基于STC89C52单片机的酒精检测系统设计

摘 要：为了防止在铁路工作中出现因饮酒造成的各种安全事故，设计了一种以MQ-3酒精传感器为核心，采用STC89C52单片机为控制处理器，LCD液晶显示并带有声光报警功能的酒精浓度检测仪。分析了酒精浓度检测系统的总体结构设计，详述了系统硬件及软件的设计方法，并对其进行了仿真和实验验证。研究结果表明：当空气中酒精浓度超标时，酒精检测仪会发出声光报警，具有一定的使用价值。

关键词：STC89C52单片机；MQ-3酒精传感器；声光报警；酒精检测仪

铁路员工数量庞大，在每个新职员工入职之前，各相关部门都会对其进行相关的入路培训[1，2]。在培训时就明确地指出不允许工作人员在工作前饮酒，以防各种事故的发生。《铁路技术规程》第390条规定，铁路行车有关人员，接班前须充分休息，严禁饮酒，如有违反，立即停止其所承担的任务。[3]在《道路交通安全》中对饮酒处罚做了相应的规定[4，5]。为保障员工的生命安全，杜绝酒后作业现象的发生，设计了一种基于STC89C52单片机的酒精检测仪，可以在员工作业前对其进行酒精浓度检测。

该酒精浓度检测仪，以单片机最小系统和酒精传感器为核心，具有声光报警功能及 LCD 显示功能，并采用汇编语言来实现其软件功能，还可以通过改变其酒精浓度的检测阈值，以适用于各种不同的工作场所。同时，该酒精浓度检测仪还具有结构简单、性能可靠、携带方便、功耗低等优点，能够吸引较多的市场目光。[6]

1 酒精检测系统的总体结构设计

酒精检测系统主要由单片机最小系统、液晶显示模块、电源模块、蜂鸣器报警模块、指示灯模块、按键模块、酒精气体传感器模块以及模数转换模块组成。酒精传感器[5]采用电阻分压的方法接在模数转换芯片的通道1口。当酒精传感器监测到空气中酒精浓度时，通过单片机的运算处理，可以将酒精浓度在液晶显示器上显示出来。酒精浓度的报警阈值可以通过按键进行设置，当检测到空气中的酒精浓度超标时，蜂鸣器发出报警声，指示灯开始闪烁。

2 酒精检测系统主要硬件电路的设计

2.1 单片机最小系统的设计

单片机最小系统在整个酒精检测系统中起着统筹的作用，需要检测键盘，温度传感器等各种参数，同时驱动液晶显示相关参数。[7]本文选用STC89C52单片机作为系统的主控芯片来设计单片机最小系统。主要由STC89C52单片机、复位电路、时钟电路构成。

2.2 A/D模数转换器的设计

传感器传输的大都是连续变化的模拟量，模拟量经传感器转换成电信号后，需要A/D转换将其变成数字信号才可以输入到数字系统中进行处理和控制。本文选用的是ADC0832模数转换器，它具有体积小，兼容性强，性价比高等优点。

2.3 传感器的设计

一般的气体传感器有半导体型气体传感器和电化学型气体传感器两种。[8]半导体型传感器具有结构简单，灵敏度高，动态性能好等优点。且半导体为敏感材料，容易实现传感器智能化和集成化。故在本设计选用MQ-3半导体型酒精气体传感器。

2.4 液晶显示模块的设计

在单片机中常用的液晶显示屏通常有两种，一种是LCD12864液晶显示器，一种是LCD1602液晶显示器。LCD1602是字符型液晶显示器，其主控芯片是HD44780或其他兼容芯片。LCD12864液晶显示器是一种图形点阵显示器，除了普通字符外，它还可以显示图像及汉字。本文主要是用来显示酒精的浓度，LCD1602显示屏完全能够满足使用的要求。

