目 录
1 引言 ........................................................ 1
1.1 本课题设计的目的和意义..................................... 1
1.2 国内外发展现状............................................. 1
1.3 酒精浓度测试仪科技新动向................................... 2
2.1 酒精浓度检测仪的原理说明................................... 4
2.1.1 酒精浓度检测仪构成部分................................... 4
2.1.2 酒精浓度检测仪原理....................................... 4
2.1.3 呼出气体的测量方法....................................... 4
2.1.4 数据的显示方法........................................... 5
2.1.5 关于气体收集测量方法不同造成的影响....................... 5
2.2 酒精浓度监测仪的硬件电路设计............................... 5
2.2.1 传感器................................................... 6
2.2.2 A/D转换电路 ............................................. 8
2.2.3 ADC0809的引脚及功能 ..................................... 9
2.2.4 AT89S52单片机 .......................................... 11
2.2.5 LCD显示 ................................................ 15
2.2.6 键盘.................................................... 15
2.2.7 声光报警................................................ 17
3.1 主程序流程图.............................................. 18
3.1.1 数据采集子程序.......................................... 18
3.1.2 数据处理子程序.......................................... 19
3.1.3 键盘扫描子程序.......................................... 20
3.1.4 提示界面键盘子程序...................................... 20
3.1.5 键盘阈值设定子程序...................................... 20
3.1.6 显示子程序.............................................. 20
3.1.7 报警子程序.............................................. 21
3.2 调试分析.................................................. 22
3.2.1 硬件调试................................................ 22
3.2.2 软件调试................................................ 23
3.3 软件与硬件结合调试........................................ 23
3.4 调试故障及原因分析........................................ 23
4 结论........................................................ 24
参 考 文 献.................................................... 25
致 谢......................................................... 26
1 引言
1.1 本课题设计的目的和意义
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，现场测试人体呼气中酒精含量已经受到重视，所以酒精浓度测试仪正在慢慢的得到广泛的关注与应用。
当酒精在人体血液内达到一定浓度时，就会麻痹神经，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。根据世界组织的事故调查，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]。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，由于人们安全意识逐渐加强，对环境安全性和生活舒适性要求的提高，再加上气体传感器已经向低功耗、多功能、集成化方向的发展。因此，酒精浓度测试仪具有十分广阔的现实市场和潜在的市场需求。
为了实现对人权的尊重，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，需要设计一款酒精浓度测试仪。
