酒精浓度监测论文

基于单片机的酒精浓度检测系别 & 专业：电子与信息工程系-自动化 姓名 & 学号：王栋 20101162 年级 & 班别：2010级 教师 & 职称： 何首贤(教授)2012年4月 20日大连海洋大学高职学院 毕业论文（设计） 论文分类号： 密 级：无目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章前言 (1)第2章系统介绍 (2)第3章硬件介绍 (3)3.1传感器的选择 (3)3.2 LCD显示器的选择 (4)3.3LED发光二极管的选择 (7)第4章单片机对酒精浓度检测概述 (9)4.1硬件组成 (9)4.2软件设计 (11)第5章系统测试 (14)5.1硬件调试 (14)第6章展望设想 (16)结论 (18)致谢 (19)参考文献 (20)摘要目前信息教育比较欠缺的方面。

针对于此，利用多媒体开展信息技术教学的应用研究势在必行。

它将成为新世纪教育领域的一把利剑，剔除传统教育的缺憾，在电子时代的信息化战场上冲锋陷阵，保家卫国！摘要：以单片机和气体传感为核心，设计了酒精浓度检测仪，实现了不同环境下酒精浓度的检测。

本文主要介绍了酒精浓度检测仪整体结构，设计了系统硬件电路，阐述了各模块功能并着重研究了气体传感器的选择。

关键词：单片机；A/D转换；酒精传感器AbstractAn alcohol concentration detector is deaigned taken alnglc chip computer an gas sensor as kernel.The alchol concentrarion in different enviroument can be measured, In this paper . the whole construct of the alcohol concentration detector is introduced; the system hardware circult is designed; the function of each model an how to select the gas sensor are discusscd eapecially. Keyword:Single Chip Computer; A/D Transformer; Alcohol Sensor.第1章前言近年来，随着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是由于司机的过量饮酒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。

少量饮酒并不会有上述症状，即人体内酒精浓度比较低时，而人体内酒精超过某一个值时就会引起危险。

为此，需要设计一智能仪器能够监测驾驶员体内酒精含量。

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。

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。

本课题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及LCD显示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。

第2章系统介绍单片机酒精测试仪采用燃料电池酒精传感器作为气敏元件，它属于电化学类型，因此又称为电化学型。

它能使进入燃烧室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在二个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上。

此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比，这就是单片机酒精测试仪的基本工作原理。

本设计方案采用功能很强的大规模数字频率合成器MC145151和多波形宽频率范围信号发生器MAX038 等新器件产生波形和频率，控制与管理电路部分使用SPCE061A单片机以及键盘显示电路。

MAX038是一个精密高频波形产生器。

它能产生频率高达20MHz的正弦波、三角波、方波等脉冲信号，其压控振荡器的频率分粗调和细调两层控制。

在本电路中，用于粗调的控制电压（电流）由一个12位的DAC产生，使输出频率近似等于N倍基准频率。

而细调电压则由数字锁相电路MC145151和环路滤波器MAX427产生，由锁相反馈环将频率fo = Nfr锁定。

这种方案的优点是频率合成器工作更可靠，锁定更迅速。

另外MAX038还包括占空比调整电路、波形同步电路、相位检测电路、波形切换开关和电压基准源等电路，所需外部元件少，使用很方便。

控制和管理电路由SPCE061A单片机及外围电路组成。

其主要用于对键盘输入的波形和频率选择等数据进行译码，计算出相应的控制参数，控制频率合成器输出正确的信号，并将其频率和波形参数用LED显示出来。

对于小型通用信号产生器而言，这是一个比较理的设计方案。

图2.1酒精浓度检测仪的原理框图第3章硬件介绍3.1传感器的选择本课题选用的是MQ3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。

MQ3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。

二者之间的关系表述为：RS／RL=(VC-VRL)／VRL，其中VC为回路电压为10V。

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如图3所示，标准回路如图4所示，传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度的关系图如下图所示。

