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1、本科毕业论文（设计）基于单片机的酒精浓度检测仪设计所 在 学 院 专 业 名 称 申请学士学位所属学科 年 级 学生姓名、学号 指导教师姓名、职完 成 日 期 摘要摘 要近年来，随着我国经济发展，越来越多的私家车进入了人们的视野，而酒后驾车造成的交通事故也屡屡攀升。本文研究了一种用于公共场所具有检测及超限报警功能的酒精浓度检测仪设计。设计方案基于89C51单片机和MQ3酒精浓度传感器，系统先将传感器输出的信号通过A/D转换电路处理后，再经单片机进行数据处理，最后由LCD显示酒精浓度值，从而告知驾驶人在合理安全的情况下才能驾车行驶。经过大量实验，基于单片的酒精浓度测试仪比传统的机械检测仪或酒精计
2、灵敏，扩展简单，准确方便，可靠性好，检测精度高，控制功能强大，对超出阀值进行声光报警，直观准确。所以基于单片机的酒精浓度监测仪的研究对社会公共安全的提高具有很大促进作用。关键词：酒精浓度传感器， 单片机， 数模转换， 硬件设计， 报警IABSTRACTABSTRACTIn recent years, along with our country economy development, more and more private cars have come into the vision. While drunk driving traffic accidents caused by the
3、 repeated.This paper used for public inspection and overrun with the functions of alcohol concentration intelligent tester. Design scheme based on 89C51 and MQ3 alcohol concentration sensor, the system will be the first sensor output signal through the A/D converter circuit after treatment, then the
4、 MCU data processing, and finally by LCD display alcohol leel. Thus told people in the safety of reasonable driving can drive.Refined over a large number of experiments, using the alcohol concentration test instrument than traditional mechanical detector or alcohol gauge, extended simple, accurate a
5、nd convenient, good reliability, high precision, strong control function, to go beyond threshold alarm, intuitive and accurate.So based on SCM alcohol concentration monitor research for social public security increase of great value.Keywords: Alcohol, concentration sensor, microcontroller analog-to-
6、digital conversion , hardware design, alarmII目录目 录1 引 言11.1 酒精浓度检测仪的背景11.2 酒精浓度检测仪现状及发展趋势11.3 本课题实现目标12 设计方案和元器件选择22.1 设计方案22.2 单片机的选择22.3 传感器42.4 数模转换器52.5 AT24C02存储器62.6 LCD显示模块63 系统硬件设计83.1 硬件设计原理83.2 硬件设计外围电路93.2.1 晶振电路、复位电路设计93.2.2 报警电路设计113.2.3 电源电路设计113.2.4 信号调制电路设计123.2.5 A/D转换电路设计133.2.6 外围
7、扩充存储器电路设计144 系统软件设计154.1 主程序流程图154.2 A/D转换模块程序流程图154.3 按键程序流程图164.4 液晶显示程序流程图175 本设计总结与展望186 结束语18参考文献20致 谢2119北京信息科技大学本科毕业论文（设计）1 引 言1.1 酒精浓度检测仪的背景对气体中酒精含量进行检测的设备有五种基本类型，即：燃料电池型(电化学)、半导体型、气体色谱分析型、红外线型、比色型。但由于价格和使用方便的原因，常用的只有燃料电池型和半导体型两种。 燃料电池作为一种发电装置，它的原理是将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能。当前各国家都在广泛研究环保型能源，因为它
8、直接可以把可燃气体转变成电能，并且不产生污染，酒精传感器只是燃料电池的一方面应用。与半导体型的相比，燃料电池型呼气酒精检测仪有很多优势，即稳定性好，精度高，抗干扰性好。但是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，并且材料成本高，价格昂贵3。1.2 酒精浓度检测仪现状及发展趋势如今的酒精浓度检测仪都是采用可替代吹管，酒精仪从传统的机械检测或酒精计到现在的利用传感器和单片机核心技术的酒精浓度检测仪是在技术上是一大突破，提高了检测酒精的精确度，社会公共安全系数也大大的提高。但是现在大部分一般的酒精浓度检测仪价格低的灵敏度低，准确度高的售价也比较昂贵，并且大多只是对结果进行预警、低报、高
