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1、 . . . 防 灾 科 技 学 院毕 业 设 计题目基于单片机酒精浓度测试仪设计学生骆成曦学号105032211系别防灾仪器系专业测控技术与仪器班级1050322开题时间2013年12月20日答辩时间2014年6月6日指导教师淑聪职称讲师 / 基于单片机酒精浓度测试仪设计作 者 骆成曦指导教师 淑聪摘要 本文设计一种可以检测酒精浓度并在超过一定浓度阈值时进行声光报警提示的酒精浓度测试仪。系统采用酒精浓度传感器MQ3，把检测到的酒精浓度转换为电信号，经A/D转换器转换成数字信号在传给单片机，最后单片机进行相应处理，LCD液晶可以显示酒精浓度，当超过设定值时系统可以进行声光报警。关键词：89C5
2、1单片机；MQ3浓度酒精传感器；ADC0908；LCD1602液晶；Based on single chip microcomputer alcohol tester design Author Luo chengxiTeacher Liu ShucongAbstract：This paper studies can detect alcohol concentration and sound and light alarm prompt more than the threshold. Mainly adopts MQ3, alcohol concentration sensor to de
3、tect the alcohol concentration can be converted into electrical signals, after A/D converter is converted into digital signals to single chip microcomputer, the corresponding single-chip processing, LCD liquid crystal display (LCD) and alcohol concentration exceeds the set value of sound and light a
4、larm. In this paper, we introduce the sensor, converter, MCU, LCD monitor, when alarm circuit and the principle of use.Keywords：89 c51; MQ3 alcohol concentration sensor; ADC0908 converter; LCD1602 LCD; The hardware and software design.目 录第一章 绪论4第二章 酒精测试仪总体设计52.1 酒精浓度检测仪设计要求52.2 酒精浓度检测仪设计方案5第三章 硬件设计6
5、3.1 传感器的选择63.2 A/D转换电路73.3 89C51单片机系统113.4 LCD1602液晶153.5键盘电路193.6报警电路20第四章 软件设计224.1 Keil与Protel99SE介绍224.2 主程序框图234.3 数据采集子程序程序框图25第五章 测试结果与结论265.1 调试265.2 结论27致28参考文献29附录30第一章 绪论随着国家的发展，我们的国家有车的人可以说与日俱增，而酒驾酿成的交通事故经常出现。因此，国家很重视酒驾问题并严惩，所以设计可检测驾驶员口腔酒精浓度的智能仪器是很有必要的。本课程研究的是用气体传感器检测，A/D转换信号，单片机处理的设计，可知
6、道驾驶员呼出气体的酒精浓度，还可以进行声光报警。这可以检测空气中酒精浓度，并可自由设定阈值，如果超过设定阈值时会发出声光报警提示。本课题分为硬件和软件部分。硬件部分是用酒精浓度传感器MQ3，把检测到的酒精浓度转换为电信号，经A/D转换器转换成数字信号在传给单片机，最后单片机进行相应处理，LCD液晶显示酒精浓度并超过设定值的声光报警。程序主要是模块化设计，因为个模块化的程序都是独立的，方便调试，修改。硬件电路主要包括单片机最小系统、声光报警电路、A/D转换电路、LCD液晶显示电路，按键电路，其原理设计将会在后面进行详细介绍。第二章 酒精测试仪总体设计2.1 酒精浓度检测仪设计要求设计的酒精浓度测
7、试仪特点：（1）单片机是采集系统的重要部分，其电路周围有LCD显示电路和键盘电路，不用连接其他计算机，可以直接用于显示工作，完成数据的采集、存储、计算、分析等过程。（2）系统具有低功耗、高稳定性、功能强、小型化、性价比高等特点。（3）各个零件都选用方便，便于携带，小等特点，如数码管显示器，单片机最小系统，小键盘等。主要通过操作单片机控制的键盘和LED显示，操作界面简单，方便，清晰。（4）软件设计简单明了，模块分明，独立性强。2.2 酒精浓度检测仪设计方案刚开始，注意到是把酒精传感器检测到的非电量转换成电量，而且传感器输出电压不到5伏，电压也稳定，扰外部干扰能力强等，所以传感器输出电压不需加稳压
8、、放大，直接传给A/D转换器进行相应处理，处理后得到的数据再传给单片机。除此之外，液晶显示，键盘，报警系统等也必不可少。如图2-1所示:被测环境气敏传感器A/D转换电路单片机声光报警电路液晶显示键盘图2-1 系统结构图第三章 硬件设计3.1 传感器的选择此传感器是为了检测空气中的酒精浓度，呼出的酒精浓度也是血液中所含的酒精浓度，所以选择气敏传感器。由于空气中还有其他气体成分而影响到传感器检测的精确度，选择的传感器只针对酒精气体敏感，而对其他气体的敏感度极低，所以选MQ3气敏传感器。其拥有灵敏度高、选择性好、使用寿命长和稳定性强等特点。MQ3气敏传感器的组成有敏感层SnO2、微型Al2O3、瓷管
