基于单片机的交警用酒精测试仪设计和制作本科毕业论文 精品.docx

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基于单片机的交警用酒精测试仪设计和制作本科毕业论文精品

摘要

随着社会的发展，从工厂企业到居民家庭，酒精泄露的检测、监控以及对酒后驾车的监测对居民的人身和财产安全都是十分重要且必不可少的。

同时，随着人民生活水平的迅速提高，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繁发生，为此，我国将酒驾列入刑法范围内。

由于人们的安全意识增强，以及对环境安全性和生活舒适性要求的提高,为了防止机动车辆驾驶人员酒后驾车，现场实时对人体呼气中酒精含量的检测已日益受到重视，酒精浓度测试仪逐渐得到广泛应用。

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。

如今，气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向的发展，因此，酒精浓度检测仪具有十分广阔的现实市场和潜在的市场要求。

本文研究设计了一种基于单片机的酒精浓度测试仪。

它采用MQ-3乙醇气体传感器对酒精浓度进行检测，利用单片机STC12C5A16AD对检测信号进行模数转换和处理，再通过液晶屏对信号进行输出显示。

此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，当乙醇浓度超过设定的阈值，系统就会使红灯闪烁进行报警。

关键词:

MQ-3气体传感器；单片机；模数转换；液晶显示；可擦除只读存储器

ABSTRACT

Withthedevelopmentofsociety,fromthefactoriesandenterprisestohouseholds,thealcoholleakdetection,monitoring,andmonitoringofdrunkdrivingisveryimportantandessentialtopersonalandpropertysafetyoftheresidents.Meanwhile,withtherapidimprovementofpeople'slivingstandard,moreandmorepeoplehavetheirownprivatecar,andtrafficaccidentsoccurbydrunkdrivingalsofrequently,tothisend,thewinedrivingareincludedinthecriminallawinChina.Asthepeople’ssecurityconsciousnessenhancementandthepeopletotheenvironmentsafetyandlifecomfortrequirementsincrease,inordertopreventthemotorvehicledriversdrunkdriving,detectionofhumanbreathalcoholcontentonthespothasreceivedincreasingattention,alcoholconcentrationtesterisgraduallywidelyused.Inaddition,alcoholtestercanalsobeusedinfoodprocessing,brewingandotheroccasionswhoneedtomonitorthealcoholconcentrationintheair.Today,thedevelopmentofthegassensortothelow-power,multi-functional,integrateddirection,therefore,thealcoholconcentrationdetectorhasaverybroadmarketandpotentialofthemarketrequirements.

IdesignaalcoholconcentrationtesterbasedonMCUinthispaper.ItusestheMQ-3ethanolgassensortodetectthealcoholconcentration,andanalogtodigitalconversionandprocessingofsignaldetectionwiththemicrocontrollerSTC12C5A16AD,throughtheLCDscreendisplaythesignal.Thealcoholconcentrationtesteralsohasdrunkenthresholdsettingfunction,wecanaccordingtothelawsandregulationsortheuserneedstomodifythedrunkenthresholdsetting,whentheethanolconcentrationexceedsasetthreshold,thesystemwillmaketheredlightflashes.

Keywords:

MQ-3gassensor;Microcomputer;A/Dconversion;LCD;EEPROM

1绪论

测试仪向更迅速更快捷发展，方便携带等要求发展。

传统的机械测试仪或酒精计一般灵敏度和准确度也比较低或者检测方法难，同时单片机既有通用计算机的基本部件，又不同于计算机。

有体积小，实时快速的对外部事件做出响应，迅速采集大量数据，做出逻辑判断与推理后实现被控对象的参数调整与控制，且能满足测试仪的设计要求，所以基于单片机的酒精浓度测试仪的开发有很大意义。

1.1设计背景

传感器是人类探知自然界信息的触角。

在人类文明的发展历史中，感受处理外部信息的传感技术一直扮演着一个重要的角色。

在古代，传感技术由人的感官来实现，人观天象而仕农耕，察火色而冶铜铁。

从18世纪产业革命以来，特别是在20世纪信息革命中，传感技术越来越多的由人造感官，即传感器来实现。

目前，传感器的应用如此广泛，可以说任何机械电气系统都离不开它。

人们常常将传感器称之为电五官，这是说如果将计算机比作人的大脑而称为电脑的话，那么传感器的地位和功能就相当于人的眼，耳，鼻，舌，身五官。

近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段，新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它将不仅促进系统产业的改造，而且可导致建立新型工业和军事变革，是21世纪新的经济增长点。

