《仪器电路课程设计-酒精测试仪》Word文件下载.docx

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1.3可行性分析 5

第2章单元电路设计 6

2.1酒精传感器部分 6

2.1.1气敏传感器的选择与介绍 6

2.1.2传感器检测模块电路 7

2.1.3传感器检测模块电路原理 8

2.2数据采集部分 8

2.2.1数据采集器的选择与介绍 8

2.2.2ADC采集电路 9

2.3数据处理（单片机）部分 10

2.3.1单片机的选择与介绍 10

2.3.2单片机系统电路 12

2.4显示部分 12

2.4.1数码管电路连接 13

中北大学仪器电路课程设计 酒精测试仪

2.4.2数码管显示的原理 13

第3章软件设计 14

3.1程序流程图 14

附录 14

附录1：

整体原理电路图 15

附录2：

总程序 16

致谢 21

参考文献 21

3

摘要

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。

少量饮酒并不会有上述症状，即人体内酒精浓度比较低时，而人体内酒精超过某一个值时就会引起危险。

为此，需要设计一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。

此外，酒精测试仪也可应用于食品加工、酿酒等需要监控空气中酒精浓度的场合。

由此可见，酒精测试仪具有巨大的潜在用户群，市场前景十分广阔。

酒精浓度检测仪主要是用来检测酒精浓度的，它主要由酒精传感器、模数转换器、单片机、LED显示构成。

酒精传感器将检测到的酒精浓度转化为电信号，然后将电信号传送给模数转换器，经过模数转换器转换后，把转换后得到的数字信号传给单片机，单片机对所输入的数字信号进行分析处理，最后将分析处理的结果通过显示器显示出来。

关键词：

单片机；

A/D转换；

酒精传感器

ABSTRACT

Inrecentyears,withthehighspeeddevelopmentofeconomy,people'

sstandardoflivingincreasedquickly,moreandmorepeoplehavetheirowncars,anddrunkdrivingandtrafficaccidentscausedbytheconstant.Thetrafficaccidentcausedbydrivingisduetothedriver'

sexcessivedrinkingalcoholcausedbyhumanbody,causingbrainnervepalsy,slowresponse,thebodyisnotcontrolledwaitforasymptom.Alcoholcannothavesymptoms,namelypeoplerelativelylowalcoholconcentration,andmorethanonepersonalcoholwillcausedangerousvalues.Therefore,itisnecessarytodesignanintelligentinstrumentcanmonitordriversinalcoholcontent.Mostcountriesaroundtheworldareadoptedtoexhalealcoholtesterdrivingpersonnelon-sitetestingtodeterminethebodyismeasuredbyhowmuchalcoholcontent,toensuresafetyoflivesandpropertyofthedriver.Inaddition,alcoholtestercanalsobeusedinfoodprocessing,etc.Tomonitorairalcoholconcentration.Thus,alcoholtesterhasgreatpotentialusergroupandmarketprospects.

Alcoholconcentrationdetectorismainlyusedtotestthealcoholconcentration,itmainlyconsistsofethanolsensors,adc,SCM,LEDdisplayandkeyboardandalarm.Ethanolsensorsdetectalcoholconcentrationintoelectricalsignals,thensendsignalsthroughtheadcadc,aftertheconversionofsingle-chipmicrocontroller,digitalsignaltotheinputofdigitalsignalprocessing,andfinallyanalyzetheresultsthroughanalysisandprocessingwilldisplay.

Keywords:

SingleChipComputer;

A/DTransformer;

AlcoholSensor

报告题目：

酒精测试仪的设计

第一章方案设计

1.1设计要求

要求设计一个检测汽车司机饮酒程度的仪器。

仪器分为十档，用一个数码管显示，要求能抗汽油味干扰。

采用的方法是测量司机呼出气体中的酒精含量，若其含量<

100ppm，则为0档。

以后含量每增加300ppm就加一档。

具体便是：

该仪器能够通过酒精传感器采集的信息处理，然后通过单片机的处理：

0~100ppm为0档，100~400ppm为1档，400~700ppm为2档.

