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便携式酒精检测仪

发表时间：2020/7/13 来源：《新纪实》2020年第3期作者：章举

[导读] 本文主要研究便携式酒精检测仪的设计以及单片机控制。首先对便携式酒精检测仪的检测方法进行了分析，同时对整体方案进行设计。MQ-3酒精气体传感器作为采集单元，搭建以STM32为主控制器的硬件平台。酒精检测仪硬件主要包括酒精浓度检测模块、声光报警模块、STM32主控制器。软件设计主要分为ADC电压采集程序、数据显示程序、声光报警程序等。最后结合PC编程以及自己设计的硬件结构，对酒精检测仪进行联合调试。经

        西安思源学院陕西西安 710000

        【摘要】本文主要研究便携式酒精检测仪的设计以及单片机控制。首先对便携式酒精检测仪的检测方法进行了分析，同时对整体方案进行设计。MQ-3酒精气体传感器作为采集单元，搭建以STM32为主控制器的硬件平台。酒精检测仪硬件主要包括酒精浓度检测模块、声光报警模块、STM32主控制器。软件设计主要分为ADC电压采集程序、数据显示程序、声光报警程序等。最后结合PC编程以及自己设计的硬件结构，对酒精检测仪进行联合调试。经过测试，本文设计的酒精检测仪完成了酒精检测的功能。
        【关键词】MQ-3气体传感器；声光报警；电压采集；STM32单片机

        一、绪论
        （一）酒精检测仪的研究背景及意义
        随着科学技术的发展以及经济的快速增长，大街上汽车随处可见。在汽车带来便利性的同时，也造成了交通事故的频繁发生，其中酒驾在事故发生中扮演着重要的角色。为了减少酒驾事故的发生，交通执法部门加强了对驾驶员的安全意识教育和以及强制措施，酒精检测仪为执法部门公正执法提供了强力的支持。
        便携式酒精检测仪的稳定性、准确性、快速性满足了对人体呼出酒精浓度的检测。对于便携式酒精检测仪的研究将会使人们对环境的酒精浓度进行实时的读取，同时降低了交通事故的发生。将PC上位机和单片机系统结合在一起，更充分的体现了控制简单、实时数据传输等功能集成于一体的效果。
        （二）酒精检测仪的研究现状
        目前，检测气体中酒精浓度的设备主要分为电化学类的燃料电池型、半导体型、红外线型、气体色谱分析型以及比色型等几种类型。综合价格、性能、体积等诸多因素的考虑，基于现阶段技术条件使用最多的为前两种类型，且是最适合广泛应用推广的两类酒精浓度测量设备。
        当空气中酒精浓度占比增加时，气体传感器内的可变电阻阻值就会降低。由于气体传感器在不同的工作环境下的灵敏度不一样，因此半导体型气体传感器内部一般配有热敏电阻作为补偿，大大减小了环境温度对酒精浓度检测结果的影响。该传感器在系统上电预热达到传感器最佳的工作温度就可以较为精准的输出电压。
        目前我国使用最广泛的就是手持式吹气式酒精检测仪。
        （三）本文的主要研究内容
        本文介绍了自主设计的酒精检测仪硬件平台，主要研究对气体传感器数据的采集提取以及处理。本设计的主要任务是STM32单片机通过AD通道采集传感器的电压并对该电压进行一定的处理转化为可视化的酒精浓度级别，当酒精浓度超过预设值时，微控制器控制蜂鸣器完成报警功能。

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        二、酒精检测仪整体设计
        （一）酒精浓度检测方法概述
        酒精浓度检测方法常用的有半导体型、燃料电池型、气体色谱分析型。
        半导体型酒精浓度检测原理是通过检测其内部可变电阻两端的电压来进行酒精浓度的检测。
        燃料电池型酒精浓度检测的酒精检测最大的特点是待检测的酒精气体在其传感器的反应腔内发生化学反应，酒精气体在燃烧的过程中经特殊催化剂将热能转换为电能，通过测量反应腔中的电势差就可以得到该酒精浓度下传感器输出的电压值。酒精浓度越大，燃烧的热能越多，电能转换就越多，可想而知，酒精浓度的变化与电压成正比。
        （二）酒精检测仪系统硬件电路设计
        1.单片机的选型。主控制器采用ST公司生产的STM32单片机，该款单片机技术已经非常成熟，已经运用在各行各业以完成工厂自动化以及系统的智能控制。
        2.气体检测传感器的选型。（1）气体检测传感器的型号选择以及技术参数。本文选择MQ-3酒精气体检测传感器。酒精浓度检测传感器是一种偏向于大众的低成本传感器，故而在生活中运用较多，尤其是运用在是否酒驾的检测中，其性价比高，性能较好。（2）气体检测传感器应用电路。为了使MQ-3气体传感器在标准工作条件下稳定持续的工作，我们给其提供5V直流电压。传感器的标准回路由加热回路、信号输出回路两部分组成。信号输出电路受外界温度影响较大，本设计选择将其提前通电加热5V电压之后再采集数据，此时采集的数据是最稳定的。该模块分为模拟和数字两种信号输出模式。
        三、酒精检测仪系统软件设计
        便携式酒精检测仪程序设计大概流程是系统开机上电后，主控制器对酒精传感器和数据显示模块等硬件模块进行初始化。MQ-3气体检测模块对酒精气体进行电信号转换，接下来STM32微控制器通过AD通道采集到该电信号并进行数据处理，其次将数据在OLED液晶显示屏上显示，最终判断此时的酒精浓度是否超限。该设计的最终目的是在周围酒精浓度超限之后，蜂鸣器发出刺耳的警报，LED灯常亮。
        四、总结与展望
        随着科学技术的发展，人们已经离不开智能控制的生活中的具体应用，智能控制理论是实现生活智能化必不可少的原理。自动驾驶也是智能控制理论应用的一个领域，在自动驾驶没有应用于生活中之前，我们只能通过加强监管力度来减少交通事故的发生，通过对便携式酒精检测仪的实际，可以将枯燥乏味的传感器知识与电路设计加以实际运用，既能加深对所学理论知识的理解，同时也检验了自己对传感器工作原理的理解没有偏差。

        参考文献：
        [1]吕晓颖.基于MQ-3的酒精检测系统设计[J].科技视界,2019(21):31-32.
        [2]郭占苗.烟雾酒精报警器的设计与制作[J].长沙航空职业技术学院学报,2019,19(02)：73-77.