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1、测控电路设计专业：测控技术与仪器班级：11050341姓名：王凯学号：1105034161酒精浓度检测仪的设计1 设计思路1.1酒精浓度检测仪设计要求分析设计的酒精浓度测试仪应具有如下特点：（1）数据采集系统以单片机为控制核心，外围电路带有LED显示以及键盘响应电路， 无需要其他计算机，用户就可以与之进行交互工作，完成数据的采集、存储、计算、分 析等过程。（2）系统具有低功耗、小型化、高性价比等特点。（3）从便携式的角度出发，系统成功使用了数码管显示器以及小键盘。由单片机系 统控制键盘和LED显示来实现人机交互操作。（4）软件设计简单易懂。2.设计方案2.1方案设计硬件设计时，考虑酒精浓度是由
2、传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是0-11 伏的电压值且电压值稳定（变化不大），外部干扰小等。因此，可以把传感器输出电压 值经过串联电阻分压后接入ADC0809采集数据送入单片机进行处理。将输出的电压值与 参考的标定电压值进行比较，如果在某一个范围内就将这个范围的档数显示到LED 上, 并显示酒精浓度，如果超出设定范围（2000ppm），就控制蜂鸣器报警。2.2设计原理框图其总体框图如图1：图1 基本工作原理图3.单元电路设计3.1传感器的选择QM-J3是以复合金属氧化物为主体材料的N型半导体气敏元件，当元件接触乙醇蒸 汽时，其电导率随气体浓度增加而迅速升高。其对汽油蒸汽有抗干扰能力、灵
3、敏度高、 响应速度好、寿命长、工作稳定可靠等特点。3.2传感器及分压电路传感器采用5v电压供电加热，由于传感器输出的是0-12v的电压信号，而AD转 换器只能接收0-5v的电压信号，所以输出一端接地，一端接串联电阻分压，将分压后 的信号接入ADC0809的输入端。分压后，电压信号变为原来的1/3。传感器及分压电路如图2：图2 传感器及分压电路3.3 A/D转换电路该设计中选用的ADC0809是8位A/D转换器。这是一种逐次比较型A/D转换器，就 是将输入模拟信号与不同的参考电压做多次比较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼 近输入模拟量的对应值。a0809具有8路模拟信号输入端口，引脚定义：IN
4、0IN7： 8路模拟信号输入端，由地址锁存及译码控制单元的3位地址A、B、C 进行选通切换。START： A/D转换启动控制信号输入端。ALE:地址锁存信号输入端，START和ALE用于启动A/D转换。VREF ( + )和VREF (-):正、负基准电压输入端。OE：输出允许控制信号输入端，A/D转换后的数据进入三态输出数据锁存器，并在 OE的作用下(OE为高电平)，通过DOD7将锁存器的数据送出。EOC： A/D转换结束标志信号。EOC为高电平时，表示转换结束，因此EOC可作为 CPU的中断或查询信号。CLK： ADC0809内部没有时钟电路，故时钟信号应由外部送入CLK端。ADC0809
5、与单片机的连线如图3：IN-0msb2-l,IN-I2-32-4IN-22-52-6IN-32-7 Isb2-RIN-4EOCIN-5A)-AIN-6ADlB ADlCIN-7ALE1也ENABLESTART【XjC.K %A1XCIKU9V?is22WR6图3ADC0809的连线图1421LK1D1D2D3D4D5 併D7LE OE8亦GND456741S74 agr堆IlGND原理说明：EOC与单片机的中断1 (INT1)相连，当数据转换完成时EOC向单片机发送 中断请求，单片机响应中断，读取转换数据。ADC0809的D0D7与单片机的P0 口相连。单片机的ALE信号经过74LS74四分频
6、后，作为ADC0809的时钟信号。74LS02是与非门用于和单片机的P3.0, P3.6, P3.7产生AD的片选和使能信号。P3.0为低电平时，且当RD信号来(为低电平)，这时送到AD转换器的ALE和START引脚为高电平，启动AD 转换。3.4 89C51单片机系统单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算, 逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读 程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O 口)，可能还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路（PWM）,模拟多路
7、转换器及A/D转换 器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个虽小然而完善的计算机系统。这些电路能在 软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。51单片机的片内结构如图4所示。它把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成 在一个尺寸有限的集成电路芯片上。按功能划分，它有如下功能部件组成：微处理器（CPU）。数据存储器（RAM）。程序存储器（ROM/EPROM）。4 个 8 位并行 I/O 口（P0 口、P1 口、P2 口、P3口）。一个串行口。2个16位定时器、计数器。2个16位定时器、计数器。中断系统。特殊功能寄存器（SFR）。51单片机片内结构XTAL1PSEN RESET3.