2.5 声光报警电路的设计

酒精检测系统的报警电路由PNP型S8550三极管驱动。当单片机输出的是低电平时，三极管导通，蜂鸣器发出警报，指示灯闪烁；当单片机输出的是高电平时，三极管截止，蜂鸣器停止报警，指示灯熄灭。

3 程序流程设计与仿真分析

3.1 程序流程设计

设计酒精检测系统的程序流程为：

先进行程序初始化，在程序初始化完成之后，对传感器进行预热。传感器必须先预热，因为 MQ-3型半导体电阻式酒精传感器在一段时间内没有通电，再次打开电源时，传感器无法立即正常收集酒精浓度信息，需要一段时间进行预热。

然后系统将会进入监控状态，检测空气中的酒精浓度。酒精浓度信息经ADC0832转换处理后，由单片机进行分析处理，在LCD1602液晶屏上显示当前酒精浓度，超过设置酒精浓度时启动报警。

3.2 仿真分析

接下来开始对酒精检测系统进行仿真分析。浓度范围为10～1000ppm时，MQ-3酒精传感器可把检测到的酒精浓度值转换为电压信号，经过STC89C52单片机处理并将浓度通过LCD1602显示出来。在仿真模拟酒精监测系统的过程中，可以通过滑动变阻器电路改变输入值与设定阈值对比，若检测值大于设定值时，则报警电路发出报警。

其仿真结果如图1所示。在该仿真中将阈值设置为10%，检测到酒精浓度为14%，系统发出警报声，D2灯开始闪烁。

通过对该酒精检测系统进行仿真分析，可以看出：本文所设计的酒精检测系统在理论上是可以实现其报警功能的，基本达到设计的要求。

4 酒精检测系统的实验验证

接下来对所设计的酒精检测系统进行实验验证，观察其能满足正常使用的要求。

购买所需要的元器件，焊制出如图2所示的酒精检测仪。设置其酒精浓度报警阈值为10%，然后打开一瓶酒，将酒瓶靠近酒精检测仪，酒精检测仪检测到空气中的酒精浓度为14%，大于10%，蜂鸣器开始报警，指示灯开始闪烁。

通过实验可以看出，当空气中的酒精浓度超过所设定的阈值时，酒精检测仪会进行声光报警；当空气中的酒精慢慢挥发低于10%后，报警结束。说明本文所设计的酒精检测系统能够满足使用的要求。

5 结论

（1）通过分析酒精检测系统的工作原理，对其总体结构与内部电路进行了详细的设计，设计出了一个能够满足使用要求的酒精检测仪。

（2）对酒精检測系统进行编程与仿真，发现当检测到酒精浓度超过所设定的阈值时，会发生报警的现象，验证了本文所设计的酒精检测系统在理论上的正确性。

（3）对所设计的酒精检测仪进行实验测试，当空气中酒精浓度超标时，酒精检测仪会发出声光报警，说明本文所设计的酒精检测仪具有使用价值，能够用于铁路工作人员上岗前的酒精浓度检测。

参考文献：

[1]刘伟.浅谈提高铁路职工培训质量的措施[J].科技创新与应用，2015（7）：177.

[2]陈廷栋，贾赟.新时期铁路职工教育培训的创新思路[J].企业改革与管理，2014（11）：79.

[3]中国铁路总公司.铁路技术管理规程[S].2017.

[4]赵广锋，刘铁军.醉酒驾驶型危险驾驶罪的定性分析[J].中国检察官，2012（24）：78.

[5]胡稳.基于ARM的呼气式酒精浓度检测系统设计[D].郑州大学，2016.

[6]李丽华，黄秋野，王琦.基于单片机的酒精浓度检测仪设计[J].科技广场，2009（03）：166-168.

[7]李居尚.基于单片机的防酒驾系统设计[D].吉林：吉林大学，2013.

[8]冉伟刚.气体酒精浓度检测报警器设计[J].农业网络信息，2011（11），24-26.

作者简介：邹梦麒（1992-），男，硕士，学习动车组机械师。

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