基于单片机的酒精气体检测系统设计【毕业论文+文献综述+开题报告】.doc
《基于单片机的酒精气体检测系统设计【毕业论文+文献综述+开题报告】.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的酒精气体检测系统设计【毕业论文+文献综述+开题报告】.doc(43页珍藏版)》请在温州文客信息科技有限公司上搜索。
1、(2011届)毕业设计题目基于单片机的酒精气体检测系统设计姓名专业电子信息工程班级学号指导教师导师职称年月日基于单片机的酒精气体检测系统设计摘要本文所设计的检测系统可用于对多种场合的酒精气体的浓度检测和显示。系统以AT89C51单片机与MQ3型气体传感器为核心元件,实现对酒精浓度的检测并显示测量结果。用二极管显示浓度的高低,当浓度达到设定值时报警电路发出警报。具体毕业设计工作为硬件系统设计1、设计了以MQ3气敏传感器为核心的酒精浓度检测模块。2、将模拟电压信号放大并驱动发光二极管点亮报警的电路。3、将采集到的模拟电压信号经过A/D转换,然后通过单片机控制得到数字电压信号的相关电路。4、酒精浓度
2、的数码管显示模块。软件系统设计研究了通过软件手段实现酒精浓度到电压值之间的线性转换、A/D转换程序以及酒精浓度值的显示程序。本文所设计的传感器对酒精气体反应灵敏,能在有效范围内实现对其浓度的测量。关键词气敏传感器,A/D转换,单片机,酒精浓度测量IRESEARCHONSCMBASEDALCOHOLGASDETECTIONSYSTEMABSTRACTTHISPAPERDESIGNEDBYDETECTIONSYSTEMWHICHCANBEUSEDONMANYOCCASIONSALCOHOLGASCONCENTRATIONMEASUREMENTANDDISPLAYSYSTEMTOAT89C51AND
3、MQ3TYPEGASSENSORASTHECORECOMPONENTOFALCOHOLCONCENTRATION,TOREALIZETHEDETECTIONANDDISPLAYMEASUREDRESULTSUSINGDIODEDISPLAYCONCENTRATIONOFDISCRETION,WHENTHECONCENTRATIONOFTHEALARMINGCIRCUITTOSETTINGANALARMSPECIFICGRADUATIONDESIGNWORKFORHARDWARESYSTEMDESIGN1,DESIGNEDTOMQ3GASSENSORSASTHECOREOFALCOHOLCONC
4、ENTRATIONMEASUREMENTMODULES2,WILLSIMULATIONVOLTAGEAMPLIFICATIONANDDRIVELEDSLIGHTALARMCIRCUIT3,WILLTHECOLLECTEDSIMULATIONVOLTAGESIGNALAFTERA/DCONVERSION,ANDTHENTHROUGHTHESINGLECHIPMICROCOMPUTERCONTROLTHEVOLTAGESIGNALOBTAINEDRELEVANTDIGITALCIRCUIT4,ALCOHOLCONCENTRATIONOFDIGITALTUBEDISPLAYMODULESOFTWAR
5、ESYSTEMDESIGNTHROUGHSOFTWAREMEANSALCOHOLCONCENTRATIONTOTHEVOLTAGEVALUEBETWEENTHELINEARTRANSFORMATION,A/DCONVERSIONPROGRAMANDALCOHOLCHROMAVALUEDISPLAYPROGRAMTHISDESIGNSENSORSTOALCOHOLGASSENSTIVEREACTION,CANREALIZETHEEFFECTIVELIMITSONITSCONCENTRATIONMEASUREMENTKEYWORDSGASSENSOR,A/DCONVERSION,SINGLECHI
6、PMICROCOMPUTER,ALCOHOLCONCENTRATIONMEASUREMENTII目录摘要IIIABSTRACTIV1绪论111课题的来源、意义112酒精气体检测系统国内外发展现状113本文研究的主要内容22硬件电路的设计与实现421硬件系统框图422信号采集电路4221气体传感器的选择4222信号采采样电路623信号转换电路724发光二极管报警电路1125数码管显示电路1326系统整体电路图153软件系统设计1631软件开发环境1632程序流程1633程序代码编写17331初始化程序17332A/D转换和数据处理18333数码管显示程序21结论23参考文献24致谢25附录26毕