1.2 国内外发展现状
对气体中的酒精含量进行检测的设备有五种类型。分别是：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[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）和半导体型两种类型[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，还能不产生污染，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，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]。气敏元件传感器作为新型敏感元件传感器在国家列为重点支持发展的情况下，国内已有一定的基础。其现状是：
（1）烧结型气敏元件仍是生产的主流，占总量90％以上；接触燃绕式气敏元件已具备了生产基础和能力；电化学气体传感器有了试制产品。
（2）在工艺方面引入了表面掺杂、表面覆膜以及制作表面催化反应层和修隔离层等工艺，使烧结型元件由广谱性气敏发展成选择性气敏；在结构方面研制了补偿复合结构、组合差动结构以及集成化阵列结构；在气敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生产气敏元件，新研究开发的Al2O3气敏材料、石英晶体和有机半导体等也开始用于气敏材料。
（3）低功耗气敏元件（如一氧化碳，甲烷等气敏元件）已从产品研究进入中试。
（4）国内气敏元件传感器产量已超过“九五”初期的400万支。产量超过20万支的主要厂家有5家，黑龙江敏感集团、太原电子厂、云南春光器材厂、天津费加罗公司（合资）、北京电子管厂（特种电器厂），其中前四家都超过100万支，据行业协会统计，1998年全国气敏元件总产量已超过600万支。
总的看来，我国气敏元件传感器及其应用技术有了较快进展，但与国外先进水平仍有较大的差距，主要是产品制造技术、产业化及应用等方面的差距，与日本比较仍要落后10年。
1.3 酒精浓度测试仪科技新动向
为检查醉酒驾车,警察常常使用一种便携式的酒精呼吸检测仪,通过检测驾驶者呼出的气体判断驾驶者是否饮酒。但我国警方目前使用的酒精呼吸检测仪只能初步显示驾驶员是否饮酒,有醉驾嫌疑的驾驶员还需要接受血检,以确定其体内酒精含量是否超标。目前英国内政部已推出一种超级酒精呼吸检测仪,能根据体温、呼吸频率等情况,当场判断出驾驶者体内的酒精含量。
奔驰、大众、宝马等厂家也研制出一些预防酒后驾车的车内设备,其中包括“酒精锁”。驾驶者在发动引擎前,须向车内一种小型酒精检测装置吹气,如果酒
精浓度超过标准值,引擎将无法启动。另外一种酒精锁则是一种情景对话设备。这种设备会询问驾驶者的家庭地址等问题,如果驾驶者在酒后意识不清醒,不能正确答对所的问题,就无法启动汽车。
一些新的光学手段也可应用于对付醉驾。俄罗斯圣彼得堡一家激光公司发明了激光酒精检测仪,可对驾驶员是否饮酒进行远距离探测。检测时,检测仪发射一束激光透过挡风玻璃对车内空气进行检测,如果空气中酒精含量超过百万分之一,仪器就会报警。
还有一些更新锐的检测技术正在研究之中。比如,英国布里斯托尔大学的研究人员试图通过检测驾驶员眼睛的动作来识别是否醉驾。正常状态下,驾驶员转动方向盘时,会提前0.185s左右将目光转向一边。而饮酒将明显缩短这个时间差。2小杯伏特加酒就会使时间差降到0.15s以下,4小杯伏特加会完会消除这一时间差。
2 酒精浓度监测仪的硬件电路设计
2.1 酒精浓度检测仪的原理说明
2.1.1 酒精浓度检测仪构成部分
酒精浓度检测仪主要是用来检测酒精浓度的，它主要由酒精传感器、模数转换器、单片机、LCD显示、键盘以及声音报警构成。
本课题选择MQ-3型酒精传感器.MQ-3型气敏传感器灵敏度高，响应速度快
[7]。AT89S52是低功耗、高性能、采用CMOS工艺的8位单片机，其片内具有8KB的可在线编程的Flash存储器[8]。
ADC0809为8路8位的A/D转换器，具有转换起停控制端，转换时间为100μs，模拟输入电压值范围是0～+5V，+5V电压供电[11]。三位数码管显示具体数值。
8279对键盘部分提供一种扫描工作方式，能对64个按键键盘阵列不断扫描，自动消抖，自动识别出闭合的键并得到键号，能对双键或N键同时按下进行处理。
LJDl28X64液晶显示模块是128X64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字(16X16点阵)、128个字符(8X16点阵)及64X256点阵显示RAM(GDRAM)。
2.1.2 酒精浓度检测仪原理
人饮酒后,酒精通过消化系统被人体吸收,经过血液循环,约有90%的酒精通过肺部呼气排出,因此测量呼气中的酒精含量,就可判断其醉酒程度。大量的统计研究结果表明,如果被测者深吸气后以中等力度呼气达三秒钟以上,这时呼出的气就是从肺部深处出来的气体。呼气中的酒精含量与血液中的酒精含量有如下关系:BAC(mg/L)=BrAC(mg/L)*2200,BAC(blood alcoholconcentration)为血液酒精浓度,BrAC(breath alcoholconcentration)为呼气酒精浓度,二者具有固定的比例关系。mg/L是物理单位,为毫克每升。该检测仪正是在这个关系上进行了数值理论计算[9]。
2.1.3 呼出气体的测量方法
对人呼出气体的测量不同于对其它气体的测量。因为人呼出一口气的时间仅一秒种左右，而且传感器感受到的乙醇气体浓度有一个从低到高再到低的过程，在这个过程中，浓度有一个最大值[10]。
2.1.4 数据的显示方法
