1、个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 - 0 - / 12 题目：酒精测试仪设计 指导老师：蔡晓雯 时间：2008年12 月13日 学校： 湘潭大学 专业： 应用电子技术 班级： 电子0601 学号： 20069201802 姓名： 目录 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 - 1 - / 12 、 设计课题名称 -2- 、 摘要和关键字 -2- 、 设计概述 -2- 、 设计要求 -3- 、 设计分析与方案选择 -3- 、 方案设计原理与论述 -4- 1. 设计细节论述 -4- 2. 工作原理电路框图 -5- 3. 单元电路设计 -1- 4. 整体电路设计 - 1-
2、 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 - 2 - / 12 七、 总结 -9- 、 参考文献 -9- 一、设计课题名称 题目：酒精测试仪设计 副名: 智能酗酒检测仪设计 二、摘要和关键字 【摘要】 本设计采用单片机和酒敏传感器为主要核心器件，酒精检测仪 是通过电压频率转换将酒敏传感器传出的电压值转换成数字量，经 单片机系统对传感器输出的非线性进行查表式校正、译码后，用软 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 - 3 - / 12 件将被测量的最大值保留并最终显示。着重介绍了该仪器的工作原 理及性能特点。 【关键词】 酒精检测仪8039单片机非线性校正酒敏传感器 三、设
3、计概述 各行各业的工作，例如机动车驾驶员酗酒后开车以及从事危险 工作行业的人员酗酒后操作，都会造成严重的事故。用简便、准确 、卫生的检测仪器进行检测，对违章饮酒者进行重罚，促使每个人 增强遵章守纪的意识，消除隐患，对减少因酗酒造成的事故具有很 大的意义。根据人呼出气体中乙醇的含量来确定酗酒的标准，从医 学的角度看是可行的。人体摄入乙醇越多，血液中乙醇的溶解量就 越大，从肺部呼出气体中乙醇的含量就越高。根据医学上对人饮酒 的血醇含量的实验结果进行分析就可以确定酗酒的标准。而酒精的 即时检测，有助于社会各方面的安全，特别是交通的安全。 四、设计要求 由于使用了单片机，而单片机在酗酒检测仪中的应用酗
4、酒检测 仪的定量化和数字化对传感器和数据处理电路提出了提高的要求。 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 - 4 - / 12 一是要求传感器稳定性高，抗干扰性好； 二是要求电路能对传感器的非线性加以校正。 五、设计分析与方案选择 设计要求中的第一点要求涉及传感器的特性，只有通过选择好 的传感器来解决。我们对可以获得的几种传感器进行了多次实验对 比，最后采用一种抗水汽性好、稳定性较高、价格低廉的酒敏传感 器。 但酒敏传感器的非线性一般都很大，而且不规则，难以用简单 函数去逼近。用硬件等方法去校正显然是极为复杂、困难的。而单 片机的功能强，运行速度快，利用软件编程的技巧就可以对复杂的
5、 非线性进行校正。 仪器的数字化要求它能具有模数转换，译码显示等功能，这些 单片机都可以解决。 根据上述原因，我们采用单片机和酒敏传感器的架构方案来进行电 路的设计。 六、方案设计原理与论述 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 - 5 - / 12 设计细节论述： 系统的设计要求考虑到方方面面。本系统各个重要方面，如两 个方面： 1.呼出气体的测量方法 对人呼出气体的测量不同于对其它气体的测量。因为人呼出一 口气的时间仅一秒种左右，而且传感器感受到的乙醇气体浓度有一 个从低到高再到低的过程，在这个过程中，浓度有一个最大值。 2.数据的显示方法 如果采用即时显示，检测者在短短的一秒
6、钟内既要观察被检者 呼气方式是否正确，又要观察读数并读取最大值眼睛会应接不暇 ，极易漏读、误读。用微型计算机处理，可以在一秒种内采样数百 次，对每次的结果逐一进行比较，保留最大值，在测量过程结束后 将最大值显示出来供检测者读取，并能长时间锁存，供被检者和其 他有关人员察看。 综上所述，在酗酒检测仪中采用单片微型计算机可以集模数转 换、非线性校正、结果处理、存储、译码显示于一身，从而使电路 结构紧凑、功能强、性能价格比高，并使检测仪智能化，因此有着 十分突出的优点。采用微机的数字化气体检测仪，采用同一电路结 构，只要更换传感器和程序存储器，就可以适用于多种气体的检测 ，这也是其优点之一。 3.关