7、业设计01绪论11课题的来源、意义气体与人类的日常生活密切相关,从工厂企业到居民家庭,酒精泄露的检测、监控以及对酒后驾车的检测对居民的人身和财产安全都是十分重要且必不可少的。现在,由于人们的安全意思的增强,对环境安全性和生活舒适性要求的提高,再加上气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向的发展,因此,酒精浓度检测仪具有十分广阔的市场和潜在的市场要求1。生活中酒精气体浓度的检测,最主要的用途是检测司机的酒精含量。在我国,由交通事故造成死亡中50以上都与酒后驾车有关,酒后驾车的危害触目惊心。当驾驶者血液中酒精含量达80MG/100ML时,发生交通事故的几率是不含酒精时的25倍;达到100MG/100
8、ML时,发生交通事故的几率是不含酒精时的47倍。同时酒精气体浓度探测仪在生产生活中也有重要的应用,比如,在一些环境要求严格的生产车间,用这种酒精浓度探测仪,可随时检测车间内的酒精气体浓度,当酒精气体浓度高于允许限定值时,发出警报,提醒人们及时通风换气,做到安全生产。因此设计酒精气体检测系统十分地具有意义。12酒精气体检测系统国内外发展现状由于气体与人类的日常生活密切相关,对气体的检测已经是保护和改善生态居住环境不可缺少的手段,气体传感器发挥着极其重要的作用。气体传感器是把气体中的特定的成分检测出来,并转化为电信号的器件,用来对有害气体,易燃易爆气体等进行安全检测和报警,对生产生活中需要了解的气
9、体进行检测,分析,研究等。近年来,我国气敏传感器产业有了较快的发展,但与国外相比,从技术水平,产业化及应用等领域均存在着不小的差距。目前,气敏传感器领域还存在一些问题。一是元件的稳定性差。由于元件电阻和灵敏度的变化,给检测结果带来不稳定的因素。二是选择性差。由于在检测气体时,通常还有着其它的气体,使其发生交叉响应,产生误报。三是催化剂中毒。有些具有催化剂的气敏元件接触某些气体后,活性组分被毒化,降低其敏感度和稳定性,另外催化剂本身也存在着不稳定性和灵敏度的问题。四是SNO2元件有时由于灵敏度过大导致误报,但是在检测某些低浓度气体时灵敏度却难以达到要求。因此基于单片机的酒精气体检测系统设计有着无
10、可比拟的优势2。气敏元件性能与敏感功能和材料的种类、结构及制作工艺相关。用金属氧化敏感材料制作的气敏元件具有灵敏度高,结构简单,体小质轻,坚固耐用等基于单片机的酒精检测系统设计1优点。SNO2是一种广普型的气敏材料,应用十分广泛。为了使其气敏特性更好,常在SNO2基体中掺入其他贵金属或金属氧化物。通过控制气敏材料微粒大小,颗粒纳米化,掺杂其它添加剂或催化剂,利用过滤设备或透气膜来获得选择性,控制工作温度及环境湿度影响,改进制备等方法可以改善SNO2传感器的气敏性能。纳米科学技术NANOST是研究尺寸在01100NM的物质组成体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。纳米
11、技术的发展,不仅为传感器提供了优良的敏感材料,而且为传感器制作提供了许多新型方法。纳米固体材料具有庞大的界面,提供了大量气体通道,从而大大提高了灵敏度,工作温度大大降低,大大缩小了传感器的尺寸。当然,现在的纳米传感领域中尚存在很多问题,从敏感材料到制作技术都很不成熟,其性能也有不尽人意的地方3。13本文研究的主要内容本文以单片机和酒精传感器为核心设计酒精浓度检测系统,具有报警功能及LED显示功能。根据不同的环境设定不同的阈值,超过阈值即进行报警,提示危害。采用汇编语言来实现其软件功能,该系统硬件电路设计简单,软件功能完善、灵敏度高、工作性好,并且具有尺寸小、方便携带的优点。酒精浓度检测仪主要是
12、用来检测酒精浓度的,对酒精气体的质量浓度进行自动测量、自动显示、光亮报警,并给出数字提示。硬件设计的电路结构主要由MQ3型酒敏传感器、模数转换电路、单片机、驱动显示器、报警电路等部分组成。其工作原理为酒精传感器将检测到的酒精浓度信号经MQ3型酒敏传感器转换为05V的电压信号,并且该电压信号的大小与气体中的酒精浓度成正比,然后将电信号传送给模数转换器,经过A/D转换后,把转换得到的数字信号传给单片机,单片机对所输入的数字信号进行分析处理,最后将分析处理的结果通过LED显示和二极管显示电路进行报警。设计中选用由美国ATMEL公司生产的AT89C51作为智能检测装置的核心器件,AT89C51的P0口
13、与ADC0809的8位输出端相连,用来接收转换好的8位数据;P1口与LED显示模块相连,由内部程序来控制各引脚电平,使LED显示器做出相应的显示;P2口与报警模块相连,对设定值提供报警功能,该功能用发光二极管显示4。软件设计采用C51汇编语言编写,使用模块化设计,层次分明,功能强,易于调试,具有很强的可扩充性和较强的可靠性。系统程序主要完成A/D转换、数码显示、发光二极管报警等功能。软件对酒敏传感器的测量信号进行A/D转换,将测量数值与规定标准进行比较后判断饮酒程度,对不同等级的饮酒程度调用相应的显示、报警程序。毕业设计22硬件电路设计与实现21硬件系统框图基于AT89C51单片机实现酒精气体
