酒精测试仪项目设计报告.docx
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酒精测试仪项目设计报告
四川工程职业技术学院
毕业综合实践
项目设计报告
鉴于单片机的酒精浓度检测仪
专业：
计算计应用技术（IT制造与售后服务）
姓名：
周姣、龙俊江
指导老师：
何晓龙
一、序言...........................................................................................................................................
3
二、酒精测试仪整体方案设计.......................................................................................................
3
2.1
酒精浓度检测仪设计要求剖析........................................................................................
3
2.2
酒精浓度检测仪设计方案................................................................................................
3
三、硬件设计...................................................................................................................................
4
3.1
传感器的选择....................................................................................................................
4
3.2
A/D变换电路.....................................................................................................................
5
ADC0809
的结构及变换原理
................................................................................6
ADC0809
连线图....................................................................................................
7
3.3
89C51单片机系统.............................................................................................................
7
单片机片内结构...................................................................................................
7
89C51芯片介绍....................................................................................................
8
晶振电路和复位电路...........................................................................................
9
3.4LCD1602液晶显示电路..................................................................................................
11
3.5
键盘电路...........................................................................................................................
11
3.6
报警电路...........................................................................................................................
12
灯光提示电路.....................................................................................................
12
声音报警电路.....................................................................................................
12
四、软件设计.................................................................................................................................
13
4.1
主程序框图.......................................................................................................................
13
4.2
数据收集子程序程序框图..............................................................................................
14
酒精浓度检测仪的设计
一、序言
本课题分为两部分：
硬件设计部分和软件设计部分。
硬件部分为利用MQ3气敏传感器丈量空气中酒精浓度，并变换为电压信号，经A/D变换器变换成数字信号后传给单片机系统，由单片机及其相应外头电路进行信号的办理，显示酒精浓度值以及超阈值声光报警。
程序采纳模块化设计思想，各个子程序的功能相对
独立，便于调试和改正。
