发布时间 : 星期一 文章基于51单片机的酒精浓度测试系统更新完毕开始阅读cc72d3ea900ef12d2af90242a8956bec0875a554
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第1章绪论 1
1.1 课题选题依据和制作意义 1 1.2 国内外研究成果的概述 1 1.3 研究此课题的途径 2 1.4 此设计的构成和内容 2
第2章系统的工作原理与结构 3 2.1 工作原理 3 2.2 结构框图 4
2.3 酒精浓度检测仪的整体结构组成 4 第3章检测仪的硬件设计 4 3.1 单片机的选择 4
3.2 酒精浓度检测的设计 6
3.2.1 MQ-3气敏传感器的结构和外形 7 3.2.2 MQ-3灵敏度特性曲线 8
3.2.3 MQ-3的标准工作条件和环境条件 8 3.2.4酒精浓度信号的采集 9 3.3 模数转换电路的设计 10 3.3.1 ADC0809的特点 10 3.3.2 模数转换电路 10
3.4 按键设定阈值及阈值存储电路的设计 11 3.5 液晶接口电路的设计 11 3.6 声光报警电路的设计 12 3.7 单片机与PC机串口通讯 13 3.8 晶振电路的设计 13 3.9 复位电路的设计 14
3.10 附加功能电路的设计 14
第4章检测仪的整体原理图和实物图 15 第5章检测仪的软件实现 16 5.1 A/D转换的软件实现 16
5.2 阈值设定及显示的软件控制 17 5.3 整体软件控制流程 18
第6章检测仪的软件功能调试 20 6.1 按键修改酒精阈值程序 20 6.2 模数转换测试 20 6.3 液晶显示程序设计 21 6.4 声光报警测试 24 6.5 整体功能调试程序 24 第7章结论 25 参考文献 26 致谢 27 附录 28
附录A：全局变量头文件和延时模块 28 附录B：AD转化模块 30
附录C：24c08存储模块 31 附录D：LCD显示模块 35 附录E：主函数 41 第1章绪论
1.1 选题的依据和课题的意义
早在人类文明曙光初露之时，各大文明古国的酒文化就已萌芽。数千年来，酒作为影响最广的一种饮品，与众多历史事件纠缠，也在各国各时期的文艺作品中经常出现。过度饮酒已经造成了躯体或者精神的损害，并会带来不良的社会后果，如果饮酒时间和量达到一定的程度，饮酒者会无法控制自己的行为。适当饮酒，可以使人心情愉悦、保持活力。如果过度饮酒，那则会毁坏自己的身体。现在人均拥有私家车的比例越来越高，汽车已经成为现代人不可缺少的交通工具。但是，伴随而来的是各种各样的交通事故，尤其是酒驾，给自己和别人的生命财产带来了严重的威胁，也同样给家人带来了痛苦。所以说在家中备一个酒精检测仪，在每次驾车之前测试一下，这是对家庭对社会对他人负责的体现。亦或者企业杜宇酒精泄露的检测、监控。这对保护员工、居民的人生安全是必不可少的。所以，酒精浓度检测仪拥有极大的市场前景和需求 1.2 国内外研究概况
在这个信息技术急速发展的20世纪，传感技术渐渐完善，并且在人们的生活中有着完美的体现。正因为传感器在众多领域中都有着不可或缺的作用，所以，高准确率，高稳定性，小型化，低能耗和智能数字化成了它转变的趋势，警察经常使用一种便于携带的酒精测试仪，它通过驾驶员呼出的气体从而来确定驾驶员是否饮酒，更甚者能依据体温、呼吸频率等众多情况，当场作出驾驶员喝酒后身体里的酒精含量。因此可见，高准确度、高稳定性、小型化以及低能耗的酒精浓度测试仪是今后发展的必然趋势。迄今为止，共有五种类型可以对气体中酒精含量进行检测，分别是燃料电池型、半导体型、红外线型、气体色谱分析型和比色型，但是为了使用方便所以目前使用的只有燃料电池型和半导体型。
