酒精浓度的自动检测

1.选题背景酒精，学名乙醇，在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，无毒，可饮用。乙醇的用途很广，可用乙醇制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。医疗上也常用体积分数为70%~75%的乙醇作消毒剂等，在国防工业、医疗卫生、有机合成、食品工业、工农业生产中都有广泛的用途。由于酒精的挥发性和易燃性，在工业生产制造过程中应严格控制其浓度，以保证生产安全性；同时，酒也是一种流传广泛的饮品，但近些年酒后驾驶现象屡次出现，给人们的生活带来严重影响，愈发体现了检测酒精浓度这一技术的重要性。2.方案论证本系统以单片机控制为基础，实现对酒精浓度的自动检测，显示并在浓度超标时自动报警。因酒精易挥发，本系统将使用气敏传感器对气态酒精进行检测。目前单片机成本较低，性能优越，可胜任系统控制单元。3.过程论述3.1基本结构图1系统结构图本系统主要由酒精浓度传感器，数模转换器，单片机，显示及报警模块组成。首先由酒精传感器采集信号，并将此模拟信号送至A/D转换器，处理成数字信号后送入单片机，由单片机处理后进行显示并在超过给定值时报警。3.2器件选择3.2.1传感器传感器采用气敏传感器MQ-3。MQ-3气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在酒精蒸汽时，传感器的电导率随空气中酒精气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-3气体传感器对酒精的灵敏度高，可以抵抗汽油、烟雾、水蒸气的干扰。这种传感器可检测多种浓度酒精气氛，是一款适合多种应用的低成本传感器。MQ-3的标准回路有两部分组成：其一为加热回路；其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻的变化。传感器表面电阻RS的变化，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号VRL出面获得的。二者之间的关系表述为：RS/RL=(VC－VRL)/VRL，其中VC为回路电压，10V。负载电阻RL可调为0.5～200K，加热电压Uh为5V。上述这些参数使得传感器输出电压为0～5V。图2MQ-3电路结构图及实物图3.2.2A/D转换器A/D转换器采用TLC549TLC549是TI公司生产的一种低价位、高性能的8位A/D转换器，采用了CMOS工艺，它以8位开关电容逐次逼近的方法实现A/D转换，其转换速度小于17us，最大转换速率为40000HZ，4MHZ典型内部系统时钟，电源为3V至6V。它能方便地采用三线串行接口方式与各种微处理器连接，构成各种廉价的测控应用系统。REF+：正基准电压输入2.5V≤REF+≤Vcc+0.1。REF－：负基准电压输入端，-0.1V≤REF-≤2.5V。且要求：（REF+）－（REF-）≥1V。VCC：系统电源3V≤Vcc≤6V。GND：接地端。/CS：芯片选择输入端，要求输入高电平VIN≥2V，输入低电平VIN≤0.8V。DATAOUT：转换结果数据串行输出端，与TTL电平兼容，输出时高位在前，低位在后。ANALOGIN：模拟信号输入端，0≤ANALOGIN≤Vcc，当ANALOGIN≥REF+电压时，转换结果为全“1”(0FFH)，ANALOGIN≤REF-电压时，转换结果为全“0”(00H)。I/OCLOCK：外接输入/输出时钟输入端，同于同步芯片的输入输出操作，无需与芯片内部系统时钟同步。图3TLC549引脚图3.2.3单片机单片机采用AT89S52。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。图4AT89S52引脚图3.2.4显示模块显示模块采用LCD1062。LCD1062，工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。1602采用标准的16脚接口，其中：第1脚：VSS为电源地第2脚：VCC接5V电源正极第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高(对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度)。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平(1)时读取信息，负跳变时执行指令。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端。第15～16脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。图5LCD1602引脚图3.2.5报警模块报警模块使用蜂鸣器。图6蜂鸣器电路结构图3.3整体电路图图7整体电路图3.4控制流程图8控制流程图4.总结设计的系统实现了酒精浓度的自动检测及超标报警功能，系统灵敏，造价低，能够解决此次设计课题背景中的实际问题，实际应用价值很高。5.设计心得体会本次设计性实验课题来自于实际生活，使自动控制、单片机、数字电子和模拟电子等多门学科知识得到了实际运用。在设计过程中帮助我更好的理解了当前所学习的内容，同时也了解了许多器件的运用。由于知识水平所限，设计的系统结构简陋，功能欠佳，希望能在今后的学习过程中继续完善。