便携式酒精测试仪的设计
摘要
近年来,随着我国经济的发展,人民的生活水平提高,越来越多的人有了自己的私家车,而酒后驾车造成的交通事故也频频发生?机动车驾驶人员“酒后驾车”极易发生道路交通事故,严重危害了道路交通安全和人民生命财产安全?人饮酒后,酒精通过消化系统被人体吸收,经过血液循环,约有90%的酒精通过肺部呼气排出, 因此测量呼气中的酒精含量,就可判断其醉酒程度?
本设计实现了对不同浓度酒精的检测和显示,通过适当改进可以用于检测酒后驾车?本文用AT89S51单片机与MQ-3型气体传感器实现了对酒精浓度的测量,并对测量数据进行显示,同时利用二极管简单显示浓度的高低,在设计允许值时发出报警?
关键词:传感器;酒精探测仪;单片机;模-数转换
Abstract
In recent years, as China's economic development, people's living standards improve, more and more people have their own private cars and traffic accidents caused by drunk driving is also frequent. Driver drives very easy to happen traffic accident after drinking which endanger traffic safety and people safety of life and property seriously. After people drink, the alcohol is absorbed by the human body through the digestive system, through the blood circulation, nearly it have discharge exhaling lung alcohol of 90%. So measure the content of alcohol while exhaling , can judge its drunk degree.
Different concentrations of alcohol solution are detected and showed in the design. The design can be used to the detection of drunk driving through improvement. In this thesis, the concentration of alcohol can be measured and displayed by using the gas sensor based on AT89S51 MCU and MQ-3. At the same time the concentration is displayed by LED, and the system allow to alarm in the certain value.
Keywords: Sensor Alcohol detector Micro Controller Unit
Analog to Digital Convert
目录
摘要 ................................................................................................................................ I ABSTRACT ......................................................................................................................... II 1绪论 (1)
1.1酒精测试仪设计的目的及意义 (1)
1.2数据采集技术的原理 (1)
1.3传感器基础知识 (2)
1.3.1传感器的定义 (2)
1.3.2传感器的分类 (2)
1.3.3传感器的特性 (3)
2酒精测试仪总体方案设计 (5)
2.1酒精浓度检测仪设计要求分析 (5)
2.2酒精浓度检测仪设计方案 (5)
3酒精测试仪的硬件设计 (7)
3.1单片机模块电路的设计 (7)
3.1.1 单片机片内结构 (7)
3.1.2单片机的选择 (8)
3.1.3单片机最小系统的实现 (11)
3.2酒精传感器模块的选择与设计 (12)
3.2.1气敏传感器工作原理 (12)
3.2.2气敏传感器简介 (13)
3.2.3 气体传感器向低功耗?多功能?集成化方向发展 (13)
3.2.4传感器的选择 (14)
3.2.5 MQ-3的检测 (17)
3.3酒精传感器的工作原理 (17)
3.3.1传感器性能分析 (17)
3.3.2呼出酒精气体浓度与血液酒精浓度关系 (20)
3.4A/D转换电路 (21)
3.4.1 ADC0809的引脚及功能 (22)
3.4.2 ADC0809的结构及转换原理 (23)
3.4.3 ADC0809的工作原理 (25)
3.4.4 LED显示电路 (25)
3.4.5键盘电路 (26)
3.4.6报警电路 (27)
4测试仪的软件设计 (28)
4.1编程语言的选择 (28)
4.2开发工具 (29)
4.2.1单片机选择 (29)
4.2.2开发环境 (30)
4.2.3仿真器 (30)
4.3主程序框图 (31)
4.4数据采集子程序程序框图 (31)
4.5报警子程序程序框图 (32)
结论 (34)
致谢 (35)
参考文献 (36)
附录 (37)
1绪论
1.1酒精测试仪设计的目的及意义
喝酒后,呼出的气体会有酒味,表情行为会有反常?远古时代人们利用鼻子作为传感器,进行简单的呼出气体酒精测量?19世纪末出现了用体液对酒精进行定量分析?1927年,有科学家建议使用呼出气体做酒精浓度分析?用足球胆收集呼出气体后,通过硫酸和重铬酸钾的混合溶液,溶液的颜色会发生蓝一绿一黄的变化,同已知酒精浓度的标准试剂色管比较,就得到相应的BAC?现在,肺泡气中酒精的测量技术有了很大的进步,有先进微处理器的酒精测试仪已被商品化?越来越多的国家开始禁止酒后驾车?精确的呼出气体酒精测试和传统的法医血液酒精分析相比有许多优点,例如,进行无毒的采样,能进行现场处理,这样为交警节省了时间,使交通控制更高效,能避免运输和贮存有艾滋病病毒和肝炎病毒的血样?
本设计基于单片机设计的便携式酒精气体探测仪,可用来检测酒精气体浓度,最主要的用途是检测司机的酒精含量?酒后驾车发生事故的机率高达27%?随着摄入酒精量的增加,选择反应错误率显著增加,当血液中酒精含量由0.5‰增至1‰,发生车祸的可能性便增加5倍,如果增至1.5‰,可能性再增加6倍?机动车驾驶人员“酒后驾车” 及“醉酒驾车”极易发生道路交通事故, 严重危害了道路交通安全和人民生命财产安全?人饮酒后, 酒精通过消化系统被人体吸收, 经过血液循环, 约有90%的酒精通过肺部呼气排出, 因此测量呼气中的酒精含量, 就可判断其醉酒程度?开车司机只要将嘴对着传感头使劲吹气,仪器就能发上显示出酒精浓度的高低,从而判断该司机是否酒后驾车,避免事故的发生?当然,最好的办法是在车内安装这种测试仪,司机一进入车内检测仪就检测司机的酒精含量,如果超出允许值,系统控制引擎无法启动,这样就可从根本上解决酒后驾车问题?
酒精气体浓度探测仪在生产生活中也有重要的应用,比如,在一些环境要求严格的生产车间,用这种酒精浓度探测仪,可随时检测车间内的酒精气体浓度,当酒精气体浓度高于允许限定值时,发出警报,提醒?
1.2数据采集技术的原理
“数据采集”是指将温度?压力?流量?位移等模拟量采集转换成数字量后,再由计算机进行存储?处理?显示或打印的过程?相应的系统称为数据采集系统?从严格意义上说,数据采集系统应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测,并且能够对数据实
行存储?处理?分析计算,以及从检测的数据中提取可用的信息,供显示?记录?打印或描绘的系统?总之,不论在哪个应用领域中,数据的采集与处理越及时,工作效率就越高,取得的经济效益就越大?
数据采集系统的任务,具体地说,就是传感器从被测对象获取有用信息,并将其输出信号转换为计算机能识别的数字信号,然后送入计算机进行相应的处理,得出所需的数据?同时,将计算得到的数据进行显示?储存或打印,以便实现对某些物理量的监视,其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来进行某些物理量的控制?
数据采集系统一般由数据输入通道?数据存储与管理?数据处理?数据输出及显示这五个部分组成?输入通道要实现对被测对象的检测?采样和信号转换等工作?数据存储与管理要用存储器把采集到的数据存储起来,建立相应的数据库,并进行管理和调用?数据处理就是从采集到的原始数据中,删除干扰噪声?无关信息和不必要的信息,提取出反映被测对象特征的重要信息?另外,就是对数据进行统计分析,以便于检索;或者把数据恢复成原来的物理量形式,以可输出的形态在输出设备上输出,如打印?显示?绘图等?数据输出及显示就是把数据以适当的形式进行输出和显示?
1.3传感器基础知识
1.3.1传感器的定义
国家标准GB7665-87 对传感器下的定义是:“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”?传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输?处理?存储?显示?记录和控制等要求?它是实现自动检测和自动控制的首要环节?
1.3.2传感器的分类
目前对传感器尚无一个统一的分类方法,但比较常用的有如下三种:
(1) 按传感器的物理量分类,可分为位移?力?速度?温度?流量?气体成份等传感器?
(2) 按传感器工作原理分类,可分为电阻?电容?电感?电压?霍尔?光电?光栅热电偶等传感器?
(3) 按传感器输出信号的性质分类,可分为:输出为开关量(“1”和“0” 或“开”和“关”)的开关型传感器;输出为模拟型传感器;输出为脉冲或代码的数字型传感器?
