基于單片機(jī)ADuC842的酒精測(cè)試儀設(shè)計(jì)

1、.基于單片機(jī)ADuC842的酒精測(cè)試儀設(shè)計(jì)-電氣論文基于單片機(jī)ADuC842的酒精測(cè)試儀設(shè)計(jì) 邵婷婷，董軍堂，王卓（延安大學(xué)物理與電子信息學(xué)院，陜西延安716000）摘要：設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)ADuC842的酒精測(cè)試儀，并介紹該系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。呼氣中的酒精信息由氣敏傳感器MQ-3采集，送到單片機(jī)ADuC842進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和處理，將檢測(cè)的酒精濃度通過LCD1602實(shí)時(shí)顯示，另一方面與預(yù)設(shè)的酒精濃度閾值范圍比較并給出報(bào)警等級(jí)。實(shí)驗(yàn)樣機(jī)測(cè)試表明，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，呼氣酒精濃度測(cè)量范圍為00.72 mg/L，誤差不超過0.03 mg/L，可用于駕駛員酒精濃度的自我檢測(cè)和監(jiān)控。關(guān)鍵詞：

2、酒精濃度測(cè)試儀；氣敏傳感器MQ-3；單片機(jī)ADuC842；駕駛員酒精濃度檢測(cè)中圖分類號(hào)：TN710-34；TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-373X（2015）12-0102-03收稿日期：2014-12-04基金項(xiàng)目：延安大學(xué)教學(xué)改革基金項(xiàng)目（YDJG14-13）；延安市科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（14KG-02）近年來(lái)，汽車數(shù)量的增加使交通安全成為全球性的重大問題，其中酒后駕車是引發(fā)交通事故的主要原因之一1。確定駕駛?cè)藛T是否酒駕，一般是交警采用呼氣式酒精測(cè)試儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，或者到醫(yī)院采血進(jìn)行血液酒精檢測(cè)，這兩種方法均是交警到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行隨機(jī)抽檢，所以檢測(cè)面窄、效率低2。本文從駕

3、駛?cè)藛T的角度出發(fā)，探索設(shè)計(jì)了一款便攜式的酒精測(cè)試儀，駕駛?cè)藛T可進(jìn)行自我檢測(cè)，確定是否屬于酒后駕車、是否醉駕，得到最初的警報(bào)提示。實(shí)驗(yàn)樣機(jī)測(cè)試表明，設(shè)計(jì)的樣機(jī)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示酒精濃度，誤差范圍不超過0.03 mg/L，并可實(shí)現(xiàn)3個(gè)等級(jí)的報(bào)警提示。1 測(cè)量原理與系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)大量研究結(jié)果表明3，如果被測(cè)者深吸氣后以中等力度呼氣3 s以上時(shí)，呼出的氣就是從肺部深處出來(lái)的氣體。血液中的酒精濃度與呼氣中的酒精濃度有以下關(guān)系4：BAC(mg/L) = BrAC(mg/L) × 2 200式中：BAC為血液中的酒精濃度；BrAC為呼氣中的酒精濃度；2 200為系數(shù)，因各國(guó)情況不同其值也略有不同，如在美

4、國(guó)采用2 000，歐洲等很多國(guó)家采用2 100。雖然BrAC 受到環(huán)境溫濕度和被測(cè)個(gè)體差異的影響，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不如直接檢測(cè)BAC準(zhǔn)確，但該結(jié)果仍可作為判斷飲酒程度的重要參考5。根據(jù)相關(guān)法律規(guī)定，駕駛員血液中酒精濃度與駕駛員行為類別的關(guān)系如表1所示6。對(duì)應(yīng)呼氣中的酒精濃度臨界值為0.09 mg/L和0.36 mg/L。 本系統(tǒng)以半導(dǎo)體型酒精傳感器MQ-3為呼氣中酒精濃度的采集電路，輸出的電壓信號(hào)送單片機(jī)ADuC842進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換和處理。根據(jù)電壓值可確定對(duì)應(yīng)檢測(cè)到的酒精濃度，并通過LCD1602實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)與預(yù)設(shè)的報(bào)警閾值比較，并給出是否正常、酒駕、醉駕的判斷結(jié)果。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。 2

5、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 酒精濃度采集模塊目前酒精濃度信號(hào)的采集一般采用燃料電池型和半導(dǎo)體型傳感器兩種。因燃料電池型傳感器結(jié)構(gòu)要求精密，在我國(guó)的應(yīng)用并不廣泛7。本文采用半導(dǎo)體型氣體傳感器MQ-3作為酒精濃度信號(hào)的采集模塊。該傳感器具有廣泛的探測(cè)范圍，適用于酒精檢測(cè)8，當(dāng)加熱35 min正常工作后，其阻值隨環(huán)境中酒精濃度的增加而減小，設(shè)計(jì)中通過與其串聯(lián)負(fù)載電阻上的輸出電壓獲得其阻值，因此傳感器的輸出電壓隨環(huán)境中酒精濃度的增大而增大。本設(shè)計(jì)的MQ-3電路連接圖如圖2所示。 相關(guān)資料顯示，MQ-3的輸出電壓信號(hào)同檢測(cè)到的酒精濃度近似為線性函數(shù)關(guān)系9，如圖3所示。當(dāng)檢測(cè)到的酒精濃度為0時(shí)，MQ-3的輸出電

