1、武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）基于 51 单片机的酒精测试仪设计51 MCU-Based Design Of The Tester Alcohol学生姓名 学 号 专业班级 光纤通信指导教师 20XX 年 X 月武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）摘 要近年来，随着我国经济的发展，人民的生活水平提高，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频发生。 如今国家法律出台道路交通安全法规定，饮酒后或者醉酒驾驶机动车发生重大交通事故，构成犯罪的，依法追究刑事责任，并由公安机关交通管理部门吊销机动车驾驶证，终生不得重新取得机动车驾驶证。鉴于人们对于醉酒驾驶的逐
2、渐重视，酒精测试课题便引起了广泛的关注。酒后驾车引起的交通事故是由于司机的过量饮酒造成人体内酒精浓度过高，麻痹神经，造成大脑反应迟缓，肢体不受控制等症状。为本课题研究的是一种以气敏传感器和单片机为主，监测空气酒精浓度，并具有 LCD 显示功能的空气酒精浓度监测仪。此需要设计一智能仪器能够监测驾驶员体内酒精含量。本课题研究的是一种以气敏传感器和单片机为主，监测空气酒精浓度，并具有声报警功能及 LCD显示功能的空气酒精浓度监测仪。其可监测出空气环境中和呼气中酒精浓度值，并根据不同的环境设定不同的阀值，对超过的阀值进行声报警，并显示阀值来提示危害。从而达到以下目的：（1）有利于社会公共交通安全；（2
3、）提高人们法律意识；（3）使之便捷、安全、准确、高效，便于提高家庭酒精测试的普及化。本作品是基于单片机控制 ADC0809 对 TGS822 酒精浓度取样来反映人体血液酒精浓度；以及对 DS18B20 获取温度关键词：ADC0809；TGS822； DS18B20；单片机武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）AbstractIn recent years, as Chinas economic development, peoples living standards improve, more and more people have their own private cars a
4、nd traffic accidents caused by drunk driving is also frequent. Today, the introduction of national law the provisions of the Road Traffic Safety Law, motor vehicle after drinking or drunk driving major traffic accidents, crime is constituted, criminal responsibility shall be investigated by the traf
5、fic control department of public security organ driving license revoked for life may not regain a driving license.Given peoples increasing emphasis on the drink driving, alcohol test subject has aroused widespread concern. Drunk driving accidents caused by excessive drinking is caused because the dr
6、ivers alcohol level is too high the body, paralysis of nerves, resulting in slow response to the brain, body out of control and other symptoms. Based research is a kind of gas sensor and microcontroller-based, monitoring of air alcohol concentration , and with LCD display monitor air alcohol concent
7、ration. The need to design an intelligent instruments to monitor the drivers alcohol content. This research is a kind of gas sensor and microcontroller-based, monitoring of air alcohol concentration , and with sound alarm and LCD display monitors the air alcohol concentration. The environment can be
