劉雨佳

摘 要 隨著經(jīng)濟的騰飛，社會也在日新月異的發(fā)展，人們的生活水平和娛樂方式在發(fā)生著改變，其中許多娛樂活動都離不開酒，但是這也引發(fā)了許多問題。導(dǎo)致交通事故的重要原因之一就是酒后駕車，交警在執(zhí)法現(xiàn)場可以通過檢測司機呼出氣體中酒精氣體濃度來判斷是否有酒駕嫌疑。酒精濃度探測儀日益受到重視，使用范圍也逐漸擴大，例如在一些需要控制空氣中酒精氣體濃度的場所，可以使用它來對氣體監(jiān)測。隨著物質(zhì)生活的極大豐富，酒精濃度探測儀也會有更好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 酒精探測儀 單片機 MQ-3

中圖分類號：TP309.1文獻標(biāo)識碼：A

本研究設(shè)計的酒精濃度探測儀是一款實用性強、安全可靠的酒精氣體濃度探測工具，傳感器部分采用MQ-3型氣體傳感器對待測氣體中的酒精氣體濃度進行檢測，將模擬信號進行A/D轉(zhuǎn)換后，核心部分用AT89S51型單片機對采集到的數(shù)據(jù)進行分析、處理，最后把經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)，通過液晶屏顯示出十進制數(shù)字。此外，在系統(tǒng)中還可以根據(jù)不同的需要設(shè)定或修改閥值，若所檢測到的濃度超過閥值，就會發(fā)出聲光信號進行報警提示。

1系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計

AT89S51芯片是酒精濃度探測儀的一個核心部分，是將傳感器采集到的電信號進行調(diào)理、分析的重要元件。芯片有40個引腳，引腳結(jié)構(gòu)與80C51芯片相同，在這里就不作具體介紹。其中有4個8位的并行I/O端口，分別記作P0、P1、P2、P3，這32個I/O口是單片機與外部聯(lián)系的重要通道。整個系統(tǒng)的電路設(shè)計比較簡單，總共使用了23個引腳，大致分為五個部分：P1口連接S2、S3獨立按鍵，采集閥值調(diào)整信息;P0口與LCD顯示器相連，通過軟件編程控制顯示器顯示酒精濃度;P3口連接報警模塊，當(dāng)采樣數(shù)據(jù)中的酒精濃度超過閥值時，通過P3.2口控制發(fā)光二極管和蜂鳴器發(fā)出指示信號;P2口與ADC0832芯片連接，將傳感器采集的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后輸入單片機進行分析、處理;XTAL1與XTAL2端口接片外晶體組成內(nèi)部時鐘。

傳感器模塊的設(shè)計中，傳感器是酒精濃度探測儀的關(guān)鍵部分，只有先采集到要探測的信息，才能在后續(xù)的系統(tǒng)中進行一系列處理。使用氣敏型傳感器對氣體探測時，重點要注意干擾氣體對靈敏度的影響。其外形前一章節(jié)我們已經(jīng)介紹過。經(jīng)過調(diào)理，采集到的原始信號被轉(zhuǎn)換成電壓信號，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送入單片機處理。該傳感器模塊的設(shè)計方便與單片機系統(tǒng)接口組成檢測儀器，信號輸出0～5V電壓，并且酒精濃度越高，輸出電壓越高。MQ-3型傳感器的敏感部分由微型Al2O3陶瓷管和SnO2敏感層構(gòu)成，加熱器內(nèi)有鎳鉻合金電阻絲，在敏感電阻工作時提供合適的工作溫度。傳感器一共有六個引腳，其中兩個用于加熱器，其余四個用于電壓輸出，標(biāo)準(zhǔn)回路由兩部分組成。

在報警顯示模塊設(shè)計時，在系統(tǒng)成功測定到酒精氣體濃度后，需要將濃度用字母、數(shù)字等方式顯示出來。SMC 1602液晶屏是一種用來顯示字母、數(shù)字、符號等內(nèi)容的點陣型液晶模塊，它由若干個5？或者5？1等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。其中第15、16腳為背光源的電源，3號端口VO外接一電阻R分壓，用來調(diào)整顯示對比度，接電源VCC時得到最低的對比度，接地時得到最高的對比度。按照此原理，對比度可以通過外接電阻大小直接調(diào)整。液晶屏的RS、E/W和E控制引腳、第7—14數(shù)據(jù)引腳接單片機的P0端口。

2系統(tǒng)的軟件設(shè)計

支持51單片機的編程語言有：51匯編、PL/M宏匯編、C51、BASIC等。相比于匯編語言，C語言具有在功能性、可讀性、結(jié)構(gòu)性、可維護性上的明顯優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。

C語言是由Pascal語言演變而來的一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言。主要優(yōu)點：規(guī)模最?。P(guān)鍵字少）、書寫自由、可移植性好、表達能力強（豐富的數(shù)據(jù)類型、結(jié)構(gòu)、運算符）、結(jié)構(gòu)好（程序基本單位是函數(shù)）、可直接控制硬件資源（物理地址訪問能力）、目標(biāo)代碼質(zhì)量高（接近或超過匯編代碼）。主要缺點：語法定義不嚴(yán)格（出錯檢查難）、運算符優(yōu)先級復(fù)雜。

Keil編譯軟件是德國Keil Software公司出品的單片機集成開發(fā)軟件，使用方便、代碼緊湊并且可以運行在Windows XP/Win7等操作系統(tǒng)下，優(yōu)于其他多種編譯器，非常適合我們使用。從實用性和語言的熟悉程度考慮，本實驗采用C語言編制程序設(shè)計，用Keil編譯器進行編譯。

3系統(tǒng)調(diào)試與測試

在硬件調(diào)試中要注意的幾點問題：

（1）電路板焊接結(jié)束后，不能立刻上電。先用萬用表測量電源VCC與GND端是否短路，如果短路馬上檢查電路。確定沒有短路之后，可以進行下一步對元器件引腳的檢查，一是檢查有沒有虛焊、漏焊和導(dǎo)線焊接短路的情況，二是在此復(fù)查各元器件的設(shè)計，防止焊錯引腳影響到模塊的實現(xiàn)。

（2）經(jīng)過檢查電路，確保焊接沒有問題后，可以接通USB電源，用萬用表電壓檔測量5V和GND之間的電壓是否正常，如果電壓不正常，則立刻斷電，按照上一步的檢查方式逐一排查。

最后進行實物測試，通上電源，在測試前讓傳感器預(yù)熱3-5分鐘。警察檢測駕駛員是否酒駕時一般是直接對著測量儀器管吹氣，如果要用吹氣的方式探測，可以加裝吹氣套筒以避免空氣中雜質(zhì)的干擾，否則氣體濃度顯著下降。為了方便觀察，實物測試時用一小團棉花蘸取酒精溶液，放在傳感器前，使其進行感應(yīng)。本次測試所得酒精濃度為92mg/L，系統(tǒng)設(shè)定的閾值為80mg/L，已經(jīng)超過設(shè)定的閾值，系統(tǒng)報警。經(jīng)過多次測試，結(jié)果顯示，系統(tǒng)的精確性較高，能夠滿足設(shè)計的要求，達到了預(yù)先的目的。