如果采用即时显示，检测者在短短的一秒钟内既要观察被检者呼气方式是否正确，又要观察读数并读取最大值．眼睛会应接不暇，极易漏读、误读。用微型计算机处理，可以在一秒种内采样数百次，对每次的结果逐一进行比较，保留最大值，在测量过程结束后将最大值显示出来供检测者读取，并能长时间锁存，供被检者和其他有关人员察看。
综上所述，在酗酒检测仪中采用单片微型计算机可以集模数转换、非线性校正、结果处理、存储、译码显示于一身，从而使电路结构紧凑、功能强、性能价格比高，并使检测仪智能化，因此有着十分突出的优点[11]。采用微机的数字化气体检测仪，采用同一电路结构，只要更换传感器和程序存储器，就可以适用于多种气体的检测，这也是其优点之一。
2.1.5 关于气体收集测量方法不同造成的影响
对人体呼出气体的测量方式及其对测量结果的影响对人体呼出气体进行测量的方式基本上分为三种。
第一种是密闭式的测量。被测者将呼出气体吹入一塑料袋中，然后将传感器探头深入袋内测量。测量过程中塑料是密闭的，袋中气体不溢出。第二种是连续气流式的测量。传感器装在一个气室中。被测者通过吹管将气从气室一端吹入，经过传感器后从气室另一端排出。测量过程L中要求气流不中断并保持一定的压力。第三种是开启或半开启式的测量。被测者将气体直接吹向传感器进行测试。要达到定量测量的目的，应采用前面两种方法，而且以第二种方法为好。但这两种方法都要用到辅助的器具，如塑料袋和吹管。从卫生的角度，每次测试后要更换一次辅助器具。这在大量普查中不仅繁琐，而且要耗费大量辅助器具，显然是很不经济的。我们采用开启式和精确式测量相结合的方法。在普查时用开启式进行定性测量，被测者如果饮了酒，仪器就会报警，然后进行复测，采用精确式进行定量测量．根据超标与否判罚。对未饮酒者，不进行复测。这样可以节省大量辅助器具，又达到定量检的目的[12]。
2.2 酒精浓度监测仪的硬件电路设计
硬件设计时，考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是0-5伏的电压值且电压值稳定，外部干扰小等。因此，可以直接把传感器输出
电压值经过ADC0809采集数据送入单片机进行处理。此外，还需接人LCD显示，8279键盘／显示器接口芯片，声光报警电路等。
图2.1硬件方案总体框图
2.2.1 传感器
国外气体传感器发展很快，一方面是由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动。目前，气体传感器的发展趋势集中表现为：一是提高灵敏度和工作性能，降低功耗和成本，缩小尺寸，简化电路，与应用整机相结合，这也是气体传感器一直追求的目标。如日本费加罗公司推出了检测（0.1～10）×10－6硫化氢低功耗气体传感器，美国IST提供了寿命达10年以上的气体传感器，美国FirstAlert公司推出了生物模拟型（光化反应型）低功耗CO气体传感器等。二是增强可靠性，实现元件和应用电路集成化，多功能化，发展MEMS技术，发展现场适用的变送器和智能型传感器。如美国GeneralMonitors公司在传感器中嵌入微处理器，使气体传感器具有控制校准和监视故障状况功能，实现了智能化；还有前已涉及的美国IST公司的具有微处理器的“MegaGas”传感器实现了智能化、多功能化[14]。
由于本课题直接测量的是呼气中的酒精浓度，所以采用气敏传感器。考虑到周围空气中的气体成分可能影响传感器测量的准确性，所以传感器只能对酒精气体敏感，对其他气体不敏感，故选用MQ3型气敏传感器。它具有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。
图2.2 酒精浓度同输出电压的近似函数关系
图2.3 传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度之间的关系
MQ3型气敏传感器由微型Al2O3，陶瓷管和SnO2敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。传感器的标准回路有两部分组成。其一为加热回路，其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻值的变化。传感器的表面电阻RS的变化，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号VRL输出面获得的。二者之间的关系表述为：RS／RL=(VC-VRL)／VRL，其中VC为回路电压为10V。负载电阻RL可调为0．5-200K。加热电压Uh为5v。上述这些参数使得传感器输出电压为0-5V。为了使测量的精度达到最高，误差最小，需要找到合适的温度,一般在测量前需将传感器预热5分钟[15]。
表2.1标准工作条件
表2.2酒精传感器的环境条件
2.2.2 A/D转换电路
在单片机应用系统中，被测量对象的有关变化量，如温度、压力、流量、速度等非电物理量，须经传感器转换成连续变化的模拟电信号（电压或电流），这些模拟电信号必须转换成数字量后才能在单片机中用软件进行处理。实现模拟量转换成数字量的器件称为A/D转换器（ADC）。
A/D转换器大致分有三类：一是双积分A/D转换器，优点是精度高，抗干扰性好，价格便宜，但速度慢；二是逐次逼近式A/D转换器，精度、速度、价格适中；三是并行A/D转换器，速度快，价格也昂贵。
在本设计中选用的是ADC0809属于第二类，是8位A/D转换器。每采集一次需100μs。ADC0809具有8路模拟信号输入端口，地址线（23-25脚）可决定那一路模拟信号进行A/D转换。22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制，当输入一个2μs的高电平脉冲时，就开始A/D转换。7引脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许端，当OE脚为高电平时，A/D转换数据输出。10脚为0809的时钟输入端。
