基于单片机的酒精浓度测试仪设计毕业论文.doc

1、山东科技大学学生毕业设计目 录摘 要 .IIAbstract .III第一章 绪 论 .11.1 酒精浓度检测仪的背景 .11.2 酒精浓度检测仪的现状及发展趋势 .11.3 本课题实现的的目标 .2第二章 系统方案设计 .32.1 系统的工作原理及其原理图 .32.2 单片机控制模块 .5第三章 硬件设计 .103.1 数据采集设计 .103.2 A/D 转换电路 .113.3 按键电路 .123.4 LED 显示电路 .133.5 报警电路 .153.6 电源电路设计 .16第四章 软件设计 .174.1 主程序模块 .174.2 数据采集模块 .174.1 按键模块 .174.2 报警模

2、块 .174.1 液晶显示输出模块 .17第五章 软件设计 .175.1.调试工具 .175.2 调试过程 .17第六章 结 论 .19参考文献 .20山东科技大学学生毕业设计附录一 .21附录二 .26致 谢. .28山东科技大学学生毕业设计基于单片机的酒精浓度测试摘 要本文设计了一种公共场所用的测试和酒精浓度超限报警功能的智能酒精测试测试仪。该设计方案基于 89C51 单片机， MQ3 酒精浓度传感器。由 A / D 转换器电路调节该系统的传感器输出信号，通过单片机进行数据处理，最终由 LCD 所显示的最终酒精浓度值。文中详细介绍了数据采集子系统、数据处理过程及报警电路和数据显示子系统的设

3、计方法和流程。系统对的采样地点超出规定的酒精浓度时二极管报警提醒。同时测试仪特定的上限报警点可以由单片机编程进行设置。大量的验证后，基于 51 单片机的酒精浓度检测仪比传统的酒精计或机械检测仪灵敏，高监测精度，可靠性好，准确方便，扩展简单，灵敏度高，控制功能强大。超过阈值的声光报警，直观和准确。因此，基于单片机的酒精浓度检测仪研究具有一定的价值。关键词： 酒精浓度传感器 单片机 数模转换 硬件设计 数码管显示关键词：智能电动小车；STC89C52；传感器山东科技大学学生毕业设计AbstractThis paper studies has been designed for public ins

4、pection and overrun alarm function with the alcohol concentration intelligent tester. Its design scheme based on 89C51, MQ3 alcohol concentration sensor. System will sensor output signal through the A/D circuit recuperation, data processing byMCU, finally by LCD display alcohol chroma value. This pa

5、per describes the data acquisition subsystem, data processing and data display subsystem and alarm circuit design methods and processes. System requirements for the sampling sites exceeding the alcohol concentration diode reminder alarm circuit monitors. Meanwhile, the operator specific alarm point

6、for the upper limit set by MCU programming. Alcohol tester will bring a driving signal prior to a safe. After a great deal of verification, based on SCM alcohol concentration monitor detector than traditional mechanical detector or alcohol plans, monitoring high precision, sensitivity, good dependab

7、ility, precise convenient extended simple, control powerful functions. Beyond the value of acousto-optic alarm, intuitive accurate. So based on SCM alcohol concentration monitor research has certain value. . Keywords: Alcohol concentration sensor microcontroller digital-to-analog Hardware design Dig

8、ital pipe display 山东科技大学学生毕业设计第一章 绪 论1.1 酒精浓度检测仪的背景根据世界卫生组织的数据，2003 年纯酒精的全球人均消费量是 6.2L，其中美州地区人均为 8.7L，欧洲地区人均达到 11.9L。酒精消费量在俄罗斯以及附近各地东欧国家最高，其次是其他欧洲国家。在人均国民生产总值（GDP ）少于$ 7000 低收入国家，酒精消费量与人均 GDP 相关，GDP 越高酒精消费量越高。随着我国经济水平的迅速发展和近年来居民生活水平的提高，酒精消费量呈直线上升趋势，随之而来的是因为饮酒而造成的一系列社会问题。如引起醉酒驾驶引起的交通意外。当酒精在血液达到一定浓度时，

9、就会出现神经麻痹，导致大脑反应迟缓，身体不受控制的症状。个人对外界的控制能力，反应能力就会下降，处理紧急情况的能力也有所下降。酒后驾驶，其血液中的酒精含量越高，就越容易发生撞车事件。据世界卫生组织的事故调查，约 50 -69 的交通事故与酒后驾驶有关，酒后驾车事故已被列为致死的主要原因。在中国，每年由于醉驾造成的交通事故达数以万起，危害触目惊心，已成为交通事故第一大“杀手” 。酒后驾车造成了如此多的惨案，为了避免类似事故发生，酒精浓度检测仪随之的产生。1.2 酒精浓度检测仪现状及发展趋势对气体中酒精含量检测装置的中有五种基本类型，即电化学型、燃料电池型、半导体型、比色型型、红外线型、气体色谱分

10、析型。然而，由于易用性以及价格等原因，目前常用的只有燃料电池型、电化学型和半导体型这几种。燃料电池是目前全世界广泛研究的环保型能源。可燃气体可以直接转换成电能，而不会造成环境污染。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使用铂贵金属作为电极，采用特殊的催化剂填充燃烧室，使酒精充分燃烧转化为电能，也就是在两个电极上产生电压。外接负载上消耗的电能与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比。与半导体型相比，燃料电池型呼气式酒精测试仪，具有精度高、抗干扰、稳定性好等优点。然而，由于燃料电池酒精传感器的结构要求非常精密，并且制造相当困难。目前，只有美国，英国，德国等少数国家能够生产，加上材料成本高，

