基于STM32的便携式酒精浓度检测仪设计与实现测控毕业论文最终版Word格式文档下载.docx

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指导教师姓名（职称）：

论文提交日期：

2015年06月10日

基于STM32的便携式酒精气体浓度检测仪设计与实现

摘要

近年来，随着我国经济快速发展，给人们也带来了很多利益。

人们的生活和消费水平迅速提高，制造业也在快速地发展。

现在，私家车对于很多人来说已经不再是奢侈品了。

但是交通事故发生概率也大大增加了，尤其是由于酒后驾车而引起的。

如果饮酒过多，会造成体内酒精浓度过高，给饮酒者带来不良的生理反应。

例如，麻痹神经、肢体不受控制、大脑反应迟钝等等。

所以,过量饮酒者开车是一件非常危险的事情，但是少量饮酒并不会有上述症状。

因此，我们需要设计一个能够检测驾驶员体内酒精含量的智能仪器。

目前，许多国家采用呼气酒精检测仪来检测驾驶员体内的酒精含量。

在本课题中使用MQ-3气体传感器采集数据，经过STM32单片机处理，如果浓度值超过标准，系统将给予声光报警，并液晶显示浓度。

关键词:

酒驾；

MQ-3气体传感器；

STM32单片机；

酒精含量；

声光报警

DesignofPortableAlcoholConcentrationDetectionInstrumentBasedonSTM32

Abstract

Inrecentyears,WiththerapiddevelopmentofChina'

seconomy,ithasbroughtpeoplealotofbenefits.People'

slifeandconsumptionlevelincreaserapidly,andmanufacturingindustryisalsodevelopingquickly.Now,theprivatecarforalotofpeoplehaveisnolongeraluxury.Butthetrafficaccidentprobabilityhasgreatlyincreased,especiallyduetodrunkdriving.Ifexcessivedrinking,thealcoholconcentrationwillraiseinbody,bringtheadversephysiologicalresponsestothedrinkers.Forexample,nerveparalysis,bodyoutofcontrol,theslowresponseofthebrainandsoon.So,driveafterexcessivedrinkingisaverydangerousthing.Butasmallamountofalcoholdoesnothavethesesymptoms.Atpresent,inmanycountries,thebreathalcoholdetectorisusedtodetectalcoholcontentinthedriver'

sbody.Inthispaper,theMQ-3gassensorisusedtocollectdata,thedataisprocessedthroughSTM32MCU.Iftheconcentrationexceedsthestandard,thesystemwillgivesoundandlightalarm,anddisplayconcentrationthroughliquidcrystalmonitor.

Keywords:

drunkdriving;

MQ-3alcoholconcentrationsensor;

STM32MCU;

alcoholcontent;

soundandlightalarm

目录

论文总页数：

31页

1引言 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3课题研究思路 2

2系统方案设计 3

2.1技术指标 3

2.2总体设计方案 3

3硬件电路设计 4

3.1元器件选择 4

3.1.1酒精气体传感器 4

3.1.2单片机介绍 6

3.1.3充电芯片 10

3.1.4低压差调节器 12

3.1.5显示屏 12

3.2主要功能模块电路图 13

3.2.1充电及稳压电路模块 13

3.2.2传感器及信号调理电路模块 14

3.2.3声光报警电路模块 14

3.2.4显示屏模块电路 15

3.3硬件成品展示 15

4软件编程设计 16

4.1软件整体设计 16

4.1.1整体设计方案 16

4.1.2主程序流程图 16

4.1.3主程序设计 17

4.2数据采集模块程序设计 18

4.3液晶显示模块程序设计 19

4.4报警模块程序设计 20

4.5A/D转换模块程序设计 21

5系统调试 22

5.1各模块调试 22

5.1.1传感器测试 22

5.1.2充电电路测试 22

5.1.3报警电路测试 23

5.1.4系统整体调试 23

5.2调试结果分析 23

5.2.1测试数据 23

5.2.2误差分析 23

5.3调试中的问题及解决方案 24

6结论 25

参考文献 26

致谢 27

声明 28

附件 29

1引言

1.1课题研究背景及意义

据统计，2011年我国共生产了白酒约1026万吨，排除重复统计的数据，实际的消费量为800万吨。

如果把消费群体定位在15岁以上的成人，当时我国约有11.5亿15岁以上的成人，那么可以计算出当时我国成人人均消费的白酒为6.96升。

另外，还有啤酒，洋酒，红酒的消费，当时我国人均消费的啤酒约为36升、洋酒约为1.2升、红酒约为1.24升。

如果按照白酒的酒精含量65%、红酒的酒精含量10%、洋酒的酒精含量40%、啤酒的酒精含量4%来计算，那么当时我国人均纯酒精消费量约为6.566升。

但是随着我国的经济快速发展，人们的生活、消费水平也逐渐提高，酒精的消费量也再快速的增长，由于饮酒过多而造成的社会安全问题也频频发生。

比如由于酒驾引起的交通事故等等。

当酒精在人体血液里达到一定浓度的时候，会导致驾驶者神经麻痹、触觉能力降低、判断能力和操作能力也会降低。

并且会使驾驶员视力暂时受损，分辨颜色的能力下降，视像不稳等，这些症状会使驾驶者不能发现或正确领会标志、标线、交通信号灯所要表达的意思，在这种情况下，驾驶员几乎失去了驾驶能力，发生交通事故的概率极限增加。

