单片机酒精测试Word文件下载.docx
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本文对采用传感器和单片机实现酒精浓度测量做出了一定的探讨，并分析比较得出比较可行的实现方案。
关键词：
MQ-3酒精浓度传感器；
LCD1602；
ADC0805；
单片机stc89c52
Abstratc
Intrafficismoreandmoredevelopedtoday,allkindsofvehiclesontheroad,andwiththeprogressofthesociety,thevehiclewillbemoreandmore,peopleinordertoworkdinnerpartyanddrinking,butdrivingafterdrinkingwillcauseseriousharmtopeople'
slifeandpropertysafety,withfivebanthepublicationoftheministryofpublicsecurity,trafficpolicedepartmentofdrunkdrivingintensifytheinspectionandpunishment,andusedtodetectwhetherthetools-overthelegalalcohollimitalcoholdetectordemandalsograduallyincreased.
ThisarticleselectstheMQ-3alcoholsensorfordetectingelementtocarryonthedesign,useSTC89C52single-chipmicrocomputerastheprocessor,usingADC0805analog-to-digitalconversionmodule,andusetheLCD1602wascarriedoutonthetestresultsshowthat,atthesametimehaveaserialportfunction,canuploadtestvaluetoPCforprocessing,canpreservedatainthecaseofpowercuts.Wheninuse,needexhaledbreathtothesensor,thesensorwilldetectthealcoholconcentrationcanbeconvertedintoelectricalsignals,ADC0805convertsthereceivedanalogsignaltodigitalsignalandpreparetomakereadMCU,MCUreceivesthesignalafterthetransformation,toreadADC0805againreceivethealcoholdensityinprocessing,senttotheLCD1602display,ifconnectedtothePCserialport,thedataissenttothePCatthesametime.
Thispaperillustratesintelligentmeasuringdeviceimplementationschemeofawhole,includingtheconnectionofhardwareandsoftwareimplementation.IntheconnectionofhardwarespecificintroducedthisdesignUSESthealcoholconcentrationsensorperformanceaswellasthehardwareconnectionandthemainfunctionofthecircuitmodule.Intherealizationofthesoftwarespecificallyexplainedtheuseofsingle-chipmicrocomputertorealizethealcoholconcentrationmeasurement,scanningcyclemeasurement,display,uploadDengZiPCprogram.ThispaperUSESthesensorandMCUtorealizetothealcoholconcentrationmeasurement,comparisonandanalysisaremorefeasibleimplementationscheme.
Keywords:
MQ-3alcoholconcentrationsensor;
LCD1602;
ADC0805;
Microcontrollerstc89c52
目录
绪论2
1系统的总体方案设计2
1.1系统整体方案的设计2
1.2总体设计思路2
1.3元器件选取2
1.3.1控制模块方案选择2
1.3.2显示模块方案选择2
1.3.3酒精浓度传感器方案选择2
1.3.4A/D转换电路2
1.3.5串口电路2
1.3.6按键电路2
2硬件部分设计2
2.1硬件器件设计2
2.1.1单片机介绍2
