酒精浓度测试仪设计【毕业设计】.doc

1、本科毕业论文（20 届）酒精浓度测试仪设计所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 苏州大学本科毕业设计（论文）i酒精浓度测试仪设计目 录前言 .3第 1 章 总体设计 .4第 1.1 节 酒精浓度检测仪设计要求 .4第 1.2 节 酒精浓度检测仪设计方案 .4第 2 章 系统的硬件设计 .5第 2.1 节 传感器的选择 .5第 2.2 节 A/D 转换电路 .52.2.1. A/D 转换器的选择 .52.2.2. ADC0809 的引脚及功能 .62.2.3. ADC0809 的结构及转换原理 .7第 2.3 节 89C51 单片机 .82.3.1.

2、 89C51 单片机片内结构 .82.3.2. 89C51 芯片引脚介绍 .92.3.3. 晶振电路和复位电路 .11第 2.4 节 LED 数码管显示电路 .13第 2.5 节 整体电路模块 .14第 3 章 系统的软件设计 .15第 3.1 节 软件介绍 .15第 3.2 节 软件程序 .15第 4 章 调试与测试 .19第 4.1 节 调试 .19第 4.2 节 测试 .19结论 .21参考文献 .22致谢 .23附录 1：软件程序 .24苏州大学本科毕业设计（论文）1酒精浓度测试仪设计【摘要】：随着我国经济发展的越来越好，人们的生活水平越来越高，私家车的现象非常普遍，然而由于酒后驾车而

3、出现的事故也频频发生,酒精成为越来越凶残的“马路杀手”。根据有关资料统计，全球每年因车祸丧生的人数就超过60 万，留下永久性残伤者的人数在 400 万以上，一般受伤者则不计其数，在许多国家车祸已经成为第一意外死亡原因。还有因为车祸而造成的经济损失也相当惊人。据调查，大约百分之五十到六十的车祸时因为饮酒驾驶。现在大多数国家已经将酒精浓度测试仪大范围运用，检查路上是否有人酒后驾车。酒精浓度测试仪除了能检测酒后驾车外，还能对空气中的酒精进行测试监控。在特定的环境下，比如需要大量酒精生产商品的工厂，车间，或者工业场地。运用酒精实时监测仪，能有效避免可能由于酒精浓度过高而引起的起火，酒精中毒等，让人们在

4、一个更加安全的场所工作，减少不必要的事故。本课题就是基于单片机，用 MQ-3 传感器和数码显示管，制作出简易的酒精气体实时检测仪。【关键词】：酒精；MQ-3 传感器；单片机；数码显示管Abstract : With the development of Chinas economy is getting better, peoples standard of living getting higher and higher , private cars is widespread, however, drunk driving accidents due to the emergence of

5、 too frequent occurrence of alcohol becoming more and more brutal “killer road . “ According to the statistics, the number of car accident deaths worldwide each year on more than 600,000 , leaving a number of people permanently disabled injured at 400 million or more, general and countless injured i

6、n a car accident many countries, has become the first cause of death in accident . There are economic losses because of a car accident caused quite amazing. According to the survey, when about fifty to sixty percent of car accidents because of drunk driving. Most countries now have a wide range of a

7、lcohol concentration testers use to check whether someone drinking and driving on the road. In addition to the alcohol concentration tester can detect drunk driving, but also on the air in the alcohol test monitoring. Under certain circumstances, such as ethanol production requires a large amount of

8、 goods factory, workshop, or industrial sites. Alcohol use real-time monitor, can effectively avoid possible due to the high concentration of alcohol caused by fire, 苏州大学本科毕业设计（论文）2explosion photos, alcoholism , etc. , so that people in a safer workplace , reduce unnecessary accidents. This paper is

9、 based on the microcontroller, with MQ-3 sensor and digital display tubes, to produce a simple real-time alcohol gas detector.Key words:Alcohol；MQ-3 Sensor；Single chip microcomputer；Digital display tube 苏州大学本科毕业设计（论文）3前言近年来，我国经济水平迅猛发展，人们生活水平越来越高，越来越多的人有了自己的私家车，而酒后驾车造成的交通事故也频繁发生，很多无辜的人因为他人酒驾而失去了宝贵的生命

10、，这些恶劣的交通事故也对人们造成了巨大的经济损失，酒后驾车的行为不仅危害了自己的健康，也是对家人路人生命的不负责任。为此，我国将酒驾列入刑法范围内，所以需要设计一智能仪器能够检测驾驶员体内酒精含量，以便来监督检测是否有人酒驾，能有力减少酒后驾车而引起的交通事故。本课程设计研究的是一种以气敏传感器和单片机 A/D 转换器为主，检测驾驶员呼出气体的酒精浓度，对酒精浓度进行实时检测。其可检测出空气环境中酒精浓度值，人们可以根据检测显示出的数据来判断现场的酒精浓度是否超过了标准数值。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 MQ-3气敏传感器测量空气中酒精浓度，并转换为电压信号，经

11、A/D 转换器转换成数字信号后传给单片机系统，由单片机及其相应外围电路进行信号的处理，显示酒精浓度值。程序采用模块化设计思想，各个子程序的功能相对独立，便于调试和修改。而硬件电路又大体可分为单片机小系统电路、A/D 转换电路、数码显示管显示电路，各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍。苏州大学本科毕业设计（论文）4第 1 章 总体设计第 1.1 节 酒精浓度检测仪设计要求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，利用 MQ-3 传感器，外围电路带有数码显示管显示，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。

