简易酒精检测仪的设计与实现

南 京 理 工 大 学毕业设计说明书(论文)作 者: 学 号： 学院(系):电子工程光电技术学院专 业:电子科学与技术题 目:简易酒精检测仪的设计与实现 指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 2014 年 5 月毕业设计说明书（论文）中文摘要 随着经济的发展，汽车数量不断增加，酒后开车行为严重影响社会安全，驾车前的酒精检测就成为重要的课题。为此，设计了由酒精传感器和单片机组成的简易酒精检测仪，包括硬件电路的设计、单片机软件设计与上位机软件设计；实现了呼出空气中酒精浓度值的测量，通过设置不同的阈值，实现酒精浓度超标的报警，且能在液晶屏显示实时酒精浓度；通过无线通信的方法，实现了上位机与酒精检测仪的实时通信，便于远程监控被测对象体内的酒精浓度。通过实验表明，该本装置可应用于驾驶员驾车前的自行检测，也可用于监控空气中的酒精浓度。关键词 电子信息 传感器网络 酒精传感器 检测 报警 毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Research and Implementation of a simple alcohol concentration detector AbstractAs the economy develops, the number of cars is increasing, more and more serious drunk driving behavior affect social security, alcohol test before driving became a subject that is drawing more and more attention. In this paper, a simple alcohol detector is designed by the alcohol sensor and a MCU, including hardware design, software design and PC microcontroller software design; achieve a measure of alcohol concentration in the air exhaled. By setting different thresholds, achieve alcohol concentration exceeding the alarm, and can display real-alcohol concentration on the LCD screen; through the method of wireless communication, achieve using host computer monitor real-time of alcohol concentration by a wireless. Experiments show that the device can be used to detect the driver's alcohol concentration before their driving.It can also be used to monitor the concentration of alcohol in the air.Keywords electronic information sensor network alcohol sensor detect alarm 本科毕业设计说明书（论文） 第 页 共 页目 次1 引言 11.1 论文的背景及意义 11.2 研究现状及前景 11.3 章节安排 22 系统的功能及整体设计方案 42.1 整体设计方案 42.2 工具平台的选择 43 硬件设计 63.1 主控模块的选型与设计 63.2 酒精传感器的选型及设计 83.3 显示模块的设计 113.4 键盘模块的设计 123.5 声光报警模块的设计 133.6 无线收发模块的设计 143.7 电源模块的设计 173.8 印刷电路板的设计 184 软件设计 214.1 整体软件流程图 214.2 模数转换子程序的设计 214.3 显示子程序的设计 224.4 无线收发子程序的设计 234.5 键盘扫描子程序的设计 244.6 阈值保存读取子程序的设计 244.7 声光报警子程序的设计 254.8 上位机程序的设计 265 实验结果及分析 285.1 电路焊接及酒精测试 285.2 上位机监控测试 31结 论 32致 谢 33参考文献 34 本科毕业设计说明书（论文） 第 35 页 共 39 页1 引言随着国民经济的飞速发展，民众的生活水平有了很大的提升。