酒精浓度探测仪毕业设计文档格式.docx

酒精浓度探测仪毕业设计文档格式.docx

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conversingthevoltagesignalthroughtheA/Dconversionatthecontrolofthesingle-chip,obtainingthedigitalvoltagesignal;

displayingtheconcentrationinthedigitaltubedisplaymodule.

（2）IntheSoftware,linearconversionbetweentheconcentrationofthealcoholandthevoltageandthedigitaldisplayofthefinalconcentrationvalue.（3）Thedesignedsensoriscalibrated.Thedesignofgassensorisresponsivetothealcohol,canmeasureconcentrationintheeffectiverangeofitsconcentration.Andinthelowconcentrationofalcoholinthetesttheerrorissmallwiththemaximumerror%,meetingrequirementsofthedesign.

Thecharacteristicsofthethesisaretodeterminethestandard.Thesolutionsandverificationmethodsareproposedabouttheflowofairsamples,thesamplestabilityandwatervapor.Theconversionbetweenvoltageandconcentrationindifferentrangeistreatedaslinearrelationship.Thedesignofsensorcandetectdifferentthealcoholgaswithdifferentconcentration.Itplaysanimportantroletosolvethedrunk-drivingaccidentsandalcoholtestingforspecialoccasionsafterimprovement.

KeyWords:

Gassensor;

A/Dconversion;

Single-chipMicrocomputer

第一章引言

1.1设计背景

我国传感器市场的增加率超过15%，2003年销售额为186亿元人民币，2006年销售额为283亿元人民币，估量2007年为325亿元人民币，2020年为374亿元人民币。

我国传感器4大类中，工业和汽车电子产品占市场份额的33.5%。

最近几年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的进展时期，新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它将不仅增进系统产业的改造，而且可致使成立新型工业和军事变革，是21世纪新的经济增加点[1]。

由于气体与人类的日常生活紧密相关，对气体的检测已是爱惜和改善生态居住环境不可缺少的手腕，气体传感器发挥着极为重要的作用。

气体传感器是把气体中的特定成份检测出来，并转化为电信号的一类器件，用来对有害气体，易燃易爆气体等进行平安检测和报警，对生产生活中需要了解的气体进行检测，分析，研究等。

最近几年来，我国气敏传感器产业有了较快的进展，但与国外相较，从技术水平，产业化及应用等领域均存在着不小的差距。

目前，气敏传感器领域还存在一些问题。

一是元件的稳固性差。

由于元件电阻和灵敏度随时刻而不断转变，漂移大给检测结果的靠得住性带来不稳固的因素。

二是选择性差。

由于在检测气体时，往往还存在着其它的干扰气体（如烟酒等），使气敏元件发生交叉响应，产生误报。

三是催化剂中毒。

掺有催化剂的气敏元件接触某些气体后，活性组分被毒化，将会改变元件的选择性，降低其灵敏度和稳固性，另外催化剂本身也存在着不稳固性问题。

灵敏度问题。

四是SnO2元件有时由于灵敏度过大致使误报，可是在检测某些低浓度气体时灵敏度却难以达到要求。

1.2设计酒精浓度探测仪的意义

本设计基于STC12C5A16AD单片机设计的酒精气体浓度探测仪，可用来检测酒精气体浓度，最要紧的用途是检测司机的酒精含量。

酒后驾车发生事故的机率高达27%。

随着摄入酒精量的增加，选择反映错误率显著增加，当血液中酒精含量由0.5‰增至1‰，发生车祸的可能性便增加5倍，若是增至1.5‰，可能性再增加6倍。

机动车驾驶人员“酒后驾车”及“醉酒驾车”极易发生道路交通事故,严峻危害了道路交通平安和人民生命财产平安。

人饮酒后,酒精通过消化系统被人体吸收,通过血液循环,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,就可判定其醉酒程度。

开车司机只要将嘴对着传感头使劲吹气，仪器就能够发上显示出酒精浓度的高低，从而判定该司机是不是酒后驾车，幸免事故的发生。

固然，最好的方法是在车内安装这种测试仪，司机一进入车内检测仪就检测司机的酒精含量，若是超出许诺值，系统操纵引擎无法启动，如此就可从全然上解决酒后驾车问题。

酒精气体浓度探测仪在生产生活中也有重要的应用，比如，在一些环境要求严格的生产车间，用这种酒精浓度探测仪，可随时检测车间内的酒精气体浓度，当酒精气体浓度高于许诺限定值时，发出警报，提示人们及时通风换气，做到平安生产。

