酒精浓度测试仪的设计与研究

滕云飞 史秀男 沈阳工学院

酒精浓度测试仪的设计与研究

滕云飞 史秀男 沈阳工学院

综观现有的酒精检测器系统以单片机AT89S52单片机为基础，并借助相应的外围电路，将检测结果通过LED、LCD等显示方式告知使用者。本设计用的MQK2酒精传感器就是一种对气体敏感的化学传感器，它能随着外部气体的浓度或不同而改变敏感膜的电阻。同时采用了DS18B20温度采集，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。系统选AT89S52单片机为控制核心，对检测到的气体状况进行相应的处理分析、处理和显示，并通过报警进行提示。

AT89S52 传感器 A/D转换器 DS18B20

气体检测仪器仪表行业的广阔前景、快速发展及较高利润水平，也吸引了相关工业仪器仪表巨头的高度关注。部分工业仪器仪表巨头迅速调整方向介入气体检测仪器仪表行业，市场竞争越来越激烈。可以预见国内一些小型的酒精浓度检测仪器企业面临洗牌的危险，而规模相对较大的企业也需要加强研发和技术创新，扩大生产规模，提高市场占有率，并迅速建立核心气体传感器研发和生产能力，以便尽快做大做强，才有足够实力与跨国巨头竞争。

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有如下关系：

其中，BAC代表血液酒精浓度，BrAC表示呼气酒精浓度，in mg／L表示以每升中多少毫克为单位。也就是说，以毫克／升为单位的血液酒精浓度在数值上相当于以毫克／升为单位的呼气酒精浓度乘上系数2200(由于各国的情况不同，在美国此系数采用2000，而欧洲很多国家采用2100)。由于BrAC受到环境温度、湿度以及被测试者个体差异等多方面影响，其测试结果不如直接检测BAC准确，但是该结果仍可作为判断饮酒程度的重要参考。我国对酒后驾驶的判定界限为10～30g/100L(血液中的酒精浓度)。

模数转换采用ADC0804，对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。ADC0804有20个引脚，其中11-18管脚为数字信号输出端，与单片机P1口相连；cs为片选端，接单片机P3.5口，当cs接低电平时ADC0804开始工作，WR接P3.6口，当WR变为低电平再跳变为高电平后启动A/D转换，RD接单片机P3.7口，当RD由低电平跳变为低电平时，单片机读走A/D转换完的数字信号。键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实现，并产生键编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘。而靠软件编程来识别的称为非编码键盘；在单片机组成的各种系统中，用的最多的是非编码键盘。非编码键盘有又分为：独立键盘和行列式（又称为矩阵式）键盘。本设计采用3个独立键盘来输入数字量，三个键盘分别接单片机P2.0，P2.1，P2.2。使用时先将键盘借口初始化，即将P2.0～P2.2全部置1，然后判断是否有键按下，若键盘输入端变为低电平，表明此键盘按下，在软件编程时，注意键盘消抖。为充分加热传感器的电热丝，在系统初始化完成后，首先启动DS18B20，显示当前环境温度同时开始预热，时间大约30s。30s计时到后，并等待用户的按键操作，若未检测到任何按键按下，系统进入待机状态。系统共分3个按键K1、K2、K3，分别接至单片机P2.0-P2.2口，初始化时将P2.0-P2.2置1，当检测到输入端为低电平时表示有键按下，通过软件5ms延时，消除键盘抖动。在待机状态时若按下K1键提示被测者吹气，若检测过程中需要取消测试，可按K2键，此时系统放弃测试，并可回到待机状态。考虑到环境、湿度以及被测试者的个体差异等因素，有时需要修改浓度的警戒值，在待机状态下，按下K3，数码管上将显示当前设置值，此时按下K1、K2可调节警戒值。每按一次K1值可将报警浓度上调0.02mg/L（最高到0.72mg/L），按下K2则下调0.02mg/L(最低到0.04mg/L)，调整完后再按下K3值可保存新的警戒值。当开始检测时，采样传感器的输出信号，并准备A/D转换。每隔50ms采集一个电压值，共采集10个，取其中最大的3个结果，并计算其平均数。在单片机按键在闭合和断开时，触点会存在抖动现象。一般消抖的方法有硬件消抖和软件消抖。本设计采用软件办法消除键盘抖动，即当键盘按下后，先延时10ms再判断该键盘是否按下，若此时键盘仍然按下，则表明此键盘确实被按下。同时应在松手时进行松手检测，方法如上。

本文设计了基于单片机的酒精浓度检测仪，设计过程包括了硬件电路设计和软件程序的编写两部分。硬件电路部分结构简单、使用方便、适合大众化使用。软件部分采用模块化设计思想，各个子程序的功能相对独立，便于调试和修改。通过软、硬件联合调试，实验结果满足设计基本要求，达到设计目标。

史秀男（通讯作者），沈阳工学院信息与控制学院通信教研室，讲师。