目 录
1 引言 ........................................................ 1
1.1 本课题设计的目的和意义..................................... 1
1.2 国内外发展现状............................................. 1
1.3 酒精浓度测试仪科技新动向................................... 2
2.1 酒精浓度检测仪的原理说明................................... 4
2.1.1 酒精浓度检测仪构成部分................................... 4
2.1.2 酒精浓度检测仪原理....................................... 4
2.1.3 呼出气体的测量方法....................................... 4
2.1.4 数据的显示方法........................................... 5
2.1.5 关于气体收集测量方法不同造成的影响....................... 5
2.2 酒精浓度监测仪的硬件电路设计............................... 5
2.2.1 传感器................................................... 6
2.2.2 A/D转换电路 ............................................. 8
2.2.3 ADC0809的引脚及功能 ..................................... 9
2.2.4 AT89S52单片机 .......................................... 11
2.2.5 LCD显示 ................................................ 15
2.2.6 键盘.................................................... 15
2.2.7 声光报警................................................ 17
3.1 主程序流程图.............................................. 18
3.1.1 数据采集子程序.......................................... 18
3.1.2 数据处理子程序.......................................... 19
3.1.3 键盘扫描子程序.......................................... 20
3.1.4 提示界面键盘子程序...................................... 20
3.1.5 键盘阈值设定子程序...................................... 20
3.1.6 显示子程序.............................................. 20
3.1.7 报警子程序.............................................. 21
3.2 调试分析.................................................. 22
3.2.1 硬件调试................................................ 22
3.2.2 软件调试................................................ 23
3.3 软件与硬件结合调试........................................ 23
3.4 调试故障及原因分析........................................ 23
4 结论........................................................ 24
参 考 文 献.................................................... 25
致 谢......................................................... 26
1 引言
1.1 本课题设计的目的和意义
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，现场测试人体呼气中酒精含量已经受到重视，所以酒精浓度测试仪正在慢慢的得到广泛的关注与应用。
当酒精在人体血液内达到一定浓度时，就会麻痹神经，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。根据世界组织的事故调查，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]。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，由于人们安全意识逐渐加强，对环境安全性和生活舒适性要求的提高，再加上气体传感器已经向低功耗、多功能、集成化方向的发展。因此，酒精浓度测试仪具有十分广阔的现实市场和潜在的市场需求。
为了实现对人权的尊重，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，需要设计一款酒精浓度测试仪。
