基于51单片机的酒精浓度检测仪设计

本设计仅供参考
基于51单片机的酒精浓度检测仪设计（proteus仿真+程序+原理图+报告）
原理图：Altium Designer
仿真：proteus 8.9
程序编译器：keil 4/keil 5
编程语言：C语言
编号C0031

功能说明：
由STC89C51单片机+MQ-3酒精传感器+ADC0832模块+LCD1602模块+报警模块+电源构成。
1、LCD1602实时显示酒精浓度；
2、可以按键设置报警值，实现声光报警；三个按键：设置键、加键、减键；
3、当浓度未超过阀值时，绿灯闪烁；当超过阈值时，红灯闪烁并蜂鸣器报警；

开题报告

交通事故已成为对人类生命安全威协最大的“第一公害”。全球每年有50万人因车祸丧生。引起交通事故的基本因素有人、车、路、环境与管理等,其中驾驶员本身因素占70%。而酒后驾车是驾驶员驾驶事故重要因素之一。

世界各国统计,30%～50%的交通事故由饮酒后驾车所至。我国交通部门报道,酒后驾车的交通事故率比平常人高出至少5～6倍。在1989～1990年中,因酒后驾车引起的交通事故平均每年高达3万余起。

我国交通法规规定：禁止酒后驾车。在我们的调查中,驾驶员承认有酒后驾车者达11.99%,且有2.43%的驾驶员经常酒后驾车。酒后驾车与车祸的关系是无可辩驳的。

美国近46%的交通事故与酒精有关,且酒后驾车是美国车祸的三种主要危险因素之一。联邦德国有70%的交通事故与酒后开车有关。美、日等国的研究表明,血液中酒精浓度为0.03%、0.09%、0.15%时,驾驶能力分别可下10%、25%、30%。饮酒可致驾驶员视觉功能、触觉敏感度、判断能力、注意力等下降,从而致交通事故的发生。

目前，我国对于酒后驾车行为的监控主要采取出动警力，定期抽查的方式。但由于人员有限等原因，管理仍存在一定的难度。交管部门对此也非常苦恼。由于酒后驾车的危害，交管部门加大处罚力度。

现在一经查出是酒后驾驶的，即使只喝了一小口，将处以50元罚款，吊扣驾驶证3个月，记6分；发现是醉酒驾驶的，将处以200元罚款，吊扣驾驶证6—12个月，记12分以及行政拘留15天。酒后驾车造成死亡1人或重伤3人以上的，将处以3年以上、7年以下有期徒刑。

需要注意的是，乘车人若明知驾驶人员饮酒了却依然乘坐，那么乘车者也将被处以警告或10元以上30元以下罚款。在英国，酒后驾车等于失去工作。因为他们上班的主要的交通工具就是汽车。

酒后驾车造成的交通事故对国家、他人、自己产生了难以估计的后果。为了减少这种现象的出现，世界各国都在想办法来解决这个问题。

二、项目概述

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、A/D模数转换器、MSC-51单片机、LCD数码管显示、键盘以及声光报警构成。

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。

由于不同的环境对酒精浓度的要求也不一样，所以，可以通过键盘来设定不同环境中酒精浓度的不同阀值。如果所检测到的空气中的酒精浓度超过了所设定的阀值，那么单片机将会控制小灯和蜂鸣器报警，用来提示。

本设计还加了继电器模块。当浓度超过阀值时，继电器吸合，可以切断汽车发动机等，这样更加智能。

三、实施方案
系统的主要是酒精的检测，所以传感器要选择合适的。FSS-A80型电化学酒精传感器是一种电化学库仑分析池型酒精浓度检测器件，专门用于呼气中酒精浓度检测。它的基本特征是：更好的准确性、极好的稳定性、极高灵敏度和较快的响应速度、较好的抗湿性能、对口气没有响应。

FSS-A80型电化学酒精传感的工作电流不到一个微安，功耗极低。FSS-A80型电化学酒精传感器适宜于呼气中酒精浓度的检测，用于警用酒精检测装置、汽车点火控制系统等。

MQ-3 酒精传感器是气敏传感器，其具有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。MQ-3 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者不锈钢的腔体内，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的变化。传感器表面电阻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/RL=(VC－VRL)/VRL，其中VC 为回路电压，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。MQ3 型气敏传感器的结构和外形如图一所示，标准回路如图二所示，传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度的关系如图三所示。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，一般在测量前需要将传感器预热5 分钟。

经过对比，两者都可以用来测量，但是电化学的传感器价格要比MQ-3贵十几倍，所以本设计从经费上考虑选用MQ-3酒精传感器。

仿真

程序：

//程序头函数
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>	//包含头文件
//显示函数
#include <display.h>
#include "eeprom52.h"
								   
