基于單片機(jī)的酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì)

夏雪 王建華 劉博

摘 要：按照測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)的要求功能，使用單片機(jī)搭以其它硬件對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過對(duì)電路的設(shè)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)酒精測(cè)試儀的各個(gè)模塊的指標(biāo)要求。并通過對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，結(jié)果表明，測(cè)試準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；酒精濃度；測(cè)試

中圖分類號(hào)：TP216 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）20-0078-02

Abstract： According to the required functions realized by the tester， the single-chip microcomputer is used to design each module with other hardware. Through the design analysis of the circuit， the index requirements of each module of the alcohol tester are realized. And through the design of the software， and debugging and testing， the results show that the test is accurate， the structure is simple， and the stability is strong.

Keywords： single-chip microcomputer； alcohol concentration； test

1 酒精濃度測(cè)試原理

血液酒精濃度與呼出來氣體中的酒精含量存在著一定的線性關(guān)系。一般認(rèn)定，呼出來氣體酒精濃度（BrAC）的比例與血液酒精濃度（BAC）為1：2100，即

而通過傳感器進(jìn)行酒精濃度測(cè)量，再利用單片機(jī)進(jìn)行編程檢測(cè)，可以將進(jìn)行檢測(cè)的氣體BrAC值轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)酒精濃度，判斷飲酒的程度。

2 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和測(cè)試原理，其設(shè)計(jì)方案的硬件電路由控制電路、顯示電路、轉(zhuǎn)換電路、語音播報(bào)電路組成。

2.1 傳感器信號(hào)采集電路

本系統(tǒng)采用MQ-3型半導(dǎo)體酒精傳感器，MQ-3是由二氧化錫的N型半導(dǎo)體材料制成的。當(dāng)其表面被酒精氣體分子吸附時(shí)，表面電阻會(huì)隨著被測(cè)氣體濃度的變化而變化，并且這是一個(gè)可逆的變化。

2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路

模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的功能是將連續(xù)改變的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的數(shù)字量，是作為模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)之間連接的通道。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路是本系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其性能的優(yōu)劣直接影響整個(gè)系統(tǒng)的好壞。ADC0809八路分時(shí)采集模擬信號(hào)的功能，內(nèi)置八路模擬選擇開關(guān)，還有相應(yīng)的通道防止鎖存用譯碼電路。

2.3 LCD1602顯示電路

LCD1602顯示模塊的尺寸結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2.4 單片機(jī)系統(tǒng)

8位微控制器STC89C52與51系列單片機(jī)相兼容，24MHZ的8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器全靜態(tài)操作，具有低功耗空閑和掉電模式、性能高的特性，還具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，是一種很實(shí)用的單片機(jī)芯片。

時(shí)鐘電路和復(fù)位電路：單片機(jī)的時(shí)鐘電路一般有兩種電路方式：內(nèi)部振蕩方式與外部振蕩方式。單片機(jī)CPU在每執(zhí)行一條指令的時(shí)候，都必須控制在由時(shí)序控制電路發(fā)出的統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖下。在單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，它是構(gòu)成震蕩器的一部分，放大器的輸入/輸出端為XTAL1，XTAL2。但時(shí)鐘電路的形成還需額外的附加電路。

選用內(nèi)部時(shí)鐘方式來設(shè)計(jì)這次電路的同時(shí)，利用單片機(jī)內(nèi)部的高增益反相放大器放大數(shù)據(jù)量，而外部電路可以由一個(gè)晶振和2個(gè)電容來構(gòu)成。

3 程序設(shè)計(jì)

3.1 軟件部分各子程序

3.1.1 液晶顯示電路程序設(shè)計(jì)

顯示電路程序可以根據(jù)功能劃分為：顯示開機(jī)界面、顯示提示界面、顯示閾值設(shè)定界面、顯示測(cè)量界面。

3.1.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)

ADC0809性能有功耗低，轉(zhuǎn)換時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。開始后，通過調(diào)用A/D采集子程序，判斷是否轉(zhuǎn)換完，如果是，則讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，否則重新進(jìn)行判斷步驟。

3.2 系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì)如圖2。

4 數(shù)字電子秒表的安裝與調(diào)整測(cè)試

經(jīng)過硬件安裝，及進(jìn)行軟件調(diào)試后，調(diào)用編程器和編程軟件，進(jìn)行調(diào)整測(cè)試。根據(jù)顯示界面提示信息，進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。通過對(duì)閾值的設(shè)定，把氣敏傳感器靠近酒精瓶口，觀察LCD顯示的數(shù)值。超過閥值后看喇叭是否發(fā)聲及LED是否被點(diǎn)亮。把酒精傳感器遠(yuǎn)離酒精瓶口，隨時(shí)間過去，觀察顯示器上的數(shù)值程下降趨勢(shì)。直到小于所設(shè)定的閾值時(shí)，使用喇叭聲停止發(fā)出警報(bào)，此時(shí)LED也被熄滅聯(lián)調(diào)后進(jìn)新實(shí)物測(cè)試，溶液A是用5%酒精溶度稀釋而成，大約2.5%的溶液。溶液B是用45%酒精溶度稀釋而成，大約15%的溶液。溶液C是用95%酒精溶度稀釋而成，大約40%的溶液。溶液D是用95%酒精溶度稀釋而成，大約85%的溶液。進(jìn)行5次試驗(yàn)，如表1。

測(cè)試中，打開軟件，調(diào)用已畫好的原理圖，選擇圖中的單片機(jī)并選擇已經(jīng)寫好的程序文件載入，成功后進(jìn)行仿真，觀測(cè)結(jié)果，在針對(duì)不足加以修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)包含硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件程序的編寫兩部分。硬件電路具有結(jié)構(gòu)簡單、方便實(shí)用的特點(diǎn)。軟件程序采取模塊化設(shè)計(jì)思想，且每部分子程序都使用獨(dú)立的功能進(jìn)行封裝，易于進(jìn)行修改和調(diào)試。經(jīng)過軟、硬件聯(lián)調(diào)，試驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)基本要求，符合設(shè)計(jì)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]辛慧娟.基于單片機(jī)的車載酒精濃度測(cè)試儀的設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2017，25（14）：82-85.

[2]萬隆，巴奉麗.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.