基于89C51的酒精浓度测试仪的设计

摘要：私家车成了越来越多人的代步工具，由此引起的酒后驾车造成的交通事故也频频发生。本文设计了一款便携式的智能酒精浓度测试仪，采用89C51为核心处理器件，利用MQ3气敏传感器测量空气中酒精浓度，并转换为电压信号经A/D转换后传给单片机系统，由单片机及其外围电路进行信号的处理，显示浓度值以及超阈值声光报警。

关键词：酒精浓度 单片机 传感器 MQ3

1 概述

近年来，随着我国经济的高速发展，人民的生活水平迅速提高，越来越多的人有了自己的私家车，而酒后驾车造成的交通事故也频频发生。酒后驾车引起的交通事故是由于司机的过量饮酒造成人体内酒精浓度过高，麻痹神经，造成大脑反应迟缓，肢体不受控制等症状造成的。多年前交通管理者判定驾驶人员是否有饮酒只能靠主观判断、肉眼的观察和去医院进行血液中酒精含量的检测，这些不科学不及时的方法造成了很多不必要的误会和麻烦。为此，需要设计一款便携式智能仪器能够监测驾驶员体内酒精含量。

目前全世界绝大多数国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，以确定被测量者体内酒精含量的多少，以确保驾驶员的生命财产安全。本文设计了一款便携式的呼气酒精测试仪，该测试仪由89C51为核心处理器件，利用MQ3气敏传感器测量空气中酒精浓度，并转换为电压信号经A/D转换后传给单片机系统，由单片机及其外围电路进行信号的处理，显示浓度值以及超阈值声光报警。

2 系统设计

本设计属于单片机应用系统。首先确定系统的工作流程如图1所示。选择检测元件，在确定总体方案时，必须首先选择好被测参数的测量元件，它是影响控制系统精度的重要因素之一。选择执行机构，执行机构是微型机控制系统的重要组成部件之一。执行机构的选择一方面要与控制算法匹配，另一方面要根据被控对象的实际情况确定。

2.1 89C51单片机控制系统

本设计采用ATMEL公司的89C51作为控制器件，89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。89C51单片机系统结合传感器测量电路、A/D转换电路、声光报警电路、LED显示电路构成一个完整的单片机控制系统。该系统能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。

2.2 传感器的选择及数据采集

由于本设计直接测量的是呼气中的酒精浓度，再转换为血液中的酒精含量浓度，故采用气敏传感器。考虑到周围空气中的气体成分可能影响传感器测量的准确性，所以传感器只能对酒精气体敏感，对其他气体不敏感，故选用MQ3型气敏传感器。其有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。

传感器是将外界信息转换成电信号的装置，其中的电信号包括数字信号和模拟信号，数字信号可以通过电气隔离直接送给单片机或微型计算机进行处理，模拟信号则利用数据采集系统将多路被测量值转换成数字量，再经过单片机或微型计算机进行数据处理，实现实时测控。酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是0-5伏的电压值，所以是模拟信号。

2.3 A/D转换电路

在单片机应用系统中，被测量对象的有关变化量，如温度、压力、流量、速度、气味等非电物理量，须经传感器转换成连续变化的模拟电信号（电压或电流），这些模拟电信号必须转换成数字量后才能在单片机中用软件进行处理。实现模拟量转换成数字量的器件称为A/D转换器（ADC）。本系统采用ADC0809作为A/D转换器件。MQ3传感器输出的是0-5伏的电压值并且电压值稳定，外部干扰小等。因此，可以直接把传感器输出电压值经过ADC0809采集数据送入单片机进行处理。

2.4 LED显示及声光报警电路设计

本设计采用4只LED数码管来显示被测出来的酒精浓度值，数码管采用动态显示，就是将所有数码管的8个段码的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形。报警电路分为蜂鸣器报警电路和LED发光报警电路组成。

3 结论

本设计硬件电路简单，使生产成本降低，操作简单，对着仪器呼气后很短的时间内仪器将自动显示测量结果，同时还能进行声光报警提示。此外，本设计还可以应用于监测某一特定环境的酒精浓度，如酒精生产车间可避免发生起火、爆炸及工业场地酒精中毒等恶性事故，确保环境安全。

参考文献：

[1]何希才.传感器技术与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社，2005.

[2]陈继德.基于PIC16F877.呼气式酒精测试仪的设计[J].中国仪器仪表，2005(1):9-11.