酒精浓度检测器

酒精浓度检测器为了能实现酒精浓度的检测,本论文以STC12C5A32AD作为核心控制芯片，进行了酒精浓度检测仪的设计与制作。论文详细地叙述了系统电路的工作原理并对核心控制芯片STC12C5A32AD作出了介绍，以及对各核心器件的工作原理和在电路中的主要作用进行了详细介绍，并阐述了应用Protel实现电路原理图的绘制及PCB设计过程，最终对实物调试情况进行了介绍。实物的调试结果表明，本设计能够成功地实现酒精浓度的检测。[关键词]检测酒精浓度酒精传感器PCBSTC12C5A32ADAT24C04TitleAlcoholconcentrationdetectorAbstractInordertoachievethedetectionofalcoholconcentration，Inthisthesis,ThedesignandproductionofthealcoholconcentrationdetectorregardSTC12C5A32ADasthecorecontrolchip,ThepaperdescribesindetailtheworkingprincipleofthesystemcircuitandintroducesthecorecontrolchipSTC12C5A32AD.Describedindetailaswellasthecoreofthedeviceworkingprincipleandthemainroleinthecircuit.AnddescribedtheapplicationProtelcircuitschematicdrawingandPCBdesignprocess,Ultimatelythephysicaldebuggingsituationwasintroduced.Thephysicalofdebuggingresultsindicatethatthepresentdesignisabletosuccessfullyachievedetectionofthealcoholconcentration.[Keywords]:DetectAlcoholconcentrationAlcoholsensorPCBSTC12C5A32ADAT24C04本科毕业设计说明书（论文）第I页共I页目次1绪论................................................................11.1本课题研究的背景以及现实意义......................................11.2本课题的研究概况及发展趋势综述....................................11.3本课题对于专业知识的综合应用情况..................................22酒精浓度检测仪电路的工作概述以及原理分析............................32.1酒精浓度检测仪电路的工作概述......................................32.2需要解决的问题及拟采用的研究手段..................................32.3系统硬件电路总体结构框图..........................................42.4各部分单元电路介绍................................................42.5其它外围电路.....................................................112.6酒精检测仪总体电路原理图.........................................133PROTEL硬件开发软件.................................................153.1PROTEL软件组成...................................................153.2PCB板设计及实物图................................................164软件编程...........................................................184.1软件流程图.......................................................184.2程序见附录。.....................................................195酒精浓度检测仪的焊接与调试.........................................195.1酒精浓度检测仪的焊接.............................................195.2酒精浓度检测仪的实物调试.........................................225.3酒精检测仪程序下载调试...........................................23结论................................................................27致谢................................................................28参考文献...........................................................29附录：C程序.........................................................30本科毕业设计说明书（论文）第1页共39页11绪论1.1本课题研究的背景以及现实意义为了防止驾驶人员酒后驾车，现场随时对人体呼吸中酒精含量进行检测已成为一种必要，酒精检测仪逐渐得到广泛的应用和青睐。