电阻式传感器
电阻式传感器是将被测量,如位移?形变?力?加速度?湿度?温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件?主要有电阻应变式?压阻式?热电阻?热敏?气敏?湿敏等电阻式传感器件?
电阻应变式传感器
传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应,即在外力作用下产生机械形变,从而使电阻值随之发生相应的变化?电阻应变片主要有金属和半导体两类,金属应变片有金属丝式?箔式?薄膜式之分?半导体应变片具有灵敏度高(通常是丝式?箔式的几十倍)?横向效应小等优点?
压阻式传感器
压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件?其基片可直接作为测量传感元件,扩散电阻在基片内接成电桥形式?当基片受到外力作用而产生形变时,各电阻值将发生变化,电桥就会产生相应的不平衡输出?用作压阻式传感器的基片(或称膜片)材料主要为硅片和锗片,硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视,尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍?
热电阻传感器
热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数?在温度检测精度要求比较高的场合,这种传感器比较适用?目前较为广泛的热电阻材料为铂?铜?镍等,它们具有电阻温度系数大?线性好?性能稳定?使用温度范围宽?加工容易等特点?用于测量-200°C~ +500°C 范围内的温度?
1.3.3传感器的特性
(1)传感器的静态特性
传感器的静态特性是指对静态的输入信号,传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系?因为这时输入量和输出量都和时间无关,所以它们之间的关系,即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程,或以输入量作横坐标,把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述?表征传感器静态特性的主要参数有:线性度?灵敏度?分辨力和迟滞等?
(2)传感器的动态特性
所谓动态特性,是指传感器在输入变化时,它的输出的特性?在实际工作中,传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示?这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得,并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系,往往知道了前者就能推定后者?最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种,所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示?
(3)传感器的线性度
通常情况下,传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线?在实际工作中,为使仪表具有均匀刻度的读数,常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线?线性度(非线性误差)就是这个近似程度的一个性能指标?拟合直线的选取有多种方法?如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线,此拟合直线称为最小二乘法拟合直线?
(4)传感器的灵敏度
灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值?它是输出-输入特性曲线的斜率?如果传感器的输出和输入之间显线性关系,则灵敏度S 是一个常数?否则,它将随输入量的变化而变化?
灵敏度的量纲是输出?输入量的量纲之比?例如,某位移传感器,在位移变化1mm 时,输出电压变化为200mV,则其灵敏度应表示为200mV/mm?当传感器的输出?输入量的量纲相同时,灵敏度可理解为放大倍数?提高灵敏度,可得到较高的测量精度?但灵敏度愈高,测量范围愈窄,稳定性也往往愈差?
(5)传感器的分辨力
分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力?也就是说,如果输入量从某一非零值缓慢地变化?当输入变化值未超过某一数值时,传感器的输出不会发生变化,即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的?只有当输入量的变化超过分辨力时,其输出才会发生变化?
通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同,因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标?上述指标若用满量程的百分比表示,则称为分辨率?
(6)传感器的迟滞特性
迟滞特性表征传感器在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程之间输出-输入特性曲线不一致的程度,通常用这两条曲线之间的最大差值△MAX与满量程输出F·S的百分比表示,迟滞可由传感器内部元件存在能量的吸收造成?
2酒精测试仪总体方案设计
2.1 酒精浓度检测仪设计要求分析
设计的酒精浓度测试仪应具有如下特点:
(1)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,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?
(3)从便携式的角度出发,系统成功使用了数码管显示器以及小键盘?由单片机系统控制键盘和LED 显示来实现人机交互操作,界面友好?
(4)软件设计简单易懂?
2.2 酒精浓度检测仪设计方案
设计时,考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量,传感器输出的是0-5伏的电压值且电压值稳定,外部干扰小等?因此,可以直接把传感器输出电压值经过A/D 转换器转换得到数据送入单片机进行处理?此外,还需接人LED 显示,4*4键盘,报警电路等?其总体框图如图2-1所示?
图2-1系统设计方框图
被测
环境 气敏传感器 A/D 转换电路 单片机 声光报警电路
LED 显示
键盘
单片机酒精浓度测试仪用MQ3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?
3酒精测试仪的硬件设计
3.1 单片机模块电路的设计
本硬件由五部分组成:单片机模块,模数转换模块,酒精传感器模块,温度传感模块?本系统由单片机AT89S51控制,其直接控制三个模块:数转换模块将酒精传感器采集到模拟电压信号转换成输送到单片机控制处理,温度传感器DS18B20可以将采集到的温度信号直接以数字信号的形式传到单片机,LCD显示模块可以将经过单片机处理过的酒精气体浓度和温度的具体量化值显示?
单片机是一种集成电路芯片,采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算,逻辑运算?数据传送?中断处理)的微处理器(CPU),随机存取数据存储器(RAM),只读程序存储器(ROM),输入输出电路(I/O口),可能还包括定时计数器,串行通信口(SCI),显示驱动电路(LCD或LED驱动电路),脉宽调制电路(PWM),模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上,构成一个虽小然而完善的计算机系统?这些电路能在软件的控制下准确?迅速?高效地完成程序设计者事先规定的任务?
3.1.1 单片机片内结构
51单片机的片内结构如图3-1所示?它把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上?按功能划分,它有如下功能部件组成: （1）微处理器(CPU)?
（2）数据存储器(RAM)?
（3）程序存储器(ROM/EPROM)?
（4）4个8位并行I/O口(P0口?P1口?P2口?P3口)?
（5）一个串行口?
（6）2个16位定时器?计数器?
（7）中断系统?
（8）特殊功能寄存器(SFR)?
图3-1系统硬件设计原理图
3.1.2单片机的选择
AT89S51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ATMEL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?掌握MCS-51单片机,应首先了解MCS-51的引脚,熟悉并牢记各引脚的功能,MCS-51系列中各种型号芯片的引脚是互相兼容的?制作工艺为HMOS的MCS-51的单片机都采用40只引脚的双列直插封装方式,如图3-2所示?
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
RST
(TXD) P3.1 (INT0) P3.2 (INT1) P3.3 T0 P3.4 T1 P3.5 (WR) P3.6 (RD) P3.7
XTAL1
XTAL2
GND
Vcc
P0.0 (AD0)
P0.1 (AD1)
P0.2 (AD2)
P0.3 (AD3)
P0.4 (AD4)
P0.5 (AD5)
P0.6 (AD6)
P0.7 (AD7)
EA/VPP
PSEN
P2.7 (A15)
P2.6 (A14)
P2.5 (A13)
P2.4 (A12)
P2.3 (A11)
P2.2 (A10)
P2.1 (A9)
P2.0 (A8) PDIP
(RXD) P3.0
ALE/PROG
图3-2 AT89C51芯片管脚图
40只引脚按其功能来分,可分为如下3类:
(1)电源及时钟引脚:Vcc?Vss?XTAL1?XTAL2?
电源引脚接入单片机的工作电源?Vcc接+5V电源,Vss接地?
时钟引脚XTAL1?XTAL2外接晶体与片内的反相放大器构成了1个晶体振荡器,它为单片机提供了时钟控制信号?2个时钟引脚也可外接独立的晶体振荡器?XTAL1接外部的一个引脚?该引脚内部是一个反相放大器的输入端?这个反相放大器构成了片内振荡器?如果采用外接晶体振荡器时,此引脚接地?XTAL2接外部晶体的另一端,在该引脚内部接至内部反相放大器的输出端?若采用外部时钟振荡器时,该引脚接受时钟振荡器的信号,即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端?
(2)控制引脚:PSEN?ALE?EA?RESET(RST)?此类引脚提供控制信号,有的还具有复用功能?
①RST/VPD引脚:RESET(RST)是复位信号输入端,高电平有效?当单片机运行时,在此引脚加上持续时间大于2个机器周期(24个振荡周期)的高电平时,就可以完成复位操作?在单片机工作时,此引脚应为≤0.5V低电平?VPD为本引脚的第二功能,即备用电源的输入?当主电源发生故障,降低到某一规定值的低电平时,将+5V电源自动接入RST端,为内部RAM提供备用电源,以保证片内RAM的信息不丢失,从而使单片机在复位后能正常进行?
