实验三——基于气敏传感器的驾驶员酒精浓度测试仪
酒精测试仪
酒精测试仪设计报告一、设计任务与目的该实验通过气敏传感器对酒精蒸汽的检测产生模电信号，输入LM3914，经过比较，驱动发光二极管发光，以点亮发光二极管的个数来判断酒精浓度。
通过已有元件及电路模块设计电路。
二、设计思路图1 设计结构图三、设计原理3.1传感器的选择MQ-3酒精气敏传感器酒精传感器采用的是MQ3气敏传感器，它对酒精的灵敏度高，可以抵抗汽油、烟雾、水蒸气的干扰，良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。
是一款适合多种应用的低成本传感器。
3．2电路原理该电路采用干电池供电，并经三端稳压器IC1稳压，输入稳定的5V电电压作为气敏传感器MQ-3和集成电路IC2的共同电源，同时也作为10个共阳极发光二极管的电源。
因此，外部电路就相当简单。
电路原理图如图4所示：图1 酒精探测仪电路原理图敏传感器的输出信号送至IC2的输入端（⑤脚），通过比较放大，驱动发光二极管依次发光。
10个发光二极管按IC2的引脚（⑩，①）次序排成一条，对输入电压作线性10级显示。
输入灵敏度可以通过电位器ＲＰ调节，即对“地”电阻调小时灵敏度下降；反之，灵敏度增加。
IC2的⑥脚与⑦脚互为短接，且串联电阻Ｒ１接地。
改变Ｒ１阻值可以调整发光二极管的显示亮度，当阻值增加时亮度减弱，反之更亮。
IC2的②脚，④脚，⑧脚均接地，③脚，⑨脚接电源+5Ｖ（集成稳压器IC1的输入端）。
分别并联的IC1输入与输出端的电容C1，C2防止杂波干扰，使IC1输出的直流电压保持平稳。
发光二极管集成驱动器LM3914结构图如图所示。
其内部的缓冲放大器最大限度地提高了该集成电路的输入电阻（⑤脚），电压输入信号经过缓冲器（增益为零）同时送到10个电压比较器的相反（－）输入端。
10个电压比较器的同相（+）输入端分别接到10个等值电阻（1k欧）串联回路的10个分压端。
因为与串联回路相接的内部参考电压为1.2Ｖ。
所以相邻分压断之间的电压差为1.2v10=0.12Ｖ。
2组基于QM-J3酒精传感器的酒精检测仪课程设计
2组基于QM-J3酒精传感器的酒精检测仪课程设计单片机课程设计专业：自动化班级：xx自动化班学生姓名：xxxxxxxxxx指导教师：xxxxxxxxx成绩：20XX年X月X日单片机课程设计任务书课程设计题目基于QM-J3酒精传感器的酒精检测仪1.内容概述2.方案框图1.内容概述:基于QM-J3酒精传感器的酒精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、蜂鸣器、发光二极管及LED数码管显示构成。
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AD转换器，经过AD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LED数码管显示器显示出来。
当酒精浓度超过设定的上限值时，蜂鸣器会发出响声，此时发光二极管也会发出光芒。
1.方案框图:1.应用价值2.技术指标1.应用价值:本次酒精检测仪的设计是一个基于STC89C51单片控制的仪器，可以实现酒精浓度的检测，应用到生活中，常见的是用来检测驾驶员的酒驾问题。
酒精测试仪的工作原理是通过测试呼吸气体中的酒精含量，便可测出此人的醉酒程度。
人在饮酒之后，大概有百分之九十酒精会经过肺部的呼吸系统排出，这样我们通过测试呼吸气体中的酒精含量，驾驶员只需要对着传感器呼出气体，进行检测，酒精测试仪便可显示出相应的结果。
当然酒精测试仪不仅仅可以用来查酒驾，还可以应用于室内的环境检测，检测出某些特殊的工厂，车间等地，根据空气中酒精的浓度来进行报警，避免人们处于危险的环境当中。
2.技术指标:（1）LM358技术指标:①内部频率补偿；②低输入偏流；③低输入失调电压和失调电流；④共模输入电压范围宽，包括接地.差模输入电压范围宽，等于电源电压范围；⑤直流电压增益高(约100dB)；⑥单位增益频带宽(约1MHz)；⑦电源电压范围宽：单电源(3―30V)；⑧双电源(±1.5一±15V)。
基于气敏传感器的酒驾测试仪
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。
本文介绍了气敏传感器检测气体的工作原理，详细讲述了系统的组成、原理和检测方法。
系统采用硬件兼软件对测量过程及测量结果进行处理。
与传统的检测技术相比，此种传感器检测装置有结构简单、新颖、易于实现的特点。