2.1.2MQ-3酒精传感器芯片介绍2
2.1.3ADC0804芯片介绍2
2.1.4MAX3232芯片介绍2
2.1.5LCD1602芯片介绍2
2.2硬件电路设计2
2.2.1LCD1602液晶屏2
2.2.2串口通信电路设计2
2.2.3光报警2
2.3.4声报警2
2.3.5单片机最小系统2
2.3.6酒精浓度传感器与ADC0804连接图2
2.3.7按键电路2
2.3.8供电电路2
3软件部分设计2
3.1开发工具2
3.2程序设计2
3.2.1主程序设计2
3.2.2酒精浓度读取子程序2
3.2.3数据转换子程序2
3.2.4显示子程序2
3.2.5报警子程序2
3.2.6按键子程序2
3.2.7串行发送子程序讲解2
4调试过程2
4.1硬件部分的调试2
4.2软件部分的调试2
4.3总体调试2
结论2
致谢2
参考文献2
附录A电路图2
绪论
1、课题研究背景
在交通越来越发达发达的今天，各种各样的车辆在道路上行驶，而驾驶者普遍对安全驾驶没有深刻的认识的情况下，违规驾驶时有发生，而醉酒驾驶又是违规驾驶里最容易造成严重危害的危险行为，每年死于醉酒驾驶的人数不胜数，而醉酒驾驶不仅是驾驶者对自己安全不负责，更是对他人安全不负责，酒后驾驶行为所造成事故越来越多，对社会的影响也越来越大，酒精正在成为越来越凶残的“马路杀手”。
此外，由交通事故造成的经济损失也相当惊人。
据事故调查统计，超过半数的车祸与饮酒有关。
随着公安部五条禁令的发布，交通执法部门加大了对醉酒驾驶的检测和惩罚制度，以减少由酒后驾驶造成的恶性交通事故，酒精浓度测试仪在这种情况下得到了更大的应用。
本文研究设计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智能测试仪。
其设计方案基于89C52单片机，MQ3酒精浓度传感器。
系统将传感器输出信号通过A/D转换电路处理后，由单片机进行数据处理，最后由LCD显示酒精浓度值。
从而让驾车的人知道自己该在什么情况下可以开车，这是一个在现代生活很实用，很负责的一个设计，给社会带来福音。
2、酒精浓度测试仪国内外发展
以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、红外线型、气体色谱分析型、比色型。
但由于价格和使用方便的原因，截止2009年8月常用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型两种。
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，而不产生污染，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，此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。
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，在2009年时只有美国、英国、德国等少数几个国家能够生产，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。
在本文中使用的半导体酒精传感器是利用氧化物氧化作用后电阻变化为基础来测量酒精浓度，工艺简单，价格便宜，而且精度高，被广泛应用在各种气体传感器中[1]。
3、本文所讨论内容
本设计是以单片机为核心研制的酒精浓度测量装置，它不仅能实现对酒精浓度的测量水位及报警显示，并且将测量数据上传至PC机功能，可以通过串口将数据传输给PC机以便进行处理。
本文分四部分介绍了整个系统的设计过程。
第一部分主要描述系统的整体设计思路；
第二部分主要描述系统的硬件设计方案和电路原理，以及各部分硬件在整个电路中的功能，且详细介绍了各个器件的工作原理和电路设计。
本系统硬件主要使用STC89C52RC单片机，通过MQ-3酒精浓度传感器测量，并经过ADC0805对模拟量进行转换得到数字量，由单片机进行数据处理，同时将数据通过LCD1602液晶模块进行显示；
第三部分主要描述了系统软件的设计过程，软件部分采用C言进行程序设计。
首先分析系统对软件的要求，然后进行软件的总体设计，包括程序总体结构设计和对程序模块化设计。
按整体功能分成多个不同的模块，单独设计、编程、调试，然后将各个模块装配联调，组成完整的软件。
根据实际需要，需要完成的任务有数据采集、实时显示、串口数据传输；
第四部分主要描述了系统整体的功能调试。
1系统的总体方案设计
1.1系统整体方案的设计
本文主要设计一个基于单片机的酒精浓度测量装置，它以STC89C系列单片机作为控制器，通过单片机、传感器、显示器、AD模块等硬件系统和软件设计方法实现酒精浓度测量功能，LCD显示功能，AD模块对传感器测到的模拟量转换为数字量，并能够通过串口上传至PC机。
根据设计目的并遵循单片机应用系统的设计开发原则提出了本课题研发要求和方案：
硬件电路的设计，包括传感器模块，单片机最小系统，LCD显示模块，按键模块，A/D转换模块，串口模块；
软件的设计，包括酒精浓度测试程序，LCD显示程序，按键扫描程序，报警程序，串口程序；
要求系统能稳定工作，并能保持24小时正常运行。