②ALE/PROG引脚:ALE引脚输出为地址锁存允许信号,当单片机上电正常工作后ALE引脚不断输出正脉冲信号?当单片机访问外部存储器时,ALE输出信号的负跳沿用
于单片机发出的低8位地址经外部锁存器锁存的锁存控制信号?即使不访问外部锁存器,ALE端仍有正脉冲信号输出,此频率为时钟振荡器频率的1/6?PROG为该引脚的第二功能?在对片内EPROM型单片机编程写入时,此引脚作为编程脉冲输入端?
③PSEN引脚:程序存储器允许输出控制端?在单片机访问外部程序存储器时,此引脚输出脉冲负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号?此引脚接外部程序存储器的OE(输出允许端)?
④EA/VPP引脚:EA功能为片内程序存储器选择控制端?当EA引脚为高电平时,单片机访问片内程序存储器,但在PC值超过0FFFH时,即超出片内程序存储器的4KB地址范围时将自动转向执行外部程序存储器内的程序?当EA引脚为低时,单片机只访问外部程序存储器,不论是否有内部程序存储器?
(3)I/O口引脚:P0?P1?P2?P3,为四个8位I/O口的外部引脚?P0口?P1口?P2口?P3口是3个8位准双向的I/O口,各口线在片内均有固定的上拉电阻?当这3个准双向I/O口作输入口使用时,要向该口先写1,另外准双向口I/O口无高阻的“浮空”状态?
由于单片机具有体积小?质量轻?价格便宜?耗电少等突出特点,所以本系统采用89C51单片机,硬件设计电路图如图1所示?89C51内部有4KB的EPROM,128字节的RAM,所以一般都要根据所需存储容量的大小来扩展ROM和RAM?本电路EA接高电平,没有扩展片外ROM和RAM?
MCS单片机都采用40引脚的双列直插封装方式?40条引脚说明如下:
主电源引脚Vss和Vcc
(1)Vss接地
(2)Vcc正常操作时为+5伏电源
外接晶振引脚XTAL1和XTAL2
(1)XTAL1内部振荡电路反相放大器的输入端,是外接晶体的一个引脚?当采用外部振荡器时,此引脚接地?
(2)XTAL2内部振荡电路反相放大器的输出端?是外接晶体的另一端?当采用外部振荡器时,此引脚接外部振荡源?
控制或与其它电源复用引脚RST/VPD,ALE/和/Vpp
(1)RST/VPD 当振荡器运行时,在此引脚上出现两个机器周期的高电平(由低到高跳变),将使单片机复位在Vcc掉电期间,此引脚可接下图8051引脚排列图上备用电源,由VPD向内部提供备用电源,以保持内部RAM中的数据?
(2) ALE/正常操作时为ALE功能(允许地址锁存)提供把地址的低字节锁存到外部锁存器,ALE 引脚以不变的频率(振荡器频率的)周期性地发出正脉冲信号?因此,它可用作对外输出的时钟,或用于定时目的?但要注意,每当访问外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲,ALE 端可以驱动(吸收或输出电流)八个LSTTL电路?对于EPROM型单片机,
在EPROM编程期间,此引脚接收编程脉冲(功能)?
(3)外部程序存储器读选通信号输出端,在从外部程序存储取指令(或数据)期间, 在每个机器周期内两次有效, 同样可以驱动八LSTTL输入?
(4)/Vpp ?/Vpp为内部程序存储器和外部程序存储器选择端?当/Vpp为高电平时,访问内部程序存储器,当/Vpp为低电平时,则访问外部程序存储器?
对于EPROM型单片机,在EPROM编程期间,此引脚上加21伏EPROM编程电源(Vpp)?
输入/输出引脚P0.0 - P0.7,P1.0 - P1.7,P2.0 - P2.7,P3.0 - P3.7?
(1)P0口(P0.0 - P0.7)是一个8位漏极开路型双向I/O口,在访问外部存储器时,它是分时传送的低字节地址和数据总线,P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载?
(2)P1口(P1.0 - P1.7)是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口?能驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载?
(3)P2口(P2.0 - P2.7)是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口,在访问外部存储器时,它输出高8位地址?P2口可以驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载?
(4)P3口(P3.0 - P3.7)是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口?能驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载?
3.1.3单片机最小系统的实现
单片机主要擅长系统控制,而不适合做复杂的数据处理,在设计单片机最小系统时通常选用AT89C5l?AT89C52?AT89S51?AT89S52(S系列芯片支持ISP功能)等型号的8位DIP-40封装的单片机作为MCU,一个典型的单片机最小系统一般由时钟电路?复位电路?键盘电路?显示电路部分组成,有时也外扩片外RAM和ROM以及外部扩展接口等电路?
3.1.3.1系统时钟电路
单片机内部具有一个高增益反相放大器,用于构成振荡器?通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器,系统时钟电路结构如图2所示,可以根据情况选择6MHz?8MHz或12MHz等频率的石英晶体,补偿电容通常选择20-30pF 左右的瓷片电容?
3.1.3.2复位电路
单片机小系统采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作?上电复位要求接通电源后,自动实现复位操作?手动复位要求在电源接通的条件下,在单片机运行期间,用按钮开关操作使单片机复位?上电自动复位通过电容C3充电来实现?手动按键复位是通过按键将电阻R2与VCC接通来实现?
3.1.3.3键盘电路
系统利用P1口的P1.0-P1.3设置了4个独立按键S2~S5,当键按下时,P1口相应的引脚置为低电平,且与此键相连的发光二极管点亮?此外,通过8279键盘显示控制芯片还可以扩展编码键盘和显示,利用8279扩展的一个2×8=16键编码键盘及8个LED电路?
3.1.3.4显示电路
系统设置了8个共阳极LED数码管LED1-LED2,单片机P0口提供段码信号,低电平有效,P0口输出端通过限流电阻R00~R07与数码管的段码数据线相连,用来送出LED数码管的段码数据信号?单片机P2口提供位选信号,当P2口某位输出低电平时,与此相连的开关三极管导通,对应的数码管点亮,使用三极管用来增强信号的驱动能力?此外,为了扩展LCD显示,系统设置了两个LCD 接口,如图7,一个用于40点矩阵LCD显示,一个用于128×64点阵式LCD 显示?
3.2酒精传感器模块的选择与设计
3.2.1气敏传感器工作原理
气敏电阻是一种半导体敏感器件,它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的?人们发现某些氧化物半导体材料如SnO2?ZnO?Fe2O3?MgO?NiO?BaTiO3等都具有气敏效应?
气敏传感器是一种检测特定气体的传感器?它主要包括半导体气敏传感器?接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等,其中用的最多的是半导体气敏传感器?它的应用主要有:一氧化碳气体的检测?瓦斯气体的检测?煤气的检测?氟利昂(R11?R12)的检测?呼气中乙醇的检测?人体口腔口臭的检测等等?它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号,根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息,从而可以进行检测?监控?报警;还可以通过接口电路与计算机组成自动检测?控制和报警系统?半导体气敏传感器对于低浓度气体具有很高的灵敏度,具有嗅觉功能,能自动检测瓦斯浓度?一旦瓦斯超限,气敏传感器即可自动报警,然后采取先抽后采的原则,即可防止瓦斯爆炸事故的发生?
半导体气敏传感器是利用待测气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化来检测气体的种类和浓度的?当半导体器件被加热到稳定状态,在气体接触半导体表面而被吸附时,被吸附的分子首先在表面自由扩散,失去运动能量,一部分分子被蒸发掉,另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处时,如果半导体的功函数大于吸附分子
的离解能,吸附分子将向器件释放电子,而形成正离子吸附?如H2?CO?碳氢化合物等,被称为还原型气体?当还原型气体吸附到N型半导体上时,载流子增多,使半导体电阻值下降?
3.2.2气敏传感器简介
气敏传感器是酒精检测系统的核心,通常安装在探测头内?从本质上讲气敏传感器是一种将某种气体的体积分数转化成对应电信号的转换器?探测头通过气敏传感器对气体样品进行调理,通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的测量?
目前普遍使用的气敏传感器有燃料电池型(电化学型)和半导体型两种?他们能够制造便携型呼气酒精浓度测试器,适合于现场使用?与半导体传感器相比,燃料电池酒精传感器具有稳定性好?精度高?抗干扰性好等优点?由于燃料电池酒精传感器的结构要求很精密,制造难度大,目前世界上只有美国?德国?英国等少数几个国家能够生产?