8、 monitored from the air and breath alcohol concentration, and according to different environments set different threshold than the threshold of the acoustic alarm, and display threshold. To prompt the hazard. So as to achieve the following purposes: (1) in favor of public transport safety; (2) to ra
9、ise awareness of legal consciousness; (3) to make it convenient, safe, accurate, efficient, easy to increase the popularity of home alcohol test. This work is based on the TGS822 ADC0809 microcontroller sampling to reflect the body alcohol concentration blood alcohol concentration; and to obtain the
10、 temperature DS18B20 Key words: ADC0809; TGS822; DS18B20; MCU 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）1目 录第 1 章 绪论 .11.1 精测试仪现状和发展趋势 .11.2 研究内容 .2第 2 章 总体设计 .32.1 本课题的设计任务及要求 .32.1.1 设计任务 .32.1.2 设计要求 .32.2 系统整机原理图分析 .4第 3 章 硬件设计 .53.1 单片机模块 .53.2 ADC0809 资料 .63.3 酒精传感器模块 .83.3.1 传感器性能分析 .83.3.2 呼出酒精气体浓度与血液酒精浓度关系 .1
11、13.4 LCD 模块 .12第 4 章 系统软件 .144.1 整机系统流程图 .154.1.1ADC 程序流程图 .154.1.2 LCD 程序流程图 .16第 5 章 总结与展望 .17参考文献 .18致谢 .19附录 1 酒精测试仪程序 .20武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）第 1 章 绪论1.1 精测试仪现状和发展趋势喝酒后，呼出的气体会有酒味，表情行为会有反常。远古时代人们利用鼻子作为传感器，进行简单的呼出气体酒精测量。19 世纪末出现了用体液对酒精进行定量分析。1927 年，有科学家建议使用呼出气体做酒精浓度分析。用 足球胆收集呼出气体后，通过硫酸和重铬酸钾的混合溶
12、液，溶液的颜色会发生蓝一绿一黄的变化，同已知酒精浓度的标准试剂色管比较，就得到相应的 BAC。现在，肺泡气中酒精的测量技术有了很大的进步，有先进微处理器的酒精测试仪已被商品化。越来越多的国家开始禁止酒后驾车。精确的呼出气体酒精测试和传统的法医血液酒精分析相比有许多优点，例如，进行无毒的采样，能进行现场处理，这样为交警节省了时间，使交通控制更高效，能避免运输和贮存有艾滋病病毒和肝炎病毒的血样。由于最早使用 BAC 极限值来分辨酒后驾车 ，当呼出气体酒精浓度测量用于交通执法时，情况就变得错综复杂，要把所测量的呼出气体酒精浓度换算成血液酒精浓度 。一般认为，2100：1 呼出气体中所含的酒精和 11
13、 血液中所含的酒精量 相等 。对于把结果转化成 BAC 的呼出气体酒精测量仪，呼气血液酒精转换系数是决定测试精度的重要因素。在美国、加拿大、澳大利亚，定量分析呼出气体酒精测试仪已用了十多年，转化系数为 2100：1。在美国许多州，0.102101BAC 为饮酒驾驶处罚极限，2100：1 的 BAC/BAC 的转化系数直接体现在立法条例中，如果不这样 ，立法确定大于等于 0.47m1 为犯罪极限，还得强调 2100：1 的转化系数。假设有这种可能，BAC 是合法的，而 BAC 不合法 ，反之亦然。立法中存在 的这种进退两难的问题，至今没有很好地解决 。BAC 和 BAC 内在转化如下所述：BAC
14、=BACBAC/BAC 转化系数武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）21.2 研究内容TGS822 对酒精浓度的变化，其阻值产生相应的变化，然后通过取样电阻分压的变化表现出来；人体血液酒精浓度的不同，其呼出的气体中酒精浓度也不同。通过 TGS822 对呼出气体中酒精浓度的反应以取样电压的形式送入到 ADC0809，进行 A/D 转换后并将转换的数据送入单片机进行分析处理，并判断是否醉酒驾车，再通过液晶板显示出来。DS18B20 其自身的温度传感器所产生的温度数字数据存入其自身的存储器，单片机对其控制读出温度数据，然后经过计算处理，将当前环境温度由液晶板输出。武汉工程大学邮电与信息工程
15、学院毕业设计（论文）3第 2 章 总体设计2.1 本课题的设计任务及要求2.1.1 设计任务设计并制作酒精测试仪，其组成如图 2.1 所示。TGS822 对酒精浓度的变化，其阻值产生相应的变化，然后通过取样电阻分压的变化表现出来；人体血液酒精浓度的不同，其呼出的气体中酒精浓度也不同。通过 TGS822 对呼出气体中酒精浓度的反应以取样电压的形式送入到 ADC0809，进行 A/D 转换后并将转换的数据送入单片机进行分析处理，并判断是否醉酒驾车，再通过液晶板显示出来。DS18B20 其自身的温度传感器所产生的温度数字数据存入其自身的存储器，单片机对其控制读出温度数据，然后经过计算处理，将当前环境