当今世界最为广泛研究的环保型能源就是燃料电池，它可以把可燃气体转化为电能却不产生污染。燃料电池的一个分支就是就是酒精传感器。以白金为电极的燃料电池酒精传感器，在满是特种催化剂的燃烧室内，可以使进入燃烧室的酒精充分燃烧使之成为电能，换句话说就是产生电压在两个电极上，在外接负载上消耗电能。这个电压正比于计入燃烧室的气体的酒精浓度。相比于半导体，此种酒精测试仪具备了稳定性好、准确率高、抗干扰能力好的优点。但是此种传感器的结构要求非常精确，因此制造难度比较大，此前只有美国、英国、德国此类少数几个国家能够产出，再加上材料成本就高，结果此种测试仪价格非常昂贵。 1.3 课题研究方法
（1）文献索引法：利用学校图书馆资料和文献及通过网络查询相关资料对本课题有足够深的了解，为本设计的具体模块电路做好理论准备。
（2）调查法：与身边的同学和朋友进行交流，充分考虑本设计实现的功能，尽可能完善该设计的功能。
（3）对比分析法：把此传感器与市面上想通产品进行一次比较，检验此种酒精测试仪的不足之处以及可以加以优化的部分，加以改进。 1.4 设计构成及研究内容
本文设计的测试仪是用起敏传感器的，属于半导体，此传感器在根本上是一个可起变电阻，在两端加上一个固定的电压，在阻值进行线性变化时说明所处环境的酒精浓度升高，继而可以把酒精浓度变为电压。此检测仪以C51单片机和气敏传感器为核心，并且具有声光报警以及LCD显示功能。根据不同环境下检测，可以改变不同的阈值，超过了而定阈值便可以声光报警，提醒有危害。采用C语言来实现其软件功能。本设计只要包括以下内容：
（1）主控芯片的选择；在此设计中选择了C51系列单片机，熟悉C51系列芯片怎样控制外围硬件电路。
（2）酒精浓度检测模块的设计；用酒精传感器来检测酒精浓度，充分理解该传感器器的工作原理，制作数据采集模块来协同完成数据的采集。
（3）A/D转换模块的设计；转换器的选择，把采集的酒精浓度的模拟信号进行转换之后发送到单片机来进行存储、处理。
（4）键盘模块的设计；使用键盘来设立酒精浓度的阈值在不同的环境里面。 （5）声光报警模块的设计；超过设定的阈值直观地给予警示。 （6）液晶显示模块的设计；准确显示出检测到的数据。 （7）各个硬件模块电路衔接。
（8）PCB的布板、元件焊接及功能调试。 第2章系统的工作原理与结构 2.1 工作原理
酒精浓度检测仪可以测试在不同地方的酒精浓度，而且可以显示出当时检测出来的结果。我设计的这个检测仪除了有这个功能之外，还可以随意调整酒精浓度的阈值，用来区别不同条件下酒精的安全限值，同时具有声光报警功能。主要由酒精传感器、单片机、LCD显示、键盘模块以及声光报警部分组成。 酒精传感器完成数据的采集，把测试出来的酒精浓度转变为电信号，之后传递给模数转换器，经过转换后，把得到的数字信号传递给单片机中，大年纪对输入的数字信号来进行分析模拟，然后把最终的结果用显示器显示出来。并且同时和键盘设定的酒精阈值来对比，一旦所处地方的酒精浓度超过界限，那么单片机会发出声音或者LED闪烁来提示，以提示危害、 2.2 结构框图
硬件系统结构框图如下图2-1所示 图2-1 系统结构框图
2.3 智能酒精浓度检测仪的整体结构特点
本文设计的智能酒精浓度检测仪具有如下特点：
（1）系统是基于控制核心为单片机的数据采集系统，外围电路是以LCD和键盘为基础的显示和响应电路，无需任何其他辅助工具，使用者可以借助协同工作，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、灵敏度高等特点。
（3）以使用者携带角度出发，系统基于键盘来调控酒精浓度的阀值，配合单片机的控制，从而达到了人机相互操作、界面友好的成果。
（4）软件系统采用C语言进行编写，在兼顾实时性处理的同时，也方便了对数据的处理。 第3章检测仪的硬件设计 3.1 单片机的选择