8、5晶振电路 晶振是晶体振荡器的简称。它用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下 工作，以提供稳定，精确的单频振荡。晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。 本设计所选择的晶振频率为11.0592MHZ,为单片机提供时钟信号，负载电容为20pf。电路如图5：”0XT20p呻IF 1 C573GN&图5 晶振电路3.6复位电路在电路图中，电容的的大小是10UF，电阻的大小是1OK。所以根据公式，可以算出 电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V,所以充电到0.7倍即为3.5V）, 需要的时间是10K *1OUF=O.1S。也就是说在电脑启动的0.1S内，电容两端的电压时在03.5V
9、增加。这个时候10K电阻 两端的电压为从51.5V减少（串联电路各处电压之和为总电压）。所以在0.1S内，RST 引脚所接收到的电压是5V1.5V。在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为 低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。所以在开机O.1S内，单片机系统 自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为O.1S左右）。在单片机启动O.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V,这是时候10K电阻两端 的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通， 这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容 开始释放之前充
10、的电量。随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了 1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V， 甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。复位电路如图6：CiND |II Ok浪I:韶CAPACITOR H)LOLuf图6 复位电路3.7 LED显示电路LED显示有静态显示和动态显示两种显示方式。本设计使用并行输入硬件译码静态 显示电路，静态显示电路中，各位可独立显示，只要在该位的段码线上保持段码电平， 该位就能保持相应的显示字符。电路中采用了锁存译码器74HC573实现稳定显示。LED 使用的是共阳极7段数码管。
11、本设计所需要显示的是酒精的浓度和档位，采用延时分别显示，程序控制。ASI亠:I-1Tr-SH iI：.1 l_V.7、1XSir i1rIriz.r =Str j1-1Tcir-=r-H!-三TL-iXI匸 .-t-X0-rFJ-：!-i-r尸尸1口口口 亡口口匚口匸 a a 口 a 匸 a 0|立. 口口亡口 亡口口口 |立. 口亡口 口口口口J iN 眄寸活 4 L-|O U 产4*1守州 同|C U h $4 E 击 9 i 込| O O =円I r*i寸*i上卜P4Fr 1rl -t5r-wa二2-Kb -ek|0GNDi图7 数码管显示E-路-I一I3.8键盘电路键盘有两种工作方式：
12、编码式键盘和非编码式键盘。处理方式有扫描法和线反转法。 本设计采用的是非编码键盘，并利用扫描法处理按键，消抖由软件实现。三个按键分别实现开关，清除，切换功能，键盘接上拉电阻，可以提高输出电平，增强抗干扰能力。图8 按键电路3.9报警电路如图9,电路主要由一个电阻，一个NPN三极管，一个蜂鸣器组成，接在89C51的 P3.5 口。NPN三极管的基极由10 口控制，P3.5高电平时三极管导通，蜂鸣器与电源的 通路接通，蜂鸣器报警，P3.5低电平时三极管截止，蜂鸣器的通路断开不报警。电阻主 要起限流作用。防止基极电流过大，把三极管烧坏。查阅相关资料，得知当酒精浓度超过200OPPM时为酒后驾车，所以
13、当单片机处理的 数据超过2000P时，给P3.5 一个高电平，控制蜂鸣器报警。B4.电路工作原理声光抿善5.整体电路图G-ZZ1- s J- 5 h- TI Kn hJ-L一 巴玉-9 K 7 6 4 12DclLTHLS373Mg.蛙K甬91l.a3.IT!w希MIT-s*手一.17二c rr f14HC5d一 LE富莖HZ OTs;-c-ID 2D -3D -4D -5D -6D TD -8D貢 C|Q 1 2Q 鈔 2： ID -2D -ND 4D -SD -6D -7D -SD|Q 2Q 3Q 4Q 50 - 6Q g SQ OC -CID -2D JD -4D -5D -6D -7D SDIQ 1 2。 9Q a 4。 編 60 SQ as斎 -C1-ID
