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1、酒精浓度测试仪的设计摘 要：本研究设计的酒精浓度测试仪是一款实用性强、安全可靠的气体乙醇浓度检测工具，采用高精度MQ-3乙醇气体传感器对空气中的乙醇浓度进行检测，利用宏晶公司高性能低成本单片机STC12C5A16AD对检测信号进行A/D转换和处理，最后通过液晶屏显示输出。本研究设计的酒精浓度测试仪还具有醉酒阈值设定功能，可以根据法律法规或用户需要设定修改醉酒阈值，并进行保存。关键词：单片机 A/D转换和处理 醉酒阈值 MQ-3乙醇气体传感器Alcohol concentration test instrument Abstract：This study design alcohol teste
2、r is a new practical, safe and reliable gas ethanol concentration testing tool, Adopting high precision MQ - 3 ethanol gas sensors to detect the concentration of ethanol in the air, the use of macro crystal company high performance low cost STC12C5A16AD microcontroller to detection signal A/D conver
3、sion and processing, finally through the LCD screen display output. This study design alcohol tester also has drunk threshold setting function, can according to laws and regulations or the user need to set modify drunk threshold, and save.Keywords：Scm A/D conversion and processing Drunk threshold MQ
4、 - 3 ethanol gas sensor目 录第一章 绪论11.1本课题的研究的背景以及现实意义11.2关于本课题的简介21.3课题论述总体结构安排2第二章 硬件设计32.1设计框图32.2乙醇信号检测及调理电路32.3单片机电路62.4显示电路82.5阈值存储92.6供电及程序下载电路10第三章 Protel硬件开发软件113.1 Protel软件组成113.2 PCB板设计12第四章 软件编程154.1软件流程图154.2主程序15第五章 酒精浓度测试仪的安装与调试235.1酒精浓度测试仪的注意事项235.1.1 手工焊接的基本概述235.1.2 元件清单235.2 酒精浓度测试仪的
5、实物调试245.2.1 USB转串口驱动安装245.2.2下载程序245.2.3调试说明26设计总结28致 谢29参考文献30附录31第一章 绪论1.1本课题的研究的背景以及现实意义自刑法修正案(八)和修改后的道路交通安全法正式实施，“醉酒驾驶”正式入刑。不仅交警部门，而且很多车主都期盼能够有便携仪器方便地测量气体酒精浓度，为安全驾驶提供保障，有效减少重大交通事故的发生。2000年以来，随着中国经济的高速发展，人民生活水平的迅速提高，中国逐渐步入“汽车社会”，酒后驾驶行为所造成事故越来越多，对社会的影响也越来越大，酒精正在成为越来越凶残的“马路杀手”。据有关资料统计，全世界每年因车祸丧生的人数
6、就超过60万人，留下永久性伤残者在400万以上，一般受伤者则不计其数。在许多国家，车祸已成为第一位意外死亡原因。此外，由交通事故造成的经济损失也相当惊人。据事故调查统计，大约50%60%的车祸与饮酒有关。中国公安部在2009年8月，在全国各地加强查处酒后驾驶的力度，以减少由酒后驾驶造成的恶性交通事故。要查处就涉及到检测人体内的酒精含量和使用设备来进行检测的问题。 图1-1 毕业设计设计产品1.2关于本课题的简介本研究设计的酒精浓度测试仪是一款实用性强、安全可靠的气体乙醇浓度检测工具，采用高精度MQ-3乙醇气体传感器对空气中的乙醇浓度进行检测，利用宏晶公司高性能低成本单片机STC12C5A16A
7、D对检测信号进行A/D转换和处理，最后通过液晶屏显示输出。本研究设计的酒精浓度测试仪还具有醉酒阈值设定功能，可以根据法律法规或用户需要设定修改醉酒阈值，并进行保存。酒精浓度测试仪如图1所示，由MQ-3乙醇气体传感器、STC12C5A16AD（或STC12C5A32AD）单片机、EEPROM存储电路、液晶屏和键盘组成。检测原理：当具有N型导电性的氧化物暴露在大气中时，会由于氧气的吸附而减少其内部的电子数量而使其电阻增大。其后如果大气中存在某种特定的还原性气体，它将与吸附的氧气反应，从而使氧化物内的电子数增加，导致氧化物电阻减小。半导体氧化物传感器就是通过该阻值的变化来分析气体浓度。从理论上说，要
8、判断是否是酒后驾驶，最简单可行的方法是现场检测驾驶人员呼气中的酒精含量。大量的统计研究结果表明，如果被测者深吸气后以中等力度呼气达三秒钟以上，这时呼出的气就是从肺部深处出来的气体，呼气中的酒精含量与血液中的酒精含量。 根据国家质量监督检验检疫局发布的车辆驾驶人员血液、呼气酒精含量阈值与检验(GB195222004)中规定，该规定指出，饮酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于20mg/100ml，小于80mg/100ml的驾驶行为。醉酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于80mg/100ml的驾驶行为。1.3课题论述总体结构安排第一章叙述了酒精浓度测试仪背景以及简介第二章