9、报三限报警点设置。为了得到准确的浓度数值，在LED 显示酒精浓度数值上应实现普及。同时很多其他气体会可能会对检测的结果产生影响，从而影响准确度，所以在传感器的腐蚀性以及排除其他干扰的能力上也待提升。现在大多都是对气体浓度或液体浓度的单一检测，最好是能解决一个检测仪能同时对酒精的气体和液体两种状态下的检测。1.3 本课题实现目标本课题进行硬件部分和软件部分设计，硬件部分是利用酒精气敏传感器检测空气中的酒精浓度并转为电压信号，经A/D 转换器程序转换成数字信号传给单片机系统，并经单片机及其外围电路信号处理，显示酒精浓度值以及超阈值声光报警。硬件设计部分主要包括：MCU、A/D、LCD、外围扩展数据
10、 RAM 等芯片的选择。2 设计方案和元器件选择2.1 设计方案因为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伏电压值且电压值稳定，外部干扰小等，所以可以把传感器输出电压值经过A/D转换得到数据交给单片机进行处理。因此要求系统配备完善的模拟量和数字量输入输出通道和完善的中断系统和处理功能。单片机采集酒精传感器的响应信号，并且进行转换。进行气体检测的基本步骤是信号采集处理、声光报警电路以及显示、键盘、PC接口电路测试。模数转换就是用于快速、高精度的对输入信号采样编码，然后转化成数字量储存在数据储存器中，然后单片机通过特定的算法进行气体浓度的识别，同时和所设值进行对比，超
11、出则报警同时显示浓度数值，没超出只显示浓度数并且将结果输出到LCD显示屏幕上。2.2 单片机的选择我们选择单片机STC89C51为控制核心，主要基于考虑 STC89C51具有低价高速，高可靠强抗静电，强抗干扰的特点。STC89C51 有40个引脚，32个外部双向输入/输出(I/O)端口，并且有2个外中断口， 2个全双工串行通信口，32个读写口线，片内振荡器及时钟电路，3个16位可编程定时计数器。89C51 能够按照常规方法进行编程，也能够在线编程。同时STC89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及
12、中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位，其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发本。STC 单片机有 PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 STC89C51 单片机单片机引脚功能，引脚如图 2-2所示：(1)Vcc：电源电压 (2)GND：地图2-2 89C51单片机引脚图STC89C51是低电压，高性能的CMOS8位单片机，片内含8K bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和256Kbytes的随机存取数据存储器，器件
13、采用高密度，非易失性存储技术生产，与标准 MCS-51指令系统及 89C51 产品引脚兼容，片内置通用 8位中央处器和 FLASH 存储单元，功能强大，STC89C51 单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。 主要性能参数：(1) 8K 字节可重擦写 FLASH 闪存存储器 (2) 1000次写/擦循环(3) 时钟频率：0Hz24MHz (4) 三级加密存储器(5) 256字节内部RAM (6) 32个可编程I/O口线 (7) 2个16位定时/计数器 (8) 5个中断源 (9)可编程串行UART 通道(10)低功耗的空闲和掉电模式(11)片内振荡器和时钟电路42.3 传感器本系统直接测量的是呼
14、气中的酒精浓度，再转换为血液酒精含量浓度。在选择传感器的时候，一定要考虑到稳定性、灵敏度、选择性和抗腐蚀性。本系统选择MQ3型酒精传感器，MQ3酒精传感器是气敏传感器，其具有很高的灵敏度、良好的选择性、长久的使用时间和可靠的稳定性的特点。 传感器的标准回路有加热回路和信号输出回路两部分。其中信号输出回路能比较精准的检测出传感器表面电阻值的变化。传感器表面电阻 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，10V负载电阻 RL可调为 0.5200K，加热电压 Uh为5V。上述这些参
15、数使得传感器输出电压为 05V，MQ3 型气敏传感器的结构和外形如下图2-3所示，标准回路如下图2-4所示。为了使测量的精确度达到最高，误差最小，需要找到适宜的温度，一般在测量之前将传感器预热5分钟。图2-3 MQ3结构和外形图2-4 MQ3标准回路图2.4 数模转换器实现 A/D 转换的基本方法很多，有计数法、逐次逼近法、双斜积分法和并行转换法。由于逐次逼近式A/D转换具有速度，分辨率高等优点，而且采用这种方法的ADC芯片成本低，所以我们采用逐次逼近式A/D 转换器。逐次逼近型 ADC 包括1个比较器、一个模数转换器、1个逐次逼近寄存器(SAR)和1个逻辑控制单元。逐次逼近型是将采样信号和已知电压不断进行比较，一个时钟周期完成1位转换，依次类推，转换完成后，输出二进制数。这类型ADC的分辨率和采样速率是相互牵制的，优点是分辨率低于12位时，价格较低，采样速率也很好。 ADC0832 模数转换器具有8位分辨率、双通道 A/D 转