//宏定义
#define uint unsigned int 
#define uchar unsigned char
 
//管脚声明
sbit LED_R= P2^2;			  //红色指示灯
sbit LED_G= P2^0;			  //绿色指示灯
sbit FENG = P2^5;			  //蜂鸣器  
sbit CS   = P1^4;
sbit Clk = P1^2;
sbit DATI = P1^3;
sbit DATO = P1^3;			//ADC0832引脚
//按键
sbit Key1=P2^6;
sbit Key2=P2^7;
sbit Key3=P3^7;
/*******************************定义全局变量********************************/
unsigned char dat = 0;      //AD值
unsigned char CH=0;       //通道变量
unsigned int sum=0;			 //平均值计算时的总数
unsigned char m=0;
bit bdata flag;				  //定义位变量
uchar set;					  //设置变量
uchar   K_ZERO=40;       //传感器零点漂移，约130mV


//函数声明
extern void Key();
/*
void delay(uint z)
{
	uint i,j;
	for(i=0;i<z;i++)
	for(j=0;j<121;j++);
}
*/

//酒精含量变量
uchar temp=0;

//指示灯变量

uchar WARNING=25;		//报警值变量

/******************把数据保存到单片机内部eeprom中******************/
void write_eeprom()
{
	SectorErase(0x2000);
	byte_write(0x2000, WARNING);
	byte_write(0x2060, a_a);	
}

/******************把数据从单片机内部eeprom中读出来*****************/
void read_eeprom()
{
	WARNING   = byte_read(0x2000);
	a_a      = byte_read(0x2060);
}

/**************开机自检eeprom初始化*****************/
void init_eeprom() 
{
	read_eeprom();		//先读
	if(a_a != 1)		//新的单片机初始单片机内问eeprom
	{
		WARNING  = 25;
		a_a = 1;
		write_eeprom();	   //保存数据
	}	
}

/****************************************************************************
函数功能:AD转换子程序
入口参数:CH
出口参数:dat
****************************************************************************/
unsigned char adc0832(unsigned char CH)
{
	unsigned char i,test,adval;
	adval = 0x00;
	test = 0x00;
	Clk = 0;       //初始化
	DATI = 1;
	_nop_();
	CS = 0;
	_nop_();
	Clk = 1;
	_nop_();
	
	
	if ( CH == 0x00 )      //通道选择
	{
		Clk = 0;
		DATI = 1;      //通道0的第一位
		_nop_();
		Clk = 1;
		_nop_();
		Clk = 0;
		DATI = 0;      //通道0的第二位
		_nop_();
		Clk = 1;
		_nop_();
	} 
	else
	{
		Clk = 0;
		DATI = 1;      //通道1的第一位
		_nop_();
		Clk = 1;
		_nop_();
		Clk = 0;
		DATI = 1;      //通道1的第二位
		_nop_();
		Clk = 1;
		_nop_();
	}
	
	Clk = 0;
	DATI = 1;
	for( i = 0;i < 8;i++ )      //读取前8位的值
	{
		_nop_();
		adval <<= 1;
		Clk = 1;
		_nop_();
		Clk = 0;
		if (DATO)
		adval |= 0x01;
		else
		adval |= 0x00;
	}
	for (i = 0; i < 8; i++)      //读取后8位的值
	{
		test >>= 1;
		if (DATO)
		test |= 0x80;
		else 
		test |= 0x00;
		_nop_();
		Clk = 1;
		_nop_();
		Clk = 0;
	}
	if (adval == test)      //比较前8位与后8位的值，如果不相同舍去。若一直出现显示为零，请将该行去掉
	dat = test;
	nop_();
	CS = 1;        //释放ADC0832
	DATO = 1;
	Clk = 1;
	return dat;
}

void init()				//定时器初始化函数
{
	TMOD=0x01;			//定时器工作方式
 	TL0=0xb0;
 	TH0=0x3c;			//赋初值50ms
 	EA=1;				//打开中断总开关
	ET0=1;				//打开定时器0中断允许开关
 	TR0=1;				//打开定时器0定时开关
}

void AlcoholCalibration(void)     //酒精初始化校准函数
{
	sum = 0;
	for(m=0;m<50;m++)			//读50次AD值
	{
				sum = adc0832(0)+sum;		//读到的AD值，将读到的数据累加到sum
	}
	temp=sum/50;				//跳出上面的for循环后，将累加的总数除以50得到平均值temp
	K_ZERO = 500 * temp / 256;        //8位ADC，首先得到电压值，单位10毫伏
	Display_1602(0,WARNING);	 //显示AD数值和报警值
}