9、、测量电极和加热器构成的敏感元件，而这些敏感元件固定在塑料或不锈钢的腔体，其工作过程中加热器又起到至关重要的作用。加热回路与输出回路构成了传感器中的标准回路。标准回路是对传感器表面电阻的检测，能很好的影响其阻值的变化。传感器的表面电阻RS与负载电阻RL串联，而电阻RL上的有效输出电压VRL影响电阻RS的阻值变化。负载电阻RL阻值限制在05-200K。加热电压Uh为5v。电阻RL与电压Uh限制了传感器输出电压在0-5V之间。MQ3气敏传感器的结构和外形如图3-1、标准回路如图3-2、传感器阻值变化率与乙醇浓度关系如图3-3。为了提高检测时的精确度，减小误差，一般要在适宜的环境下，将传感器预热46
10、分钟。图3-1 MQ3 结构和外形图3-2 MQ3 原理图图3-3 乙醇浓度与传感器阻值变化率的关系3.2 A/D转换电路在接受信号时，由于单片机只能接受数字信号不能直接接受非电物理量（如温度等），传感器把这种非电物理量转换成需要的模拟电信号，而转换器就可以再次把这些模拟电信号转换成单片机能接受的数字信号。能把模拟信号转换成数字信号的元器件叫做A/D转换器（ADC）。A/D转换器可以归纳成三种：第一种是双积分A/D转换器，其拥有很高的精度，稳定性好，能抵抗外界的干扰，价格也便宜，可运行的速度不快；第二种是逐次逼近型A/D转换器，一般常用这种，因其特点都适中，而没什么大缺点；第三种是-A/D转换
11、器，主要是针对信号的幅度。所以采用了第二种转换器ADC0809，它是8位的。ADC0809的模拟输入端口有8个，而引脚（23-25）的选择既是模拟信号的位置选用。22号引脚是地址锁存控制，要对信号锁存，输入高电平即可。6号引脚是测试控制，用于控制转换，当有适当的高电平就可进行转换，一般输入2s。7号引脚是转换结束标志，当检测到有高电平输出，表明转换结束。9号引脚是转换数据输出允许端，只有高电平时，才可以进行转换数据输出。10号引脚是ADC0809的时钟输入端，由输入传输数据的连续性决定。ADC0809的引脚与功能一般都选择逐次比较型A/D转换器因其各个性能，特点都适宜，没有什么有影响的缺点。下
12、面是ADC0809的引脚和功能，如图3-4。图3-4 ADC0809的引脚ADC0809拥有8路模拟输入以与相对应的8路数字输出。上图所示，ADC0809一共28个引脚，是一种双列直插式封装的转换器。重要，常用引脚功能如下：IN0IN7：8路模拟量输入端。D0D7：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，决定IN0IN7哪路通。ALE：地址锁存允许信号，要锁存，必需先高电平触发。START：启动脉冲输入端，下降沿启动转换，上升沿复位。EOC： A/D转换结束标志，输出低电平表示转换，高电平表示结束。OE：数据输出允许信号，高电平触发。只有触发OE才可以让三态门正常工作，
13、输出转换后的数字量。CLK：时钟脉冲输入端。其值必需小于640KHZ。REF（+）、REF（-）：参考电压输入端。稳定，抗干扰强。Vcc：电源输入端，一般输入5V。GND：接地端。编码ADDA、ADDB、ADDC，输入高电平到ALE，打开地址锁存。打开的模拟量输入端将输入的量发给比较器。START输入脉冲变为下降沿时启动 A/D转换，而EOC=0标志着正在正常工作转换中。当A/D转换完成后，而EOC=1也意味转换已完成，转换完成后的数据存入锁存器，中断申请可以在此申请。高电平触发OE，三态门触发，锁存器中的数字量就可以输出到对应的D0D7。最后D0D7输出的数字量传送给单片机。当只有A/D转换
14、完成才可以接着传输数字量，以下是三种确定转换完成的方式。（1）定时传送方式A/D转换器所转换所花费的时间一般是厂家设定好的，不会变的。例如ADC0809转换要128s，若51单片机的晶振是6MHz，也就是其64个机器周期。所以可以编写一个延时子程序，当开始转换时调用此子程序，设定延迟的时间超过转换时间一点，这样就可以确定转换完成，这样就可以输出转换完成的数据。（2）查询方式A/D转换芯片有转换结束标志位，就选用的ADC0809的EOC端。所以只需要检测EOC输出的高低电位就可以知道转换完成没有，这样就可以输出转换完成的数据。（3）中断方式以EOC作为中断请求，用中断把转换完成的数据输出。定时，
15、查询，中断都可以选用，当都检测到转换后，编写相应程序输出数据。而且OE触发后，转换完成的数字量传送到D0D7，最后到达单片机并进行处理。ADC0809有8路模拟量输入端和8位数字量输出端，但输入端只可以换1路，而引脚ADDA、ADDB、ADDC的编写对其控制，如图3-5。图3-5 通道选择表ADC0809的结构与转换原理ADC0809是逐次逼近型，Vcc需输入5V。模拟量输入端有8路模拟开关，而选用是由ADDA、ADDB、ADDC的编写控制。ADC0809转换时间是100s，数字量输出端有三态输出锁存器，转换后的数据可直接发送到MCS-51的数据总线。ADC0809的结构框图如图3-6。START CLKOEVR(+) VR()VCCGNDEOCD0.D7三态输出锁存器8位A/D转换器地址锁存与密