由于此次设计测量的是酒精浓度测试仪，这在使用电化学型测量时是难以实现的，对此课题查阅了大量的资料，选择了MQ-3半导体气体传感器作为测量系统，该传感器灵敏度高，价格便宜，由于采用模块化设计，使用比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到自动化的使用要求。
系统总体框图如图1.1所示，从框图中可以看出，本次设计由以下五个部分组成：
复位电路：
为确保单片机系统稳定可靠工作，复位电路是必可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。
所谓上电复位，是指在计算机上电瞬间，要在RST引脚上产生宽度大于10ms的正脉冲，使计算机进入复位状态。
等待系统电源稳定后，复位信号停止。
当系统在工作中受到干扰后，容易出现程序“跑飞”而盲目运行甚至出现死机现象。
此时复位信号有效，使微机系统重新恢复正常运行。
目前为止，单片机复位电路主要有四种类型：
1.微分型复位电路；
2.积分型复位电路；
3.比较器型复位电路；
4.看门狗型复位电路。
在本设计中，当电源VCC上电时，因电容C3两端电压不能突变，所以RES
在上电时会有一段时间为高电平，电容中的电流越来越小，R1上的电压就越来越小，呈指数变化。
过一段时间后，电容逐渐充电完毕，RST端恢复高电平，复位有效。
持续一段时间后，复位撤除，微机开始工作。
该电路具有结构简单、实用等优点。
本设计采用按键结合上电复位，当电源连接后，按下按键则系统复位，单片机程序从头开始执行[2]。
晶振电路：
晶振是石英振荡器的简称，它是时钟电路中最重要的部件，它的主要作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率，它就像个标尺，工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定，自然容易出现问题。
STC89C52片内有一个高增益反相放大器，其输入端XTAL1和输出端XTAL2用于外接石英晶体和微调电容，构成振荡器，电容对频率有微调作用，晶振的选择范围一般为1.2~12MHz，晶振频率越快，单片机指令周期越短，运行越快。
内部时钟信号由振荡器输出的振荡脉冲经2分频得到，用来控制单片机内部各功能部件按照顺序协调工作，其周期称为时钟周期。
一个机器周期由6个时钟周期构成，指令周期以机器周期为单位，所以晶振频率越快，单片机指令周期越短，运行越快。
本设计晶振选择频率为11.0529MHz，电容选择30pF。
经计算得单片机工作机器周期约为：
1μs。
单片机最小系统组成的一部分，主要负责提供单片机运行的时钟，确保单片机正常运行。
LCD液晶屏：
用来显示酒精浓度的数据。
AD模块：
对酒精浓度传感器的模拟量进行处理，得到数字量供单片机进行分析。
酒精浓度传感器：
为测量酒精浓度的传感器，当传感器所处环境中存在酒精蒸汽时，传感器的电导率随空气中酒精气体浓度的增加而增大。
使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。
报警指示灯：
声光报警，即LED发光二极管与蜂鸣器。
图1.1总系统框图
1.2总体设计思路
本文设计实现一个测量空气中酒精浓度的测量仪器。
本文中主要讨论了硬件部分和软件部分的研究，下面本文对该单片机系统硬件部分进行系统的研究与分析。
1、采集信号
此设计使用的是半导体酒精浓度传感器，该传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。
当传感器所处环境中存在酒精蒸汽时，传感器的电导率随空气中酒精气体浓度的增加而增大。
通过ADC0804对该信号处理就得到了对应的数字信号，然后通过单片机将信号转换为酒精浓度值，通过LCD液晶屏进行显示。
2、传感器原理
当具有N型导电性的氧化物暴露在大气中时，会由于氧气的吸附而减少其内部的电子数量而使其电阻增大。
其后如果大气中存在某种特定的还原性气体，它将与吸附的氧气反应,从而使氧化物内的电子数增加，导致氧化物电阻减小。
半导体-氧化物传感器就是通过该阻值的变化来分析气体浓度[3]。
1.3元器件选取
1.3.1控制模块方案选择
方案一：
使用AVR单片机
AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC（ReducedInstructionSetCPU）精简指令集高速8位单片机。
AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。
1997年，由Atmel公司挪威设计中心的A先生和V先生，利用Atmel公司的Flash新技术，共同研发出RISC精简指令集高速8位单片机，简称AVR。
该单片机高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位，一直是衡量单片机性能的重要指标，也是单片机占领市场、赖以生存的必要条件，早期单片机主要由于工艺及设计水平不高、功耗高和抗干扰性能差等原因，所以采取稳妥方案：
即采用较高的分频系数对时钟分频，使得指令周期长，执行速度慢。
