基于单片机的车载酒精浓度测试仪的设计
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第２５卷 Ｖ０１．２５ 第ｌ４期 Ｎｏ．１４ 电子设计工程 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１７年７月 Ｊｕ１．２０１７
基于单片机的车载酒精浓度测试仪的设计
辛慧娟
（陕西工业职业技术学院陕西成阳７１２０００）
摘要：本文以ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ１６ＡＤ单片机为核心控制器，利用ＭＱ一３型气体传感器将气体中含有乙醇气 态浓度转换成电信号，再经Ａ／Ｄ转换电路送由单片机处理，并将乙醇的浓度通过ＬＣＤ直观显示出 来，从而实现了对酒精浓度的测量。当乙醇浓度超过设定允许值时。电路发出报警。
关键词：ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ１６ＡＤ单片机；ＭＱ一３气体传感器；Ａ／Ｄ转换；显示浓度
中图分类号：ＴＮ７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—６２３６（２０１７）１４—００８２—０４
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ
ＸＩＮ Ｈｕｉ－ｊｕａｎ （Ｓｈａｏｎｘｉ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉａｎｙａｎｇ ７１２０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｕｓｅ ＳＴＣ １ ２Ｃ５Ａ １ ６ＡＤ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ
ＭＱ－３ ｇａｓ ｓｅｎｓｏｒ ｔｏ ｃｏｎｖｅｒｔｅ ａｌｃｏｈｏｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ａ／Ｄ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｏ ｂｅ ｓｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ
ｅｔｈａｎｏｌ ｗａｓ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｄｉｓｐｌａｙｅｄ ｂｙ ＬＣＤ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ａｌｃｏｈｏｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｅｔｈａｎｏｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｅｘｃｅｅｄｅｄ，ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｌａｒｍ ｉｓ ｉｓｓｕｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＳＴＣ １ ２Ｃ５Ａ １ ６ＡＤ ｃｈｉｐ；ＭＱ一３ ｇａｓ ｓｅｎｓｏｒ；ＭＤ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｄｉｓｐｌａｙ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
近年来。随着社会的进步、我国经济的高速发 展，人民的生活水平迅速提高，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【 。酒后驾车引起的交通事故主要是由于司机 的过量饮酒而造成人体内酒精浓度过高，麻痹神
经，造成大脑反应迟缓，肢体不受控制等症状造成 的。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、肉眼的观察和去医院进行血液中酒 精含量的检测．这些不科学不及时的方法造成了很
多不必要的误会和麻烦。目前，世界上绝大多数国 家都采用呼气酒精 ０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。另外，洒精易燃易爆，有关 的各种工业活动中都要特别注意预防这种气体的泄
露。从工厂企业到居民家庭，酒精泄露的检测、监控 监测对居民的人身和财产安全都是十分重要且必
不可少的。因此，设计一款便携式的酒精浓度测试 仪有着现实的意义【３Ｊ。 １系统设计原理
车载酒精浓度测试仪是一款便携式的洒精检测
仪器，所以各电路部分器件最重要的就是体积小巧 功能强大。考虑到本设计产品之后要在不同的环境
下使用，我们以单片机为核心控制器。本系统要直接 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。在对酒精传感器能
正常工作的温度范围、对酒精的敏感度、低功耗等因 素作了参考比较后选择了ＭＱ３０３Ａ酒精传感器作
为敏感单元，利用它把气体中含有的乙醇气态浓度 转换成电信号，经Ａ／Ｄ转换电路送由单片机处理， 收稿日期：２０１６—０４—１５ 稿件编号：２０１６０４１５９ 作者简介：辛慧娟（１９８３一），女，陕西榆林人，硕士，讲师。研究方向：电子电路及检测技术。
