永远的兄弟-

2021年2月17日发(作者：好汉花龙)

基于单片机的酒精浓度测试仪

设计报告

一、

设

计意义

自 《刑法修正案

(

八

)

< br>》和修改后的《道路交通安全法》正式实施，“醉酒驾

驶”正式入刑。

< p>
不仅交警部门，

而且很多车主都期盼能够有便携仪器方便地测量

< p>
气体酒精浓度，为安全驾驶提供保障，有效减少重大交通事故的发生。

< /p>

本研究设计的酒精浓度测试仪是一款实用性强、

安全可靠的气体乙 醇浓度检

测工具，采用高精度

MQ-3

乙醇气体传感器对空气中的乙醇浓度进行检测，利用

宏晶公司高性能低成本单片机

STC12C5A16AD

对检测信号进行

A /D

转换和处理，

最后通过液晶屏显示输出。

< br>本研究设计的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，并进行保存。

二、

硬

件设计

1

、设计框图

本研究设计的酒精浓度测试仪框图如图

1

所示。

MQ-3

乙醇气体传感器输出

信号经信号调理电路处 理，

输出随乙醇浓度变化的电压信号，

该电压信号送入单

片机系统，经

AD

转换，与设定的醉酒阈值进 行比较，并显示或报警。

MQ-3

传 感器模块

MQ-3

气体传感器

信号调理 电路

模拟电压信号

STC12C5A16AD

< br>单片机

模

/

数转换

电压

/

酒精浓度

转换

醉酒阈值

阈值比较

外部

EEPROM

酒精浓度显示

过阈报警

图

1

酒精浓度测试仪方框图

2

、乙醇信号检测及调理电路

MQ-3

乙醇气体传感器可以应用用 于机动车驾驶人员及其他严禁酒后作业人

员的现场检测，也用于其他场所乙醇蒸汽的检测 。其技术特点为：









对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择性

快速的响应恢复特性

长期的寿命和可靠的稳定性

简单的驱动回路

MQ-3

< p>
乙醇气体传感器灵敏度曲线如图

2

所示，其传感原 理为气敏电阻的输

出阻值随乙醇气体等浓度变化而变化。

图

2 MQ-3

乙醇气体传感器灵敏度曲线

MQ-3

乙醇气体传感器管脚与测试电路如图

3

所示。

(a)

管脚图

(b)

测试电路

图

3 MQ-3

乙醇气体传感器管脚及测试电路

MQ-3

乙醇气体传感器及其调理电路原理如图

4

所示。其外形如图

5

所示。

经过调理，

检测信号由电阻值转变成电压值，

便于后续电路进行

A/D

转换和处理。

图

4

传感器及调理模块原理图

图

5 MQ-3

传感器模块外形图

该传感器 模块具有如下特点，方便与单片机系统接口组成检测仪器。









具有信号输出指示。

双路信号输出（ 模拟量输出及

TTL

电平输出）

TTL

输出有效信号为低电平。

(

当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机

)

模拟量输出

0~5V

电压，浓度越高电压越高。

3

、单片机电路

本设计选用宏晶公司高性能单片机

STC12C5A16AD

，其管脚如图

6

所示。

图

6 STC12C2052AD

单片机管脚图

该芯片为

52

内核

8

位单片机，

内部集成了

10

位多路

A/D

转换模块，

适用于

常用检测电路。

由

STC12C5A16AD

组成的单片机系统原理图如图

7

所示。

图中

AOUT

为

MQ-3

传感器模块输出的检测电压信号，送入

ADC7

端口进行处理，

DOUT

为传

感器模块输出的数字电平信号，该信号可以根据乙醇气体浓度直接输出报警信

号，报警阈值通过模块上的电位器进行调节。

PDIP40, STC12C5A16AD

图

7

单片机系统原理图

< p>
图

7

中，按键

K2

和

K3

为醉酒阈值调整键，其中

K2

为“增加”，

K3

为“ 减

小”按键。

L2

和

< br>L3

为报警指示灯，分别可以进行酒后和醉酒两级报警。

4

、显示电路

显示部分采用

SMC 1602

液晶屏进行数据显示，其主要技术参数为：

表

1

液晶屏技术指标

< br>接口信号说明如表

2

所示。

表

2

液晶屏接口信号说明

与单片机接口电路如图

8

所示。其中

J2

的

3

脚为背光引脚，

R9

和

R10

电阻

用于调节背光亮度。

J2

的

< p>
4

、

5

、

6

引脚分别接液晶的

RS

、< /p>

E/W

和

E

控制 引脚，

J2

的

7

—

14

引脚为数据引脚。

图

8 LCD

与单片机接口电路

5

、阈值存储

醉酒阈值存储在

EEPROM

芯片

A T24C04

中，并可以通过

“增加 ”、“减少”

按键调节并保存。

AT24C04

是

IIC

接口的

EEPROM

芯片，可以用于掉电不易失数

据的存储。其电路如图

< p>
9

所示。图中

A0

、

A1

和

A2

为芯片 的地址引脚，一般接地

即可。

SCL

和

SDA

为

AT24C04

和单片机

IIC

通信的时钟线和数据线。

< p>

图

9 EEPROM

存储电路

6

、供电及程序下载电路

< p>
本设计采用

USB

接口供电，

电源电压

5V

。

同时，

< p>
USB

接口通过内含

PL2303

芯片的转换电路对单片机进行程序编写。其电路原理如图

10

< br>所示。

图

10

供电及程序下载电路

三、

软

件编程

1

、软件流程图

本设计软件主程序流程图如图

11

所示。

< br>

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