12、（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。由单片机系统控制数码管显示器来实现人机交互操作，界面友好。（4）软件设计简单。第 1.2 节 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转换为电量，传感器输出的是0-5 伏的电压值且电压值稳定，外部干扰小。因此，可以直接把传感器输出电压值经过 A/D 转换器转换得到数据送入单片机进行处理。此外，还需接入数码管显示电路。其总体框图如图 1-1 所示。被测环境气敏传感器A/D 转换电路单片机 数码显示管图 1-1 酒精浓度测试仪总体框架苏州大学本科毕业设计（论文）5第 2 章 系统

13、的硬件设计第 2.1 节 传感器的选择本系统直接测量的是呼气中的酒精浓度，再转换为血液中的酒精含量浓度，故采用气敏传感器。考虑到周围空气中的气体成分可能影响传感器测量的准确性，所以传感器只能对酒精气体敏感，对其他气体不敏感，故选用 MQ-3 型气敏传感器。其有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。MQ-3 型气敏传感器由微型氧化铝，陶瓷管和氧化锡敏感层、测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提供了必要的工作条件。传感器的标准回路有两部分组成。其一为加热回路，其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻值的变化。传感器的表面电阻的

14、变化，是通过与其串联的负载电阻上的有效电压信号输出面获得的。负载电阻可调为 0 .5-200K 欧。加热电压为 5 伏。上述这些参数使得传感器输出电压为 0-5 伏。 MQ-3 型气敏传感器的结构如图 2-1 所示。为了使测量的精度达到最高，误差最小，需要找到合适的温度，一般在测量前需将传感器预热 5 分钟。图 2-1 MQ-3 结构图第 2.2 节 A/D 转换电路2.2.1. A/D 转换器的选择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、苏州大学本科毕业设计（论文）6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

15、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。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；二是逐次逼近型 A/D 转换器，精度、速度、价格适中；三是累加型 A/D 转换器。该设计中选用的是 ADC0809 属第二类，是 8 位 A/D 转换器。2.2.2. ADC0809 的引脚及功能逐次比较型 A/D 转换器在精度、速度、和价格上都适中，是最常用的 A/D转换器件。芯片采用的是 ADC0809，以下介绍 ADC0809 的引脚及功能。ADC0809 是一种逐次比较式 8 路模拟输入、8 位数字量输出

16、的 A/D 转换器。ADC0809 共有 28 个引脚，采用双列直插式封装。主要引脚功能如下： IN0-IN7 是 8 路模拟信号输入端。 D0-D7 是 8 位数字量输入端。 A、B 、C 与 ALE 控制 8 路模拟通道的切换，A、B、C 分别与 3 根地址线或数据线相连，3 位编码对应 8 个通道地址端口。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：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START：A/D 转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少 100ns 宽）使其启动（脉冲上升沿使 0809 复位，下降沿启动 A/D 转换） 。EOC：当

17、A/D 转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。OE：数据输出允许信号，输入高电平有效。当 A/D 转换结束时，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。要求时时钟频率不高于 640KHZ。REF（+） 、REF（-）：基准电压。Vcc：电源，单一+5V。GND：接地。首先输入 3 位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译苏州大学本科毕业设计（论文）7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存器复位。下降沿启动 A/D 转换，之后 EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。直到 A/D转换完成，EOC

18、 变为高电平，指示 A/D 转换结束后，结果数据已存入锁存器，这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。转换数据的传送 A/D 转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传输的关键问题是如何确认 A/D 转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。（1）定时传送方式对于一种 A/D 转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如 ADC0809 转换时间为 128s，相当于 6MHz 的 MCS-51 单片机共 64 个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D 转换启动后即调用此子程序，延迟时

19、间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。（2）查询方式A/D 转换芯片有表明转换完成的状态信号，例如 ADC0809 的 EOC 端。因此可以用查询方式，测试 EOC 的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。（3）中断方式把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE 信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。需要注意的是：ADC0809 虽然有 8 路模拟通道可以同时输入 8 路模拟信号，但每个瞬间只能换 1 路，共用一个 A/D

20、转换器进行转换，各路之间的切换由软件改变 C、A 、B 引脚上的代码来实现。地址锁存与译码电路完成对 A、B、C 3 个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连。 OE、START、CLK 为控制信号端，OE 为输出允许端， START 为启动信号输入端，CLK 为时钟信号输入端。 VR(+)和 VR(-)为参考电压输入端。苏州大学本科毕业设计（论文）82.2.3. ADC0809 的结构及转换原理ADC0809 的结构框图如图 2-2。ADC0809 采用逐次比较的方法完成 A/D转换的，由单一的+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 完成一次转换需 100s 左右，输出具有 TTL 三态锁存缓冲器，可直接连接到 MCS-51 的数据总线上。通过适当的外接电路，0809 可对 0-5V 的模拟信号进行转换。START CLKOEVR(+) VR()VCCGNDEOCD0.D7三态输出锁存器8 位A/D转换器地址锁存与密码CBAALE8 路模拟量开 关IN7.IN0图 2-2 ADC0809 的结构框图第 2.3 节 89C51 单片机2.3.1. 89C51 单片机片内结构