11、所以价格相比于半导体酒精传感器是相当昂贵的。1.3 本课题实现的目标1、酒精测试仪可以检测气体中的酒精/乙醇浓度；山东科技大学学生毕业设计2、液晶实时显示酒精浓度数值和醉酒阈值；3、当测量值醉酒阈值，报警并亮灯。第二章 系统方案设计2.1 系统的工作原理及其原理图本系统以 STC89C52 单片机为核心，其芯片的内存空间充足，方便 ISP 线上编写以及下载程序，适合本系统软件的要求。其芯片拥有两个计数器中断，足够完成本课题的设计，该芯片对于时间的计算很精确，实时性很强，对于各个模块的控制更灵活。并且STC89C52 是可扩展的，使用灵活方便，价格低。由于酒精浓度检测仪是把非电量转换为电量，并且

12、通过传感器输出的是基本不受外界干扰的稳定电压。因此，可以直接把传感器输出的电压值经 A / D 转换器后所得到的数据送到单片机进行处理。此外，还需要外接 4*4 键盘，LED 显示，报警电路。其总体框图如图 2-1 所示图2-1 总体设计框图键 盘声光报警电路LED 显示STC89C52被测环境A/D 转换电路气敏传感器山东科技大学学生毕业设计2.2 单片机控制模块该模块核心处理器为 ST89C52 单片机。单片机控制系统一般由最小系统和外接信号I/O 口组成，其中最小系统包括 CPU 时序电路，复位电路以及电源。2.2.1 STC89C52 的介绍STC89C52 是一款功耗低、处理速度快、

13、抗干扰能力强的单片机，其指令代码与传统的 8051 单片机完全兼容，拥有（12 时钟/机器周期）和（6 时钟/机器周期）两种选择。2.2.2 STC89C52 的引脚功能说明图2.2.1 STC89C52引脚图VCC（40 引脚）：电源电压VSS（20 引脚）：接地P0（P0.0P0.7，3932）：P0 口是一个漏极开路的 8 位双向 I/0 口。作为输出端口，每个引脚能驱动 8 个 TTL 负载，对端口 P0 写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位数据的复用总线。此时，P0 口内部上拉电阻有效。在 Flash ROM 编程

14、时，P0 端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。山东科技大学学生毕业设计P1 端口（P1.0P1.7，18 引脚）：P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P1 的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端口写入 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1 口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流（TLL） 。P2 端口（P2.0P2.7，2128 引脚）：P2 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O端口。P2 的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4

15、 个 TTL 输入。对端口写入 1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2 作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（TLL） 。P3 端口（P3.0P3.7，1017 引脚）：P3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。P3 的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端口写入 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3 做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流（TLL ） 。RST（9 引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为

16、有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST 引脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO 位可以使此功能无效。DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG（30 引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在 Flash 编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。PROG（29 引脚）：外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89C51RC 从外部程序存储器执行外部代码时， （PSEN ） 。在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储

17、器时， （PSEN ）将不被激活。EA/VPP（31 引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取指令，EA 必须接 GND。注意加密方式 1 时，EA 将内部锁定位 RESET。为了执行内部程序指令，EA 应该接 VCC。在 Flash 编程期间，EA 也接收 12 伏 VPP 电压。 XTAL1（19 引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18 引脚）：振荡器反相放大器的输入端。2.2.3 最小系统的设计及其原理图一个典型的单片机最小系统一般由时钟电路、复位电路、晶振、片外 RAM、片外ROM、按键、数码管、液晶显

18、示器、外部扩展接口等部分组成。由于本设计的要求没有选用数码管和液晶显示器。(1)时钟源电路 单片机内部具有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。通常在引脚 XTALl 和XTAL2 跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，可以根据情况选择6MHz、 12MHz 或 24MHz 等频率的石英晶体，补偿电容通常选择 30pF 左右的瓷片电容。(2)复位电路 山东科技大学学生毕业设计单片机的置位和复位都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复位的时候单片机是把一些寄存器及存储设备装入厂商预设的一个值。单片机复位电路原理实在单

19、片机的复位引脚 RST 上外接电阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体参数值可以由 RC 电路计算出时间常数。复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。a.上电复位：STC89 系列单片机为高电平复位，通常在复位引脚 RET 上连接一个电容到 VCC，再连接一个电阻到 GND，由此形成一个 RC 充放电回路保证单片机在上电时 RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值 10K 和 10uF。 b.按键复位：按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电

20、，RST 也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。(3) 振荡电路单片机系统里面都有晶振，在单片系统里晶振的作用非常大，全程叫做晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片机的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达到百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO） 。晶振用一种能把电能和机械能相互转化在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。STC89C52 使用 11.05

21、92MHz 的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在 15pF 至 50pF 之间。(4) 外部扩展接口（串行通信）RS232 串口电路使用 MAX232 作为电平转换芯片，可以通过串口电缆连接到计算机背的 COM 口，用于单片机与上位机通信以及和其他串口设备的数据交互。MAX 芯片是 MAXIM 公司生产的、包含两路接收器和驱动器的芯片，他的内部有一个电源电压变换器，可以把输入+5V 的电压转换成 RS-232 输出电平所需的+10V。电路板参数：工作电压：5V输入电压：5.5-15V 电路板尺寸：87mm*43mm此单片机最小系具有：LCD1602 液晶屏；山东科技大学学生毕业设计按键 2 只；显示 LED 2 只；蜂鸣器 1 只；P1 口所有的引脚都设计有 5V 电源，方便接传感器。本单片机最小系统板设计使用 STC 公司增强型的 51 单片机，电路板设计了 MAX232的电平转换，可以方便采用电脑的串口对 STC 的单片机下载及与电脑或者单片机之间的相互通信。2.1.3最小系统原理图