而硬件电路又大概可分为单片机小系统电路、A/D变换电路、声光报警电路、LCD液晶显示电路，按键电路，各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详尽介绍。
二、酒精测试仪整体方案设计
2.1酒精浓度检测仪设计要求剖析
设计的酒精浓度测试仪应拥有以下特色：
（1）数据收集系统以单片机为控制中心，外头电路带有LCD显示以及键盘响应电路，无需要其余计算机，用户就能够与之进行交互工作，达成数据的收集、储存、计算、剖析等过程。
（2）系统拥有低功耗、小型化、高性价比等特色。
（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LCD显示来实现人机交互操作，界面友善。
（4）软件设计简单易懂。
2.2酒精浓度检测仪设计方案
设计时，考虑酒精浓度是由传感器把非电量变换为电量，传感器输出的是0-5伏的电压值且电压值稳固，外面扰乱小等。
所以，能够直接把传感器输出电压值经过A/D变换器变换获取数据送入单片机进行办理。
别的，还需接入液晶显示，
键盘设定，报警电路等。
其整体框图如图2-1所示。
3
声光报警电路
被测
气敏
A/D变换
液晶显示
环境
传感器
单片机
电路
键盘
图2-1基本工作原理图
三、硬件设计
3.1传感器的选择
本系统直接丈量的是呼气中的酒精浓度，再变换为血液中的酒精含量浓度，
故采纳气敏传感器。
考虑到四周空气中的气体成分可能影响传感器丈量的正确
性，所以传感器只好对酒精气体敏感，对其余气体不敏感，应采纳MQ3型气敏传感器。
其有很高的敏捷度、优秀的选择性、长久的使用寿命和靠谱的稳固性。
MQ3型气敏传感器由微型Al2O3，陶瓷管和SnO2敏感层、丈量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢的腔体内，加热器为气敏元件的工作供给了必需的工作条件。
传感器的标准回路有两部分构成。
其一为加热回路，其二为信号输出
回路，它能够正确反应传感器表面电阻值的变化。
传感器的表面电阻RS的变化，是经过与其串连的负载电阻RL上的有效电压信号VRL输出头获取的。
负载电阻RL可调为0．5-200K。
加热电压Uh为5v。
上述这些参数使得传感器输出电压为
0-5V。
MQ3型气敏传感器的结构和外形、标准回路、传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度的关系图如图3-3所示。
为了使丈量的精度达到最高，偏差最小，需要找到适合的温度，一般在丈量前需将传感器预热5分钟。
4
图3-1MQ3结构和外形
C4
N
104
I
R8
+5
RL3
470
1
6
A
B
GND
2
5
R7
F
F
GND
3
4
A
B
5.1
MQ-2
图3-2MQ3
结构图
图3-3传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度之间的关系
3.2A/D变换电路
在单片机应用系统中，被丈量对象的相关变化量，如温度、压力、流量、速
度等非电物理量，须经传感器变换成连续变化的模拟电信号（电压或电流），这
些模拟电信号一定变换成数字量后才能在单片机顶用软件进行办理。
实现模拟量
5
变换成数字量的器件称为A/D变换器（ADC）。
A/D变换器大概分有三类：
一是双积分A/D变换器，长处是精度高，抗扰乱
性好，价钱廉价，但速度慢；二是逐次迫近型A/D变换器，精度、速度、价钱适中；三是∑-△A/D变换器。
该设计中采纳的是ADC0809属第二类，是8位A/D变换器。
0809拥有8路模拟信号输入端口，地点线（23-25脚）可决定那一路模拟信号进行A/D变换。
22脚为地点锁存控制，当输入为高电平常，对地点信号进行锁存。
6脚为测试控制，当输入一个2μs的高电平脉冲时，就开始A/D变换。
7引脚为A/D变换结束标记，当A/D变换结束时，7脚输出高电平。
9脚为A/D变换数据输出同意端，当OE脚为高电平常，A/D变换数据输出。
10脚为0809的时钟输入端。
3.2.1ADC0809的结构及变换原理
ADC0809的结构框图如图3-6。
ADC0809采纳逐次比较的方法达成A/D变换的，由单调的+5V电源供电。
片内有锁存功能的8路选1的模拟开关，由C、B、A引脚的功能来决定所选的通道。
0809达成一次变换需100μs左右，输出拥有TTL三态锁存缓冲器，可直接连结到MCS-51的数据总线上。
经过适合的外接电路，0809可对0-5V的模拟信号进行变换。
STARTCLK
IN7
8路模
拟量开
.
关
EOC
IN0
8
位
D0
A/D
三态输
出锁存
.
转
换
.
器
器
C
B
A
ALE
.
地点锁D7
存与密
码
VCC
GND
VR（+）VR（－）OE
6
图3-6ADC0809的结构框图
3.2.2ADC0809连线图
ADC0809与单片机的连线图如图3-7：
ADC0809
1
In3
In2
28
2
27
In4
In1
3
26
In5
In0
IN
4
25
In6
ADDA
5
24
In7
ADDB
GND
6
23
ST
START
ADDC
7
22
EOC
EOC
ALE
ST
8
21
D3
D3
D7
D7
9
20
OE
OE
D6
D6
10
19
CLK
CLOCK
D5
D5
11
18
Vcc
D4
D4
12
17
+5
Vref+
D0
D0
13
16
GND
Vref-
14
15
D1
D2
ADC1
1
ADC0809
2
D
D
GND
图3-7ADC0809的连线图
3.389C51单片机系统
单片机是一种集成电路芯片，采纳超大规模技术把拥有数据办理能力（如算术运算，逻辑运算、数据传递、中断办理）的微办理器（CPU），随机存取数据储存
器（RAM），只读程序储存器（ROM），输入输出电路（I/O口），可能还包含准时计数器，串行通讯口（SCI），显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路（PWM），模拟多路变换器及A/D变换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个虽小但是完美的计算机系统。
这些电路能在软件的控制下正确、快速、高效地达成程序设计者预先规定的任务。
单片机片内结构
51单片机的片内结构如图3-8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。
按功能区分，它有以下功能零件构成：
7
⑴微办理器（CPU）。
⑵数据储存器（RAM）。
⑶程序储存器（ROM/EPROM）。
⑷4个8位并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）。
⑸一个串行口。
⑹2个16位准时器、计数器。
⑹2个16位准时器、计数器。
⑺中断系统。
⑻特别功能存放器（SFR）。
8
8
X