.....2200~2500ppm为9档，并将这些数字显示在LED数码管上。

1.2总体设计方案

1.2.1硬件部分

硬件设计时，考虑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伏的电压值且电压值稳定（变化不大），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。

将输出的电压值与参考的标定电压值进行比阿娇，如果在某一个范围内就将这个范围的档数显示到LED上。

其总体框图如图1：

图1基本工作原理图

1.2.2软件部分

采用51单片机，并用c语言编写，主要流程是单片机对采集的数据进行处理这一环节，具体见流程图。

1.3可行性分析

5

采用这种设计方法主要是从以下角度考虑：

从零器件角度看：

酒精探头选用QM-J3气敏元件，是以复合金属氧化物为主体材料的N型半导体气敏元件，当元件接触乙醇蒸汽时，其电导率随气体浓度增加而迅速升高。

其对汽油蒸汽又抗干扰能力，灵敏度高，响应速度好，寿命长，工作稳定可靠等特点。

单片机采用AT89C51，该款单片机价格便宜，能够满足一定的速率采集外界数据，同时工作稳定也是该款单片机的优点，另外A/D转换器采用ADC0804，转换速率可达100us，而且功耗仅有15mW，上述各个元件成本低、使用方便、安装简单、易推广，制作也很简单。

所以根据这个设计方案设计的产品容易推向市场。

第二章 硬件设计

2.1酒精传感器部分

2.1.1气敏传感器的选择与介绍

气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。

从本质上讲，

气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。

探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快速地测量。

在选择传感器的时候，一定要考虑到稳定性、灵敏度、选择性和抗腐蚀性，由于设计要求是能够抗干扰而且测量范围在0~3000ppm范围内，常见的气敏传感器MQ3、QM-J3、TGS822三种传感器，可是第一种的测量范围只在0~1000ppm之内，故排除，后面两种传感器的性能相似但是TGS822并不常见，而且价格比QM-J3贵，综合以上考虑这里选择QM-J3。

QM-J3是以复合金属氧化物为主体材料的N型半导体气敏元件，当元件接触乙醇蒸汽时，其电导率随气体浓度增加而迅速升高。

其对汽油蒸汽有抗干扰能力、灵敏度高、响应速度好、寿命长、工作稳定可靠等特点。

其技术指标：

加热电压（VH）AC或DC5±

0.2V

回路电压（VC）最大DC24V

负载电阻（RL）³

4KΩ（或可调）

清洁空气中电阻（Ra）£

2000KΩ

灵敏度（S=Ra/Rdg）³

5（在100ppmC2H5OH蒸汽中）分辨率（D=Rig/Rdg）³

3（在100ppm汽油蒸汽中）

响应时间（tres）£

10S

恢复时间（tres）£

30S

元件功耗£

0.7W

监测范围50—5000ppm使用寿命2年

使用方法和注意事项：

（1）元件开始通电工作时，没有接触检测气体，其电导率也急剧增加，约

1分钟后达到稳定，这时方可正常使用，这段变化在设计中电路时可采用延时处理解决。

基本酒精测试电路如图2.1.2

（1）所示。

（2）加热电压的改变会直接影响元件的性能，所以在规定的电压范围内使用为佳。

（3）元件在接触标定气体100ppmC2H5OH10秒钟以内负载电阻两端的电压可达到（Vdg-Va）差值的80%（即响应时间）；

脱离标定气体

100ppmC2H5OH30秒钟以内负载电阻两端的电压下降到（Vdg-Va）差值的

80%（即恢复时间）。

（4）负载电阻可根据需要适当改动，不影响元件灵敏度。

（5） 使用条件：

温度－15～35℃；

相对湿度45～75%RH;

大气压力

80～106KPa。

（6）环境适度的变化会给元件电阻带来小的影响，当元件在精密仪器上使用时，应进行温度补偿，最简便的方法是采用热敏电阻补偿之。

该传感器数值经标定后的值是：

表1酒精浓度和输出电压关系表（仅供参考）

浓度/ppm

电压/V