7、于气体收集测量方法不同造成的影响 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 - 6 - / 12 对人体呼出气体的测量方式及其对测量结果的影响对人体呼出 气体进行测量的方式基本上分为三种。 其一为密闭式的测量。被测者将呼出气体吹入一塑料袋中，然 后将传感器探头深入袋内测量。测量过程中塑料是密闭的，袋中气 体不溢出。 其二为连续气流式的测量。传感器装在一个气室中。被测者通 过吹管将气从气室一端吹入，经过传感器后从气室另一端排出。测 量过程L中要求气流不中断并保持一定的压力。 其三是开启或半开启式的测量。被测者将气体直接吹向传感器 进行测试。 要达到定量测量的目的，应采用前面两种方法，而且
8、以第二种方法 为好。但这两种方法都要用到辅助的器具，如塑料袋和吹管。从卫 生的角度，每次测试后要更换一次辅助器具。这在大量普查中不仅 繁琐，而且要耗费大量辅助器具，显然是很不经济的，对此国家尚 无图2软件主流程图统一规定。我们采用开启式和精确式测量相结合 的方法。在普查时用开启式进行定性测量，被测者如果饮了酒，仪 器就会报警，然后进行复测，采用精确式进行定量测量根据超标 与否判罚。对未饮酒者，不进行复测。这样可以节省大量辅助器具 ，又达到定量检的目的。 工作原理电路框图： 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 - 7 - / 12 单元电路设计： 如上面的整体设计框图，单元电路可以
9、分为如下几个： 1. 频率转换器 本单元电路由酒敏传感器和555电路组成浓度频率转换器，如 图1所示。其输出脉冲频率的变化代表着浓度的变化。本单元为电路 的外界探测部分,由酒敏传感器的T计数器端口，由CPU进行采样，校正非线性 ，比较存储，译码显示。 3. 显示系统 其工作原理和主要技术指标如下： 显示系统由4位LED七段数码管和74LS244，四只3DG1815，四只3 DG130组成。采样时间由软件确定，如图2所示。根据传感器特征和C 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 - 8 - / 12 PU的计数能力，定为5ms。采样间隔为0.69ms。整个测试过程约为1. 42s每秒
10、采样约为176次。对非线性的校正采用查表法。数据表格和 监控程序存在只读存储器2716中。数据表格占2页，监控程序占1页( 1页为256个单元。 对于每个采样的数值，表格内有相应的浓度值，以BCD码表示理论上 显示浓度可达到0.01mgL的精度。 整体电路设计： 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 - 9 - / 12 CPU经过逐一比较，获得测试过程中最大的采样值之后，查表得 出相应的浓度值，再进行译码、显示，结果存在寄存器中，可以保 持显示，直到按下复位键为止，仪器初次上电或按复位键后，显示 屏左边第一位显示“A”字，表示整个系统工作正常。按下测试键后 ，左边第一位显示“P”
11、字，表示正在测试，测试过程结束后即显示 出浓度值。对于“超标”(饮酒量超过标准，达到酗酒水平和“超 载”(浓度超过仪器最大测试范围的判断也由软件完成。CPU根据设 定的标准和满载值与每次采样值相比较，当出现超标时送出报警码 ，同时送出“c”字型码，在l弄左边第一位显示“E”。报警码由P2 3口输出控制556和迅响器等组成的报警电路发出声响报警。 相关参数： 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 - 10 - / 12 技术指标： 检测浓度范围：O1.0mgL 最大误差：量程(mgL最大误差 标准偏差 30D内(0.02mg/L 抗干扰能力： 干扰物质浓度最大面值 水汽98相对湿度
12、0.03mgL 汽油 0.10mgL 0.014mgL 丙酮 0.10mgL 0.02mgL 甲苯 0.05mgI 0.013mgL 响应时间：10s 恢复时间：30s 外型尺寸：65mm153mm32mm 重量(包括电池：320g 电源：5节R6镍镉充电电池 视在功率：3W 用到的器件：8039、74LS373、2716、74LS27、74LS04、74LS244 、555 、 LED4 总结 其实本系统还有很多可以设计改进的地方。准确性、稳定性和 抗干扰性是本仪器重要的指标。酒敏传感器是影响这些指标的关键 元件。采用红外吸收式传感器可望达到这些要求。红外吸收式传感 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 - 11 - / 12 器功耗小，响应、恢复时间短。可使用于稳定气流测量方式，在气 路中加压力开关等装置，易实现检测过程的自动化。功耗是影响便 携式仪器使用的另一指标。为减少功耗，除采用功耗小的传感器外 还可以采用液晶显示屏和CMOS集成电路。在各方面的改进可以使 系统实现更多功能以及更加智能化。 八、参考文献 1.MCS系列单片微机原理与应用 2.传感器原理及工程应用 3.网络共享技术资料