1.3本文要紧研究工作

本文以STC12C5A16AD单片机为核心，设计了用于测量酒精浓度的探测仪，要紧研究工作包括以下3个方面。

（1）硬件电路方面，对气体传感器MQ-3按检测电路，接上必然阻值的负载电阻，检测它的技术参数，确信MQ-3所接负载电阻的大小，完成信号采样电路的设计；

采样到的模拟电压电信号通过A/D转换，取得可供单片机处置的数字信号，再由单片机作相应的数据处置；

lcd液晶显示屏浓度值显示。

（2）软件方面，标准的确信是该部份要做的要紧工作。

因为原始的采样值是一个间接的负载分压值，需要将它转化为被测酒精浓度值。

通过量个样品的测量确信多个浓度区间的转换标准，并将每一个区间的转换关系近似线性化处置，然后通过软件编程的方式来实现。

（3）为了尽可能减少设计的气体传感器的测量误差，在测量酒精溶液样品时要考虑并解决3个要紧问题。

一是外界环境流动空气对传感器的阻碍和对气体样品的稀释，二是样品的稳固性对测量带来的误差，三是水蒸气对测量的阻碍。

针对这3个要紧问题提出以下解决方案和验证方式。

测量样品时，将探头尽可能放入塑料瓶内，能够在必然程度上排除流动空气的阻碍，同时应选择空气流动较小的室内环境来测量。

水蒸气对MQ-3的阻碍很小，这一点能够通过对只装有纯净水的塑料瓶的多次测量来验证。

用相同容量的塑料瓶配制好不同浓度的酒精溶液后，将它密封并放置一段时刻，待其稳固后再测量。

再通过反复多次测量多组数据，求其平均值的方式来缩小测量误差。

第二章元器件和开发工具介绍

A/D模数转换器ADC0809　

图2-1ADC0809芯片

要紧特性　　

1）8路8位A／D转换器，即分辨率8位。

2）具有转换起停操纵端。

3）转换时刻为100μs　　

4）单个＋5V电源供电　　

5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。

6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度　　

7）低功耗，约15mW。

内部结构　　

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，内部结构如图2-1所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D／A转换器、逐次逼近　ADC0809内部结构框图寄放器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。

因此，ADC0809可处置8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各类微处置器相连，也可单独工作。

输入输出与TTL兼容。

外部特性（引脚功能）　　

ADC0809芯片有28条引脚，采纳双列直插式封装，下面说明各引脚功能。

　　IN0～IN7：

8路模拟量输入端。

2-1～2-8：

8位数字量输出端。

ADDA、ADDB、ADDC：

3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。

　　ALE：

地址锁存许诺信号，输入，高电平有效。

START：

A／D转换启动信号，输入，高电平有效。

EOC：

A／D转换终止信号，输出，当A／D转换终止时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）　　OE：

