基于PIC16F877呼气式酒精测试仪的设计

调试 和软 件模 拟两 种 办法 ，既 可 以用汇 编语 言也 可
以用 Ｃ语 言编 写代码 ， 而且 开发工具 可 以免费下 载 。 （ ）内部 带有 ８路 １ 位 Ａ Ｄ转换 器 ，８ Ｏ ９ ０ ／ ｋＲ Ｍ，
５２字 节 Ｒ Ｍ 和 ２６字节 Ｅ Ｐ Ｏ １ Ａ ５ Ｅ Ｒ Ｍ，时钟频 率 为
输 出放 大与处理 。 Ｉ １Ｆ ７ Ｐ Ｃ ６ ８７内部 带有 ８ ＭＤ转换 路
存在 Ｅ Ｐ Ｏ 中。 ＥＲ Ｍ 整个 系 统 的控制 是在 两 个 中断下 完成 的。一个
外部 中断 ，可 切换 系统 工作 模式 ，具 有更 高 的优先
级 ； 个定 时器 中断 ， 一 用于系 统需要 定时 的地方 ， 定
电 电池 为 ３ Ｖ，需 用 ３种 不 同的 电压 变换 芯片加 相 ． ３
应 的 电阻 、电容 ，分 别从 ３ Ｖ 变 换到 ５ 为微控 制 ． ３ Ｖ 器 提供供 电电压 ； ． ３ Ｖ变换 到 ３ ３ Ｖ为 模数转 换提供 正 输 入参考 电压 ；３３ ． Ｖ变换 到 ２Ｖ为 电感线 圈提供 工 ２ 作 电压 。
执行 速度快 。
吸气 口安 装一 个压 力传 感器 ，当人体 呼 出 的气 流从
这里 流过 时 ，检 测气 流 的压 力 ；达 到预 先规定 的数
（ ）寻址 方式 简单 、寻址 空 间独 立 ，ＰＣ ６ ８ ７ 值 时 ，打 开 电感 线 圈抽 气 ，可保 证 每次检 测 时所 用 ３ Ｉ１Ｆ７
如果被测者深吸气后以中等力度呼出气体达 ３以上， ｓ 则他呼出的气体就是来 自肺部 深处的气体＝呼气中
它们对输出没有任何影响。所 以燃料 电池酒精 传感 器输 出电压的高低 与吸八燃烧室内酒精 气体的浓度
的酒精 含量与血液中的酒精含量有如下关 系 ： Ａ 成 正 比 ＢＣ
（ｍ， ：Ｂ Ａ （ ／ ｒ ／ Ｌ） ｒ Ｃ ｍｇ Ｌ）ｘ ２０ Ｂ Ｃ （ １ｏ ｌｏ ｎ ２Ｏ． Ａ ｈｏ ｄ ｃｈ ｌ ａ
中圃徭ｊ Ｉ 牺表 ２ ｓ ０ 年第１ ０ 期
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温度 控制在 理想条 件下 。而对于半 导体酒 精传 感器 ， 其阻值变 化与温 度 以及非酒 精气体 的浓度都有 关系 ，
除残余 电压 ，在此 用一个 Ｍ Ｓ ，把 它 的漏极 和 源 Ｏ 管 极 直接 和燃 料 电池 的正极 与地相 连 ，栅极 接 到微处
（） ４ 代码压缩 率高 ， ｋ ｌＢ的程 序存贮器 空 间能存
放多达 １２ ０ ４条指令 。 （ ）功耗 低 ，ＰＣ ６ ８ ７ 用 的是 Ｃ Ｏ ５ Ｉ １Ｆ ７ 采 Ｍ Ｓ结构 ，
理 器 的一个 引脚 上 。通 过控 制栅 极 电平 的高低 ，来
在 ４ ｚ时钟 下 ，耗 电不 超过 ２ Ａ，而在 睡 眠模 式 控 制燃 料 电池 的输 出 与地是 否导 通 。系统 中还 有很 ＭＨ ｍ 下 ，耗 电可低 到 １ 以下 。特别适 合野外 移动 仪表 多 其它 控 制 ，如 控 制加 热 电阻 的开 与关 ，控制 电感
的控 制 。
线 圈 的开 与关 ，蜂 鸣器 的发声 和 运算 放 大器 ，电压
转换 芯 片等都 是 通过 控 制微控 制器 某 个 引脚 上 的输