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监测对居民的人身和财产安全都是十分重要且必不可少的。现如今，由于人们安全意识增强，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现实市场。酒精的测量在交通管理以及日常生活中具有极为重要的作用。传统的抽血测量具有时效性差、不方便等多方面的缺点。为了保障人民的生命财产安全，需要设计一智能仪器能够检测驾驶员体内酒精含量，以确定被测者体内酒精含量的多少，确保驾驶员的安全，酒精检测仪的设计与使用有着不可替代的作用，也有着相当好的前景和意义。本设计就是希望能够设计出这样一款产品，以满足社会的需要。1.2本课题的研究概况及发展趋势综述随着电子信息技术的快速发展，传感器技术逐渐走向成熟，在生活中得到了广泛的应用。由于传感器在各个领域都有着举足轻重的作用，因此，高精度，高可靠性，微型化，微功耗无源化和智能数字化成为其发展方向[11]。至今为止，对气体中酒精含量进行检测的设备有燃料电池型（电化学）、半导体型、红外线型、气体色谱分析型和比色型五种类型。但由于价格和使用方便的原因，目前常用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型两种。燃料电池是当前全世界都在广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染，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采用贵金属白金作为电极，在燃烧室内充满特种催化剂，使进入燃烧室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在两个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上，此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比。与半导体型相比，燃料电池型呼气酒精测试仪具有稳定性好，精度高，抗干扰性好的优点。但是由于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，目前只有美国、英国、德国等少数几个国家能够生产，加上材料成本高，因此价格相当昂贵，是半导体酒精传感器的几十倍。所以应用半导体酒精传感器成为了一种趋势。本科毕业设计说明书（论文）第2页共39页21.3本课题对于专业知识的综合应用情况本课题主要研究的是以单片机、气敏传感器和显示器为主，能够实时检测空气中的酒精浓度，并且具有报警功能的酒精浓度检测仪。其可检测出空气环境中和人体呼出的气体的酒精浓度值，并根据不同的环境和要求设定不同的阈值，当读数超过设定的阈值时，会发出报警提示。采用C语言来实现其软件功能。通过电路设计软件设计其电路原理图，然后运用熟练地焊接技术完成硬件设备的组装，该仪器功能完善、灵敏度高、工作性能好，并且具有尺寸小、方便携带的优点。在设计中力求以最简单的电路来可靠完成测量系统的功能。在测量系统的PCB设计中严格按照PCB设计的工艺要求进行元器件的布局以及布线等设计，力求使得所设计的产品符合工艺化以及工程化的要求。在设计中综合应用了大学期间所学习的《模拟电子产品的安装与测试》、《数字电子产品的安装与测试》以及《电子产品的安装与调试》等多门专业课程。同时运用了单片机接口原理和C语言编程[16]。本课题的选题难度适中，能够对应用电子技术专业学习的专业课程有较为全面的应用与掌握，同时也与自己的专业能力符合。本科毕业设计说明书（论文）第3页共39页32酒精浓度检测仪电路的工作概述以及原理分析2.1酒精浓度检测仪电路的工作概述酒精浓度检测仪由酒精传感检测、信号转换电路、信号接受处理、结果显示等四个模块组成。酒精浓度的的采集是应用MQ-3型酒精传感器，它将检测到的酒精浓度转化为电信号，然后将电信号传送给模数转换器，本设计中模数转换器集成在STC12C5A32AD芯片中，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显示器显示出来。由于不同的环境对酒精浓度的要求也不一样，所以，可以通过键盘来设定不同环境中酒精浓度的不同阀值。如果所检测到的空气中的酒精浓度超过了所设定的阀值，那么单片机将会控制LED灯点亮来报警，来提示其已经超过设定值，起到报警作用。整体电路的设计功能完善，结构简洁，符合模块化的设计思路以及工程化的产品要求。经过理论分析以及实际检验，产品的工作性能良好。2.2需要解决的问题及拟采用的研究手段本文以STC12C5A32AD单片机为核心，设计了用于测量酒精浓度的探测仪，主要研究工作包括以下3个方面。(1)硬件电路方面，对气体传感器MQ-3按检测电路，接上一定阻值的负载电阻，检测它的技术参数，确定MQ-3所接负载电阻的大小，完成信号采样电路的设计；采样到的模拟电压电信号通过A/D转换，得到可供单片机处理的数字信号，再由单片机作相应的数据处理；发光二极管报警显示。(2)软件方面，标准的确定是该部分要做的主要工作。因为原始的采样值是一个间接的负载分压值，需要将它转化为被测酒精浓度值。通过多个样品的测量确定多个浓度区间的转换标准，并将每个区间的转换关系近似线性化处理，然后通过软件编程的方法来实现[17]。本次设计需要研究解决的问题是：(1)传感器电路的设计。首先设计一个基准电压2.5V,采用差动输入使得V输出=V酒精浓度-2.5V。从而使得传感器的输出范围符合STC12C5A32AD的范围。发光二极管点越亮，酒精浓度越高燃烧产生的电压值越大，超过设定值，电路报警。(2)使用LCD显示器来显示酒精浓度和输入的相关信息器；（3）采用STC12C5A32AD芯片进行电路的总控制和检测。本科毕业设计说明书（论文）第4页共39页42.3系统硬件电路总体结构框图酒精检测仪电路总体结构框图如图2.1信号调理电路模/数转换电压/酒精浓度转换图2.1酒精检测仪电路总体结构框图2.4各部分单元电路介绍2.4.1乙醇信号检测及调理电路MQ-3乙醇气体传感器可以应用用于机动车驾驶人员及其他严禁酒后作业人员的现场检测，也用于其他场所乙