本测试器采用MQK2酒精浓度传感器,检测人体呼出气体中酒精浓度并且输出电压信号?MQK2酒精浓度传感器主要由气敏元件和电阻丝组成, MQK2传感器外接+5V电压时,能将电阻丝加热到270℃~300℃?,电路将MQK2传感器的阻值变化转化成输出电压的变化,从而可以通过A/D转换成数字量供单片机处理?
根据分析,乙醇浓度增加时元件电阻R减小反之异亦反,所以呼出气体中的气态乙醇逐渐扩散后元件电阻R敏感的变化?
在应用方面,目前最广泛的是可燃性气体气敏元件传感器,已普及应用于气体泄漏检测和监控,从工厂企业到居民家庭,应用十分广泛?
一是气体传感器向低功耗?多功能?集成化方向发展国外气体传感器发展很快?二是增强可靠性,实现元件和应用电路集成化,多功能化,发展MEMS技术,发展现场适用的变送器和智能型传感器?
3.2.3 气体传感器向低功耗?多功能?集成化方向发展
国外气体传感器发展很快,一方面是由于人们安全意识增强,对环境安全性和生活舒适性要求提高;另一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动?因此,国外气体传感器技术得到了较快发展,据有关统计猜测,美国1996年—2002年气体传感器年均增长率为(27~30)%?
目前,气体传感器的发展趋势集中表现为:一是提高灵敏度和工作性能,降低功耗和成本,缩小尺寸,简化电路,与应用整机相结合,这也是气体传感器一直追求的目标?如日本费加罗公司推出了检测(0.1~10)×10-6硫化氢低功耗气体传感器,美国IST提供了寿命达10
年以上的气体传感器,美国FirstAlert公司推出了生物模拟型(光化反应型)低功耗CO气体传感器等?二是增强可靠性,实现元件和应用电路集成化,多功能化,发展MEMS技术,发展现场适用的变送器和智能型传感器?如美国GeneralMonitors公司在传感器中嵌入微处理器,使气体传感器具有控制校准和监视故障状况功能,实现了智能化;还有前已涉及的美国IST公司的具有微处理器的“MegaGas”传感器实现了智能化?多功能化?
3.2.4传感器的选择
传感器千差万别,即便对于相同种类的测定量也可采用不同工作原理的传感器,因此,要根据需要选用最适宜的传感器?
(1)测量条件
如果误选传感器,就会降低系统的可靠性?为此,要从系统总体考虑,明确使用的目的以及采用传感器的必要性,绝对不要采用不适宜的传感器与不必要的传感器?测量条件列举如下,即测量目的,测量量的选定,测量的范围,输入信号的带宽,要求的精度,测量所需要的时间,过输入发生的频繁程度?
(2) 传感器的性能
选用传感器时,要考虑传感器的下述性能,即精度,稳定性,响应速度,模拟信号或者数字信号,输出量及其电平,被测对象特性的影响,校准周期,过输人保护?
(3) 传感器的使用条件
传感器的使用条件即为设置的场所,环境(湿度?温度?振动等),测量的时间,与显示器之间的信号传输距离,与外设的连接方式,供电电源容量?
根据被检测气体的不同,气敏传感器可分为以下三类:
(1)可燃性气体气敏传感器?目前该类气敏传感器需求量最大,包含各种无机和有机类气体检测,主要用于抽油烟机?泄露报警器和空气清新剂等方面,并已经形成生产规模,在油田?矿区?化工?企业及家庭等生产和生活领域广泛用作气体泄露报普,特别是用于家庭气体泄露报警,需求量不断增加,使该类传感器有着广泛的发展空间?
(2)CO和H2气敏传感器?CO气敏元件可用于工业生产?环保?汽车?家庭等CO泄露和不完全燃烧检测报警;H2气敏元件除应用于工业等领域外,主要用于家庭管道煤气泄露报警?由于我国管道煤气中H2含量很高,而氢敏元件较氧化碳元件价格低,灵敏度高,因此,用氢敏元件做城市管道煤气泄露报警更为适宜?
(3)毒性气体传感器?毒性气体传感器又称为环境有毒有害气体传感器,主要用于检测烟气?尾气?废气等环境污染气体,虽然SnO2气敏传感器对CO,H2S等有毒有害气体敏感,但应用最多的仍是电解式化学传感器?
传感器的分类方式有很多种,以上是根据被检测气体的性质进行的分类,也有根据元件的物理特性进行分类的?
一个新型的气体检测系统应该包括:
(1)基于一种或几种传感技术的气体传感器?
(2)组合了气体传感器和采样调理电路的探头?
(3)配有人机接口软件的中心监测和控制系统?
(4)在一些应用中,与其它安全系统和仪器的接口?
本设计中的酒精气体传感器采用河南汉威电子有限公司的MQ-3型,它属于MQ系列气敏元件的一种?如图3-3所示:
图3-3 MQ-3外形
特点:检测范围为10ppm~2000ppm ;灵敏度高,输出信号为伏特级;响应速度快,小于10秒;功耗小于0.75W,尺寸:D17*H10?
MQ-3型气敏传感器的敏感部分是由金属氧化物(二氧化锡)的N型半导体微晶烧结层构成?当其表面吸附有被测气体酒精分子时,表面导电电子比例就会发生变化,从而其表面电阻会随着被测气体浓度的变化而变化?由于这种变化是可逆的,所以能重复使用?
本系统直接测量的是呼气中的酒精浓度,再转换为血液中的酒精含量浓度,故采用气敏传感器?考虑到周围空气中的气体成分可能影响传感器测量的准确性,所以传感器只能对酒精气体敏感,对其他气体不敏感,故选用MQ-3型气敏传感器?其有很高的灵敏度?良好的选择性?长期的使用寿命和可靠的稳定性?MQ-3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值的变化?传感器的表面电阻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?负载电阻RL可调为0.5-200K?加热电压Uh为5v?上述这些参数使得传感器输出电压为0-5V?MQ-3型气敏传感器的结构和外形?标准回路?传感器阻值变化率与酒精浓度?外界温度的关系图如图3-4所示?
