基于单片机酒精浓度测试仪.doc

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基于单片机酒精浓度测试仪

硬件设计

一、选用ADC0832模数转换器

ADC0832模数转换器具有8位分辨率、双通道A/D转换、输入输出电平与TTL/CMOS相兼容、5V电源供电时输入电压在0～5V之间、工作频率为250KHZ、转换时间为32微秒、一般功耗仅为15MW等优点，适合本系统的应用，所以我们采用ADC0832为模数转换器件。

ADC0832具有以下特点：

•8位分辨率；

•双通道A/D转换；

•输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；

•5V电源供电时输入电压在0~5V之间；

•工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；

•一般功耗仅为15mW；

•8P、14P—DIP（双列直插）、PICC多种封装；

•商用级芯片温宽为0度to+70度，工业级芯片温宽为−40度to+85度；芯片接口说明：

•CS_片选使能，低电平芯片使能。

•CH0模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。

•CH1模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。

•GND芯片参考0电位（地）。

•DI数据信号输入，选择通道控制。

•DO数据信号输出，转换数据输出。

•CLK芯片时钟输入。

•Vcc/REF电源输入及参考电压输入（复用）。

正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。

但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。

当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。

当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。

此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。

在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。

在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能.如图4.4:

二、LCD1602字符型液晶显示器其用法：

•单5V电源电压，低功耗、长寿命、高可靠性

•内置192种字符（160个5×7点阵字符和32个5×10点阵字符）

•具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义8个5×8点阵字符或4个5×11点阵字符

•显示方式：

STN、半透、正显

•驱动方式：

1/16并口，1/5串口

•背光方式：

底部LED

•通讯方式：

4位或8位并口可选

•标准的接口特征：

适配MC51和M6800系统MPU的操作时序

LCD1602液晶显示屏的主要技术参数如下表所示：

（表2-3）

表2-3LCD1602液晶主要参数

显示容量

16×2个字符

芯片工作电压

4.5~5.5V

工作电流

2.0mA（5.0V）

模块最佳工作电压

5.0V

字符尺寸

2.95×4.35（mm）

LCD1602字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16×1，16×2，20×2和40×2行等的液晶显示模块，模块组件内部主要由LCD显示屏、控制器、列驱动器和偏压产生电路构成。

LCD1602液晶显示屏外形尺寸

LCD1602液晶显示屏分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如图3.2所示：

图3.2LCD1602尺寸图

1602液晶显示屏采用标准的16脚接口，其中各接口的功能如下表（2-4）所示：

表2-4LCD1602的16管脚功能

引脚号

引脚名

电平

输入/输出

引脚说明

1

VSS

电源地

2

VDD

电源正极（+5V）

3

VL

液晶显示偏压信号

4

RS

0/1

输入

数据/命令选择端，0：

输入指令，1：

输入数据

5

R/W

0/1

输入

读/写选择端，0：

向LCD写入指令或数据，1：

从LCD读取信息

6

E

1→0

输入

使能信号，1时读取信息，1→0（下降沿）执行指令

7

D0

0/1

输入/输出

数据总线（最低位）

8

D1

0/1

输入/输出

数据总线

9

D2

0/1

输入/输出

数据总线

10

D3

0/1

输入/输出

数据总线

11

D4

0/1

输入/输出

数据总线

12

D5

0/1

输入/输出

数据总线

13

D6

0/1

输入/输出

数据总线

14

D7

0/1

输入/输出

数据总线（最高位）

15

BLA

+VCC

LCD背光电源正极

16

BLK

接地

LCD背光电源负极

第1脚：

VSS为地电源。

第2脚：

VDD接5V正电源。

第3脚：

VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会使屏幕显示不清晰，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。