由于气体与人类的日常生活密切相关，对气体的检测已经是保护和改善生态居住环境不可缺少的手段，气体传感器发挥着极其重要的作用。

气体传感器是把气体中的特定成分检测出来，并转化为电信号的一类器件，用来对有害气体，易燃易爆气体等进行安全检测和报警，对生产生活中需要了解的气体进行检测，分析，研究等。

对气体中酒精含量进行检测的设备有五种基本类型，即：

燃料电池型（电化学）、半导体型、红外线型、气体色谱分析型、比色型。

但由于价格和使用方便的原因，常用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型两种。

燃料电池可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染，酒精传感器只是燃料电池的一个分支。

燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极，在燃烧室内充满特种催化剂，使进入燃烧室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在两个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上，此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比。

与半导体型相比，燃料电池型呼气酒精测试仪具有稳定性好，精度高，抗干扰性好的优点。

但是由于燃料电池酒精传感器的结构要求非常精密，制造难度相当大。

从传感器技术发展的角度看，根据使用传感器原理的不同，常见的气体检测仪器仪表各自有适用气体及应用领域，新技术新产品正在成为未来气体检测仪器仪表的主流，现在的酒精浓度检测仪都是采用可替代吹管，酒精仪从传统的机械检测或酒精计到现在的利用传感器和单片机位核心技术的酒精浓度检测仪式在技术上是一大突破，大大提高了检测酒精的精确度。

1.2气体传感器国内外发展现状

对于气体传感器的发展现状来说：

一是气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向发展。

二是增强可靠性，实现元件和应用电路集成化，多功能化，发展MEMS技术，发展现场适用的变送器和智能型传感器。

1.2.1气体传感器在国外发展现状

国外气体传感器发展很快，一方面是由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动。

因此，国外气体传感器技术得到了较快发展，据有关统计猜测，美国1996年—2002年气体传感器年均增长率为（27～30）%。

目前，气体传感器的发展趋势集中表现为：

一是提高灵敏度和工作性能，降低功耗和成本，缩小尺寸，简化电路，与应用整机相结合，这也是气体传感器一直追求的目标。

如日本费加罗公司推出了检测（0.1～10）×10－6硫化氢低功耗气体传感器，美国IST提供了寿命达10年以上的气体传感器，美国FirstAlert公司推出了生物模拟型（光化反应型）低功耗CO气体传感器等。

二是增强可靠性，实现元件和应用电路集成化，多功能化，发展MEMS技术，发展现场适用的变送器和智能型传感器。

如美国GeneralMonitors公司在传感器中嵌入微处理器，使气体传感器具有控制校准和监视故障状况功能，实现了智能化；还有前已涉及的美国IST公司的具有微处理器的“MegaGas”传感器实现了智能化、多功能化。

1.2.2气体传感器在国内发展现状

气敏元件传感器作为新型敏感元件传感器在国家列为重点支持发展的情况下，国内已有一定的基础。

其现状是：

（1）烧结型气敏元件仍是生产的主流，占总量90%以上；接触燃绕式气敏元件已具备了生产基础和能力；电化学气体传感器有了试制产品。

（2）在工艺方面引入了表面掺杂、表面覆膜以及制作表面催化反应层和修隔离层等工艺，使烧结型元件由广谱性气敏发展成选择性气敏；在结构方面研制了补偿复合结构、组合差动结构以及集成化阵列结构；在气敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生产气敏元件，新研究开发的Al2O3气敏材料、石英晶体和有机半导体等也开始用于气敏材料。

（3）低功耗气敏元件（如一氧化碳，甲烷等气敏元件）已从产品研究进入中试。

（4）国内气敏元件传感器产量已超过“九五”初期的400万支。

产量超过20万支的主要厂家有5家，黑龙江敏感集团、太原电子厂、云南春光器材厂、天津费加罗公司（合资）、北京电子管厂（特种电器厂），其中前四家都超过100万支，据行业协会统计，1998年全国气敏元件总产量已超过600万支。

1.2.3气体传感器国内外发展状况对比

总的看来，我国气敏元件传感器及其应用技术有了较快进展，但与国外先进水平仍有较大的差距，主要是产品制造技术、产业化及应用等方面的差距，与日本比较仍要落后10年。

早在1968年，半导体气敏元件传感器就在日本实现商品化。

现今在工业发达国家，如美国、日本、英国、德国已经发展成品种规格齐全、技术综合发展的新兴产业，实现了生产规模化、产业化、应用技术系统工程化。

1.3酒精浓度测试仪现状及发展趋势

根据使用传感器原理的不同，常见的气体检测仪器仪表各自有适用气体及应用领域，新技术新产品正在成为未来气体检测仪器仪表的主流，如今的酒精浓度检测仪都是采用可替代吹管，酒精仪从传统的机械检测或酒精计到现在的利用传感器和单片机位核心技术的酒精浓度检测仪式在