据世界卫生组织调查，由于酒后驾车造成的交通事故的数量非常庞大，大约占所有交通事故的50%—69%，而且由酒驾造成的交通事故后果一般都非常严重，所以酒后驾车已经被认为是车祸致死的主要原因。

在中国，每年都有数万起交通事故是由于酒后驾车而造成的，因此交通事故的第一“杀手”被认为是酒后驾车。

1.2国内外研究现状

目前，电化学性质的酒精检测仪在全世界是使用得最多的。

酒精检测仪根据显示方式的不同主要分为两种：

其中一种是发光管显示。

最常见的发光管显示是三段式显示，其中未饮酒区为第一段，饮酒区为第二段，酗酒区为第三段。

并且每一段都有一个不同颜色的LED灯，根据测试的结果，来点亮对应那一段的LED指示灯。

另一种酒精测试仪是数码管显式，它是以数字的形式来显示检测的结果。

而这两年出现了一种新型的半导体酒精检测仪，它就是一种拥有高可靠性、高精度、呼吸式等特点的酒精浓度检测仪ca2000。

新型高科技微变氧化物半导体是它的核心部件，可以非常准确的检测气体的酒精含量，而且不会受非酒精类气体的干扰，比如烟味、可乐、咖啡等等。

ca2000拥有小巧轻便，操作简单等特点，所以它是便携应用的最佳选择[1,2]。

如果驾驶员喝了酒，那么他呼出的气体中就含有酒精气体，所以为了检查酒驾，便携式的酒精检测仪得到了交警的广泛使用。

而目前使用的酒精检测仪检测驾驶员是否饮酒只能够初步的判断，最终还需要通过血检来检测驾驶员体内的酒精含量，来判定驾驶员是不是构成了酒驾。

为了检测更方便，一种超级酒精呼吸检测仪诞生了，它是由英国内政部推出的。

这种酒精检测仪不仅仅是通过驾驶员体内的酒精含量来判断驾驶员是否酒驾，它还根据驾驶员的体温，呼吸频率等多方面的因素当场判断驾驶者是否酒驾[3]。

受20世纪信息技术快速发展的影响，传感器技术已经发展到了一个非常高的地步了，在各个领域都得到了广泛的使用，扮演着非常重要的角色。

因此酒精浓度检测仪应该向着高精度，高可靠性，高稳定性与微型化的方向发展。

到目前为止，检测酒精气体含量的设备主要分为5种类型，它们分别是：

燃料电池型（电化学）、气体色谱分析型、比色型、半导体型和红外线型。

其中燃料电池和半导体型这两种类型的酒精含量检测仪在价格这方面比起其他类型的较便宜，而且使用起来非常方便。

所以这两种类型的酒精含量检测仪使用得比较多。

环保型能源燃料电池可以直接把可燃气体转变为电能，而在整个过程中却不产生污染，所以全世界都在广泛的研究。

而酒精传感器只是研究燃料电池的一个小小的分支。

因此燃料电池型酒精传感器诞生，它的原理是：

使用贵金属铂金作为电极，在燃烧室内燃烧酒精，在燃烧的过程中使用了特种催化剂，使酒精充分燃烧。

并且转变成电能，也就是在两个电极上产生了电压，由此转换来的电压与在燃烧室内燃烧的气体的酒精浓度是成正比的，在外部通过接入负载来消耗电能[4,5]。

燃料电池型酒精浓度检测仪与半导体型的相比，它具有以下几个优点

1）稳定性好

2）精度高

3）抗干扰能力强的优点

但是燃料电池型酒精传感器也存在一些致命缺点，比如说在制造过程中对传感器的结构要求非常精密，制造难度非常大等。

所以目前能够生产燃料电池型酒精传感器的只有少数几个国家，比如美国、英国和德国等，再加上制造成本高，所以成品的价格较贵，与半导体型酒精传感器比起来贵几十倍。

所以在日常生活中用得最多的还是半导体型酒精传感器[6]。

1.3课题研究思路

伴随着单片机（MCU）技术的快速发展和日益完善，单片机在我们的日常生活中已经是屡见不鲜了，我们将它应用于各个领域。

从智能控制到监测方面，与其他技术相比，单片机的优越性是非常的明显。

本课题研究的是一种以酒精浓度传感器和STM32单片机为主，对空气中的酒精浓度值进行检测，并且将浓度值通过LED显示屏显示出来，最终对超过阀值的浓度值进行声光报警。

其可检测出人体呼出的气体和空气环境中的酒精浓度,只要浓度值大于阈值就进行声光报警，这个阈值是根据要求和环境的不同来设定的。

在本课题设计中使用MQ-3酒精传感器采集数据，它将采集到的信号转换为电信号，电信号经过处理后传给STM32单片机，STM32单片机内嵌有A/D转换器，它将电信号转换成数字信号，然后STM32单片机再对数字信号进行分析处理，转换为酒精浓度值，最后通过显示屏将浓度值显示出来。

在程序编写的过程中设置了一个阀值，当被检测空气中的酒精浓度值