人们饮酒的次数也越来越多。酒后驾车造成的交通事故也变得越来越频繁。酒驾已经成为了社会上的马路杀手，造成了惨重的生命财产损失。于是酒精检测课题正越来越引起人们的重视，在当前社会的背景下有重要意义。11 论文的背景及意义 世界卫生组织的统计数据指出，一个国家的人均国民生产总值越高，人均饮酒量就越高。可以预见，随着国内经济的持续发展，国内人均饮酒量会逐渐变得更高。研究指出，当人体血液中的酒精浓度达到20mg/100ml时，人就会开始头晕、微醉，而当达到80mg/100ml时，人就会说胡话，走路不稳，这就是醉酒。倘如再高，人就会有生命危险。所以当司机饮酒过量造成头晕、反应缓慢、肢体不受控制时再去开车就会造成交通事故。酒驾造成的交通事故的再三发生给人们的生命财产带来了难以估量的威胁和损失。 2000年以来，中国逐渐步入汽车社会，酒驾正在成为日益残暴的“马路杀手”。相关资料指出，全世界每年因车祸殒命的人数就高达60万，留下永久性残疾者更是在400万以上。在很多国家，车祸已成为意外死亡的首因。因此，如何有效的遏制酒驾的发生具有重要的意义。遏制酒驾最有效的方法之一就是让司机提高酒驾意识，要做到每次驾车前都检测体内的酒精浓度，做到酒后不开车。开发简单方便、便宜易用酒精检测仪就成为了亟待解决的问题。除此之外，在对酒精浓度要求严格的生产场合，对酒精浓度精确实时监控，可以做到一旦有异常发生，可以立刻提供指示，避免灾祸，这很有意义。12 研究现状及前景确定人体酒精浓度最准确的方法是直接测量血液中的酒精浓度。但这种办法有明显的缺陷：测量过程复杂，技术难度高。实际中最常用的办法是测量人呼出气体中的酒精浓度。统计研究结果证明，一个人深吸气后以中等力度呼气二到四秒，呼出的气体就是肺部深处的气体。肺部深处的气体酒精浓度大概是血液中酒精浓度的2200倍。因此，简单卫生的测量呼出气体里的酒精浓度就可以大致测定人的饮酒量。 酒精检测仪按原理的不同主要有以下几类。l 电化学型使用白金作为电极，然后在一个被特种催化剂填满的燃料室中吹入定量待测气体，燃料室内的酒精经过完全燃烧后就会在两个电极上产生电压。这样就产生了和气体中酒精浓度成正比的电压。有体积小、精度高、操作简单等特点，但价格昂贵，生产困难。l 红外线型 研究证明，人体皮肤对红外线的吸收量是和人体内酒精浓度密切相关的。这种检测仪就是利用此原理制成的。但是这种结构复杂，使用不方便，未得到广泛使用。l 气体色谱分析型、比色型。 这两种仪器价格昂贵，实际应用很不方便。 l 半导体型采用只对特定气体敏感的半导体器件用作传感器。当某种N型半导体氧化物暴露在大气当中时，它就会吸附氧气分子，其内部载流电子的数量就会变少，其电阻就会变大。若空气中存在某种特定气体，它与吸附的氧气发生恢复性反应，使半导体内部的载流电子数量恢复上涨，其电阻就会减小。半导体-氧化物传感器便是通过此现象测量某种特定气体的浓度。此半导体器件的电阻值和其敏感气体浓度有直接关系。被测气体中该种特定敏感气体浓度越高，其电阻值就会越低。有可恢复性好、灵敏度高等优点。由于有成本和实际应用方便等因素要考虑，现在使用最广泛的还是燃料电池型（电化学）。电化学型有测量精度高，稳定性优良，抗干扰性好等优点。但是其缺点也很明显。由于其结构要求非常精密，制作难度非常高，目前世界上只有欧美等少数几个发达国家掌握其生产技术。其材料成本也很高，造成其价格昂贵，一般只是在交警执法检查酒驾时使用，难以大规模在社会上推广使用。便于民用推广的应该是微变氧化物半导体型酒精检测仪。半导体型具备敏捷的响应恢复特性和良好的灵敏度，并且只对酒精蒸汽敏感，不受烟气、雾霾颗粒等非酒精蒸汽的干扰，耗能很低、寿命长久。制作结构简单，成本低廉。为此，本文设计了一款以半导体型酒精传感器和微控制器为核心的简易酒精检测仪。13 章节安排 本系统主要工作包括单片机及酒精传感器的选型、各模块硬件电路的设计和软件编程、上位机的编程、印刷电路板的设计。第1章 为引言。第二章说明了本装置的功能及整体设计方案，介绍了系统功能和整体框架图，还介绍了整个设计过程中使用的工具平台。第三章说明了整个系统中的硬件电路设