数据储存器
P0
P2
程序储存器
RAM
ROM/EPROM
T
CPU
A
L
（运算器）
特别功能
1
存放器
（控制器）
（SFR）
X
串
定
时
中
断
T
器/计
系统
A
行
数器
L
2
P1
口
P3
8
8
ALE
EA
PSEN
RESET
图3-851
单片机片内结构
上述功能零件都是经过片内单调总线连结而成，其基本结构仍旧是CPU加上外头芯片的传统结构模式。
但CPU对各样功能零件的控制是采纳特别功能存放器的集中控制方式。
从硬件角度来看，与MCS-51指令完整兼容的新一代AT89CXX系列机，比在片外加EPROM才能相当的8031单片机抗扰乱性能强，与87C51单片机技术相当，但功耗小。
程序改正直接用+5V或+12V电源擦除，更显方便、并且其工作电压放宽至2.7V-6V，因此受电压颠簸的影响更小，并且4K的程序储存器完整能知足单片机系统的软件要求，故AT89C51单片机是结构本检测系统的更理想的选择。
3.3.289C51芯片介绍
8
掌握MCS-51单片机，应第一认识MCS-51的引脚，熟习并切记各引脚的功能，
MCS-51系列中各样型号芯片的引脚是相互兼容的。
制作工艺为
HMOS的MCS-51
的单片机都采纳
40只引脚的双列直插封装方式，如图
3-9所示。
P1.0
Vcc
P1.1
P0.0
（AD0）
P1.2
P0.1
（AD1）
P1.3
P0.2
（AD2）
P1.4
P0.3
（AD3）
P1.5
P0.4
（AD4）
P1.6
P0.5
（AD5）
P1.7
P0.6
（AD6）
RST
P0.7
（AD7）
（RXD）
P3.0
EA/VPP
（TXD）
P3.1
ALE/PROG
（INT0）
P3.2
PSEN
（INT1）
P3.3
P2.7
（A15）
T0
P3.4
P2.6
（A14）
T1
P3.5
P2.5
（A13）
（WR）
P3.6
P2.4
（A12）
（RD）
P3.7
P2.3
（A11）
XTAL1
P2.2
（A10）
XTAL2
P2.1
（A9）
GND
P2.0
（A8）
PDIP
图3-9单片机芯片管脚图
晶振电路和复位电路
最小系统包含单片机及其所需的必需的电源、时钟、复位等零件，能使单片机一直处于正常的运转状态。
电源、时钟等电路是使单片机能运转的必备条件，
能够将最小系统作为应用系统的中心部分，经过对其进行储存器扩展、A/D扩展等，使单片机达成较复杂的功能。
89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，所以，这类芯片构成的最小系统简单﹑靠谱。
用89C51单片机构成最小应用系统时，只需将单片机接上时钟电路和复位电路即可，结构如图3-10所示，因为集成度的限制，最小应用系统只好用作一些小型的控制单元。
时钟电路
I/
STC89C51单片机
复位电路O
图3-10单片机最小系统原理框图
9
（1）时钟电路
89C51单片机的时钟信号往常有两种方式产生：
一是内部时钟方式，二是外面时钟方式。
内部时钟方式如图3-11所示。
在89C51单片机内部有一振荡电路，只需在单片机的XTAL1（18）和XTAL2（19）引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成
了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。
图中电容C1和C2的作用是稳固频次和快速起振，电容值在5~30pF，典型值为30pF。
晶振CYS的振荡频次范围在1.2~12MHz间选择，典型值为12MHz和6MHz。
C2
18
30pF
Y1
C311.0592MHz
19
30pF
图3-1189C51内部时钟电路
（2）复位电路
当在89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就履行复位操作（若该引脚连续保持高电平，单片机就处于循环复位状态）。
最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是经过外面复位电路的电容充放电来实现的。
只需Vcc的上涨时间不超出1ms,就能够实现自动上电复位。
除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。
本设计就是用的按键手动复位。
按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。
此中电平复位是经过RST（9）端与电源Vcc接通而实现的。
VCCS4
9
C1
10uF
R1
10k
图3-1289C51复位电路
（3）89C51中断技术概括
中断技术主要用于及时监测与控制，要求单片机能及时地响应中断恳求源提出的服务恳求，并作出快速响应、及时办理。
这是由片内的中断系统来实现的。
中间止恳求源发出中断恳求时，假如中断恳求被同意，单片机临时中断目前正在履行的主程序，转到中断服务办理程序办理中断服务恳求。
中断服务办理程序办理完中断服务恳求后，再回到本来被中断的程序之处（断点），连续履行被中断的主程序。
图3-13为整此中断响应和办理过程。
10
图3-13中断响应和办理过程
3.4LCD1602液晶显示电路
LCD1602A是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。
（16列2行）。
在平常生活中，我们对液晶显示器其实不陌生。
液晶显示模块已作
为好多电子产品的经过器件，如在计算器、万用表、电子表及好多家用电子产品
中都能够看到，显示的主假如数字、专用符号和图形。
在单片机的人机沟通界面中，一般的输出方式有以下几种：
发光管、LED数码管、液晶显示器。
发光管和LED数码管比较常用，软硬件都比较简单。
在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个长处：
因为液晶显示器每一个点在收到信号后就向来保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不停刷新新亮点。
所以，液晶显示器画质高且不会闪耀。
液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更为简单靠谱，操作更为方
便。
液晶显示器经过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比同样显示面积的传统显示器要轻得多。
相对而言，液晶显示器的功耗主要耗费在其内部的电极和驱动
IC上，因此
耗电量比其余显示器要少得多。
本设计的灰度调理是采纳
10k电阻和
1k电阻分压的形式，灰度适中。
液晶显示电路以下
1602
16PIN
+5
1
2
3
4
5
6
7
8
升级会员 