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，一般在测量前需将传感器预热5分钟。

图3.1传感器结构和外形图图3.2传感器标准回路图图3.3传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度之间的关系3.2 LCD显示器的的选择LCD显示的中文名称是液晶显示，LM-420带显示屏的网络型温度湿度采集独立报警模块(自带传感器，可独立控制声光报警器)。

LM-420是一种新型的温度或温湿度采集模块，利用它可以实现现场温度值、相对湿度值的采集，同时利用其自身的RS－485总线串行通信接口可以方便地和机房监控主机或其他工控主机进行联网。

工作于-40℃～85℃工业级温湿度采集模块，采集温度范围为－40℃～＋85℃，精度0.1℃；相对湿度范围0～100%，精度0.5% 。

LM-420温湿度采集模块可通过隔离的485通讯接口与RS－485局域控制网组网连接，RS－485最多允许32个温湿度采集模块挂在同一总线上，但如采用Link-Max的RS －485中继器，则可将多达256个温湿度采集模块连到同一网络，且最大通信距离为12 00m。

在将温湿度采集模块安装入网前，应对其进行配置，并首先应将模块的波特率与网络的波特率设为一致，同时应分别设置温湿度采集模块为不同的地址，防止各温湿度采集模块的地址冲突。

将温湿度采集模块正确连接后，主机发出读数据命令即可使温湿度采集模块将数据送回主机。

温湿度采集模块内的数据每秒钟更新一次，并周期性地更新LCD显示屏的显示数据。

LM-420是功能最多的型号，除可完成温度采集、湿度采集外，还可以预先设置温度、湿度的上下限报警值，当环境参数超过该设定值时，机内蜂鸣器立即响起报警声，同时LM-420机内的继电器吸合，可以用来控制一个声光报警器（警号），不用主机也可实现自主报警，让现场管理人员第一时间地作出应对措施。

LM-420智能温湿度采集模块是一种具有广泛应用前景的全数字化温湿度采集模块，使用该模块可使计算机房的环境监控变得十分容易，监控主机可方便地进行机房的各重要区块的温湿度数据采集，同时简化了整个机房监控系统，而机房监控系统的可靠性也得到了提高。

因此，该模块在机房监控系统、电力系统和工业自动化等领域获得广泛的应用，具有极优的性价比。

性能参数∙输入响应时间（模块内数据更新率）为1秒同步测量∙1路隔离的485, MODBUS RTU通讯协议∙采用RS－485二线制输出接口时，具有＋15kV的ESD保护功能∙速率（bps）可在1200、38400、57600、115200中选择∙可选的双协议通讯功能，客户可要求具有ASCII码格式或十六进制格式通讯协议∙当指令为ASCII码格式时，适合于微机编程接口；指令为十六进制格式时，适合于单片机编程接口∙可设置的温度湿度上下限报警功能（仅LM-420）∙可设置的的时间：月、日、时、分、秒、24小时或AM/PM（仅LM-420）∙可存储并显示曾经最大最小的温度湿度值，断电保持（仅LM-420）∙精度等级：温度为0.2级；湿度为0.5级∙供电电源：＋7.5～30V∙功耗小于0．1W∙工作温度范围为－40℃～＋85℃∙存贮条件为－40℃～＋85℃（RH：5％～95％不结露）∙体积为106mm×98mm×22mm∙安装方式：壁挂式安装孔；内置斜撑支架也可桌面摆放图3.4 LCD显示器和单片机连接原理图图3.5声光报警电路连接图3.3LED发光二极管的选择普通发光二极管的正向饱和压降为１．６Ｖ～２．１Ｖ, 正向工作电流为５～２０ｍＡ（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。

超过此值，LED发热、损坏。

（2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。

超过此值可损坏二极管。

（3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。

超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。

（4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。

低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。

按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度<10mcd）；超高亮度的LED（发光强度>100mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。

一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。

除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。

由于发光二极管具有最大正向电流IFm、最大反向电压VRm的限制，使用时，应保证不超过此值。

为安全起见，实际电流IF应在0.6IFm以下；应让可能出现的反向电压VR<0。

6VRm。

超亮发光二极管有三种颜色，然而三种发光二极管的压降都不相同。