14、浓度的检测,通过MQ3型气体传感器构成的信号采集模块用于对酒精浓度信号的采集,该信号是通过MQ3气体传感器和负载电阻得到分压电信号。信号转换模块是用来把采集到得的模拟电压信号转换成可以用单片机处理的数字信号。数码管显示模块是对单片机处理后的数字信号的显示,用来显示酒精的浓度。报警模块是对酒精浓度进行报警功能,该功能用发光二极管显示。根据各功能模块的设计,可得到它的系统总框图,如图21所示5。酒精气体MQ3气敏传感器ADC0809单片机数码管LM3914发光二极管图21系统总框图22信号采集电路221气体传感器的选择气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器
15、对气体样品进行调理,通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分;气体传感器是一种将气体的成份、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用的信息的装置。对于气体传感器的选择的要求一般有1、根据测量对象与测量环境,即根据测量对象与测量环境确定传感器的类基于单片机的酒精检测系统设计3型。2、灵敏度的选择,通常在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好。同时也要求传感器本身应具有较高的信噪比,尽量减少从外界引入的于扰信号。3、响应特性,传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件,实际上传感器的响应有定延迟,我们希望延迟时间越短越好。4
16、、线性范围,传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。综上所述,本设计中的酒精气体传感器采用上海福美斯科技有限公司的MQ3型,它属于MQ系列气敏元件的一种。如图22所示图22MQ3特点检测范围为10PPM2000PPM;灵敏度高,输出信号为伏特级;响应速度快,小于10秒;功耗小于075W。MQ3型气敏传感器由微型AL2O3陶瓷管、SNO2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制成的腔体内,加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。当SNO2敏感层表面吸附有被测气体酒精分子时,表面导电电子比例就会发生变化,从而其表面电阻会随着被测气体浓度的变化而变化。MQ3的灵敏度特性曲线如图2
17、3所示。图23MQ3灵敏度特性曲线毕业设计4222信号采样电路信号的采样模块电路如图24所示。MQ3的加热电阻两端即H引脚接至5V直流稳压电源,用于电阻丝对敏感体电阻的加热。MQ3的两个A引脚相连,作为敏感体电阻的一个电极。MQ3的两个B引脚也连接在一起,作为敏感体电阻的另一个电极。将电极断A接到电源正极,电极端B接两个270并联的电阻。MQ3型气敏传感器与电位器串联构成分压电路,采样点为电位器的分压。MQ3型气敏传感器的敏感部分是由金属氧化物SNO2的N型半导体微晶烧结层构成。当其表面吸附有被测气体酒精分子时,表面导电电子比例就会发生变化,从而其表面电阻会随着被测气体浓度的变化而变化。由于这
18、种变化是可逆的,所以能重复使用。当气敏传感器的敏感体电阻阻值发生改变时,对应的电位器的分压值也会发生相应的变化,即一个电压值对应着一个被测酒精气体浓度。对酒精气体浓度的采样就可以转化为对电位器分压的采样。在采样硬件电路中要考虑到MQ3的实际技术参数,即加热电阻和敏感体电阻的大小,该部分应与电源正极相连。负载电阻要根据MQ3实际的技术参数而选择阻值合适的电阻,根据资料条件,MQ3的敏感体电阻只有200K,所以负载电阻选用两个270并联,构成采样部分的分压电阻6。图24信号采样电路23信号转换电路AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机,有以下标准功能两个16位定时
19、/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路,4K字节FLASH闪速存储器,128字内部RAM,32个I/O口线。功能强大AT89C51可为提供许多高性价比的应用场合,可应用于各种控制领域。基于单片机的酒精检测系统设计5根据设计需要,本文所选用的是以8051为核心单元ATMEL公司的低耗AT89C51单片机。AT89C51芯片有40条引脚,采用双列直插式封装,下面说明各引脚功能,如图25所示。图25AT89C51芯片管脚XTAL1振荡器反相放大器的输入端。XTAL2振荡器反相放大器的输出端。RST复位输入。当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使