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８２－ 辛慧娟 基于单片机的车载酒精浓度测试仪的设计
由ＬＣＤ直观显示被测气体中的乙醇浓度，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 ， 图１为酒精浓度测试仪方框图。
｝外部ＥＥＰＲＯＭ Ｊ 醉滔阈值 ＭＯ ３ 气 体 传 感 器
ｌ塑 鉴墨里至ｉ 图１酒精浓度测试仪方框图
２硬件系统设计
２．１单片机系统原理图
本硬件由４部分组成：单片机模块，酒精传感器
模块．显示模块。存储模块。本系统由单片机 ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ１６ＡＤ控制，其直接控制两个模块：阀值存
储模块将与酒精传感器采集到并输送到单片机控制 处理后的数字信号相比较，ＬＣＤ显示模块可以将经
过单片机处理过的酒精气体浓度具体量化值显示出 来。ＭＱ一３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 号送人单片机系统，经 Ｄ转换，与设定的醉酒阀值
进行比较，并显示或报警。 ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ１６ＡＤ芯片为５２内核８位单片机，内
部集成了１Ｏ位多路Ａ／Ｄ转换模块，适用于常用检测 电路。由ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ１６ＡＤ组成的单片机系统原理图
如图２所示。图中ＡＯＵＴ为ＭＱ一３传感器模块输出 的检测电压信号．送人ＡＤＣ７端口进行处理，ＤＯＵＴ
为传感器模块输出的数字电平信号，该信号可以根 据乙醇气体浓度直接输出报警信号，报警阈值通过
模块上的电位器进行调节。其中，按键Ｋ２和Ｋ３为 醉酒阈值调整键，其中Ｋ２为“增加”，Ｋ３为“减小”按
键。Ｌ２和Ｌ３为报警指示灯，分别可以进行酒后和醉 酒两级报警。
图２单片机系统原理图 ２．２ 乙醇信号检测及ＭＱ一３传感器调理电路
酒精浓度测试仪电路的传感器模块具有信号输 出指示、双路信号输出、ｒＩＴｒＬ输出有效信号为低电 平、模拟量输出０～５ Ｖ电压，浓度越高电压越高的特
点，方便与单片机系统接口组成检测仪器。ＭＱ一３乙 醇气体传感器及其调理电路原理如图３所示。经过 调理电路后，检测信号由电阻值转变成电压值。便于
后续电路进行Ａ／Ｄ转换和处理 。 ２．３显示电路 酒精浓度测试仪电路的ＬＣＤ１６０２显示器通常
－８３－ 岫 黻 ●
模／数转换 《电子设计工程￣２０１７年第ｌ４期
图３传感器及调理模块原理图 有１４条引脚线或ｌ６条引脚线的ＬＣＤ，多出来的２ 的存储『６＿ｌ ０Ｊ。ＥＥＰＲＯＭ存储电路如图５所示，Ａ０、Ａ１
条线是背光电源线。显示电路主要功能有：４０通道 和Ａ２为芯片的地址引脚，一般接地即可。ＳＣＬ和ＳＤＡ 点阵ＬＣＤ驱动；可选择当作行驱动或列驱动；输出 为ＡＴ２４Ｃ０４和单片机ＩＩＣ通信的时钟线和数据线。 能产生２０ｘ２个ＬＣＤ驱动波形输入接受控制器送出 ＋５ ＥＰＲ。 存储器电路
的串行数据和控制信号，偏压；通过单片机控制将所 测的频率信号读书显示出来。与单片机接口电路如
图４所示。其中Ｊ２的３脚为背光引脚， 。和 ，。电 阻用于调节背光亮度。Ｊ２的４、５、６引脚分别接液晶
的ＲＳ、Ｅ／Ｗ和Ｅ控制引脚，Ｊ２的７—１４引脚为数据 引脚『５ｊ。 Ｔ，
图４ ＬＣＤ与单片机接口电路 ２．４阈值存储 酒精浓度测试仪电路的醉酒阈值存储在 ＥＥＰＲＯＭ芯片ＡＴ２４Ｃ０４中，电路可以通过“增加”、 “减少”按键调节并保存此醉酒阈值。ＡＴ２４Ｃ０４是ＩＩＣ 接口的ＥＥＰＲＯＭ芯片，可以用于掉电不易丢失数据
触 发 Ｋｎ 转 换 图５ ＥＥＰＲＯＭ存储电路
３软件设计流程
本设计系统软件主要完成时钟、Ａ／Ｄ转换、报警、
显示等功能，主程序流程图如图６所示。软件系统实 现了对酒敏传感器的 ０量信号进行Ａ／Ｄ转换，将测
量数值与规定标准进行比较后判断饮酒程度，调用相 应的显示、报警程序。程序首先进行的是酒精浓度采
集，当传感器检测到酒精气味时，气体传感器ＭＱ一３ 两个电极端Ａ—Ｂ间电阻将变小＿１１ ４１，对应与气体传感 器负载电阻的分压将变大，输出电压也将变大，这一
变化的数值送入模数转换模块中，之后通过软件编写 对数据进行处理，再将这一变化值成功地通过
ＬＣＤ１６０２显示。判定浓度是否超过设定阀值，如被测 酒精浓度超过了这一数值，声光报警电路开始报警。
图６主程序流程图
４结论
文中设计了基于单片机的车载酒精浓度测试仪， 乙醇信号检测及ＭＱ一３传感器调理电路、显示电路和
．
８４－ 辛慧娟 基于单片机的车载酒精浓度测试仪的设计
阈值存储电路的设计；软件系统主要完成时钟、Ａ／Ｄ
转换、报警、显示等功能的流程设计。通过本设计方案 研制的试验机多次测试得出．对应于人体血液中乙醇
浓度为８０～１ ０００ ｍｇ／Ｌ。酒精浓度测试仪的测量范围 ０．０５－４）．７４ ｍ扎，绝对误差不超过０．０４ ｍｇ／Ｌ，所有性能 均达到了设计指标的要求，准确度较高，声光报警器
均工作正常。该仪器占地面积小，测试灵敏度、抗干扰 能力等性能指标，特别适合驾驶员自测是否饮酒过
量；另外，在对酒精浓度指示标度进行重新设定时，还 可作为工厂、企业、居民家庭等环境的酒精泄露检测、
监控监测的监控仪，是一款较实用的测试仪器 峋。 参考文献： 『ｌ１张福学．现代传感器电路ｆＭ１．北京：中国计量出版
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