基于AVR单片机MG32的酒精检测仪研究

曹雪伟

摘 要：酒精浓度的检测对于有效预防酒后驾驶是非常必要的。本文利用AVR单片机MG32设计了一种酒精检测仪，该设计电路主要由酒精传感器、AVR单片机主机MG32、四位数码管显示器、八位独立按键构成，可实现酒精浓度检测功能，该电路具有结构简单，便于操作，测试准确等优点，具有广阔的应用前景。

关键词：传感器 AVR单片机MG32 酒精检测

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）10（c）-00-02

最近几年来，酒后驾车成为交通事故多发的主要因素之一。有资料显示，当人体呼出气体中酒精浓度达到80mg/100mL时，驾驶员将出现神经麻木、大脑反应迟钝、注意力不集中和紧急情况下无法及时反应，因此导致交通事故的数量是非醉酒驾驶的1.72倍。为此《中华人民共和国道路交通安全法》第九十一条明确规定，人体呼出气体中酒精浓度在20mg/100mL至80mg/100mL范围时，暂时扣留驾驶执照6个月，罚款1000～2000元。人体呼出气体中酒精浓度超过80mg/100mL范围时，吊销机动车驾驶证，五年内不得再考取机动车驾驶证。饮酒后或者醉酒驾驶机动车发生重大交通事故，终生不得重新取得机动车驾驶证。因此，如何便捷、准确地检测驾驶员呼出气体中酒精浓度，加大对非法饮酒驾车的惩罚力度是至关重要的。本文旨在研究以半导体气体传感器为检测模块的酒精检测器的基本电路，为酒精检测仪更有效地服务于社会提供技术参考。

本项基础研究是在自动检测基础实训室完成，自动检测基础实训室是以亚龙YL-291单元电路为基础，AVR单片机主板MG32为控制电路，传感器电路为测试电路，进而实现典型电路功能，可实现的应用电路有酒精检测电路、超声波测距电路、温度无线传输电路、GPS信息显示、分贝计、64×32点阵广告屏、指纹控制电路等。本文利用自动检测基础实训室的设备完成了酒精检测仪电路的搭接和测试工作，该电路能够准确、快速地检测酒精气体的浓度。

1 功能部件介绍

1.1 酒精传感器

酒精传感器由气敏电阻传感器QM-J3和电压比较器LM358构成，具体电路原理图如图1所示。

QM-J3的引脚A-B间的电阻，在酒精浓度较低的情况下约10kΩ左右，而在酒精浓度较高的情况下电阻值降低到1kΩ左右。当没有酒精气体的情况下，气敏电阻传感器的B端输出一个低电平，比较器LM358输出一个低电平，三极管VT1截止，电路不导通。当周围空气的酒精浓度增加时，气敏电阻传感器QM-J3的引脚A-B间的电阻值会迅速减小，B端输出电压经过电位器RP1分压到LM358的“3”脚，导致“3”脚的电压大于“2”脚的电压，“1”脚输出一个高电平，使得三极管VT1导通，输出一个低电平，电路导通。输出电压VOUT的大小随着酒精浓度的变化而变化。

1.2 AVR单片机主机MG32

1997年，ATMEL公司自主开发了AVR单片机，它是一种内置闪存增强型的RISC高速8位单片机。AVR单片机大部分指令可在一个时钟周期完成。AVR单片机具有内部RC振荡器、看门狗、启动延时、通电自动复位等多种功能。它使电路设计简单，且具有丰富的内部资源。一般来说，它集成了A/D转换器、PWM、SPI、USAT、TWI、I2C通信端口和丰富的中断源。AVR单片机的工作电压是4.5～5.5V。

AVR单片机不需要专用下载器，可以直接通过SPI端口下载程序。AVR单片机的每个I/O端口都与贴片式發光二极管相连，可以直接观察每个I/O口的输出电压情况，便于电路的设计和调试。

1.3 四位数码管显示器

四位数码管显示器采用外部供电方式，供电电压是4.5～5.5V。四位数码管显示器的七段数码管段码A-DP输入和位选DS1-DS4输入，均低电平有效。LED1-LED8分别点亮时，显示不同的功能。

1.4 八位独立按键

八位独立按键S1-S8的功能是F2、OK、SET、F1、LEFT、UP、DOWN、RIGHT。当按下其中某个按钮时，按钮输出一个低电平信号，这将实现该按钮所相应的功能。八位独立按键的供电电压是4.5～5V。

2 酒精检测仪电路设计

2.1 电路连接方法

将AVR单片机PA指示和时钟芯片选择拨码开关闭合，四位数码管显示器A-DP连接AVR单片机的PB0-PB7，DS1-DS4连接PC1-PC4，酒精传感器的VOUT连接AVR单片机的PA0，8位独立按键的SET连接AVR单片机的PA1，8位独立按键的OK连接AVR单片机的PA2。将酒精传感器、AVR单片机主机MG32、四位数码管显示器、八位独立按键的VCC和GND分别与5V电源和地线相连。

2.2 电路调试方法

AVR单片机通电后，下载酒精检测仪对应的程序。各部分按2.1电路连接方法接线，检查无误后，总电源闭合。在空气中，酒精传感器预热1min，数码管显示的数字稳定后，按下“SET”键，此时四位数码管上的8个贴片LED指示灯发光，然后按下“OK”键，数码管显示“0000”，屏幕清零后即可进行酒精浓度检测。将蘸有酒精的棉球靠近酒精传感器，此时数码管显示的数字应为当前检测到的酒精浓度，当酒精浓度增大时，其数码管显示的数字增大，输出端VOUT电压值随酒精浓度增大而增大。

3 结语

本论文利用酒精传感器、AVR单片机主机MG32、四位数码管显示器、八位独立按键实现了酒精浓度检测功能，该电路结构简单，便于操作，测试准确，为酒精检测仪电路研究提供了参考，为进一步优化酒精检测仪提供了方向。

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