1.2 国内外发展现状
对气体中的酒精含量进行检测的设备有五种类型。分别是：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[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）和半导体型两种类型[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，还能不产生污染，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，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]。气敏元件传感器作为新型敏感元件传感器在国家列为重点支持发展的情况下，国内已有一定的基础。其现状是：
（1）烧结型气敏元件仍是生产的主流，占总量90％以上；接触燃绕式气敏元件已具备了生产基础和能力；电化学气体传感器有了试制产品。
（2）在工艺方面引入了表面掺杂、表面覆膜以及制作表面催化反应层和修隔离层等工艺，使烧结型元件由广谱性气敏发展成选择性气敏；在结构方面研制了补偿复合结构、组合差动结构以及集成化阵列结构；在气敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生产气敏元件，新研究开发的Al2O3气敏材料、石英晶体和有机半导体等也开始用于气敏材料。
（3）低功耗气敏元件（如一氧化碳，甲烷等气敏元件）已从产品研究进入中试。
（4）国内气敏元件传感器产量已超过“九五”初期的400万支。产量超过20万支的主要厂家有5家，黑龙江敏感集团、太原电子厂、云南春光器材厂、天津费加罗公司（合资）、北京电子管厂（特种电器厂），其中前四家都超过100万支，据行业协会统计，1998年全国气敏元件总产量已超过600万支。
总的看来，我国气敏元件传感器及其应用技术有了较快进展，但与国外先进水平仍有较大的差距，主要是产品制造技术、产业化及应用等方面的差距，与日本比较仍要落后10年。
1.3 酒精浓度测试仪科技新动向
为检查醉酒驾车,警察常常使用一种便携式的酒精呼吸检测仪,通过检测驾驶者呼出的气体判断驾驶者是否饮酒。但我国警方目前使用的酒精呼吸检测仪只能初步显示驾驶员是否饮酒,有醉驾嫌疑的驾驶员还需要接受血检,以确定其体内酒精含量是否超标。目前英国内政部已推出一种超级酒精呼吸检测仪,能根据体温、呼吸频率等情况,当场判断出驾驶者体内的酒精含量。
奔驰、大众、宝马等厂家也研制出一些预防酒后驾车的车内设备,其中包括“酒精锁”。驾驶者在发动引擎前,须向车内一种小型酒精检测装置吹气,如果酒
精浓度超过标准值,引擎将无法启动。另外一种酒精锁则是一种情景对话设备。这种设备会询问驾驶者的家庭地址等问题,如果驾驶者在酒后意识不清醒,不能正确答对所的问题,就无法启动汽车。
一些新的光学手段也可应用于对付醉驾。俄罗斯圣彼得堡一家激光公司发明了激光酒精检测仪,可对驾驶员是否饮酒进行远距离探测。检测时,检测仪发射一束激光透过挡风玻璃对车内空气进行检测,如果空气中酒精含量超过百万分之一,仪器就会报警。
还有一些更新锐的检测技术正在研究之中。比如,英国布里斯托尔大学的研究人员试图通过检测驾驶员眼睛的动作来识别是否醉驾。正常状态下,驾驶员转动方向盘时,会提前0.185s左右将目光转向一边。而饮酒将明显缩短这个时间差。2小杯伏特加酒就会使时间差降到0.15s以下,4小杯伏特加会完会消除这一时间差。
2 酒精浓度监测仪的硬件电路设计
2.1 酒精浓度检测仪的原理说明
2.1.1 酒精浓度检测仪构成部分
酒精浓度检测仪主要是用来检测酒精浓度的，它主要由酒精传感器、模数转换器、单片机、LCD显示、键盘以及声音报警构成。
本课题选择MQ-3型酒精传感器.MQ-3型气敏传感器灵敏度高，响应速度快
[7]。AT89S52是低功耗、高性能、采用CMOS工艺的8位单片机，其片内具有8KB的可在线编程的Flash存储器[8]。
ADC0809为8路8位的A/D转换器，具有转换起停控制端，转换时间为100μs，模拟输入电压值范围是0～+5V，+5V电压供电[11]。三位数码管显示具体数值。
8279对键盘部分提供一种扫描工作方式，能对64个按键键盘阵列不断扫描，自动消抖，自动识别出闭合的键并得到键号，能对双键或N键同时按下进行处理。
LJDl28X64液晶显示模块是128X64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字(16X16点阵)、128个字符(8X16点阵)及64X256点阵显示RAM(GDRAM)。
2.1.2 酒精浓度检测仪原理
人饮酒后,酒精通过消化系统被人体吸收,经过血液循环,约有90%的酒精通过肺部呼气排出,因此测量呼气中的酒精含量,就可判断其醉酒程度。大量的统计研究结果表明,如果被测者深吸气后以中等力度呼气达三秒钟以上,这时呼出的气就是从肺部深处出来的气体。呼气中的酒精含量与血液中的酒精含量有如下关系:BAC(mg/L)=BrAC(mg/L)*2200,BAC(blood alcoholconcentration)为血液酒精浓度,BrAC(breath alcoholconcentration)为呼气酒精浓度,二者具有固定的比例关系。mg/L是物理单位,为毫克每升。该检测仪正是在这个关系上进行了数值理论计算[9]。
2.1.3 呼出气体的测量方法
对人呼出气体的测量不同于对其它气体的测量。因为人呼出一口气的时间仅一秒种左右，而且传感器感受到的乙醇气体浓度有一个从低到高再到低的过程，在这个过程中，浓度有一个最大值[10]。
2.1.4 数据的显示方法