9、硬件设计。第三章主要讨论应用Protel硬件开发软件第四章软件设计第五章为酒精浓度测试仪安装与调试。第六章为总结和展望，总结本课题设计的总体思路，产品的功能以及对于产品功能升级等进行情景展望。第二章 硬件设计2.1设计框图本研究设计的酒精浓度测试仪框图如图1所示。MQ-3乙醇气体传感器输出信号经信号调理电路处理，输出随乙醇浓度变化的电压信号，该电压信号送入单片机系统，经AD转换，与设定的醉酒阈值进行比较，并显示或报警。图1 酒精浓度测试仪方框图2.2乙醇信号检测及调理电路MQ-3乙醇气体传感器可以应用用于机动车驾驶人员及其他严禁酒后作业人员的现场检测，也用于其他场所乙醇蒸汽的检测。其技术特点为
10、：l 对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择性l 快速的响应恢复特性l 长期的寿命和可靠的稳定性l 简单的驱动回路主要技术指标：MQ-3乙醇气体传感器灵敏度曲线如图2所示，其传感原理为气敏电阻的输出阻值随乙醇气体等浓度变化而变化。图2 MQ-3乙醇气体传感器灵敏度曲线Q-3乙醇气体传感器管脚与测试电路如图3所示。 (a) 管脚图 (b) 测试电路图3 MQ-3乙醇气体传感器管脚及测试电路MQ-3乙醇气体传感器及其调理电路原理如图4所示。其外形如图5所示。经过调理，检测信号由电阻值转变成电压值，便于后续电路进行A/D转换和处理。 图4 传感器及调理模块原理图 图5 MQ-3传感器模块外形图该传感器
11、模块具有如下特点，方便与单片机系统接口组成检测仪器。l 具有信号输出指示。l 双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）l TTL输出有效信号为低电平。(当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机) l 模拟量输出05V电压，浓度越高电压越高。2.3单片机电路本设计选用宏晶公司高性能单片机STC12C5A16AD，其管脚如图6所示。图6 STC12C2052AD单片机管脚图该芯片为52内核8位单片机，内部集成了10位多路A/D转换模块，适用于常用检测电路。由STC12C5A16AD组成的单片机系统原理图如图7所示。图中AOUT为MQ-3传感器模块输出的检测电压信号，送入ADC7端口进行处理，DOU
12、T为传感器模块输出的数字电平信号，该信号可以根据乙醇气体浓度直接输出报警信号，报警阈值通过模块上的电位器进行调节。图7 单片机系统原理图 图7中，按键K2和K3为醉酒阈值调整键，其中K2为“增加”，K3为“减小”按键。L2和L3为报警指示灯，分别可以进行酒后和醉酒两级报警。2.4显示电路 显示部分采用SMC 1602液晶屏进行数据显示，其主要技术参数为：表1 液晶屏技术指标接口信号说明如表2所示。与单片机接口电路如图8所示。其中J2的3脚为背光引脚，R9和R10电阻用于调节背光亮度。J2的4、5、6引脚分别接液晶的RS、E/W和E控制引脚，J2的714引脚为数据引脚。图8 LCD与单片机接口电
13、路2.5阈值存储醉酒阈值存储在EEPROM芯片AT24C04中，并可以通过 “增加”、“减少”按键调节并保存。AT24C04是IIC接口的EEPROM芯片，可以用于掉电不易失数据的存储。其电路如图9所示。图中A0、A1和A2为芯片的地址引脚，一般接地即可。SCL和SDA为AT24C04和单片机IIC通信的时钟线和数据线。图9 EEPROM存储电路2.6供电及程序下载电路本设计采用USB接口供电，电源电压5V。同时，USB接口通过内含PL2303芯片的转换电路对单片机进行程序编写。其电路原理如图10所示。图10 供电及程序下载电路第三章 Protel硬件开发软件3.1 Protel软件组成Pro
14、tel软件主要由电路原理图设计模块、印制电路板设计模块（PCB设计模块）、电路信号仿真模块和PLD逻辑器件设计模块等组成，各模块具有强大的功能，可以很好的实现电路设计与分析。(1) 原理图设计模块（Schematic模块）电路原理图是表示电气产品或电路工作原理的重要技术文件，电路原理图主要由代表各种电子器件的图形符号、线路和结点组成。图4.1所示为一张电路原理图。该原理图是由Schematic模块设计完成的。Schematic模块具有如下功能：丰富而灵活的编辑功能、在线库编辑及完善的库管理功能、强大的设计自动化功能、支持层次化设计功能等。 (2) 印制电路板设计模块（PCB设计模块）印制电路板
15、（PCB）制板图是由电路原理图到制作电路板的桥梁。设计了电路原理图后，需要根据原理图生设计成印制电路板的制板图，然后在根据制板图制作具体的电路板。印制电路板设计模块具有如下主要功能和特点：可完成复杂印制电路板（PCB）的设计；方便而又灵活的编辑功能；强大的设计自动化功能；在线式库编辑及完善的库管理；完备的输出系统等。(3) 电路信号仿真模块电路信号仿真模块是一个功能强大的数字/模拟混合信号电路仿真器，能提供连续的模拟信号和离散的数字信号仿真。它运行在Protel的EDA/Client集成环境下，与Protel Advanced Schematic原理图输入程序协同工作，作为Advanced Schematic的扩展，为用户提供了一个完整的从设计到验证仿真设计环境。在Protel中进行仿真，只需从仿真