数据输出许诺信号，输入，高电平有效。

当A／D转换终止时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

CLK：

时钟脉冲输入端。

要求时钟频率不高于640KHZ。

REF（+）、REF（-）：

基准电压。

Vcc：

电源，单一＋5V。

GND：

地。

ADC0809的工作进程是：

第一输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。

此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。

START上升沿将逐次逼近寄放器复位。

下降沿启动A／D转换，以后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。

直到A／D转换完成，EOC变成高电平，指示A／D转换终止，结果数据已存入锁存器，那个信号可用作中断申请。

当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。

纸张与页面设置：

（1）A4、纵向、单面打印。

（2）页边距：

上2.8cm、下2.2cm、内侧3cm、外侧2cm；

（3）装订线0cm、页眉1.8cm、页脚1.4cm、对称页边距。

页眉：

常州轻工职业技术毕业设计；

页脚：

页码，右边。

单片机STC12C5A16AD

图2-2STC12C5A16AD

该单片机为DIP40封装，该单片机内置8位A/D转换器，能够将酒精传感器输出电压转变成数字量处置。

外型管脚与AT89S52等完全相同。

特点：

一、具有信号输出指示。

二、双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）

3、TTL输出有效信号为低电平。

（当输出低电平常信号灯亮，可直接接单片机）

4、模拟量输出0~5V电压，浓度越高电压越高。

五、对乙醇蒸汽具有很高的灵敏度和良好的选择性。

六、具有长期的利用寿命和靠得住的稳固性

7、快速的响应恢复特性

应用：

用于机动车驾驶人员及其他严禁酒后作业人员的现场检测，也用于其他场所乙醇蒸汽的检测。

2.3Protel软件介绍

电路设计软件利用的是Protel99SE。

Protel99SE是ProklTechnology公司开发的基于Windows环境下的电路板设计软件。

该软件功能壮大，人机界面友好，易学易用，仍然是大中院校电学专业必学课程，同时也是业界人士首选的电路板设计工具。

Protel99SE由两大部份组成：

电路原理图设计和多层印刷电路板设计。

其中由两部份组成：

电路图编辑器和元件库编辑器。

一、电路图编辑器（Schematic）

（1）、概述　　进入DesignProtel99SE后在Documents中通过右键“New”成立“Document”文件，打开后即可进行电路原理图的编辑。

先依照已画好的电路草图将所有元件找到拖放到编辑框里。

将编辑框缩小，将元件照电路的样子搭好，整体上排列匀称。

接下来就能够够进行局部的连线了。

或能够先将电路的各个模块先搭好，再通过框定各模块平移组合成完整的电路，取消框定要通过Edit－﹥DeSelect－﹥InsideArea－﹥再用鼠标框定以前选中的模块，就能够够解除，表现为模块由黄色变成一般颜色。

对某个工程的操作是对一个数据库的操作，因此不同的数据库会在不同的窗口中打开，通过最小化可看各个数据库的窗口。

（2）、经常使用操作

一、挪用画图工具View－﹥Toolbars－﹥Customize。

二、在移动元件时按空格可旋转元件。

3、一个工程数据库中最好不要将所有文件都放在文件夹Documents中,因为如此会产生一些小问题。

而将文件直接放在数据库根目录下那么可不能显现这些问题。

二、元件库编辑器（SchematicLibrary）

（1）、概述尽管Protel本身包括了庞大的元件库，但在实际应用中总会碰到找不到元件的情形，这时就需要依照元件资料自己动手在元件库中制作那个元件。

还有一种情形是各类元件分散在各个公司的元件库中，不便于利用，因此要把经常使用元件集中到一个元件库中，这就要自己动手制作，将常经常使用到的元件复制到那个元件库中，方便以后的利用。

（2）、大体操作　　元件库文件（.LIB）也是基于数据库文件（.DDB）下的操作，同一个数据库下元件库中的元件才能够通过Tools－﹥CopyComponent彼此复制，不同数据库时可先用右键的copy将整个元件库复制到当前数据库，再在该数据库中进行单个元件的复制。

在放置芯片引脚时大头指的是引脚外侧，引脚名称会嵌到芯片框里，引脚号在外侧。

　　一、在画芯片图时，若是用到画线的功能，那么应将View－﹥SnapGrid功能打开，可增加画线时的定位精度。

　　二、不同设计文件之间拷贝模块时，操作如下：

先选中要拷贝的部份拷贝，鼠标变成十字线后在选定的区域中间点击左键，切换到另一个设计文件，粘贴即完成了操作。

2.4KEIL介绍

keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从最近几年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。

Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库治理和一个功能壮大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一路。

运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN9八、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。

下面介绍KeilC51开发系统大体知识KeilC51开发系统大体知识

1.系统概述

KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相较，C语言在功能上、结构性、可读性、可保护性上有明显的优势，因此易学易用。

用过汇编语言后再利用C来开发，体会加倍深刻。

KeilC51软件提供丰硕的库函数和功能壮大的集成开发调试工具，全Windows界面。

另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能够体会到KeilC51生成的目标代码效率超级之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易明白得。

在开发大型软件时更能表现高级语言的优势。

下面详细介绍KeilC51开发系统各部份功能和利用。

2.KeilC51单片机软件开发系统的整体结构

C51工具包的整体结构，其中uVision与Ishell别离是C51forWindows和forDos的集成开发环境（IDE），能够完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。

开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。

然后别离由C51及A51编译器编译生成目标文件（.OBJ）。

目标文件可由LIB51创建生成库文件，也能够与库文件一路经L51连接定位生成绝对目标文件（.ABS）。

ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51利用进行源代码级调试，也可由仿真器利用直接对目标板进行调试，也能够直接写入程序存贮器如EPROM中。

3.利用独立的Keil仿真器时，注意事项

（1）仿真器标配11.0592MHz的晶振，但用户能够在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。

（2）仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统。

（3）仿真芯片的31脚（/EA）已接至高电平，因此仿真时只能利用片内ROM，不能利用片外ROM；

但仿真器外引插针中的31脚并非与仿真芯片的31脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部ROM（其CPU的/EA引脚接至低电平）的目标系统中利用。

2.5ProtuesISIS介绍

Proteus是英国Labcenterelectronics公司开发的EDA工具软件。

除其具有和其他EDA工具一样的原理图.PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外，其中一个重要的功能是，电路仿真是互动的，针对微处置器的应用，还能够直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试。