6、壓為3 V，傳感器輸出電壓范圍超出了單片機(jī)ADuC842 內(nèi)部2.5 V 的基準(zhǔn)電壓10，因此本文在傳感器的輸出加上LM385Z-2.5 V 提供一個(gè)-2.5 V 的參考電壓，使單片機(jī)ADuC842的電壓輸入范圍變?yōu)?.52.5 V，符合單片機(jī)基準(zhǔn)電壓的范圍。2.2 主控模塊本設(shè)計(jì)采用ADuC842單片機(jī)作為主控芯片。該芯片基于8052 內(nèi)核，內(nèi)部集成8 路12 位高速帶自校準(zhǔn)功能的A/D轉(zhuǎn)換，可提供62 KB片上閃存/電擦除程序存儲(chǔ)器，4 KB閃存/電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且功耗低、體積小、技術(shù)成熟、產(chǎn)品性價(jià)比高，滿足系

7、統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。本系統(tǒng)呼氣中的酒精濃度采集由單片機(jī)ADuC842 片上的12 位高速A/D 完成，選擇ADCCON1通道作為電壓信號(hào)的輸入通道，進(jìn)入單片機(jī)后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并根據(jù)圖3的近似關(guān)系計(jì)算出對(duì)應(yīng)的酒精濃度值，一方面通過LCD1602實(shí)時(shí)顯示呼氣酒精濃度，另一方面與預(yù)設(shè)的兩個(gè)臨界值0.09 mg/L和0.36 mg/L進(jìn)行比較，從而控制對(duì)應(yīng)的報(bào)警電路及LCD顯示結(jié)果。 2.3 顯示和報(bào)警模塊本設(shè)計(jì)的顯示部分采用LCD1602，該液晶顯示器可視面積大，硬件電路簡(jiǎn)單，控制方便，技術(shù)成熟。本系統(tǒng)中LCD1602 不但實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)到的酒精濃度值，并且根據(jù)比較的結(jié)果顯示不同的字樣。報(bào)警部分采用綠色、

8、黃色和紅色三個(gè)LED 燈以及蜂鳴器實(shí)現(xiàn)，如果檢測(cè)的酒精濃度小于0.09 mg/L，則綠燈亮，LCD 顯示“正?！?，蜂鳴器不響；如果介于0.09 mg/L 和0.36 mg/L，則黃燈亮，LCD顯示“酒駕”，蜂鳴器報(bào)警；如果大于0.36 mg/L，則紅燈亮，LCD顯示“醉駕”，蜂鳴器報(bào)警。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)軟件部分采用模塊化設(shè)計(jì)，通過Keil公司開發(fā)的Vision 3編譯器用C51語(yǔ)言編寫，主要由主程序、初始化子程序、A/D 采樣子程序、酒精濃度和電壓轉(zhuǎn)換子程序、酒精濃度顯示及其比較判斷子程序和報(bào)警子程序等組成，其主程序流程圖如圖4所示。4 結(jié)語(yǔ)本文從駕駛?cè)藛T的角度出發(fā)，利用半導(dǎo)體氣體傳感器

9、MQ-3，基于單片機(jī)ADuC842設(shè)計(jì)了一款便攜式酒精測(cè)試儀。實(shí)驗(yàn)樣機(jī)測(cè)試表明，該酒精測(cè)試儀的測(cè)量范圍為00.72 mg/L，誤差范圍不超過0.03 mg/L。該酒精測(cè)試儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，功耗體積小，閾值范圍設(shè)定與國(guó)家相關(guān)法律規(guī)定一致，駕駛?cè)藛T在開車前可以自行檢測(cè)、監(jiān)控呼氣中的酒精濃度，確定是否適合駕駛。若改變閾值的范圍還可應(yīng)用于酒廠生產(chǎn)和食品發(fā)酵等領(lǐng)域。作者簡(jiǎn)介：邵婷婷（1982），女，山東淄博人，講師，碩士。研究方向?yàn)橹悄苄畔⑻幚砼c智能控制。 參考文獻(xiàn)1 申林杰，肖凱，劉曉東.基于模糊推理原則的車載多傳感器全方位酒精檢測(cè)系統(tǒng)J.中北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，35（4）：479-4

10、84.2 孫丹，趙奎兵，段富海.基于CC1110的車載主動(dòng)酒精檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2013，21（5）：1150-1153.3 張艷麗，張紹楠，張猛.基于MSP430F149的酒精濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)J.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2009，28（10）：112-114.4 MCCAMMON K. Alcohol related motor vehicle crashes：deter-rence and intervention J. Ann Emer Med，2001，38（14）：415-422.5 譚秋林，許嬌，薛晨楊，等.基于C8051F040酒精濃度測(cè)試儀的研究J.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2009（10）：1378-1381.6 尹益燕，張永昌.基于AVR 單片機(jī)的酒駕檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)J.電子制作，2014（7）：66-67.7 蘭羽，白潔.基于AT89C51 的酒精濃度測(cè)試儀研究J.信息技術(shù)，2013（10）：74-76.8 袁捷.基于51單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)J.電子設(shè)計(jì)工程，2013，21（18）：173-175.9 徐京蓮，韓峻峰，潘盛輝