以后的CMOS单片机虽然采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施，但这种状态并未被彻底改观。
此间虽有某些精简指令集单片机（RISC）问世，但依然沿袭对时钟分频的作法[4]。
方案二：
使用MSP430单片机
MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（MixedSignalProcessor）。
称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片机”解决方案。
由于该系列单片机处理能力强，运算速度快，超低功耗等特点，故多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中[4]。
但是由于其价格较贵，故不予采用。
方案三：
使用STC系列单片机
STC系列单片机由宏晶公司生产，其以低廉的价格与丰富的内部资源，深受广大使用者的喜爱，他内核与AT89C51的功能完全相同，我们采用STC89C52单片机为主控芯片，这样更能体现我们此次设计的性价比。
综上所述我们采用51单片机实现，单片机软件编程自由度大，可用编程实现各种控制算法和逻辑控制。
其中由于我们所设计的课题所需要的单片机的资源较少，所以我们选用STC89C52作为此次设计的主控芯片，该芯片性价比高，运行稳定，编程简单易懂，寄存器控制简单方便。
1.3.2显示模块方案选择
在设计系统时，针对各个模块实现的功能来设计显示部分的方案有以下几种：
使用LED数码管。
此方案利用数码管显示距离值，简单可行，优点是性价比高，使用数码管作为显示，成本较低，硬件部分简单。
缺点是：
显示数据需要进行动态扫描显示，会占用大量的单片机运行周期，显示时需要加上单片机的驱动芯片，当显示位数过多时，设计硬件部分较为麻烦。
使用液晶显示器进行显示
本设计中使用字符型的LCD1602液晶显示器，他可以显示两行总32个字符或者数字，同时可以将显示信息进行字符的标识，使用方便，简单，稳定性好，带有液晶背光，更适用于夜间使用，背光可控，与单片机通信采用并口的方式，传输数据速度快，稳定性高，而且是液晶显示器中性价比最高的器件。
在本文中使用方案二。
1.3.3酒精浓度传感器方案选择
方案一、使用燃料电池型传感器
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。
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，而且价格也非常高，所以不予采用。
方案二、使用半导体传感器
半导体传感器具有制造简单，价格低廉，使用方便等优点，在精确度要求不高的场合有广泛应用，MQ-3传感器对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择性，快速的反应和恢复速度，长期的寿命和可靠的性能，并且所需要的驱动电路简单[5]。
综上所述，考虑到自制的模块的进度问题，我们使用外购的酒精浓度传感器MQ-3使用。
1.3.4A/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。
在本文中所使用的ADC0804就是逐次逼近式A/D转换器。
1.3.5串口电路
在单片机系统中，信号以+5V为高电平，0V为低电平进行传输，这与人们常用的PC机信号有所不同，所以再将单片机信号发送给PC机时需要对信号进行相应的处理，才能把单片机信号转换成PC信号。
在本文中使用MAX3232串口芯片作为信号转换工具，MAX3232收发器采用专有的低压差发送器输出级，具有两个完整的串口。
利用双电荷泵在3.0V至5.5V电源供电时能够实现真正的RS-232性能。
器件仅需五个1µ
F的外部小尺寸电荷泵电容。
MAX3232确保在120kbps数据速率下维持RS-232输出电平。
MAX3232具有2路接收器和2路驱动器[6]。
1.3.6按键电路
采用矩阵键盘的方式，此方案的优点是按键多，占用单片机I/O口少，比较节省资源，并可用多个按键来进行人机对话，缺点是硬件电路较为复杂，软件程序较为繁琐。
采用独立按键的方式，优点是电路较为简单，软件程序也相对简单，缺点是按键占用I/O口多，占用单片机的资源较多。
由于本报警系统使用按键较少，不需要采用矩阵键盘，采用独立按键完全可以完成要求，并且实现起来也比较简单，综合考虑键盘输入部分选用方案二。
2硬件部分设计
硬件部分介绍单片机最小系统部分与单片机外围的电路，主要电路部分有单片机最小系统、显示部分、A/D模块部分、按键部分、串口通信部分，下面将对各部分的电路做分别的介绍，并对部分电路给出理论计算公式，论证电路功能的实现。
2.1硬件器件设计
2.1.1单片机介绍
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具有以下标准功能：
8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。
另外STC89C52可降
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