如果采用即时显示，检测者在短短的一秒钟内既要观察被检者呼气方式是否正确，又要观察读数并读取最大值．眼睛会应接不暇，极易漏读、误读。用微型计算机处理，可以在一秒种内采样数百次，对每次的结果逐一进行比较，保留最大值，在测量过程结束后将最大值显示出来供检测者读取，并能长时间锁存，供被检者和其他有关人员察看。
综上所述，在酗酒检测仪中采用单片微型计算机可以集模数转换、非线性校正、结果处理、存储、译码显示于一身，从而使电路结构紧凑、功能强、性能价格比高，并使检测仪智能化，因此有着十分突出的优点[11]。采用微机的数字化气体检测仪，采用同一电路结构，只要更换传感器和程序存储器，就可以适用于多种气体的检测，这也是其优点之一。
2.1.5 关于气体收集测量方法不同造成的影响
对人体呼出气体的测量方式及其对测量结果的影响对人体呼出气体进行测量的方式基本上分为三种。
第一种是密闭式的测量。被测者将呼出气体吹入一塑料袋中，然后将传感器探头深入袋内测量。测量过程中塑料是密闭的，袋中气体不溢出。第二种是连续气流式的测量。传感器装在一个气室中。被测者通过吹管将气从气室一端吹入，经过传感器后从气室另一端排出。测量过程L中要求气流不中断并保持一定的压力。第三种是开启或半开启式的测量。被测者将气体直接吹向传感器进行测试。要达到定量测量的目的，应采用前面两种方法，而且以第二种方法为好。但这两种方法都要用到辅助的器具，如塑料袋和吹管。从卫生的角度，每次测试后要更换一次辅助器具。这在大量普查中不仅繁琐，而且要耗费大量辅助器具，显然是很不经济的。我们采用开启式和精确式测量相结合的方法。在普查时用开启式进行定性测量，被测者如果饮了酒，仪器就会报警，然后进行复测，采用精确式进行定量测量．根据超标与否判罚。对未饮酒者，不进行复测。这样可以节省大量辅助器具，又达到定量检的目的[12]。
2.2 酒精浓度监测仪的硬件电路设计
硬件设计时，考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是0-5伏的电压值且电压值稳定，外部干扰小等。因此，可以直接把传感器输出
电压值经过ADC0809采集数据送入单片机进行处理。此外，还需接人LCD显示，8279键盘／显示器接口芯片，声光报警电路等。
图2.1硬件方案总体框图
2.2.1 传感器
国外气体传感器发展很快，一方面是由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动。目前，气体传感器的发展趋势集中表现为：一是提高灵敏度和工作性能，降低功耗和成本，缩小尺寸，简化电路，与应用整机相结合，这也是气体传感器一直追求的目标。如日本费加罗公司推出了检测（0.1～10）×10－6硫化氢低功耗气体传感器，美国IST提供了寿命达10年以上的气体传感器，美国FirstAlert公司推出了生物模拟型（光化反应型）低功耗CO气体传感器等。二是增强可靠性，实现元件和应用电路集成化，多功能化，发展MEMS技术，发展现场适用的变送器和智能型传感器。如美国GeneralMonitors公司在传感器中嵌入微处理器，使气体传感器具有控制校准和监视故障状况功能，实现了智能化；还有前已涉及的美国IST公司的具有微处理器的“MegaGas”传感器实现了智能化、多功能化[14]。
由于本课题直接测量的是呼气中的酒精浓度，所以采用气敏传感器。考虑到周围空气中的气体成分可能影响传感器测量的准确性，所以传感器只能对酒精气体敏感，对其他气体不敏感，故选用MQ3型气敏传感器。它具有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。
图2.2 酒精浓度同输出电压的近似函数关系
图2.3 传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度之间的关系
MQ3型气敏传感器由微型Al2O3，陶瓷管和SnO2敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。传感器的标准回路有两部分组成。其一为加热回路，其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻值的变化。传感器的表面电阻RS的变化，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号VRL输出面获得的。二者之间的关系表述为：RS／RL=(VC-VRL)／VRL，其中VC为回路电压为10V。负载电阻RL可调为0．5-200K。加热电压Uh为5v。上述这些参数使得传感器输出电压为0-5V。为了使测量的精度达到最高，误差最小，需要找到合适的温度,一般在测量前需将传感器预热5分钟[15]。
表2.1标准工作条件
表2.2酒精传感器的环境条件
2.2.2 A/D转换电路
在单片机应用系统中，被测量对象的有关变化量，如温度、压力、流量、速度等非电物理量，须经传感器转换成连续变化的模拟电信号（电压或电流），这些模拟电信号必须转换成数字量后才能在单片机中用软件进行处理。实现模拟量转换成数字量的器件称为A/D转换器（ADC）。
A/D转换器大致分有三类：一是双积分A/D转换器，优点是精度高，抗干扰性好，价格便宜，但速度慢；二是逐次逼近式A/D转换器，精度、速度、价格适中；三是并行A/D转换器，速度快，价格也昂贵。
在本设计中选用的是ADC0809属于第二类，是8位A/D转换器。每采集一次需100μs。ADC0809具有8路模拟信号输入端口，地址线（23-25脚）可决定那一路模拟信号进行A/D转换。22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制，当输入一个2μs的高电平脉冲时，就开始A/D转换。7引脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许端，当OE脚为高电平时，A/D转换数据输出。10脚为0809的时钟输入端。