（ ）驱 动 能 力 强 ，每 个 输 出 脚 可 以驱 动 多 达 ６
２～５ Ａ 的负载 。既 能够用高 电平也 可 以用 低 电平 ０ ２ｍ
华东师范大学 （ 上海 ！ ００ 【０（ ） １ １陈蛭德
摘要 ： 介绍 了一种基于微 处理器、 便携式 ， 采用电化学型燃料电池作酒精传感器的呼气式酒精测试仪的
工作原理、 设计及 实现方法。 酒精测试仪 采用的微处理 器是 ＰＣ ６８７传感器是 电化学型燃料电池 ， 该 Ｉ１Ｆ７ ， 可
以准确测量驾驶人 员体 内的血液酒精浓度
近年来 ．酒后驾车的司机越 柬越多 ．造成 少 意外伤亡 在公路交通 例行检查或处理违章刊 ，最 简单可行的方法是检测驾驶人员呼气中的酒精浓度
传感器的燃烧室内充满着特 种催化剂 ．这种催化剂
仅能使进入燃烧 室内的酒精 气体充分燃烧转变为电
能输 ．对其它 非酒精气体不产生任何反应 ．因而
图 １ 系 统 的 硬 件 原 理 框 图
主要 考虑 到它在 以下方 面 的卓越 性 能。
（ ）采用 哈佛 总线 结 构 ，两级 流水 线 ，数 据 总 １ 线 和指令总线 分离 ，且采 用不 同的字节 宽度 。
（ ） ＩＣ技 术 ， Ｉ１Ｆ７ 指令 集有 ３ ２ ＲＳ ＰＣ ６ ８７ ５条指令 ， 这不 仅给指令 的学 习 、 记忆 和理解 带来 很大好 处 ， 也
另外转换率受燃料 电池的环境温度影响：我 们
ｆｌｅｌ ｔｎ 为ｍ液酒精浓度 ， ｒ Ｃ（ｒ ｔａ ｏｏ ＿ｌ ｌ ａ ｏ ） Ｏｅ ｌ ｌ ｒ ＢＡ ｂ ａ ｆｈｌ ｅｈｌ
可以通过榆测燃料电池酒精传感器输 电压的高低 来计算驾驶员呼 出气体 的酒精浓度值 ．从而得出驾
驶 员血液里的酒精浓度值 ： 燃料 电池酒精传感器的特点 ：测量精度高 ，可 测 范围广。由于它只对酒精气体反应 ，任何其它非
４ Ｈ ，５ Ｍ ｚ Ｖ供 电 ，贴片 的体积 很小 ，价格实 惠 。
３系统的硬件描述
系统 的硬件 设计 主要 分为 控制 模块 、模 拟信 号 放 大与 采集模 块 、电压变 换模 块 、显示 模块 和其 它
模块。 ３１ 控 制模 块 ．
算 接 模 Ｉ 计 机 口块 时 模 钟块
ｉ ｂ ｓｄＯ３ｍｉｒ ｐ ｏ ｅｓ ｒ ｎ ｐ ｒ ｂｅ ｈ ｓ ｃｏ ｒ ｃ ｓ ｒｉ Ｐ Ｃ１ Ｆ ７ ｎ ｅ ｓｒｉ ｅ ｃｒ ｃ ｅ ｃｌ Ｊｌ ｓ ａｅ Ｉ ｃ ｏ ｒ ｃｓｏ ｄ ａ ｏｔ ｌ ａ Ｗ ｏｅｍｉｒ ｐ ｏ ｅｓ ｓ Ｉ ６ ８ ７ａ ｄｓｎ ｏ ｌ ｔ ｈ ｍｉａ ｆｅ ｏ ｓ ｅ ｏ ｉ ｃ ． ｉ ａＣ ｈ ｌｅｔｒｃｒ ｂ ｓｄｔ ｔ １ ｌｏ ｌｏ ｏ ｏ ｃ ｎｒｔ ｎｏ ａｄ ｉｅ ｔ ｉ ｐ ｅ ｉｏ ． ｄ１Ｔｈｓ ｌＯ ｏ ｓ ａ ｅｕ ｅ Ｏｔ ｅｂｏ ｄａｃ ｈ ｌ ｎ ｅ ｔ ｉ ｆ ｒ ｒ ｈｈ ｒｃｓ ｎ ｔ ｅ ｌ ｓ ｅ ｄ ｃ ａｏ ｖ ｉ
只有 ４ 种寻 址方式 ： 寄存 器 间接寻址 、立 即数 寻址 、
直接 寻址 、位 寻址 ，它们 都 比较 容易 掌握 ，其程序 、 数据 、和堆栈 三者各 自采用 一致 ，表 现为 所 吸的气 体在 体 积和压 强上 都 是相 等 的。
每次 测量 之前 都 要使 燃料 电池 的正极 接地 以清