【关键词】酒精检测仪 8039单片机非线性校正酒敏传感器目录一.设计目的 (1)1.1设计背景 (1)二.设计任务与要求 (1)2.1设计任务 (1)2.2 设计要求 (3)三.设计步骤及原理分析 (3)3.1设计方法 (3)3.2设计步骤 (4)3.3设计原理分析 (5)四.课程设计小结与体会 (7)五. 参考文献 (8)一.设计目的各行各业的工作，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试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。
二.设计任务与要求2.1设计任务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钟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。
任务八 酒精测试仪的设计
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任务四酒精测试仪的设计
• 当P型半导体材料遇到氧化性气体(如氧气、三氧化硫等)会发生氧化 反应，半导体中载流子浓度减小，导电性能减弱，因而电阻增大。 • 对于混合材料，无论吸附氧化性还是还原性气体，都使载流子浓度减 少，电阻增大。 • MQN型气敏电阻是应用较多的一种金属氧化物半导体气敏元件，它 的结构如图2-45所示，包括塑料底座、电极引线、不锈钢网罩、气敏 烧结体以及包裹在烧结体中的两组铂丝。其中一组铂丝为工作电极， 另一组铂丝(图2-45中的左边铂丝)为加热电极兼工作电极。气敏电阻 工作时必须加热到200℃~300 ℃ ，其目的是加速被测气体的化学吸 附和电离的过程，并烧去气敏电阻表面的污物(起清洁作用)。
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图2-49矿灯瓦斯报警器电路
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图2-50火灾烟雾报警器电路
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图2-51酒精测试仪电路
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图2-44气敏元件外形
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表2-5气敏传感器检测气体的种类及主要 检测场所
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图2-45 MQN型气敏电阻结构及测量电路
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图2-46 MQN型气敏电阻灵敏度
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图2-47氧浓度传感器外形
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图2-48氧化钛式氧传感器的结构与测量 转换电路
1-外壳(接地); 2-安装螺栓;3-搭铁线;4-保护管;5-补偿电阻; 6-陶瓷片;7-Ti02气敏电阻;8-进气口;9-引脚
• 三、知识链接
• 1.气敏传感器的种类和测量原理 • 利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化，借此来检测 待定气体的成分或者测量其浓度的传感器称为气敏传感器，其外形如 图2-44所示。气敏传感器主要用于工业中天然气、煤气、石油化工等 部门的易燃、易爆、有毒有害气体的监测、预报与自动控制，气敏传 感器能够检测气体的种类及主要检测场所，如表2-5所示。气敏传感 器品种繁多，主要介绍金属氧化物半导体气敏元件和氧化错气敏元件。
项目二气敏电阻传感器(1)
电化 学气 敏传 感器
半导 体气 敏传 感器
较贵
60%
基本常识：
一般将在空气中达到一定浓度、触 及火种可引起燃烧的气体称为可燃性气 体，如甲烷、乙炔、甲醇、乙醇、乙醚 、一氧化碳、氢气等均为可燃性气体。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏电阻分类
