酒精浓度检测仪的设计(中北大学).docx

测控电路课程设计专业：测控电路与仪器班级：12050342姓名：李天照学号:1205034219一、 前言 4二、 酒精测试仪总体方案设计 42.1酒精浓度检测仪设计要求分析 42.2酒精浓度检测仪设计方案 4三、 硬件设计 53.1传感器的选择 53.2 A/D转换电路 63.3 89C51单片机系统 93.4 LED显示电路 123.5报警电路 13四、 软件设计 144.1主程序框图 144.2数据采集子程序程序框图 154.3报警子程序程序框图 15五、 课程设计系的心得体会 17八、参考文献 17附图整体电路图 18酒精浓度检测仪的设计―、前言近年来，我国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 繁发生为此，我国将酒驾列入刑法范围内，所以需要设计一智能仪器能够检测驾驶员 体内酒精含量本课程设计研究的是一种以气敏传感器和单片机A/D转换器为主，检测 驾驶员呼出气体的酒精浓度，并具有声光报警功能的空气酒精浓度监测仪其可检测出 空气环境中酒精浓度值，并可根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值进行声光 报警来提示危害本课题分为两部分：硬件设计部分和软件设计部分硬件部分为利用MQ3气敏传感 器测量空气中酒精浓度，并转换为电压信号，经A/D转换器转换成数字信号后传给单片 机系统，由单片机及其相应外围电路进行信号的处理，显示酒精浓度值以及超阈值声光 报警。

程序采用模块化设计思想，各个子程序的功能相对独立，便于调试和修改而硬 件电路又大体可分为单片机小系统电路、A/D转换电路、声光报警电路、LED显示电路，， 各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍二、酒精测试仪总体方案设计 2.1酒精浓度检测仪设计要求分析设计的酒精浓度测试仪应具有如下特点：（1） 数据采集系统以单片机为控制核心，外围电路带有LED显示电路，无需要其他 计算机，用户就可以与之进行交互工作，完成数据的采集、存储、计算、分析等过程2） 系统具有低功耗、小型化、高性价比等特点3） 从便携式的角度出发，系统成功使用了数码管显示器由单片机系统控制LED 显示来实现人机交互操作，界面友好4） 软件设计简单易懂2.2酒精浓度检测仪设计方案设计时，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伏的 电压值且电压值稳定，外部干扰小等因此，可以直接把传感器输出电压值经过A/D转 换器转换得到数据送入单片机进行处理此外，还需接人LED显示，报警电路等其总体框图如图2-1所示图2-1基本工作原理图三、硬件设计3.1传感器的选择本系统直接测量的是呼气中的酒精浓度，再转换为血液中的酒精含量浓度，故采用 气敏传感器。

考虑到周围空气中的气体成分可能影响传感器测量的准确性，所以传感器 只能对酒精气体敏感，对其他气体不敏感，故选用MQ3型气敏传感器其有很高的灵敏 度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性MQ3型气敏传感器由微型A12O3, 陶瓷管和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的腔体 内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件传感器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值的变化传 感器的表面电阻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输出 面获得的负载电阻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0-5VMQ3型气敏传感器的结构和外形、标准回路、传感器阻值变化率与 酒精浓度、外界温度的关系图如图3-3所示为了使测量的精度达到最高，误差最小， 需要找到合适的温度，一般在测量前需将传感器预热5分钟MQ-3型气敏传感器的敏感部分是由金属氧化物（二氧化锡）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。

由于这种变化是可逆的，所以能重复 使用图3-1 MQ3结构和外形卡rDrIn1ECMJ?1A■■B6i—i■ 1k.3A——B斗■■MQ3flR2Is 200k>F图3-271M!结T构图TIV1■k111■FKhl701fflOOFft20A 乙解敝度/|0皿次力图3-3 传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度之间的关系在系统电路调试正确以后，要作改进工作，使数码管上正确显示所测的酒精气体浓 度值之前显示的是酒精浓度值与电压的对应关系，所以要显示酒精浓度值，需要找到 电压与浓度之间的关系，然后才能建立酒精浓度值与显示的映射关系测量用的酒精溶液是用无水乙醇和纯净水按体积比来配制的，单位mL/mL表示的是 1mL酒精溶液中含酒精的体积准备多个不同浓度的酒精气体样品，最小为lOOppm，依 次增加300ppm，再依次用气敏传感器检测，记录对应的电压值，记录样品的浓度和电压 值之间的关系，根据曲线图的走向可以看出传感器的酒精浓度检测大致范围，然后根据 这个范围选择11个合适的浓度值，多次测量电压值，再取平均值作为最后电压值，把 10个标准区间范围定下来，如表1档位酒精浓度C1C2C3"c0100ppm1400ppm2700ppm31000ppm41300ppm5I600ppm6I900ppm72200ppm82500ppm92700ppm表1根据表所对应的关系，修改数据处理程序部分，建立酒精浓度和电压之间的关系。

使最 终显示的数据为酒精浓度值3.2 A/D转换电路在单片机应用系统中，被测量对象的有关变化量，如温度、压力、流量、速度等非 电物理量，须经传感器转换成连续变化的模拟电信号（电压或电流），这些模拟电信号 必须转换成数字量后才能在单片机中用软件进行处理实现模拟量转换成数字量的器件 称为A/D转换器（ADC）A/D转换器大致分有三类：一是双积分A/D转换器，优点是精度高，抗干扰性好， 价格便宜，但速度慢；二是逐次逼近型A/D转换器，精度、速度、价格适中；三是E △ A/D转换器该设计中选用的是ADC0809属第二类，是8位A/D转换器0809具有8路模拟信号 输入端口，地址线（23-25脚）可决定那一路模拟信号进行A/D转换22脚为地址锁存 控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存6脚为测试控制，当输入一个2“s 的高电平脉冲时，就开始A/D转换7引脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7 脚输出高电平9脚为A/D转换数据输出允许端，当OE脚为高电平时，A/D转换数据输 出10脚为0809的时钟输入端3.2.1 ADC0809的引脚及功能逐次比较型A/D转换器在精度、速度、和价格上都适中，是最常用的A/D转换器件。

芯片采用的是ADC0809，以下介绍ADC0809的引脚及功能芯片如图3-4所示[N3[N4[N5[N6[N7STAR1£□匚D3□匚CLKVh ■^Vre-FGMDI图1 2 3 4 5 6 700910111260oogv28] IN227] INI26] INO23 QDEIQ24] ADDB23] ADDC22] ALE 2H D720] DG 迥D513 D413 DOADC0809是一种逐次比较式8路模拟输入、8位数字量输出的A/D转换器由图可 见，ADC0809共有28个引脚，采用双列直插式封装主要引脚功能如下：⑴IN0-IN7是8路模拟信号输入端⑵D0-D7是8位数字量输入端⑶A、B、C与ALE控制8路模拟通道的切换，A、B、C分别与3根地址线或数据线 相连，3位编码对应8个通道地址端口需要注意的是：ADC0809虽然有8路模拟通道可以同时输入8路模拟信号，但每个 瞬间只能换1路，共用一个A/D转换器进行转换，各路之间的切换由软件改变C、A、B 引脚上的代码来实现地址锁存与译码电路完成对A、B、C3个地址位进行锁存和译码， 其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接 与系统数据总线相连，图3-5为通道选择表。

C B A彼选择的通道0 0 00 0 1巩0 1 0I兀0 1 1。