手持式酒精浓度测试仪的研制

中文题目手持式酒精浓度测试仪的研制英文题目DevelopmentofHandheldAlcoholConcentrationDetector摘要本文介绍的是一种手持式酒精浓度测试仪的设计方案，采用高精度MQ-3酒精气体传感器对空气中的酒精浓度进行检测，利用宏晶公司高性能低成本单片机STC12C5A32AD对检测信号进行A/D转换和处理，具有声光报警和显示功能。为了适应不同环境下的监测，可依据不同的环境设定不同的阀值，超过阀值即进行声光报警，。该设计方案的优点是硬件电路设计简单，软件功能采用C语言进行编写，方便灵活。该仪器具有灵敏度高、工作性能好、功耗低、成本低，性价比高等优点。能用于交通检测、酒厂及食品工厂发酵监控等场所。关键词：酒精浓度测试STC12C5A32ADMQ-3阈值AbstractThispaperintroducesadesignofaninstrumentwhichisusedtodetecttheconcentrationofthealcohol.ThealcoholintheairisdetectedbyahighprecisionsensornamedMQ-3.MCUisSTC12C5A32ADproducedbySTCcompany.Theanalog-to-digitalconversionisintegratedintheMCU.BothsamplinganalogsignalandprocessingdatacanbeaccomplishedbythiskindofMCU.Asthepriceischeapandfunctionisfully,theMCUhasahighcostperformance.WecanreadtheconcentrationofthealcoholfromtheLCDoftheinstrument.Oncetheconcentrationishigherthanthethresholdlevel,theinstrumentwillalarmthroughvoiceandlight.Thethresholdcanbesetaccordingtothecircumstance.Thedesignisconvenientandflexible.BecausethecircuitissampleandtheprogramiswritteninClanguage.Theinstrumenthastheadvantagesofhighsensitivity,goodworkingperformance,lowpowerconsumption,highperformancepriceratio.Itcanbeusedintrafficdetection,wineries,foodfactoriesandotherplaces.Keywords:AlcoholSTC12C5A32ADMQ-3Threshold目录第1章绪论...........................................11.1选题的依据及课题的意义.........................11.2国内外研究概况.................................11.3课题研究方法...................................31.4设计构成及研究内容.............................3第2章系统的工作原理与结构...........................52.1工作原理.......................................52.2智能酒精浓度检测仪的整体结构特点...............52.3结构框图.......................................6第3章检测仪的硬件设计...............................73.1单片机的选择...................................73.2传感器模块的设计...............................83.2.1MQ-3气敏传感器的结构和外形..............93.2.2MQ-3灵敏度特性曲线....................103.2.3MQ-3的标准工作条件和环境条件............103.2.4酒精浓度信号的采集......................113.3A/D转换模块..................................123.4按键设定阈值及阈值存储模块....................133.4.1按键电路的设计..........................133.4.2阈值存储电路设计........................143.5液晶显示模块..................................153.6声光报警模块..................................163.7供电及程序下载电路............................17第4章酒精浓度测试仪的软件设计.....................184.1液晶显示程序设计..............................184.2A/D转换程序设计..............................194.3报警程序设计..................................194.4整体软件控制流程..............................20第5章测试仪的调试及使用............................215.1系统稳定性测试................................