接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝 （也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时对 铂丝通以电流，保持300℃～400℃的高温，此时若与 可燃性气体接触，可燃性气体就会在稀有金属催化层 上燃烧，因此，铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也 上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可 燃性气体的浓度。
R3 1.5K
蜂 鸣 器
4
FM1
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——调试
没有一个LED被点亮
LM3914周边电路 没有配合好，或 电路某点开路
有几个LED未被点亮
电位器RP阻值偏 小，调大一下再 试
后面电路发生开 路，或三极管烧 坏
蜂鸣器未发出声响
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——调试
直线驱动10个发光二极管LED组成的10段“线” 或“点”式条图显示器 对被测量的变化反应迅速且真实；无阻尼现 象；抗干扰能力强。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 电路设计
10个发光二极管LED作为输入端电平变化的显示， 输入端电平信号可以是通过各类传感器和变换电路而 探测的各种物理量，如电压、电流、温度等
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——制作
根据六步教学法的流程和制作要求，列出所 需工具表
按照设计原理图，列出应准备的元件清单
实验三-基于气敏传感器的驾驶员酒精浓度测试仪
实验三——基于气敏传感器的驾驶员酒精浓度测试仪一．设计要求（1）测试浓度：安全浓度≤0.25mg/L，0.4mg/L＜酒驾浓度＞0.25mg/L，醉驾浓度≥0.4mg/L（2）显示方式：LCD显示（3）供电电压：3VDC（4）控制方式：单片机控制二．电路设计方框图：三．电路设计图四．程序流程图五．电路设计原理1.各单元电路原理（1）模数转换电路模数转换电路的作用是将传感器电路输出的模拟量信号转换为适合单片机处理的数字信号，并输入给单片机。
本课题采用的是ADC0809 A／D转换芯片。
ADC0809是8路8位逐次比较式A/D转换器，它能分时地对8路模拟量信号进行A／D转换，结果为8位2进制数据。
其由+5V电源供电，片内有带锁存功能的8路选1的模拟开关，由A，B，C的编码来决定选择通道。
0809完成一次转换需要1001xS左右。
输出具有TTI三态锁存缓冲器，可以直接连到MCS一5l单片机数据总线上。
ADC0809可对0-5V的模拟信号进行转换。
（2）键盘电路8279对键盘部分提供一种扫描工作方式，能对64个按键键盘阵列不断扫描，自动消抖，自动识别出闭合的键并得到键号，能对双键或N键同时按下进行处理。
显示部分为显示器提供了按扫描方式工作的显示接口，可以显示多达16位的字符或数字。
传感器输出的信号经ADC0809和单片机采集、处理后输出的信号为BCD码形式，它经过8279及显示电路处理后送入LCD显示。
（3）显示电路LJDl28X64液晶显示模块是128X64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字(16X16点阵)、128个字符(8X16点阵)及64X256点阵显示RAM(GDRAM)。
可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8一位并行及串行两种连接方式。
（4）声光报警电路报警电路分为蜂鸣器报警电路和LED发光报警电路组成。
当输入端P1．0为低电平时，有电流通过蜂鸣器，蜂鸣器发出声音报警。
KC04050102-m03-驾驶员的酒精气体检测课程教案
教案
任务一驾驶员酒精气体检测
授课主要内容或板书设计
酒精检测的设备类型：
可以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。
可以用于判断是否酒后驾驶。
通常的酒后驾车的检测有两种方法：一是检测人体的血液酒精浓度，一种是检测呼气酒精浓度。
从理论上说，要判断是否酒后驾驶，最准确的方法应该是检查驾驶人员血液中的酒精含量。
但在违法行为处理或者公路交通例行检查中，要现场抽取血液往往是不现实的，最简单可行的方法是现场检测驾驶人员呼气中的酒精含量。
1.检测原理
当具有N型导电性的氧化物暴露在大气中时，会由于氧气的吸附而减少其内部的电子数量而使其电阻增大。
其后如果大气中存在某种特定的还原性气体，它将与吸附的氧气反应,从而使氧化物内的电子数增加，导致氧化物电阻减小。