图3-4 MQ3 原理图MQ-3的灵敏度特性曲线如图3-5所示:
灵敏度特性曲线
图3-5灵敏度特性曲线
酒精浓度测试仪设计报告
目录 酒精浓度测试仪设计报告 (1) 一、设计意义 (3) 二、硬件设计 (3) 1、设计框图 (3) 2、乙醇信号检测及调理电路 (4) 3、单片机电路 (7) 4、显示电路 (8) 5、供电及程序下载电路 (9) 三、Protel 硬件开发软件 (10) 1． Protel 软件组成 (10) 2． PCB 板设计 (11) 四、软件编程 (13) 1、软件流程图 (13) 2、主程序 (14) 五、下载与调试 (20) 1、 USB 转串口驱动安装 (20) 2、下载程序 (21) 参考文献 (22) 程序 (22)
一、设计意义 自《刑法修正案 ( 八) 》和修改后的《道路交通安全法》正式实施，“醉酒驾驶”正式入刑。不仅交警部门，而且很多车主都期盼能够有便携仪器方便地测量气体酒精浓度，为安全驾驶提供保障，有效减少重大交通事故的发生。 本研究设计的酒精浓度测试仪是一款实用性强、安全可靠的气体乙醇浓度检测工具，采用高精度 MQ-3乙醇气体传感器对空气中的乙醇浓度进行检测，利用宏晶公司高性能低成本单片机 STC89C52对检测信号进行 A/D 转换和处理，最后通过液晶屏显示输出。本研究设计的酒精浓度测试仪还具有醉酒阈值设定功能，可以根据法律法规或用户需要设定修改醉酒阈值，并进行保存。 二、硬件设计 1、设计框图 本研究设计的酒精浓度测试仪框图如图1 所示。MQ-3 乙醇气体传感器输出信号经信号调理电路处理，输出随乙醇浓度变化的电压信号，该电压信号送入单片机系统，经 AD 转换，与设定的醉酒阈值进行比较，并显示或报警。
1甲醇测试仪总体方案设计 1.1甲醇浓度检测仪设计要求分析 设计的甲醇浓度测试仪应具有如下特点： （1）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，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。 （3）从便携式的角度出发，系统成功使用了数码管显示器以及小键盘。由单片机系统控制键盘和LED显示来实现人机交互操作，界面友好。 （4）软件设计简单易懂。 1.2甲醇浓度检测仪设计方案 设计时，考虑甲醇浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是0-5伏的电压值且电压值稳定，外部干扰小等。因此，可以直接把传感器输出电压值经过 A/D转换器转换得到数据送入单片机进行处理。此外，还需接人LED显示，4*4键盘，报警电路等。 其总体框图如图2.1所示。 图1.1基本工作原理图 2硬件设计 2.1传感器的选择 本系统采用气敏传感器直接测量的是空气中的甲醇浓度。传感器只能采对甲醇气体敏感，对其他气体不敏感，故选用MQ3型气敏传感器,这是考虑到周围空气中的气体成分可能影响传感器测量的准确性。MQ3型气敏传感器由微型Al2O3，陶瓷管和测量电极、SnO2敏感层和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢的腔体
内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。MQ3型气敏传感器有很高的灵敏度、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加热回路和信号输出回路两部分组成，它可以准确反映传感器表面电阻值的变化。传感器的表面电阻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。负载电阻RL可调为0．5-200K。加热电压Uh为5v。上述这些参数使得传感器输出电压为0-5V。MQ3型气敏传感器的结构和外形、标准回路、传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度的关系图如图3-3所示。一般在测量前需将传感器预热5分钟，这个样子是为了使测量的精度达到最高，误差最小，需要找到合适的温度。 图2.1MQ3结构和外形 图2.2MQ3结构图
酒精测试仪设计技术总结 《酒精测试仪设计技术总结》是一篇好的范文，好的范文应该跟大家分享，为了方便大家的阅读。 篇一：酒精测试仪的功能与设计方案酒精测试仪的功能与设计方案摘要：本文论述了酒精测试仪的功能和设计方案。 介绍了酒精测试仪的技术指标和依据，酒精测试仪实现功能和设计指标，酒精测试仪的每一个功能。 关键词：酒精测试仪，，数据通讯一、酒精测试仪的设计原则与依据酒精测试仪是一种便携式产品。 便携式产品具有体积小、重量轻、功耗低等特点。 因此，在设计产品时首先就要对产品的功能、指标、结构、功耗进行分析。 比如电源采用交流供电还是直流供电、交流供电采用什么电源变换技术，直流供电如何分配电源，系统各功能模块需要多大的电流等。 既要提高产品的性能，又要尽量降低其能耗，这通常是一对矛盾。 因为系统的技术指标往往与系统的关系极大，有些指标，如速度、精度、负载能力等一般就是用牺牲功耗的方法获得的。 因此，拟订方案时应根据实际需要合理的确定产品的技术指标，以达到性能合理的情况下降低功耗的目的。 对于便携式的智能化仪表，拟订方案时应考虑采用单片机作为核心控制部件，最全面的范文写作网站因为现在的单片机本身就有低功
耗特性，自身消耗的电流极低，且利用其智能化特点可代替许多分离器件，有利用进行电源管理、满足智能化特性及提高产品的可靠性等特点。 根据现有的酒精测试仪的特点和使用效果，本系统的设计应当遵循以下原则规范性和实用性酒精测试仪的设计应根据环境条件、维护保养、测量精度等多种因素的统筹考虑。 项目的设计符合有关风险登记和防护级别的要求，符合有关设计规范、设计任务以及建设方的管理和使用要求。 先进性和互换性在技术上具有适度超前性和设备的互换性，为系统的增容和改造留有余地。 准确性能在现场环境条件和所选条件下，对试纸条进行准确、实时的检测。 能根据设计的要求，准确地测量出酒精的含量。 完整性篇二：酒精浓度测试仪的设计酒精浓度测试仪的设计[摘要]：本研究设计的酒精浓度测试仪是一款实用性强、安全可靠的气体乙醇浓度检测工具，采用高精度-乙醇气体传感器对空气中的乙醇浓度进行检测，利用宏晶公司高性能低成本单片机对检测信号进行/转换和处理，最后通过液晶屏显示输出。 本研究设计的酒精浓度测试仪还具有醉酒阈值设定功能，可以根据法律法规或用户需要设定修改醉酒阈值，范文写作并进行保存。
便携式酒精测试仪的设计 摘要 近年来,随着我国经济的发展,人民的生活水平提高,越来越多的人有了自己的私家车,而酒后驾车造成的交通事故也频频发生?机动车驾驶人员“酒后驾车”极易发生道路交通事故,严重危害了道路交通安全和人民生命财产安全?人饮酒后,酒精通过消化系统被人体吸收,经过血液循环,约有90%的酒精通过肺部呼气排出, 因此测量呼气中的酒精含量,就可判断其醉酒程度? 本设计实现了对不同浓度酒精的检测和显示,通过适当改进可以用于检测酒后驾车?本文用AT89S51单片机与MQ-3型气体传感器实现了对酒精浓度的测量,并对测量数据进行显示,同时利用二极管简单显示浓度的高低,在设计允许值时发出报警? 关键词:传感器;酒精探测仪;单片机;模-数转换
Abstract In recent years, as China's economic development, people's living standards improve, more and more people have their own private cars and traffic accidents caused by drunk driving is also frequent. Driver drives very easy to happen traffic accident after drinking which endanger traffic safety and people safety of life and property seriously. After people drink, the alcohol is absorbed by the human body through the digestive system, through the blood circulation, nearly it have discharge exhaling lung alcohol of 90%. So measure the content of alcohol while exhaling , can judge its drunk degree. Different concentrations of alcohol solution are detected and showed in the design. The design can be used to the detection of drunk driving through improvement. In this thesis, the concentration of alcohol can be measured and displayed by using the gas sensor based on AT89S51 MCU and MQ-3. At the same time the concentration is displayed by LED, and the system allow to alarm in the certain value. Keywords: Sensor Alcohol detector Micro Controller Unit Analog to Digital Convert
第一章研究内容 TGS822对酒精浓度的变化，其阻值产生相应的变化，然后通过取样电阻分压的变化表现出来；人体血液酒精浓度的不同，其呼出的气体中酒精浓度也不同。通过TGS822对呼出气体中酒精浓度的反应以取样电压的形式送入到ADC0809，进行A/D转换后并将转换的数据送入单片机进行分析处理，并判断是否醉酒驾车，再通过液晶板显示出来。 DS18B20其自身的温度传感器所产生的温度数字数据存入其自身的存储器，单片机对其控制读出温度数据，然后经过计算处理，将当前环境温度由液晶板输出。
第2章 总体设计 2.1 本课题的设计任务及要求 2.1.1 设计任务 设计并制作酒精测试仪，其组成如图2.1所示。TGS822对酒精浓度的变化，其阻值产生相应的变化，然后通过取样电阻分压的变化表现出来；人体血液酒精浓度的不同，其呼出的气体中酒精浓度也不同。通过TGS822对呼出气体中酒精浓度的反应以取样电压的形式送入到ADC0809，进行A/D 转换后并将转换的数据送入单片机进行分析处理，并判断是否醉酒驾车，再通过液晶板显示出来。 DS18B20其自身的温度传感器所产生的温度数字数据存入其自身的存储器，单片机对其控制读出温度数据，然后经过计算处理，将当前环境温度由液晶板输出。 图2.1 （1）传感器TGS822 的电压模拟输出范围为0-5V ； （2）模数转换芯片ADC0809采样电压范围为0-5V ，分辨率为8位，采样精度为5/256V ，达到256个量化级的数字电压，其工作频率为1MHz; （3）单片机AT89C52工作频率为6 MHz ； （4）LCD 显示器用50K 的可调电阻调节使其清晰显示，消除“鬼影”。 数字输出 控制输出 模拟输出