215.2传感器的定标..................................215.3酒精浓度测试仪的使用方法及测试结果............23结论..................................................25参考文献..............................................26致谢..................................................27附录..................................................281第1章绪论1.1选题的依据及课题的意义由WHO的数据，2003年全球人均纯酒精消费量为6.2升，其中欧洲地区人均达11.9升，美洲地区人均为8.7升。酒精消费量最高的是俄罗斯及其周边的东欧国家，其次是欧洲其他国家。在人均国民生产总值（GDP）低于7000美元的低收入国家，酒精消费量和人均GDP有关，GDP越高这个国家或者地区的酒精消费量也就越高。而随着我国近年来经济水平和人民生活水平的不断提高，私家车的保有量越来越多，汽车成为代步工具也成了一种普遍的现象。伴之而来的是频繁发生的交通事故，尤其是因为酒后驾车所引发的交通事故，资料显示，近些年我国的重大交通事故有近三分之一为酒后驾车引起。司机过量饮酒会造成体内酒精浓度过高，神经受到麻痹，进而出现大脑反应不及时、肢体不受控制等危险情况，最终引起交通事故。因此，需要设计一种能够测试驾驶员体内酒精浓度的智能仪器，来确保司机安全驾驶，避免交通事故。此外，不论是工厂企业还是普通家庭，酒精泄露的检测、监控对居民的人身和财产安全都是十分重要和必要的。因此，酒精浓度测试仪具有十分广阔的实际应用价值和潜在的市场需求。1.2国内外研究概况20世纪以来，信息技术得到了快速的发展，传感器技术逐步走向成熟，在生产生活中得到了广泛的应用。由于在各个领域都有着非常重要的作用，因此，传感器正在向高精准、高可靠性、低功耗、微型化和智能数字化的方向发展。为了对醉酒者进行检2测，通常警察使用的是方便携带的气体酒精浓度测试仪。是否饮酒时通过检测司机呼出的气体来判断的，但是目前警察所使用的的酒精浓度测试仪只能显示司机是否饮酒，并不能测出酒精在醉驾者血液中的浓度，必须到医院进行血检才能测出醉驾者的酒精含量。英国内部为了简化这种繁琐的流程，研发了一种呼吸式超级酒精检测仪器，可以根据被测者的体温、呼吸频度等体征，现场对司机体内的酒精含量进行测量。由此可见，今后酒精浓度测试仪的主流是向高精度、高可靠性、低功耗以及微型化发展。到目前为止，有五种类型的检测设备能够对空气中的酒精含量进行检测，分别是半导体型、燃料电池型、气体色谱分析型、红外线型、和比色型。根据使用的方便程度，现在常用的是半导体型和燃料电池型两种。燃料电池作为一种环保型能源，在全世界得到了广泛的研究，在把可燃性气体转换成电能时并不产生污染。燃料电池型酒精传感器就是燃料电池其中的一种。燃料电池型酒精传感器的电极用的是贵金属白金，酒精进入燃烧室后，在燃烧室内特种催化剂的催化下，充分燃烧转换为电能，由此燃料电池的电极上便产生了电压，外接负载的存在使电能被消耗，燃料电池的电压与燃烧室内酒精的浓度是成正比的。相比半导体型酒精传感器，燃料电池型酒精传感器具备很多优点，如抗干扰性好、稳定性好以及精度高等。但是燃料电池酒精传感器的价格非常昂贵，相当于半导体价格的几十倍。因为燃料电池型酒精传感器要求具备非常精密的结构，导致制造难度也非常大，现在能生产的仅有美英德等少数几个国家。31.3课题研究方法（1）文献索引法：利用学校图书馆资料和文献及通过网络查询相关资料对本课题有足够深的了解，为本设计的具体模块电路做好理论准备。（2）调查法：与身边的同学和朋友进行交流，充分考虑本设计实现的功能，尽可能完善该设计的功能。（3）对比分析法：与目前市场上相关产品进行比较，发现该酒精检测仪存在的不足以及可以优化的部分，加以改进。1.4设计构成及研究内容本文设计的智能酒精浓度检测仪采用的是气敏传感器，属于半导体型，该传感器实质是个可变电阻，在它两端加以固定的电压，随着所处环境酒精浓度的升高阻值将进行线性变化，从而将酒精浓度的含量转变为电压的变化。该酒精检测仪以STC12C5A32AD单片机和气敏酒精传感器为核心，具有声光报警和LCD显示功能。为了满足不同环境下的监测，可根据不同的环境设置不同的阈值，超过阈值即进行声光报警，提示危害。采用C语言来实现其软件功能。本设计只要包括以下内容：（1）主控芯片的选择；在此设计中选择了C51系列单片机，熟悉C51系列芯片怎样控制外围硬件电路。（2）酒精浓度检测模块的设计；酒精浓度常用酒精传感器来检测，了解该传感器的工作原理，制作数据采集模块完成数据的采集。（3）A/D转换模块的设计；A/D转换器的选择，将采集的酒精浓度模拟信号进行转换后送至单片机存储、处理。4（4）键盘模块的设计；要通过键盘完成设定不同环境中酒精浓度的阈值。（5）声光报警模块的设计；超过设定的阈值直观地给予警示。（6）液晶显示模块的设计；准确显示出检测到的数据。（7）各个硬件模块电路衔接。（8）功能调试。5第2章系统的工作原理与结构2.1工作原理酒精浓度检测仪是用来检测所处环境中的酒精浓度的，并显示出检测的结果数值。而本设计所做的智能酒精浓度酒精检测仪除具有这个基本功能外，还可通过手动随意设置酒精浓度的阀值，以划定不同环境条件下酒精的安全界限，同时具有声光报警功能。它主要由酒精传感器、模数转换器、单片机、LCD显示、键盘模块以及声光报警部分组成。数据的采集由酒精传感器完成，酒精传感器将检测的酒精浓度转换为电信号，然后将电信号传递给模数转换器，经过模数转换器转换后，把转换后得到的数字信号传给单片机，单片机对所输入的数字信号进行分析处理，最后将分析处理的结果通过显示器显示出来。同时与根据键盘设定