半导体-氧化物传感器就是通过该阻值的变化来分析气体浓度。
2.电路图
酒精检测实际上是由酒精气体传感器（相当于随酒精气体浓度变化的变阻器）与一个定值电阻及一个电压表或电流表组成。
，如图所示是它的原理图。
图中R1为定值电阻，酒精气体传感器R2的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小，如果驾驶员呼出的酒精气体浓度越大，那么测试仪的电压表示数越大。
便携式酒后驾车测试仪
便携式酒后驾车测试仪设计方案酒精浓度测试仪应用到两种传感器：(1) 气敏传感器(2)应变式电阻传感器气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。
它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。
它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂(R11、R12)的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。
气敏电阻传感器的工作原理:气敏电阻是一种半导体敏感器件，它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。
应变式电阻传感器的工作原理电阻应变式传感器以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。
电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。
弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形并使附着其上的电阻应变计一起变形。
电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。
酒精浓度检测仪整体结构设计（1）数据采集系统以单片机为控制核心，外围电路带有LCD 显示以及键盘响应电路，无需要其他计算机，用户就可以与之进行交互工作，完成数据的采集、存储、计算、分析等过程。
（2）系统具有低功耗、小型化、高性价比等特点。
（3）从便携式的角度出发，系统成功使用了大屏幕液晶显示器以及小键盘。
由单片机系统控制键盘和LCD 显示来实现人机交互操作，界面友好。
（4）软件系统采用汇编语言编写，在兼顾实时性处理的同时也能很方便地进行数据处理。
酒精浓度检测仪的框图酒精浓度检测仪的结构酒精浓度检测仪的原理图本文设计的酒精浓度检测仪主要是以酒精传感器和单片机为平台设计而成的，其硬件系统功能框图如下所示。
Jssss<601214aS16ICE口的4IE单片机酒精浓度测试仪用MQK酒精传感器采集气体信号，并通过数模转换器将模拟信号转换成数字信号送至单片机，单片机对数字信号进行分析处理，并将所得的结果显示出来，可以通过键盘设置不同环境下酒精浓度的不同阀值，如果所检测出的酒精浓度超过了所设定的阀值，那么单片机就能控制蜂鸣器发出声音报警。
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实验三——基于气敏传感器的驾驶员酒精浓度测试仪
一．设计要求
（1）测试浓度：安全浓度≤0.25mg/L，0.4mg/L＜酒驾浓度＞0.25mg/L，醉驾浓度≥
0.4mg/L
（2）显示方式：LCD显示
（3）供电电压：3VDC
（4）控制方式：单片机控制
二．电路设计方框图：
三．电路设计图
四．程序流程图
五．电路设计原理
1.各单元电路原理
（1）模数转换电路
模数转换电路的作用是将传感器电路输出的模拟量信号转换为适合单片机处理的数字信号，并输入给单片机。
本课题采用的是ADC0809 A／D转换芯片。
ADC0809是8路8位逐次比较式A/D转换器，它能分时地对8路模拟量信号进行A／D转换，结果为8位2进制数据。
其由+5V电源供电，片内有带锁存功能的8路选1的模拟开关，由A，B，C的编码来决定选择通道。
0809完成一次转换需要1001xS左右。
输出具有TTI三态锁存缓冲器，可以直接连到MCS一5l单片机数据总线上。
ADC0809可对0-5V的模拟信号进行转换。
（2）键盘电路
8279对键盘部分提供一种扫描工作方式，能对64个按键键盘阵列不断扫描，自动消抖，自动识别出闭合的键并得到键号，能对双键或N键同时按下进行处理。
显示部分为显示器提供了按扫描方式工作的显示接口，可以显示多达16位的字符或数字。
传感器输出的信号经ADC0809和单片机采集、处理后输出的信号为BCD码形式，它经过8279及显示电路处理后送入LCD显示。
