehicle Alcohol Concentration Detector Based on M CUDUAN Xian-xing，W ANG Xiao-kan(Henan Mechanical and Electrical Vocational Colege，Zhengzhou 451191，China)Abstract：In order to prevent drunk driving and protect the personal safety，the vehicle alcohol concentrationdetector is designed by using the microcontroller.The AT89C5 1 is the core of the detector.The driver's breathalcohol concentration iS detected by using the gas sensor and A/D converter.diferent thresholds iS set for thedifferent vehicles.If the threshold exceeding the setting space，the ignition circuit is cut of automatically，thenthe sound and light alarm signals are sent to the driver，SO the problem of drunk driving is sloved fundamental-ly.The detector has the advantages of small volume，stable performance，convenient installation and debuggingand the good practical significance。

Key words：microcontroller；gas sensor；A/D converter；detector2008年世界卫生组织发布的事故调查显示 ，大约50% ～60%的交通事故与酒后驾驶有关，当酒精在人体血液内达到-定浓度时，人对外界的反应能力及控制能力就会下降，处理紧急情况的能力也随之下降，酒后驾驶已成为车祸致死的主要原因。在中国，每年因酒后驾车引发的交通事故达数万起；而造成死亡的事故中60%以上都与酒后驾车有关，酒后驾车的危害触目惊心，已经成为交通事故的第-大杀手”。基于此设计了-种酒精智能检测仪器来实时监测车内酒精浓度，以便及时预防和阻止酒驾。

收稿日期 ：2012-07-30基金项目：国 家科 技 部 中小 企 业创 新 基 金 资助 项 目(10C26244104519，11C26214102523)；河南省自然科学基金资助项 目(102300410240)作者简介：段现星(1973-)，男，河南襄城人 ，讲师，硕士，主要研究方向为机 电控制技 术；王晓侃(198O- )，河南新野人，讲师，硕士，主要研究方向为机电-体化技术。

本设计研究的是-种以单片机为核心器件的检测仪，其硬件电路中采用专用的酒精传感器检测气体中酒精浓度，采集到的数据经过软硬件技术同时优化处理，可以精确地检测车内气体中酒精的含量。此外，该检测仪也可应用于食品加工、酿酒、化工、燃气、医药、存储等存在易燃、易爆、毒性气体需要监控空气中酒精浓度的危险场所，以及时避免起火、爆炸等危险事件的发生，进而保护人身和设备的安全。

1 酒精检测仪系统方案设计本设计的系统主要包括两部分：硬件电路部分和软件部分。硬件电路通过MQ3气敏传感器采集车内空气中酒精浓度，并将其转换为模拟电压信号，经A/D转换器转换成数字信号后传给单片机，该信号由单片机及其外围电路进行处理，利用LED显示酒精浓度和声光报警信号，并及时切断汽车点火开关系统，可以通过4×4键盘调整各种参数；软件部分的设计采用模块程序，各个子程序都具有相对独立的功能。软硬件· 2· 《测控技术)2013年第32卷第8期的良好结合有利于进行各种参数的调试和修改，同时可以进行在线升级和维护。

整个系统的硬件电路部分可分为单片机最小系统电路、A/D转换电路、声光报警电路、LED显示电路、按键电路，总体框图如图 1所示。各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍。

2 硬件设计图 1 系统总体框图2.1 传感器的选择本系统需要直接检测车内气体的酒精浓度，再利用变量关系将其转换为血液中的酒精含量浓度，故需要采用具有灵敏度高、选择性好、可靠性高和使用寿命长的气敏传感器；同时考虑到车内空气中其他气体成分对测量准确性造成的影响，故选择了只对酒精气体敏感的MQ3型气敏传感器。酒精传感器利用信号输出回路检测所处环境中的酒精浓度，传感器的电导率随空气中酒精浓度的增加而增大，即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。同时在传感器的引脚4和引脚 6串联-200 kQ的可变电阻，保证得到的加热电压为 5 V。另外 ，为了使系统的测量精度达到最优，需要寻求-个合适的酒精浓度点，因此，-般在测量前需将传感器预热 5 min，以寻求最佳的测量点。

