基于单片机的酒精浓度检测仪设计

北京信息科技大学本科毕业论文（设计）基于单片机的酒精浓度检测仪设计所在学院专业名称申请学士学位所属学科年级学生姓名、学号指导教师姓名、职完成日期摘要I摘要近年来，随着我国经济发展，越来越多的私家车进入了人们的视野，而酒后驾车造成的交通事故也屡屡攀升。本文研究了一种用于公共场所具有检测及超限报警功能的酒精浓度检测仪设计。设计方案基于89C51单片机和MQ3酒精浓度传感器，系统先将传感器输出的信号通过A/D转换电路处理后，再经单片机进行数据处理，最后由LCD显示酒精浓度值，从而告知驾驶人在合理安全的情况下才能驾车行驶。经过大量实验，基于单片的酒精浓度测试仪比传统的机械检测仪或酒精计灵敏，扩展简单，准确方便，可靠性好，检测精度高，控制功能强大，对超出阀值进行声光报警，直观准确。所以基于单片机的酒精浓度监测仪的研究对社会公共安全的提高具有很大促进作用。关键词：酒精浓度传感器，单片机，数模转换，硬件设计，报警ABSTRACTIIABSTRACTInrecentyears,alongwithourcountryeconomydevelopment,moreandmoreprivatecarshavecomeintothevision.Whiledrunkdrivingtrafficaccidentscausedbytherepeated.Thispaperusedforpublicinspectionandoverrunwiththefunctionsofalcoholconcentrationintelligenttester.Designschemebasedon89C51andMQ3alcoholconcentrationsensor,thesystemwillbethefirstsensoroutputsignalthroughtheA/Dconvertercircuitaftertreatment,thentheMCUdataprocessing,andfinallybyLCDdisplayalcoholleel.Thustoldpeopleinthesafetyofreasonabledrivingcandrive.Refinedoveralargenumberofexperiments,usingthealcoholconcentrationtestinstrumentthantraditionalmechanicaldetectororalcoholgauge,extendedsimple,accurateandconvenient,goodreliability,highprecision,strongcontrolfunction,togobeyondthresholdalarm,intuitiveandaccurate.SobasedonSCMalcoholconcentrationmonitorresearchforsocialpublicsecurityincreaseofgreatvalue.Keywords:Alcohol,concentrationsensor,microcontrolleranalog-to-digitalconversion,hardwaredesign,alarm目录III目录1引言---------------------------------------------------------------------11.1酒精浓度检测仪的背景----------------------------------------------------11.2酒精浓度检测仪现状及发展趋势--------------------------------------------11.3本课题实现目标----------------------------------------------------------12设计方案和元器件选择-------------------------------------------------------22.1设计方案---------------------------------------------------------------22.2单片机的选择-----------------------------------------------------------22.3传感器-----------------------------------------------------------------42.4数模转换器-------------------------------------------------------------52.5AT24C02存储器----------------------------------------------------------62.6LCD显示模块------------------------------------------------------------63系统硬件设计--------------------------------------------------------------83.1硬件设计原理-----------------------------------------------------------83.2硬件设计外围电路--------------------------------------------------------93.2.1晶振电路、复位电路设计----------------------------------------------93.2.2报警电路设计-------------------------------------------------------113.2.3电源电路设计-------------------------------------------------------113.2.4信号调制电路设计---------------------------------------------------123.2.5A/D转换电路设计---------------------------------------------------133.2.6外围扩充存储器电路设计---------------------------------------------144系统软件设计-------------------------------------------------------------154.1主程序流程图----------------------------------------------------------154.2A/D转换模块程序流程图-------------------------------------------------154.3按键程序流程图---------------------------------------------------------164.4液晶显示程序流程图-----------------------------------------------------175本设计总结与展望---------------------------------------------------------186结束语-------------------------------------------------------------------18参考文献--------------------------------------------------------------------20致谢-----------------------------------------------------------------------21北京信息科技大学本科毕业论文（设计）11引言1.1酒精浓度检测仪的背景对气体中酒精含量进行检测的设备有五种基本类型，即：燃料电池型(电化学)、半导体型、气体色谱分析型、红外线型、比色型。但由于价格和使用方便的原因，常用的只有燃料电池型和半导体型两种。燃料电池作为一种发电装置，它的原理是将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能。当前各国家都在广泛研究环保型能源，因为它直接可以把可燃气体转变成电能，并且不产生污染，酒精传感器只是燃料电池的一方面应用。与半导体型的相比，燃料电池型呼气酒精检测仪有很多优势，即稳定性好，精度高，抗干扰性好。但是燃料电池酒精传感器的结构要求非常精密，制造难度相当大，并且材料成本高，价格昂贵[3]。1.2酒精浓度检测仪现状及发展趋势如今的酒精浓度检测仪都是采用可替代吹管，酒精仪从传统的机械检测或酒精计到现在的利用传感器和单片机核心技术的酒精浓度检测仪是在技术上是一大突破，提高了检测酒精的精确度，社会公共安全系数也大大的提高。但是现在大部分一般的酒精浓度检测仪价格低的灵敏度低，准确度高的售价也比较昂贵，并且大多只是对结果进行预警、低报、高报三限报警点设置。为了得到准确的浓度数值，在LED显示酒精浓度数值上应实现普及。同时很多其他气体会可能会对检测的结果产生影响，从而影响准确度，所以在传感器的腐蚀性以及排除其他干扰的能力上也待提升。现在大多都是对气体浓度或液体浓度的单一检测，最好是能解决一个检测仪能同时对酒精的气体和液体两种状态下的检测。1.3本课题实现目标本课题进行硬件部分和软件部分设计，硬件部分是利用酒精气敏传感器检测空气中的酒精浓度并转为电压信号，经A/D转换器程序转换成数字信号传给单片机系统，并经单片机及其外围电路信号处理，显示酒精浓度值以及超阈值声光报警。北京信息科技大学本科毕业论文（设计）2硬件设计部分主要包括：MCU、A/D、LCD、外围扩展数据RAM等芯片的选择。2设计方案和元器件选择2.1设计方案因为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伏电压值且电压值稳定，外部干扰小等，所以可以把传感器输出电压值经过A/D转换得到数据交给单片机进行处理。因此要求系统配备完善的模拟量和数字量输入输出通道和完善的中断系统和处理功能。单片机采集酒精传感器的响应信号，并且进行转换。进行气体检测的基本步骤是信号采集处理、声光报警电路以及显示、键盘、PC接口电路测试。模数转换就是用于快速、高精度的对输入信号采样编码，然后转化成数字量储存在数据储存器中，然后单片机通过特定的算法进行气体浓度的识别，同时和所设值进行对比，超出则报警同时显示浓度数值，没超出只显示浓度数并且将结果输出到LCD显示屏幕上。2.2单片机的选择我们选择单片机STC89C51为控制核心，主要基于考虑STC89C51具有低价高速，高可靠强抗静电，强抗干扰的特点。STC89C51有40个引脚，32个外部双向输入/输出(I/O)端口，并且有2个外中断口，2个全双工串行通信口，32个读写口线，片内振荡器及时钟电路，3个16位可编程定时计数器。89C51能够按照常规方法进行编程，也能够在线编程。同时STC89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位，其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发本。STC单片机有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。STC89C51单片机单片机引脚功能，引脚如图2-2所示：北京信息科技大学本科毕业论文（设计）3(1)Vcc：电源电压(2)GND：地图2-289C51单片机