重庆三峡学院 专业综合课程设计报告 题目51单片机酒精浓度测试仪设计 系别电子与信息工程学院 专业电子信息工程 班级****级*班 姓名XXX 学号201107014115 2014年12 月12 日
酒精浓度检测仪的设计 一、设计目的 近年来，我国越来越多的人有了自己的私家车，而酒后驾车造成的交通事故也频繁发生。为此，我国将酒驾列入刑法范围内，所以需要设计一智能仪器能够检测驾驶员体内酒精含量。本课程设计研究的是一种以气敏传感器和单片机A/D 转换器为主，检测驾驶员呼出气体的酒精浓度，并具有声光报警功能的空气酒精浓度监测仪。其可检测出空气环境中酒精浓度值，并可根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值进行声光报警来提示危害。 本课题分为两部分：硬件设计部分和软件设计部分。硬件部分为利用MQ3气敏传感器测量空气中酒精浓度，并转换为电压信号，经A/D 转换器转换成数字信号后传给单片机系统，由单片机及其相应外围电路进行信号的处理，显示酒精浓度值以及超阈值声光报警。程序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。而硬件电路又大体可分为单片机小系统电路、A/D 转换电路、声光报警电路、LED 显示电路，按键电路，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。 二、设计方案 1、酒精浓度检测仪总设计方案 设计时，考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是0-5伏的电压值且电压值稳定，外部干扰小等。因此，可以直接把传感器输出电压值经过A/D 转换器转换得到数据送入单片机进行处理。此外，还需接人LED 数码管显示，键盘设定，报警电路等。 其总体框图如图1所示。 图1 基本工作原理图 三、设计内容 被测 环境 气敏 传感器 A/D 转换电路 单片机 声光报警电路 LED 显示 键盘
本科毕业论文 题目酒精浓度监测仪的设计学生 指导教师 年级 专业 系别
郑重声明 本人的毕业论文（设计）是在指导教师的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑重声明。 毕业论文（设计）作者（签名）： 2009 年月日
目录 标题 (1) 中文摘要 (1) 1 序言 (1) 2 酒精浓度监测仪硬件电路设计 (2) 2.1 89C51单片机系统 (2) 2.1.1 单片机片内结构 (2) 2.1.2 89C51芯片介绍................................................ ..9 2.2 A/D转换电路................................................. .. 3 2.2.1 ADC0809的引脚及功能.. (3) 2.2.2 ADC0809的结构及原理 (3) 2.3 LED显示电路 (3) 2.3.1 LED显示器的结构 (4) 2.3.2 LED显示器的工作原理 (4) 3 酒精浓度监测仪系统的软件设计 (4) 3.1 初始化程序 (5) 3.2 A/D转换子程序 (5) 3.3 显示子程序 (5) 4 结论 (7) 注释 (7) 参考文献 (8) 外文页．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
酒精浓度监测仪的设计 摘要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。酒精浓度监测仪是一种以气敏传感器和单片机为主，监测空气酒精浓度，并具有声光报警功能的空气酒精浓度监测仪。其可监测出空气环境中酒精浓度值，并根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值进行声光报警来提示危害。此外，空气酒精浓度监测仪还能监测某一特定环境的酒精浓度如酒精生产车间可避免发生起火、爆炸及工业场地酒精中毒等恶性事故，确保环境安全。 关键词单片机酒精浓度监测仪 A/D转换声光报警 1 序言 随着经济高速发展，越来越多的人有了自己的私家车，而酒后驾车造成的交通事故也频繁发生。为此，需要设计一智能仪器能够检测驾驶员体内酒精含量。本论文研究的是一种以气敏传感器和单片机为主，监测空气酒精浓度，并具有声光报警功能的空气酒精浓度监测仪。其可监测出空气环境中酒精浓度值，并可根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值进行声光报警来提示危害。 本课题分为两部分：硬件设计部分和软件设计部分。硬件部分为利用MQ3气敏传感器测量空气中酒精浓度，并转换为电压信号经A/D转换后传给单片机系统，由单片机及其外围电路进行信号的处理，显示浓度值以及超阈值声光报警。软件部分用汇编语言进行编程，程序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。而硬件电路又大体可分为单片机小系统电路、A/D 转换电路、声光报警电路、LED显示电路，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；程序的设计使用汇编语言编程。
基于STM32的便携式酒精浓度检测仪设计与实现 论文作者姓名： 申请学位专业：测控技术与仪器 申请学位类别：工学学士 指导教师姓名（职称）： 论文提交日期：
基于STM32的便携式酒精气体浓度检测仪设计与实现 摘要 近年来，随着我国经济快速发展，给人们也带来了很多利益。人们的生活和消费水平迅速提高，制造业也在快速地发展。现在，私家车对于很多人来说已经不再是奢侈品了。但是交通事故发生概率也大大增加了，尤其是由于酒后驾车而引起的。如果饮酒过多，会造成体内酒精浓度过高，给饮酒者带来不良的生理反应。例如，麻痹神经、肢体不受控制、大脑反应迟钝等等。所以,过量饮酒者开车是一件非常危险的事情，但是少量饮酒并不会有上述症状。因此，我们需要设计一个能够检测驾驶员体内酒精含量的智能仪器。目前，许多国家采用呼气酒精检测仪来检测驾驶员体内的酒精含量。在本课题中使用MQ-3气体传感器采集数据，经过STM32单片机处理，如果浓度值超过标准，系统将给予声光报警，并液晶显示浓度。 关键词:酒驾；MQ-3气体传感器；STM32单片机；酒精含量；声光报警
Design of Portable Alcohol Concentration Detection Instrument Based on STM32 Abstract In recent years, With the rapid development of China's economy , it has brought people a lot of benefits. People's life and consumption level increase rapidly, and manufacturing industry is also developing quickly. Now, the private car for a lot of people have is no longer a luxury. But the traffic accident probability has greatly increased, especially due to drunk driving. If excessive drinking, the alcohol concentration will raise in body, bring the adverse physiological responses to the drinkers. For example, nerve paralysis, body out of control, the slow response of the brain and so on. So, drive after excessive drinking is a very dangerous thing. But a small amount of alcohol does not have these symptoms. At present, in many countries, the breath alcohol detector is used to detect alcohol content in the driver's body. In this paper,the MQ-3 gas sensor is used to collect data, the data is processed through STM32 MCU. If the concentration exceeds the standard, the system will give sound and light alarm, and display concentration through liquid crystal monitor. Key words: drunk driving; MQ-3 alcohol concentration sensor; STM32 MCU; alcohol content;sound and light alarm
综述 对于酒后驾车行为的监督在人民的人身和财产安全中起着重要的作用。随着社会的发展，气体传感器逐渐向着低功耗、多功能、集成化方向的发展，以便于更准确更方便的检测出酒精浓度，更大程度上防范事故发生，因此，便携式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。 目前国际公认的酒后驾车的限定有两种，一种是酒后驾车，一种是酒醉驾车。根据我国2003年的修订规定，当驾驶者每毫升血液中酒精含量大于或等于0.2mg时，就会被认定为酒后驾车；大于或等于0.8mg时，则会被认定为醉酒驾车。当驾驶者血液中酒精含量达到80mg/100ml时，发生交通事故的几率是血液中不含酒精时的2.5倍；达到100mg/100mg 时，发生交通事故的几率是血液中不含酒精时的4.7倍。即使在少量饮酒的状态下，交通事故的危险也可达到未饮酒状态的2倍左右。 本文设计的基于单片机的便携式酒精浓度检测仪以单片机和酒精传感器为核心，具有LCD实时显示浓度值的功能，不同颜色LED彩灯显示酒精浓度的不同范围，从而判断司机是否处于酒驾状态，如若酒驾则判断是酒后驾驶还是醉酒驾驶，一旦超过一定阈值即蜂鸣器报警同时报警灯亮。而且还可以通过按键进行待机与检测功能随时切换，在待机时进行简易计时，超过十分钟则自动进入休眠状态,可用硬件复位来唤醒单片机。本设计采用C 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。