void main()				//主函数
{
	Init1602();						 //初始化液晶函数
	init();							 //初始化定时器
	init_eeprom();  //开始初始化保存的数据
	while(1)						 //进入循环
	{
		for(m=0;m<50;m++)			//读50次AD值
		sum = adc0832(0)+sum;		//读到的AD值，将读到的数据累加到sum
		temp=sum/50;				//跳出上面的for循环后，将累加的总数除以50得到平均值temp
		if (temp > K_ZERO) 
				temp = temp - K_ZERO;              //首先减去零点漂移，一般是130mV
		else
				temp= 0; 
		sum=0; 						//平均值计算完成后，将总数清零
		if(set==0)					 //set为0，说明现在不是设置状态
		Display_1602(temp,WARNING);	 //显示AD数值和报警值
		if(temp<WARNING&&set==0)	 //AD数值小于报警值
		{
			flag=0;					 //关闭报警
		}
		else if(temp>WARNING&&set==0)//AD值大于报警值
		{
			flag=1;					 //打开报警
		}
		Key();						 //调用按键函数
	}
}

void Key()					  //按键函数
{
	if(Key1==0)				  //设置键按下
	{
		while(Key1==0);		  //按键松开
		FENG=0;				  //蜂鸣器响
		set++;				  //设置变量加
		flag=0;				  //关闭报警
		TR0=0;				  //关闭定时器
	}
	if(set==1)				  //设置报警值时
	{
		write_com(0x38);//屏幕初始化
		write_com(0x80+0x40+7);//位置
   		write_com(0x0f);//打开显示 无光标 光标闪烁
   		write_com(0x06);//当读或写一个字符是指针后一一位
		FENG=1;				//关闭蜂鸣器

	}
	else if(set>=2)		//设置完成时
	{
		set=0;			//变量清零
		write_com(0x38);//屏幕初始化
		write_com(0x0c);//打开显示 无光标 无光标闪烁
		FENG=1;			//关闭蜂鸣器
		flag=1;			//打开报警
		TR0=1;			//打开定时器
	}
	if(Key2==0&&set!=0)			//设置报警值时加键按下
	{
		while(Key2==0);			//按键松开
		FENG=0;					//打开蜂鸣器
		WARNING++;				//报警值加
		if(WARNING>=255)		//最大加到255
		WARNING=0;				//清零
		write_com(0x80+0x40+5);	   //选中液晶屏上的第二行第十一列
		write_data('0'+WARNING/100);   //开始显示报警值。例如报警值是123,123除以100的商是1，加上‘0’是为了得到液晶中对应1的显示码
		write_data('0'+WARNING%100/10);//123除以100的余数是23,23再除以10得到的商是2
		write_data('0'+WARNING%100%10);//23除以10的余数是3
		write_com(0x80+0x40+7);//位置
		FENG=1;						//关闭蜂鸣器
		write_eeprom();			   //保存数据
	}
	else if(Key2==0&&set==0)
	{
		AlcoholCalibration();  //酒精初始化校准
	}
	if(Key3==0&&set!=0)				//注释同加按键
	{
		while(Key3==0);
		FENG=0;
		WARNING--;
		if(WARNING<=0)
		WARNING=255;
		write_com(0x80+0x40+5);
		write_data('0'+WARNING/100);
		write_data('0'+WARNING/10%10);
		write_data('0'+WARNING%10);
		write_com(0x80+0x40+7);//位置
		FENG=1;
		write_eeprom();			   //保存数据
	}
}

void  time1_int(void) interrupt 1		  //定时器工作函数
{
	uchar count;						  //定义计时变量
	TL0=0xb0;
 	TH0=0x3c;							  //重新赋初值50ms
  	count++;							  //变量加一次就是50ms
	if(count==10)						  //加到10次就是500ms
	{
		if(flag==0)						  //flag=0时，也就是不开启报警
		{
			LED_G=0;					  //绿灯点亮
			LED_R=1;					  //红灯熄灭
			FENG=1;						  //关闭蜂鸣器
		}
		if(flag==1)						  //flag为1时，也就是打开报警
		{
			LED_G=1;					  //绿灯熄灭
			LED_R=0;					  //红灯点亮
			FENG=0;						  //打开蜂鸣器
		}
	}

   	if(count==20)						  //计数20次，就是1s
   	{									  //在1s时，红绿灯都是熄灭状态，蜂鸣器也是关闭状态，装可以达到闪烁的目的
		count=0;						  //变量清零
		if(flag==0)						  //不是报警状态时
		{
			LED_G=1;
			LED_R=1;
			FENG=1;
		}
		if(flag==1)						  //报警状态时
		{
			LED_G=1;
			LED_R=1;
			FENG=1;
		}
	}
} 

原理图

设计报告

器件清单：

【腾讯文档】C0031 网盘链接
https://docs.qq.com/doc/DS2dTRkFiSHF1b2tF