2.2 A/D转换电路在单片机应用系统中，与被测量对象有关的非电物理量，如温度、压力、流量、速度等，须经传感器转换成连续变化的模拟电信号(电压或电流)，这些模拟电信号必须转换成数字量后才能在单片机中用软件进行处理。

该设计中选用的是逐次逼近型 ADC0809转换器，其具有8路模拟信号输入端口，由单个5 V电源供电。该芯片内部有-个 8通道模拟输入信号多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，通过A、B、c 3个端口选择-个进行 A/D转换，其可以直接与系统数据总线相连。加以适当的外接电路，ADC0809可欢迎订阅《测控技术》月刊订阅代号：82-533 定价：18.o0元/期对 0～5V的酒 精浓度信号进行转 换。该 系统 中ADC0809与单片机的连线图如图2所示。

2.3 LED显示电路LED显示通常有静态显示和动态显示两种方式。

本设计使用并行输入硬件译码静态显示电路，各位可独立显示 ，只要在该位的段码线上保持段码电平，该位就能保持相应的显示字符。该电路中采用了锁存译码器 CC4511将 P1口低 4位输出的 BCD码译成七段字型码，利用 P1口高四位做为各锁存译码器的锁存信号，实现稳定显示。其中LED使用的是共阴极 7段数码管。数码管显示电路如图2所示。

2.4 键盘电路键盘有两种工作方式：编码式键盘和非编码式键盘。处理方式有扫描法和线反转法。本设计采用的是非编码键盘，并利用扫描法处理按键，消抖由软件实现。其电路如图2所示。

2.5 声光报警电路报警电路主要由三极管 Q3、电阻 和扬声器 Ls组成。当酒精传感器检测到酒精浓度时，经过A/D转换，由单片机经引脚P3.5(T1)发出控制信号，驱动报警电路工作，发出报警信号，提醒相关人员酒精浓度超标，自动切断汽车电子点火系统。

3.2 数据采集子程序ADC0809初始化后，把0通道输入的0～5 V的模拟信号转换为对应的数字量00H～FFH，然后将对应数值存储到内存单元。数据采集子程序框图如图4所示。

3.3 报警子程序所设计系统将设定阈值保存在以 50H开始的 3个单元，检测到的浓度值保存到 40H开始的 3个单元，传感器输入值经 A/D转换后，调用比较程序，对40H、50H中的数据进行测量值和阈值的比较，若大于阈值则将单片机的P3.5口清零进行声光报警，小于阈值则继续执行显示程序。报警电路由蜂鸣器报警电路和LED发光报警电路组成，当检测到酒精浓度超过阈值时，输入端 P3.5为低电平，由T1端口输出-个信号，经过三极管放大电路使扬声器发出报警信号，同时红色高亮二极管开始闪烁实现光电报警。程序框图如图5所示。

4 结束语该酒精浓度检测仪的数据采集系统以单片机为控制核心，外围电路带有LED显示以及键盘响应电路，基于单片机控制的车载酒精浓度检测仪设计 ·3·U3DSlDPY 7.SEG图 2 系统总体电路图图3 主程序框图不需要其他计算机；单片机系统控制键盘和LED显示来实现人机交互操作，用户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；软件设计简单易懂。因此，整个系统具有低功耗、小型化、高性价比等特点。本文设计的酒精浓度检测仪不仅可以用于检测车辆安全控制系统的酒精浓度，预防交通事故发生，而且可以用于其他需要进行酒精浓度探测的环境。因此，在实际应用中具有很好的推广价值。

(下转第7页)基于 STC单片机的倾角传感器设计 ·7·上位机显示的结果进行对比，如表 1、表 2所示。

表 1 输出滚转角 (00。)6 结束语分析样机测试数据，滚转角和俯仰角在角度范围- 60。～6O。内的最大误差为 0.3。；当角度范围增大到- 8O。～8O。时，误差有增大的倾向。误差增大的主要原因是由于加速度传感器本身的非线性因素和求解校正系数时所选的测量点不同造成的。在实际应用中，测量角度范围为 -60。～60。时，本系统能够很好地满足精度要求。

经查阅大量倾角传感器的资料信息可知，现在很多倾角传感器多采用单轴加速度计，分辨率不高，传感器与电路集成较少，且大多只提供模拟输出。本文采用 STC微处理器和MEMS传感器设计的倾角传感器，从数字化、小型化、精度、重量、使用温度范围及线性度等指标而言，具有较高的实用价值。