（3）显示电路
LJDl28X64液晶显示模块是128X64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字(16X16点阵)、128个字符(8X16点阵)及64X256点阵显示RAM(GDRAM)。
可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8一位并行及串行两种连接方式。
（4）声光报警电路
报警电路分为蜂鸣器报警电路和LED发光报警电路组成。
当输入端P1．0为低电平时，
有电流通过蜂鸣器，蜂鸣器发出声音报警。
而当输入端为高电平时不报警。
当输人端P1．1为低电平时，LED点亮报警，反之输入端P1．1为高电平则不报警。
2.调试方法
调试分析包括硬件调试分析和软件调试分析及软硬件联调。
由于硬件调试分析和软件调试分析是独立进行的，所以可以先调硬件再调软件。
再调试中找出错误、缺陷，判断各种故障，并作出软硬件的修改。
直至没有错误。
五．仪器选择原理
1.传感器选择
由于本系统直接测量的是呼气中的酒精浓度，再转换为血液中的酒精含量浓度，故采
用气敏传感器。
考虑到周围空气中的气体成分可能影响传感器测量的准确性，所以传感器
只能对酒精气体敏感，对其他气体不敏感，选用 MQ3 型气敏传感器。
MQ3 型气敏传感器
其有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。
MQ3 型气敏传感器
由微型 Al2O3，陶瓷管和 SnO2 敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或
不锈钢的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。
传感器的标准回路有
两部分组成。
其一为加热回路，其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻值
的变化。
传感器的表面电阻 RS 的变化，是通过与其串联的负载电阻 RL 上的有效电压信
号 VRL 输出面获得的。
二者之间的关系表述为：RS／RLVC-VRL／VRL，其中 VC 为回路电
压为10V。
负载电阻 RL 可调为 0．5-200K。
加热电压 Uh 为 5v。
上述这些参数使得传
感器输出电压为 0-5V。
为了使测量的精度达到最高，误差最小，需要找到合适的温度，
一般在测量前需将传感器预热 5 分钟。
MQ-3型气敏传感器的敏感部分是由金属氧化物（二氧化锡）的N型半导体微晶烧结层构成。
当其表面吸附有被测气体酒精分子时，表面导电电子比例就会发生变化，从而其表面电阻会随着被测气体浓度的变化而变化。
由于这种变化是可逆的，所以能重复使用。
图1 MQ3 结构和外形
图2 MQ3 结构图
2.A/D转换选择
模数转换电路的作用是将传感器电路输出的模拟量信号转换为适合单片机处理的数
字信号，并输入给单片机。
在单片机应用系统中，被测量对象的有关变化量，如温度、压力、流量、速度等非电物理量，须经传感器转换成连续变化的模拟电信号（电压或电流），这些模拟电信号必须转换成数字量后才能在单片机中用软件进行处理。
实现模拟量转换成
数字量的器件称为A/D转换器（ADC）。
该设计中选用的是ADC0809，是8位A/D转换器，逐次比较型A/D转换器在精度、
速度、和价格上都适中，是最常用的A/D转换器件。
0809具有8路模拟信号输入端口，
地址线（23-25脚）可决定那一路模拟信号进行A/D转换。
22脚为地址锁存控制，当输
入为高电平时，对地址信号进行锁存。
6脚为测试控制，当输入一个2μs的高电平脉冲时，就开始A/D转换。
7引脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平。
9脚为A/D转换数据输出允许端，当OE脚为高电平时，A/D转换数据输出。
10脚为0809的时钟输入端。
图3 ADC0809的引脚
3.单片机
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，由于单片机具有体积小、质量轻、价格便宜、耗电少等突出特点，所以本系统采用89C51单片机，硬件设计电路图如下图所示。
89C51内部有4KB的EPROM，128字节的RAM，所以一般都要根据所需存储容量的大小来扩展ROM和RAM。
本电路EA接高电平，没有扩展片外ROM和RAM。
4.驱动显示电路
602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。
功耗低，寿命长。