16、温度由液晶板输出。图 2.1 系统设计方框图2.1.2 设计要求（1）传感器 TGS822 的电压模拟输出范围为 0-5V；（2）模数转换芯片 ADC0809 采样电压范围为 0-5V，分辨率为 8 位，采样精度为 5/256V，达到 256 个量化级的数字电压，其工作频率为 1MHz;（3）单片机 AT89C52 工作频率为 6 MHz；传感器LCD显示输出单片机数字输出 控制输出模数转换模拟输出武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）4（4）LCD 显示器用 50K 的可调电阻调节使其清晰显示，消除 “鬼影” 。2.2 系统整机原理图分析如图 2.2 系统整机原理图，本系统工作原理如
17、下：单片机的晶振为 6MHz，可以直接通过 ALE 口输出 1 MHz 为 ADC0809 作为工作时钟而不需要进行分频，然后通过单片机的 P2.0、 P3.7 分别控制 ADC0809 的 ALE 和 START 端口进行模数转换；通过 P2.2、P2.3、P2.5 分别控制 ADDB、 ADDC、ADDA 端口进行选择模拟数据输入口；通过 P0 口进行 ADC0809 数据输出。TGS822 的采样电压由ADC0809 的 IN0 口输入，通过转换后由其 D0-D7 输出到单片机的 P0 口，然后通过传感器的特性公式计算由 P1 口将数据通过 LCD 的 DB0-DB7 输出。武汉工程大学
18、邮电与信息工程学院毕业设计（论文）5第 3 章 系统硬件设计3.1 系统硬件设计原理图分析本硬件由五部分组成：单片机模块，模数转换模块，酒精传感器模块，温度传感模块。其系统硬件设计原理图如图 3.2 所示，其整机工作原理如下，本系统由单片机 AT89C2 控制，其直接控制三个模块：数转换模块将酒精传感器采集到模拟电压信号转换成输送到单片机控制处理，温度传感器 DS18B20 可以将采集到的温度信号直接以数字信号的形式传到单片机，LCD 显示模块可以将经过单片机处理过的酒精气体浓度和温度的具体量化值显示。图 3.1 系统硬件设计原理图3.2 单片机模块单片机的选择AT89S52是低功耗、高性能、
19、采用CMOS 工艺的8位单片机，其片内具有 8KB 的可在线编程的Flash 存储器。该单片机采用了ATMEL公司的高密度、非易失性武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）6存储器技术，与工业标准型80C51单片机的指令系统和引脚完全兼容；片内的Flash存储器可在线重新编程，或者使用通用的非易失性存储器编程；通用的8位CPU与在线可编程Flash集成在一块芯片上，从而使AT89S52 功能更加完善，应用更加灵活；具有较高的性能价格比，使其在嵌入式控制系统中有着广泛的应用前景。MCS 单片机都采用 40 引脚的双列直插封装方式。下图为引脚排列图， 40条引脚说明如下：1主电源引脚 Vss
20、 和 Vcc（1）Vss 接地（2）Vcc 正常操作时为+5 伏电源2外接晶振引脚 XTAL1 和 XTAL2（1）XTAL1 内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。（2）XTAL2 内部振荡电路反相放大器的输出端。是外接晶体的另一端。当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。3控制或与其它电源复用引脚 RST/VPD，ALE/ 和/Vpp（1）RST/VPD 当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平（由低到高跳变） ，将使单片机复位在 Vcc 掉电期间，此引脚可接下图 8051 引脚排列图上备用电源，由 VPD 向内部提供备用电源，以保
21、持内部 RAM 中的数据。（2） ALE/正常操作时为 ALE 功能（允许地址锁存）提供把地址的低字节锁存到外部锁存器，ALE 引脚以不变的频率（振荡器频率的）周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。但要注意，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲， ALE 端可以驱动（吸收或输出电流）八个 LSTTL 电路。对于 EPROM 型单片机，在 EPROM 编程期间，此引脚接收编程脉冲（功能） 。（3）外部程序存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储取指令（或数据）期间， 在每个机器周期内两次有效， 同样可以驱动八 LSTTL 输入。（4）/Vpp 、/Vpp 为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当 /Vpp 为高电平时，访问内部程序存储器，当/Vpp 为低电平时，则访问外部程序存储器。对于 EPROM 型单片机，在 EPROM 编程期间，此引脚上加 21 伏 EPROM 编