第4脚：

RS为数据/命令选择端，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚：

R/W为读写选择端，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。

第6脚：

E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第7～14脚：

D0～D7为8位双向数据线。

第15脚：

背光源正极。

第16脚：

背光源负极

三、数据采集设计

（1）从传感器过来的电压信号，必须放大，滤波，采集，转换才能被MCU识别和处理。

由于假若每一路都设置放大、滤波等器件，那么成本会很大，所以信号的采集一般用多路模拟通路进行选择。

然而选择多路模拟开关时必须考虑以下的几个因素：

通道数量、切换速度、开关电阻和器件的封装形式。

总之数据采集与硬件的选择有很大的关系。

（2）传感器的选择

酒精浓度传感器由MQ3传感器组成。

MQ3传感器/MQ3模块详细介绍如下表4-1：

（3）测量电路

测量电路由酒精浓度传感器MQ3，ADC0832组成。

酒精传感MQ3经AD0832与STC89C52单片机相连，在显示器上显示出酒精的浓度值，当超过国家规定的标准时报警。

表4-1传感器参数表

名称

MQ3传感器

A.标准工作条件

符号

参数名称

技术条件

备注

Vc

回路电压

≤15V

ACorDC

VH

加热电压

5.0V±0.2V

ACorDC

RL

负载电阻

可调

RH

加热电阻

31Ω±3Ω

室温

PH

加热功耗

≤900mW

B.环境条件

符号

参数名称

技术条件

备注

Tao

使用温度

　　-10℃-50℃

Tas

储存温度

　　-20℃-70℃

RH

相对湿度

　　小于　95%RH

O2

氧气浓度

　　21%（标准条件）

氧气浓度会影响灵敏度特性

最小值大于２％

C.灵敏特性

符号

参数名称

技术参数

备注

Rs

敏感体电阻

1MΩ-8MΩ

（200ppmalcohol）

适用范围：

10-1000ppmAlcohol

α

（200/100）alcohol

浓度斜率

≤0.6

标准工作条件

温度：

20℃±2℃Vc:

5.0V±0.1V

相对湿度：

65%±5%Vh:

5.0V±0.1V

预热时间

不少于24小时

四、按键设计

⑴本系统应用有人机对话功能，该功能即能随时发出各种控制命令和数据输入以及和LCD连接显示运行状态和运行结果。

键盘分为：

独立式和矩阵式两类，每一类按其编码方法又可以分为编码和非编码两种。

由于本系统只有UP、DOWN、OK、CANCEL4个控制命令，所需按键较少，所以本系统选择独立式按键。

电路图见图4.5：

图4.5按键电路图

⑵独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路。

每个独立式按键占有一根I/O口线。

各根I/O口线之间不会相互影响。

在此电路中，按键输入部采用低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平，（STC89C52.P1口内部接有上拉电阻）所以就不需要再外接上拉电阻。

⑶键盘抖动的消除：

抖动的消除大致可以分为硬件削抖和软件削抖。

①硬件削抖是采用硬件电路的方法对键盘的按下抖动及释放抖动进行削抖，经过削抖电路后使按键的电平信号只有两种稳定状态。

②软件削抖的基本原理是当检测出键盘闭合时，先执行一个延时子程序产生数毫秒的延时，待接通时的前沿抖动消失后再判别是否有健按下。

当按键释放时，也要经过数毫秒延时，待后沿抖动消失后再判别键是否释放。

③由于应用硬件削抖还需要外加器件，成本相对较高，所以本系统选择软件延时削抖的方法。

五、电源电路设计

在本次设计中，需要一个比较大的电压源和一个5V的单片机供电源，为了实现便携式，设用一个9V的电压源，一般6节电池和一个9V的电池都可以提供，因而需要一个电压转换吧9V转换成5V，设用选用了，ASM117稳压芯片。

工作原理如图4.11低压层直流稳压电源电路原理图。

该电路是由基准电压、电压放大和电流放大等3个环节组成。

其中，基准电压由TL431产生，按图中电路连接，当通过R0的电流在0．5~10mA时可获得稳定的2．5V基准输出。

图4.11低压层直流稳压电源电路原理图

输出电压的具体数值由运算放大器UA确定，采用同相放大器的优越性在于其输入阻抗极大，可很好地将TL431输出的2．5V电压与后级电路隔离，使其不受负载变化的影响；运放与电阻R3和R2组成比例放大环节，可对基准电压按要求进行比例放大输出，但输出电压最大不能超过运放的电源电压。

软件设计

主程序模块

主程序实现的功能：

与硬件相结合实现便携式酒精浓度检测仪的各个功能。

主要是检测与显示，时间调整与显示，数据存储。

功能子函数的调用。

见图5.1

初始化时钟

初始化

LCD屏

显示开机画面

显示时间

显示主菜单

初始化CPU

开始

读键

图5.1主程序流程图

A/D转换模块

⑴模数转换模块的主要功能就是将经放大器放大的模拟电压信号转化为MCU能够处理的数字信号，并传送给MCU。

⑵ADC0832转换的流程图见下图5.2

图5.2数转换流程图

A/D芯片的数据CS口，连接51单片机的P3.1口，CLK接P3.2，D1和D0接P3.3口。

工作时序如下所示：

ADC0832有8只引脚，CH0和CH1为模拟输入端，CS为片选引脚，只有CS置低才能对ADC0832进行配置和启动转换。

CLK为ADC0832的时钟输入端。

CS在整个转换过程中都必