1方案论证 1.1方案设计与分析 本文设计的便携式酒精浓度测试仪具有以下特点： （1）数据采集系统以AT89S52单片机为控制核心，外围电路带有LCD显示以及键盘电路，无需其他计算机，用户就可以与其进行交互工作，完成数据的采集、存储、计算、分析，显示，休眠等功能。其中显示功能如下： A.酒精含量<20mg/100ml时，安全灯（绿色LED灯）亮； B.20mg/ml≤酒精含量≤80mg/ml时，警告灯（黄色LED灯）闪烁； C.80mg/ml≤酒精含量时，危险灯（红色LED灯）闪烁，蜂鸣器报警； 本仪器酒精含量测试范围：0-190mg/100ml，要求其测量精度优于0.5%。 （2）系统具有低功耗、方便携带、高性价比，低成本等特点。 （3）从便携式的角度设计，系统成功使用了大屏幕LCD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C语言编写，既兼顾实时性处理的要求又能很方便地进行数据处理。 1.2设计总体框图 图1-1总体设计框图
邮电大学 毕业设计（论文） 基于AT89C51单片机酒精浓度检测器 学院（系）： 专业班级： 学生： 指导教师：
学位论文原创性声明 本人重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年月日 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于1、囗，在年解密后适用本授权书 2、不囗。 （请在以上相应方框打“√”） 作者签名：年月日 导师签名：年月日
邮电大学 本科生毕业设计（论文）任务书 学生专业班级 指导教师工作单位 设计（论文）题目：基于AT89C51单片机酒精浓度检测器 设计（论文）主要容： 本课题的主要功能是设计一个采用AT89C51单片机的酒精浓度探测仪，酒精传感器采用MQ-3型，传感器的作用是将酒精气体浓度信号转化为可以让ADC采集的电信号，同时让电信号驱动LED，LED亮度代表酒精浓度，ADC采集的数据传输给51单片机，并由51单片机控制，采用液晶显示器LCD1602显示酒精的浓度。 要求完成的主要任务： 1、查阅不少于15篇的相关资料，其中英文文献不少于3篇，并完成开题报告。 2、掌握51系列单片机原理及编程技术，熟悉ADC0809的工作原理及特性；LCD1602显示技术。 3、用altium designer绘制其原理图，由于资金有限，没有打印出PCB板，用面包板焊接实物。 4、完成不少于5000字的英文文献翻译。 5、完成不少于14000字的毕业论文。 必读参考资料： [1] 何立民．MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M]．：航天航空大学版社，2009． [2] 吴建平．传感原理及器应用第二版[M]．科学技术，2011． 指导教师签名系主任签名 院长签名（章）
word格式文档 酒精浓度检测仪的设计 目录 一、前言 (4) 二、酒精测试仪总体方案设计 (4) 2.1 酒精浓度检测仪设计要求分析 (4) 2.2 酒精浓度检测仪设计方案 (4) 三、硬件设计 ....................................................... ..5 3.1 传感器的选择 ............................................... .. 5 3.2 A/D转换电路 (6) 3.3 89C51单片机系统 (9) 3.4 LED显示电路 (12) 3.5 键盘电路 (13) 3.6 报警电路 (13) 四、软件设计 (14) 4.1 主程序框图 (14) 4.2 数据采集子程序程序框图 (15) 4.3 报警子程序程序框图 (15) 五、课程设计系的心得体会 (17) 六、参考文献 (17) 附图整体电路图 (18)
酒精浓度检测仪的设计 一、前言 近年来，我国越来越多的人有了自己的私家车，而酒后驾车造成的交通事故也频繁发生。为此，我国将酒驾列入刑法范围内，所以需要设计一智能仪器能够检测驾驶员体内酒精含量。本课程设计研究的是一种以气敏传感器和单片机A/D转换器为主，检测驾驶员呼出气体的酒精浓度，并具有声光报警功能的空气酒精浓度监测仪。其可检测出空气环境中酒精浓度值，并可根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值进行声光报警来提示危害。 本课题分为两部分：硬件设计部分和软件设计部分。硬件部分为利用MQ3气敏传感器测量空气中酒精浓度，并转换为电压信号，经A/D转换器转换成数字信号后传给单片机系统，由单片机及其相应外围电路进行信号的处理，显示酒精浓度值以及超阈值声光报警。程序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。而硬件电路又大体可分为单片机小系统电路、A/D转换电路、声光报警电路、LED显示电路，按键电路，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。 二、酒精测试仪总体方案设计 2.1 酒精浓度检测仪设计要求分析 设计的酒精浓度测试仪应具有如下特点： （1）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，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。 （3）从便携式的角度出发，系统成功使用了数码管显示器以及小键盘。由单片机系统控制键盘和LED显示来实现人机交互操作，界面友好。 （4）软件设计简单易懂。 2.2 酒精浓度检测仪设计方案 设计时，考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是0-5伏的电压值且电压值稳定，外部干扰小等。因此，可以直接把传感器输出电压值经过A/D转
酒精浓度测试仪的设计 ［摘要］:本研究设计的酒精浓度测试仪是一款实用性强、安全可靠的气体乙醇 浓度检测工具，采用高精度MQ-3乙醇气体传感器对空气中的乙醇浓度进行检测, 利用宏晶公司高性能低成本单片机STC12C5A16A对检测信号进行A/D转换和处 理，最后通过液晶屏显示输出。本研究设计的酒精浓度测试仪还具有醉酒阈值设定功能，可以根据法律法规或用户需要设定修改醉酒阈值，并进行保存。 ［关键词］:单片机A/D转换和处理醉酒阈值MQ-3乙醇气体传感器 Alcohol concen tratio n test in strume nt Abstract: This study design alcohol tester is a new practical, safe and reliable gas ethanol concentration testing tool, Adopting high precision MQ - 3 etha nol gas sen sors to detect the concen trati on of etha nol in the air, the use of macro crystal company high performanee low cost STC12C5A16ADnicrocontroller to detection signal A/D conversion and p rocess ing, fin ally through the LCD scree n dis play out put. This study desig n alcohol tester also has drunk threshold sett ing fun cti on, can accord ing to laws and regulati ons or the user n eed to set modify drunk threshold, and save. Keywords : Scm A/D conversion and p rocessing Drunk threshold MQ - 3 ethanol gas sensor
学 生 毕 业 设 计 课题名称 酒驾酒精浓度检测仪的设计 姓 名 费海波 学 号 101220223 学 院 通信与电子工程学院 专 业 电子信息工程 指导教师 杨冰 讲师 2014年06月10日 ※※※※※※※※※ ※※ ※※ ※ ※ ※※※※※※※※※ 2014届学生 毕 业 设 计 材 料
毕 业 设 计 任 务 书 课题名称 酒驾酒精浓度检测仪的设计 姓 名 费海波 学 号 101220223 学 院 通信与电子工程学院 专 业 电子信息工程 指导教师 杨冰 讲师 2014年03月05日 ※※※※※※※※ ※ ※※ ※※ ※※ ※ ※※※※※※※ ※ 2014届学生 毕 业 设 计 材 料 （一）
一、设计的教学目的 1、提高学生运用所学知识分析问题和解决问题的能力； 2、培养学生知识应用能力、动手能力、创新能力、文字表达能力等，为今后的学习和工作打下良好的基础； 3、培养学生认真负责的工作态度； 4、熟悉ATmega8单片机C语言编写方法，能熟练操作A VR Studio 4和Altium Designer10.0等软件。 二、设计的主要内容 1、以单片机ATmega8为核心，结合蜂鸣器报警模块、液晶显示模块和酒精传感器模块等硬件来实现酒精浓度检测仪的设计； 2、画出酒驾酒精浓度检测仪的原理图并编写程序； 3、初步调试原理图和程序达到要求后生成PCB图； 4、做出PCB板，焊接元器件； 5、对酒驾酒精浓度检测仪进行调试。 三、设计的基本要求 1、酒驾酒精浓度检测仪具有酒精浓度检测能力，可以大概判断出酒精浓度，具有超出提示等功能； 2、设计结构合理，层次分明，数据准确； 3、设计文档格式符合本科毕业设计的要求； 4、设计文档字数不少于6000。 四、进度安排
四川工程职业技术学院 毕业综合实践 项目设计报告 基于单片机的酒精浓度检测仪 专业：计算计应用技术（IT制造与售后服务）姓名：周姣、龙俊江 指导老师：何晓龙
目录 一、前言 (3) 二、酒精测试仪总体方案设计 (3) 2.1 酒精浓度检测仪设计要求分析 (3) 2.2 酒精浓度检测仪设计方案 (3) 三、硬件设计 (4) 3.1 传感器的选择 (4) 3.2 A/D转换电路 (5) 3.2.1 ADC0809的结构及转换原理 (6) 3.2.2 ADC0809连线图 (7) 3.3 89C51单片机系统 (7) 3.3.1 单片机片内结构 (7) 3.3.2 89C51芯片介绍 (8) 3.3.2 晶振电路和复位电路 (9) 3.4 LCD1602液晶显示电路 (11) 3.5键盘电路 (11) 3.6报警电路 (12) 3.6.1 灯光提示电路 (12) 3.6.2 声音报警电路 (12) 四、软件设计 (13) 4.1主程序框图 (13) 4.2 数据采集子程序程序框图 (14)
