3.开题报告

长江师范学院

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称：姓 名：学 号：专业年级：指导教师：

酒精浓度检测仪设计 刘 晓 龙 200907081103 测控技术与仪器2009级 朱 清 友

教务处制

一、课题意义 酒后驾车是导致交通事故的一个主要因素，为了防止机动车辆驾驶人员酒后驾车，现场实时对人体呼气中酒精含量的检测已日益受到重视，酒精浓度检测仪逐渐得到广泛应用。 当酒精在人体血液内达到一定浓度时，麻痹神经，造成大脑反应迟缓，肢体不受控制等症状。人对外界的反应能力及控制能力就会下降，处理紧急情况的能力也随之下降。对于酒后驾车者而言，其血液中酒精含量越高，发生撞车的几率越大。而根据世界卫组织的事故调查，大约50%—69%的交通事故与酒后驾驶有关，酒后驾驶已经被列为车祸致死的主要原因[1]。在中国，每年由于酒后驾车引发的交通事故达数万起，其危害触目惊心，已成为交通事故的第一大“杀手”。从工厂企业到居民家庭，酒精泄露的检测、监控以及对酒后驾车的监测对居民的人身和财产安全都是十分重要且必不可少的。现如今，由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求的提高，再加上气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向的发展，因此，酒精浓度检测仪具有十分广阔的现实市场和潜在的市场要求。 二、文献综述 (一)酒精浓度检测仪的发展 随着科学技术的发展，由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求的提高，再加上气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向的发展，因此，酒精浓度检测仪具有十分广阔的现实市场和潜在的市场要求。为了实现对的尊重，对生命的关爱，使更多人的生命权、健康权及幸福美满的家庭能得到更好的保护，需要设计一智能仪器能够检测驾驶员体内酒精含量。目前全世界绝大多数国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，而且很多车主都期盼能够有便携仪器方便地测量气体酒精浓度，为安全驾驶提供保障，有效减少重大交通事故的发生。以确定被测量者体内酒精含量的多少，以确保驾驶员的生命财产安全。酒精检测仪的设计与使用有着不可替代的作用，也有着相当的前景和意义。 (二) 酒精浓度检测仪国内外研究现状 至今为止，对气体中酒精含量进行检测的设备有燃料电池型（电化学）、半导体型、红外线型、气体色谱分析型和比色型五种类型[2]。但由于价格和使用方便的原因，目前常用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型两种[3]。 燃料电池是当前全世界都在广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染，酒精传感器只是燃料电池的一个分支。燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极，在燃烧室内充满特种催化剂，使进入燃烧室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在两个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上，此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比。与半导体型相比，燃料电池型呼气酒精测试仪具有稳定性好，精度高，抗干扰性好的优点[4]。但是由于燃料电池酒精传感器的结构要求非常

精密，制造难度相当大，加上材料成本高，因此价格相当昂贵，是半导体酒精传感器的几十倍[5]。受20世纪信息技术的快速发展的影响，传感技术逐渐走向成熟，在生活生产中的得到了广泛的应用。由于传感器在各个领域都有着举足轻重的作用，因此，高精度，高可靠性，微型化，微功耗无源化和智能数字化成为其发展方向[6]。 1. 基于ATS52的酒精浓度检测仪 利用一个MQ-3 型气敏传感器感受酒精，一个ADC0832 进行模数转换，将程序编写到单片机中，用液晶显示器显示酒精的浓度。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数码管显示出来[7]。 2. 基于STC12C5A16AD的酒精浓度检测仪 利用了MQ-3型酒精的传感器通过对空气中的酒精浓度测试转换成0～5V的模拟量电压进行输出，把这个0～5V的电压传送到STC12C5A16AD内部自带的A/D转换模块中去，通过模拟量模块的转换输出一个8位0～255的数据给单片机的P1口，再通过单片机进行一些软件程序的处理显示在数码管上面。 (三)方案比较 STC12C5A16AD 单片机作测量系统时可以不用扩展AD转换芯片完全兼容ATS51，而且具有很多片内外设如AD，EEPROM之类的，ATS52是基础的51单片机，做测量可能要通过搭电路的方式实现AD等功能。 三、课题研究内容与方案 敏感部分由二氧化锡的N 型半导体微晶烧结层构成的MQ-3 型气敏传感器，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的浓度的变化而变化。由于这种变化是可逆的，所以能重复使用。MQ-3 型 气敏传感器灵敏度高，响应速度快[8]。 ATS52为8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，ATS52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止[9]。 正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转

换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能[10]。 设计的结构方案如图所示： 传感器 信号调制 MCU 数码管 按键 时钟 A/D 图1 整体结构方案图 酒精 ADC0832 MQ-3 型气敏传感器 ATS52 数码管 图2 系统总框图 四、课题研究进度安排 2013年03月01日前：查阅相关文献资料，撰写开题报告，开题答辩。 2013年03月02日—2013年04月10日：掌握ATS52的工作原理，完成总体设计方案，进行部分硬件设计；中期检查。 2013年04月10日—2013年04月25日：完成硬件设计和软件测试，撰写毕业设计。 2013年04月25日—2013年05月12日：完成毕业设计撰写。 2013年5月13日—2013年5月17日：完成毕业设计答辩准备工作，准备毕业答辩。

2013年5月18日：毕业答辩。 2013年5月19日—2013年5月29日：完善并提交所有资料。 五、主要参考文献目录 [1] 岳睿.呼气式酒精传感器的研究进展[J].化学传感器，2006，（3）:6-9. [2] 魏英智.DS18B20在温度控制中的应用[J].煤炭机械，2005，（3）:92-93. [3] 马中梅.单片机C语言程序设计[M].北京:北京航空航天大学出版社，2007:90-91. [4] 何希才.传感器技术与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社，2005:100-101. [5] 卢丽君.基于TLC13的单片机多路采样监测系统的设计[J].仪器仪表与分析监测，2007，(4):5-7. [6] 王幸之.AT系列单片机原理与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004:43-46. [7] 何希才.常用集成电路实用实例[M].北京:电子工业出版社，2007:78-80. [8] 郁有文.传感器原理及工程应用[M].西安:西安电子科技大学出版社，2003:20-21. [9] 张毅刚.单片机原理及应用[M].北京:高等教育出版社，2003:8-9. [10] 姚琳.微机原理与接口技术[M].北京:清华大学出版社，2010:50-51.