Proteus组合了高级原理图、混合模式SPICE仿真，PCB设计和自动布线来实现一个完整的电子设计系统。

一、Proteus简介

Proteus产品系列包括了VSM技术，用户口能够对基于微操纵器的设计连同所有的周围电子器件一路仿真。

用户乃至能够实时采纳诸如LED/LCD.键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。

其功能模块有一个易用而又功能壮大的ISIS原理布图工具，PROSPICE混合模型SPICE仿真，ARF.SPCB设计。

软件具有以下特点。

（1）支持许多通用的微操纵器，如ARM7，PIC，AVR，HC11和8051。

（2）交互的装置模型包括：

LED和LCD显示，RS232终端，通用键盘，开关，按钮等。

（3）壮大的调试功能，知访问寄放器与内存，设置断点和单步运行模式。

（4）支持如IAR.Keil和Hitech等开发工具的c源码和汇编的调试。

（5）内置超过6000标准SPICE模型，完全兼容制造商提供的SPICE模型。

（6）DLL接口为应用提供特定的模式。

（7）基于工业标准的SPICE3F5混合模型的i“路仿真器。

（8）14种虚拟仪器：

示波器、逻辑分析仪、信号发生器、规程分析仪等。

（9）高级仿真包括壮大的基于图形的分析功能：

模拟、数字和混合瞬时图形，频率，转换，噪声，失真，傅立叶，交流、直流和音频曲线。

（10）模拟信号发生器包括直流、正弦、脉冲、分段线性、音频、指数、单频FM；

数字信号发生器包括尖脉冲、脉冲、时钟和码流。

（11）集成PROTEUSPCB设计形成完整的电子设计系统。

二、ProteusISIS

ISIS是PROTEUS系统的中心，它远不仅是一个图表库。

它是具有操纵原理图画图的外观的超强设计环境。

不管是实现复杂设计的仿真和PCB设计，仍是设计精美的原理图ISIS都是最好工具。

双击桌面上的ISIS6Professional图标或单击屏幕左下方的“开始”一“程序”一“Proteus”一“ISIS6Professional”菜单启动了ProteusISIS集成环境。

ProteusISIS的工作界面是一种标准的Windows界面。

包括：

题目栏、主菜单、工具栏、预览窗口、挑选元件按钮、库治理按钮、原理图编辑窗口。

元件列表、对象选择按钮、预览对象方位操纵按钮、仿真操纵按钮、状态栏。

第三章硬件电路设计

3.1设计框图

本研究设计的酒精浓度测试仪框图如图3-1所示。

MQ-3乙醇气体传感器输出信号经信号调理电路处置，输出随乙醇浓度转变的电压信号，该电压信号送入单片机系统，经AD转换，与设定的醉酒阈值进行比较，并显示或报警。

图3-1酒精浓度测试仪方框图

3.2乙醇信号检测及调理电路

MQ-3乙醇气体传感器能够应用用于机动车驾驶人员及其他严禁酒后作业人员的现场检测，也用于其他场所乙醇蒸汽的检测。

其技术特点为：

1：

对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择性

2：

快速的响应恢复特性

3：

长期的寿命和靠得住的稳固性

4：

简单的驱动回路

MQ-3乙醇气体传感器灵敏度曲线如图3-2所示，其传感原理为气敏电阻的输出阻值随乙醇气体等浓度转变而转变。

图3-2MQ-3乙醇气体传感器灵敏度曲线

MQ-3乙醇气体传感器管脚与测试电路如图3-3所示。

（a）管脚图（b）测试电路

图3-3MQ-3乙醇气体传感器管脚及测试电路

MQ-3乙醇气体传感器及其调理电路原理如图3-4所示。

其外形如图3-5所示。

通过调理，检测信号由电阻值转变成电压值，便于后续电路进行A/D转换和处置。

图3-4传感器及调理模块原理图

图3-5MQ-3传感器模块外形图

该传感器模块具有如下特点，方便与单片机系统接口组成检测仪器。

具有信号输出指示。

双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）

TTL输出有效信号为低电平。

（当输出低电平常信号灯亮，可直接接单片机）

模拟量输出0~5V电压，浓度越高电压越高。

3.3单片机电路

本设计选用高性能单片机STC12C5A16AD，其管脚如图3-6所示。

图3-6STC12C2052AD单片机管脚图

该芯片为52内核8位单片机，内部集成了10位多路A/D转换模块，适用于经常使用检测电路。

由STC12C5A16AD组成的单片机系统原理图如图7所示。

图中AOUT为MQ-3传感器模块输出的检测电压信号，送入ADC7端口进行处置，DOUT为传感器模块输出的数字电平信号，该信号能够依照乙醇气体浓度直接输出报警信号，报警阈值通过模块上的电位器进行调剂。

图3-7单片机系统原理图

图3-7中，按键K2和K3为醉酒阈值调整键，其中K