酒精浓度检测仪的设计 一、前言 本课题分为两部分：硬件设计部分和软件设计部分。硬件部分为利用MQ3 气敏传感器测量空气中酒精浓度，并转换为电压信号，经A/D转换器转换成数字信号后传给单片机系统，由单片机及其相应外围电路进行信号的处理，显示酒精浓度值以及超阈值声光报警。程序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。而硬件电路又大体可分为单片机小系统电路、A/D转换电路、声光报警电路、LCD液晶显示电路，按键电路，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。 二、酒精测试仪总体方案设计 2.1 酒精浓度检测仪设计要求分析 设计的酒精浓度测试仪应具有如下特点： （1）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。 （3）从便携式的角度出发，系统成功使用了数码管显示器以及小键盘。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）软件设计简单易懂。 2.2 酒精浓度检测仪设计方案 设计时，考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是0-5伏的电压值且电压值稳定，外部干扰小等。因此，可以直接把传感器输出电压值经过A/D转换器转换得到数据送入单片机进行处理。此外，还需接入液晶显示，键盘设定，报警电路等。 其总体框图如图2-1所示。
三峡学院 专业综合课程设计报告 题目51单片机酒精浓度测试仪设计 系别电子与信息工程学院 专业电子信息工程 班级****级*班 姓名XXX 学号 5 2014年12 月12 日
酒精浓度检测仪的设计 一、设计目的 近年来，我国越来越多的人有了自己的私家车，而酒后驾车造成的交通事故也频繁发生。为此，我国将酒驾列入刑法围，所以需要设计一智能仪器能够检测驾驶员体酒精含量。本课程设计研究的是一种以气敏传感器和单片机A/D转换器为主，检测驾驶员呼出气体的酒精浓度，并具有声光报警功能的空气酒精浓度监测仪。其可检测出空气环境中酒精浓度值，并可根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值进行声光报警来提示危害。 本课题分为两部分：硬件设计部分和软件设计部分。硬件部分为利用MQ3气敏传感器测量空气中酒精浓度，并转换为电压信号，经A/D转换器转换成数字信号后传给单片机系统，由单片机及其相应外围电路进行信号的处理，显示酒精浓度值以及超阈值声光报警。程序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。而硬件电路又大体可分为单片机小系统电路、A/D转换电路、声光报警电路、LED显示电路，按键电路，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。 二、设计方案 1、酒精浓度检测仪总设计方案 设计时，考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是0-5伏的电压值且电压值稳定，外部干扰小等。因此，可以直接把传感器输出电压值经过A/D转换器转换得到数据送入单片机进行处理。此外，还需接人LED数码管显示，键盘设定，报警电路等。 其总体框图如图1所示。
图1 基本工作原理图 三、设计容 1、酒精浓度检测仪设计要求分析 设计的酒精浓度测试仪应具有如下特点： （1）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，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。 （3）从便携式的角度出发，系统成功使用了数码管显示器以及小键盘。由单片机系统控制键盘和LED显示来实现人机交互操作，界面友好。 （4）软件设计简单易懂。 2、设计容要求 （1）传感器T G S822的电压模拟输出围为0-5V； （2）模数转换芯片ADC0809采样电压围为0-5V，分辨率为8位，采样精度为5/256V，达到256个量化级的数字电压，其工作频率为1M H z; （3）单片机A T89C52工作频率为6 MHz；传感器LCD显示输出单片机数字输出控制输出模数转换模拟输出 （4）L C D显示器用50K的可调电阻调节使其清晰显示。
毕业论文
酒精浓度检测仪的设计 摘要 本文研究设计了一种用于公共场所具有检测及超限报警功能的酒精浓度智能测试仪。其设计方案基于89C51单片机，MQ3酒精浓度传感器。系统将传感器输出信号通过A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由LCD 显示酒精浓度值。从而让驾车的人知道自己该在什么情况下可以开车，这是一个在现代生活很实用。 经过大量的验证，基于单片机的酒精浓度监测仪检测仪比传统的机械检测仪或酒精计灵敏，监测精度高，准确方便，可靠性好，扩展简单，控制功能强大。对超出阀值进行声光报警，直观准确。所以基于单片机的酒精浓度监测仪的研究具有一定的价值。 关键词：酒精浓度传感器；单片机；数模转换；硬件设计；数码管显示
Alcohol concentration detector design Abstract This paper studies has been designed for public inspection and overrun alarm function with the alcohol concentration intelligent tester. Its design scheme based on 89C51, MQ3 alcohol concentration sensor. System will sensor output signal through the A/D circuit recuperation, data processing by MCU, finally by LCD display alcohol chroma value. So let the people know what oneself should drive in what circumstances can drive, this is a very practical in modern life. After a great deal of verification, based on SCM alcohol concentration monitor detector than traditional mechanical detector or alcohol plans, monitoring high precision, sensitivity, good dependability, precise convenient extended simple, control powerful functions. Beyond the value of acousto-optic alarm, intuitive accurate. So based on SCM alcohol concentration monitor research has certain value. Keywords：Alcoho concentration sensor; microcontroller; digital-to-analog;hardware design; digital pipe display
毕业设计 酒精浓度测试仪的设计 学院移动通信与软件学院年级2012级1班 专业通信 学号 5 学生 姓名匡胜东 指导 老师郑运刚 2年月
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毕业设计诚信承诺书
摘要 2000年以来，随着中国经济的高速发展，人民生活水平的迅速提高，中国逐渐步入“汽车社会”。此外，因为交通事故造成的经济损失也相当惊人。在全国各地加强查处酒后驾驶的力度，以减少由酒后驾驶造成的恶性交通事故。要查处就涉及到检测人体内的酒精含量和使用设备来进行检测问题。 本文以单片机设计了一个酒精浓度测试仪系统,本论文大体分为两个部分：硬件部分和软件部分。硬件部分利用MQ3酒精浓度传感器输出信号通过A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由LED显示酒精浓度值。软件部分用C 语言进行编程，程序采用模块化设计思想。该测试仪器在于简洁的硬件结构、高效的软件设计和较高的性价不，从而让驾车的人知道自己该在什么情况下可以开车，这是一个在现代生活很实用。 关键字：酒驾；单片机；MQ3传感器；A/D转换器；LED
目录 第一章绪论 (1) 第二章酒精浓度测试仪总体方案设计 (2) 2.1 酒精浓度测试仪设计要求分析 (2) 2.2 酒精浓度测试仪设计方案 (2) 第三章硬件设计 (4) 3.1 传感器的选择 (4) 3.2 A/D转换电路 (5) 3.3 89C51单片机系统 (6) 3.4 LED显示电路 (7) 第四章软件设计 (9) 4.1 系统的主程序设计 (9) 4.2 数据采集子程序程序框图 (9) 第五章测试结果及结论 (11) 结论 (12) 致谢 (13)
毕业论文 题目酒精浓度检测仪的设计学生马晓江 指导教师曹建生 年级0901 专业电子信息工程技术 系别电子工程
摘要...................................... 序言..................................... 酒精浓度监测仪的硬件电路设计........................ 2.1 89C51单片机系统 (5) 2.1.1 单片机片内结构 (6) 2.1.2 89C51 芯片介绍 (9) 2.2传感器的选择 (11) 2.3 A/D转换电路 (13) 2.3.1 ADC0809的引脚及功能 (14) 2.4 LED显示电路 (16) 2.4.1 LED显示器的结构 (17) 2.4.2 LED 显示器的工作原理 (19) 酒精浓度监测仪的软件设计 (2) 3.1 主程序 (21) 3. 2数据采集子程序 (22) 3. 3数据处理子程序 (22) 3. 4报警子程序 (24) 结论 (2) 参考文献： (2) 致谢 (2)
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。酒精浓度监测仪是一种以气敏传感器和单片机为主，监测空气酒精浓度，并具有声光报警功能的空气酒精浓度监测仪。其可监测出空气环境中酒精浓度值，并根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值进行声光报警来提示危害。此外，空气酒精浓度监测仪还能监测某一特定环境的酒精浓度如酒精生产车间可避免发生起火、爆炸及工业场地酒精中毒等恶性事故，确保环境安全。 关键词单片机酒精浓度监测仪A/D转换声光报警