20、单片机复位。ERROR/VPP外部访问允许。ALE/ERROR当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器,ALE仍以时钟振荡频率的L/6输出固定的正脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。P0口双向8位三态I/O口,此口为地址总线(低8位)及数据总线分时复用口,可驱动8个LS型TTL负载。P1口8位准双向I/O口,可驱动4个LS型TTL负载。P2口8位准双向I/O口,与地址总线(高8位)复用,驱动4个LS型TTL负载。P3口8位准双向I/O口,双功能复用口,可驱动4个LS型TTL负载。P3口还有它的第二功能,如P36E
21、RROR低电平有效,输出,片外存储器写选通,P37ERROR低电平有效,输出,片外存储器读选通。单片机最小系统的设计包括电源,晶振和复位电路三个部分。这是使单片机正常工作的必要外围电路部分。电源部分,单片机的引脚40对应的VCC接到5V电源的正极,引脚20对应的VSS(GND)接到5V电源的接地端,为AT89C51单片机提供正常的工作电压。毕业设计6晶振部分,AT89C51单片机中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1(19)和XTAL2(18)分别对应放大器的输入端和输出端。这个放大器与片外的石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。石英晶体及电容C1和C2接在放大器的反馈
22、回路中构成并联谐振电路。石英晶体的两端分别接到引脚XTAL1和引脚XTAL2,同时石英晶体的两端分别接一个电容C1和C2,电容的另一端接地。对于外接电容C1和C2的大小虽然没有十分严格的要求,但电容容量的大小还是会对振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度和温度稳定性带来一定的影响。根据技术资料的推荐,设计中接的两个电容为石英晶体且容量都为30PF。复位电路部分,AT89C51技术资料给出,当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。复位是单片机的初始化操作,除了系统的正常初始化之外,当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,需按复位键以重新启动,所以复
23、位电路的设计很有必要。复位电路通常采用上电自动复位、按键复位两种方式,本设计选用按键电平复位方式,22F的电容C3与200的电阻R3和按键并联,然后和R4串联,电容的正极端接到电源的正极,电容的另一端接至引脚RST。设计中选用的石英晶体大小为6MHZ,但复位键按下后,电容和电阻选用的参数值能够保证给复位端RST提供大于2个机器周期的高电平复位信号,如图26所示7。图26单片机最小系统设计电路DC0809是CMOS工艺8通道,8位逐次逼近式A/D转换器。ADC0809可处理8路模拟量输入,且有三态输出能力,既可与各种微处理器相连,也可单独工作。输入输出与TTL兼容。ADC0809芯片有28条引脚
24、,采用双列直插式封装,如图27所示。下面说明各引脚功能。IN0IN78路模拟量输入端。D0D78位数字量输出端。基于单片机的酒精检测系统设计7ALE地址锁存允许信号,输入,高电平有效。STARTA/D转换启动脉冲输入端。EOCA/D转换结束信号,输出,当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)。CLK时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。ADDA、ADDB、ADDC3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路。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。图27ADC0809芯片ADC0809的工作
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
30 文钱
下载 | 加入VIP,畅享折扣下载 |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 酒精 气体 检测 系统 设计 毕业论文 文献 综述 开题 报告
![提示](https://www.wenke99.com/images/bang_tan.gif)
链接地址:https://www.wenke99.com/p-6420.html