MCS-51单片机是美国Intel公司于1980年推出的一款相当成功的产品，该系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品之一，该系列单片机主要包括8031,8051,8751和89C51等通用产品。本次设计选用的是STC89C52单片机，STC89C52是低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用宏晶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。片上Flash允许程序存储器在系统上可编程，亦适于常规编器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能：8字节的Flash，256字节的RAM，32位的I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，3个16位定时器/计数器，1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。除此，STC89C52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，内容被保存，振荡器被冻结。 控制核心为STC89C52单片机，用来提高IO口的利用率，凭借扩展一片8255芯片来实现液晶显示的功能。单片机的IO口控制图如下图3-1-1所示 图3-1-1 STC89C52的接口控制图 P0口用于接收模数转换的输出，P2.0用于模数转换的时钟控制,8255的扩展通过P2.1,P2.2,P2.5口来控制,P2.3用于作为模数转换的使能控制，P2.6,P2.7口用于模拟I2C连接外部存储芯片AT24C08，P3.3口为外部中断控制口,它可以用来控制酒精阈值，通过单片机控制8255来实现液晶显示模块的功能。
8255芯片的引脚控制图如图3-1-2所示： 图3-1-2 8255的引脚控制图
8255芯片是一种典型的可编程通用并行接口芯片，用来扩展单片机的端口，它具有3个8位的并行口，有三位工作方式，可作为单片与各种外部设备连接的接口电路。 CS:片选信号线，当该引脚为低电平时，8255被选中，允许8255与CPU通讯。 RESET:复位输入线，当该引脚为高电平时，内部寄存器被清除，所有I/O口均被置成输入方式。 A0、A1：地址输入线。
当A0A1=00时，PA口被选中； 当A0A1=01时，PB口被选中； 当A0A1=10时，PC口被选中；
当A0A1=11时，控制寄存器被选中。 3.2 酒精浓度检测的设计
此设计的成功与否在于此设计酒精浓度检测是否准确，其中最重要的是酒精的检测依靠去实现信息的采集。设计中选用灵敏度高、稳定性好的MQ-3气敏传感器，该传感器对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择性，快速的响应和恢复特性，长期的寿命和可靠的稳定性，以及简单的驱动电路。它的工作原理是在确定的环境条件下，环境中的酒精浓度变化将会引起电阻值的变化，且这两种变化存在着线性关系。 3.2.1 MQ-3气敏传感器的结构和外形
MQ-3气敏元件的结构和外形如图3-2-1所示 图3-2-1 MQ3气敏元件结构外形图
在上图中，由微型AL2O3陶瓷管、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制成的腔管内，加热器为敏感元件提供必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4只用于信号提取，2只用于提供加热电流。 3.2.2 MQ-3灵敏度特性曲线
图 3-2-2 MQ-3气敏元件的灵敏度特性曲线
在图3-2-2中给出了MQ-3气敏元件的灵敏度曲线，其中：温度20℃；相对湿度：65%；氧气浓度：21%； RL:200kΩ. Rs：气敏元件在不同气体、不同浓度时的电阻值。R0：气敏元件在洁净空气中的电阻值。
3.2.3 MQ-3的标准工作条件和环境条件
图3-2-3 MQ-3气敏传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度的关系 为了更好地使用酒精传感器MQ-3，现将MQ-3的标准工作条件和环境条件进行介绍，分别如表3-2-1和表3-2-2所示： 表3-2-1 工作条件
符号参数名称技术条件备注 VC 回路电压≤15V AC or DC