酒精测试仪--项目设计报告(共14页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业四川工程职业技术学院毕业综合实践项目设计报告基于单片机的酒精浓度检测仪专 业：计算计应用技术（IT 制造与售后服务）姓 名：周姣、龙俊江指导老师：何晓龙精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业目录目录精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业酒精浓度检测仪的设计酒精浓度检测仪的设计一、前言一、前言本课题分为两部分：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、LCD 液晶显示电路，按键电路，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二、酒精测试仪总体方案设计2.1 酒精浓度检测仪酒精浓度检测仪设计要求分析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LCD显示以及键盘响应电路，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以及小键盘由单片机系统控制键盘和LCD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，还需接入液晶显示，键盘设定，报警电路等其总体框图如图2-1所示精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业被测环境气敏传感器A/D 转换电路单片机声光报警电路液晶显示键盘图图2-12-1 基本工作原理图基本工作原理图三、硬件设计三、硬件设计3.1 传感器的选择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 Al2O3，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 05-200K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 分钟精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业图图3-13-1 MQ3MQ3 结构和外形结构和外形A1F2A3B4F5B6RL3MQ -2+5G NDR8470G NDINR75.1C4104图图3-23-2 MQ3MQ3 结构图结构图图图3-3 传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度之间的关系传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度之间的关系3.2 A/D 转换电路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。

实现模精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业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-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 2s 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3.2.13.2.1 ADC0809ADC0809 的结构及转换原理的结构及转换原理ADC0809 的结构框图如图 3-6ADC0809 采用逐次比较的方法完成 A/D 转换的，由单一的+5V 电源供电片内有锁存功能的 8 路选 1 的模拟开关，由C、B、A 引脚的功能来决定所选的通道。

0809 完成一次转换需 100s 左右，输出具有 TTL 三态锁存缓冲器，可直接连接到 MCS-51 的数据总线上通过适当的外接电路，0809 可对 0-5V 的模拟信号进行转换START CLKOEVR(+) VR()VCCGNDEOCD0.D7三态输出锁存器8 位A/D转换器地址锁存与密码CBAALE8 路模拟量开 关IN7.IN0精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业图图 3-63-6 ADC0809ADC0809 的结构框图的结构框图3.2.23.2.2 ADC0809ADC0809 连线图连线图ADC0809 与单片机的连线图如图 3-7：In31In53In64In75ST ART6EOC7D38OE9CLOCK10V cc11V ref+12GND13D114D215V ref-16D017D418D519D721ALE22ADDC23ADDB24ADDA25In026In127In42D620In228ADC0809ADC1ADC0809+5GNDD0D1D2GNDD3D4D5D6D7STSTEOCOECLKIN图图 3-73-7 ADC0809ADC0809 的连线图的连线图3.3 89C51 单片机系统单片机系统单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O 口)，可能还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD 或 LED 驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换器及 A/D 转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个虽小然而完善的计算机系统。

这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务3.3.13.3.1 单片机片内结构单片机片内结构51 单片机的片内结构如图 3-8 所示它把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上按功能划分，它有如下功能部件组成：精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 微处理器（CPU） 数据存储器(RAM) 程序存储器（ROM/EPROM） 4 个 8 位并行 I/O 口（P0 口、P1 口、P2 口、P3 口） 一个串行口 2 个 16 位定时器、计数器 2 个 16 位定时器、计数器 中断系统 特殊功能寄存器（SFR） PSEN88EOCXTAL1CPU（运算器）（控制器）数据存储器RAMP0P2程序存储器ROM/EPROMP1串行口定时器/计数器中断系 统特殊功能寄存器（SFR）P3ALEEAIN7.I0XTAL288RESET 图图 3-83-8 5151 单片机片内结构单片机片内结构上述功能部件都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是 CPU 加上外围芯片的传统结构模式但 CPU 对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。

从硬件角度来看，与 MCS-51 指令完全兼容的新一代 AT89CXX 系列机，比在片外加 EPROM 才能相当的 8031 单片机抗干扰性能强，与 87C51 单片机技能相当，但功耗小程序修改直接用+5V 或+12V 电源擦除，更显方便、而且其工作电压放宽至 2.7V-6V，因而受电压波动的影响更小，而且 4K 的程序存储器完全能满足单片机系统的软件要求，故 AT89C51 单片机是构造本检测系统的更理想的选择精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业3.3.23.3.2 89C5189C51 芯片介绍芯片介绍掌握 MCS-51 单片机，应首先了解 MCS-51 的引脚，熟悉并牢记各引脚的功能，MCS-51 系列中各种型号芯片的引脚是互相兼容的制作工艺为 HMOS 的MCS-51 的单片机都采用 40 只引脚的双列直插封装方式，如图 3-9 所示P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST(TXD) P3.1(INT0) P3.2(INT1) P3.3T0 P3.4T1 P3.5(WR) P3.6(RD) P3.7XTAL1XTAL2GNDVccP0.0 (AD0)P0.1 (AD1)P0.2 (AD2)P0.3 (AD3)P0.4 (AD4)P0.5 (AD5)P0.6 (AD6)P0.7 (AD7)EA/VPPPSENP2.7 (A15)P2.6 (A14)P2.5 (A13)P2.4 (A12)P2.3 (A11)P2.2 (A10)P2.1 (A9)P2.0 (A8)PDIP (RXD) P3.0ALE/PROG图图 3-93-9 单片机芯片管脚图单片机芯片管脚图 3.3.23.3.2 晶振电路和复位电路晶振电路和复位电路最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正常的运行状态。

电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D 扩展等，使单片机完成较复杂的功能89C51 是片内有 ROM/EPROM 的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单可靠用 89C51 单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，结构如图 3-10 所示，由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元图图 3-103-10 单片机最小系统原理框图单片机最小系统原理框图时钟电路复位电路STC89C51 单片机I/O口精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业(1) 时钟电路89C51 单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式内部时钟方式如图 3-11 所示在 89C51 单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的 XTAL1(18)和 XTAL2(19)引脚外接石英晶体(简称晶振)，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号图中电容 C1 和 C2 的作用是稳定频率和快速起振，电容值在 530pF，典型值为 30pF晶振 CYS 的振荡频率范围在 1.212MHz 间选择，典型值为 12MHz 和 6MHz。

Y111.0592MHzC230pFC330pF1819图图 3-113-11 89C5189C51 内部时钟电路内部时钟电路(2) 复位电路当在 89C51 单片机的 RST 引脚引入高电平并保持 2 个机器周期时，单片机内部就执行复位操作(若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态)最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充放电来实现的只要 Vcc 的上升时。