模 块 ，处理精度 可达 到 １ 位 ，这些 引脚 可 以直 接接 ０ 收模拟信 号 ，不 需要 额外 的 ＡＤ转换 芯片 。 ／
３３ 电压变换 模块 Ｉ
时器每 ２ ｓ中断一次 ，可 以 同时 实现系统 多个 任务 ｍ
的精 确定 时 。图 ２给 出了系统抽 气流 程 图。
由于 系统要 用到 的 电压有 ５ Ｖ，３ Ｖ，２Ｖ，而供 ２
－ 显 模 ． 示块 ｑ － 印 试 果 ． 打 测 结 ｑ
控 制燃 料 电池 的环 境温 度 ，因燃 料 电池 的环 境 温度 影 响酒精 气体 的转 换 率 。用一 个高 精度 的热 敏 电 阻和一 个加 热 电阻 放在 燃料 电池 的底 下 ，它们 之 间不 能靠 得太 近 ，以免 热 敏 电阻所 测 的温度 不能 真 实反应 燃料 电池 的环境温 度 。
给程 序 的设计 、阅读 、调试 带来 极 大 的方 便 ，而且
要使每 次吸人燃 料 电池 内 的气体 总量都一 样 ， 由
于燃 料 电池燃 烧室 的容 量是 固定 的 ，所 以只需 要 控 制吸人 气 体 的压强 。为 了不 增加 系 统 的复杂性 ，在
全部采用 单字节 指令 ， 且有 ３ 条指令为单 周期指令 ， １
Ａｂ ｛ａ ｔ ｎｒ ｄ ｃ ｅｔｅ ｒ ， ｅｉｎａ ｄｒａｉ ｔ ｎｏ ａ ｌｃｒ ｃ ｅ ｃｌ ｕ ｌ ｅ ｒａｈｓ ｌｏ ｏ ｓ ｒｗｈ ｃ ｓｒ ｃ ： ｔｏ ｕ ｃ ｈ ｏｙ ｄｓｇ ｌ ａｉ ｆ ｎｅｅｔｏ ｈ ｍｉａ ｆｅ ｃ ｌｂ ｅ ｔ。ａｃ ｈ ｌｅｔ ， ｉｈ Ｉ ｔ ｈ ｎ ｅ ｚ ｏ ｌ ｔ ｅ
测量 时 只能 限制 而无法 排 除别 的气体 对测 试结 果 的 干扰 。而且 当酒 精 浓度 过高 或过 低 时 ，测 试结 果误 差会更 大 。
直接 驱动 发光二极 管 Ｌ Ｄ、光 电耦 合器 和小型继 电 Ｅ
器等 ，可 以大大 简化控 制 电路 。 （ ）具 有 Ｉ 、Ｓ Ｉ ７ Ｉ Ｃ Ｐ 、和 Ｕ Ａ Ｔ通信接 口可 以很 ＳＲ
美键谲 ： Ｉ ６ ８ ７ 电化学型燃料电池 血液酒精浓度 ＰＣ１Ｆ ７
Ｋ ｙｗ ｒｓ Ｐ ｃ１ Ｆ ７ Ｅｅ ｔ ｃ ｅ ｃ ｌｕ ｌ ｅｌ ｌｏ ｌｏ ｏ ｃ ｎ ｅ ｔ ｔ ｎ ｅ ｏ ｄ ： ｜ ６ ８ ７ ｌｃｒ ｈ ｍｉ ｆｅ ｃ ｌ ｏ ａ Ｂｏ ｄａｃ ｈ ｌｏ ｃ ｎｒ ｉ ａｏ
出 电压 高低来 控制 。
２ ５ 第１ ｆ 便 坂表 ０ 年 期￣ 嚣 ０ ， 周
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３ 模拟 信号放 大 与采集模块 ． ２ 主 要是模 拟 信号 的放 大 电路 设计 ，包 括燃 料 电 池 的输 出 电压 、压力 传 感器 的输 出 和温度 传感 器 的
有利于能量转换 ） ，即使是酒精 燃料电池利用化学反应 ，直接把进入其 内部 的 制在规定的范围 内 （
可燃气体转变成 电能输出．在其 两个电极 上产生 电 压输出。燃 料电池酒精传感器是燃 料电池 的一个分 支 ，它采用贵金属 白金作 为电极 在燃料 电池酒精 浓度很低的气体也能在其两极产生墩弱的电压输出。 设计时．一定要考虑燃料电池酒精传感 器的测温和 加热电路 。每次测量前 ，都要先把燃料 电池的环境