畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-實(shí)時(shí)酒精含量測試儀的設(shè)計(jì).doc

泉 州 師 范 學(xué) 院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目 實(shí)時(shí)酒精含量測試儀的設(shè)計(jì) 物信 學(xué) 院 電子信息科學(xué)與技術(shù) 專 業(yè) 08級 2 班學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 職 稱 副教授 完成日期 2012年4月 教務(wù)處 制 33實(shí)時(shí)酒精含量測試儀的設(shè)計(jì)物理與信息工程學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)指導(dǎo)老師 副教授【摘 要】本設(shè)計(jì)采用mq3酒精氣敏傳感器和單片機(jī)器件設(shè)計(jì)一款可編程的智能型實(shí)時(shí)酒精含量測試儀，可模擬實(shí)現(xiàn)對人體呼出氣體中酒精含量的測試,并且通過lcd液晶實(shí)時(shí)顯示測試數(shù)據(jù)。該裝置可設(shè)定濃度閾值,并具有超值報(bào)警功能。系統(tǒng)通過mq3傳感器采集的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為電壓信號經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后傳給單片機(jī)系統(tǒng),由單片機(jī)及其外圍電路進(jìn)行信號的處理,實(shí)時(shí)顯示酒精濃度值，當(dāng)超閾值時(shí)報(bào)警。用c語言進(jìn)行編程,程序采用模塊化設(shè)計(jì)思想。 【關(guān)鍵詞】酒精含量，mq3傳感器，a/d549轉(zhuǎn)換，單片機(jī)，lcd1602目 錄摘要 1緒論 3第一章 酒精含量測試儀硬件電路設(shè)計(jì)3 1.1課題要求 3 1.2硬件總體設(shè)計(jì)思路 4 1.3硬件電路主要器件的選擇 5 1.4氣體傳感氣及放大電路 5 1.4.1 mq3氣體傳感器簡介 5 1.4.2 放大器lm358功能及管腳 6 1.4.3酒精傳感器mq3與放大器op07連接電路7 1.5模數(shù)轉(zhuǎn)換器tlc549及連接電路 7 1.5.1模數(shù)轉(zhuǎn)換器tlc549功能及管腳簡介7 1.5.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器tlc549工作原理 8 1.6 ds1302時(shí)鐘模塊 9 1.7單片機(jī)at89s52最小系統(tǒng)連接電路 10 1.7.1單片機(jī)at89s52功能及管腳簡介 10 1.7.2本設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)連接電路 11 1.8lcd1602功能特性及管腳 11 1.9本設(shè)計(jì)1602lcd與單片機(jī)接口電路 12 1.10報(bào)警系統(tǒng)電路 13 1.11系統(tǒng)其他電路簡介13 1.11.1電源指示電路 13 1.11.2電源電路 13 1.11.3程序下載口電路 14 1.11.4按鍵控制電路 14 1.11.5穩(wěn)壓電路 15 1.12本章小結(jié)15第二章 酒精含量測試儀軟件設(shè)計(jì) 15 2.1主程序流程圖及設(shè)計(jì)15第三章酒精含量測試儀軟硬件調(diào)試及測試過程16 3.1軟硬件的合成調(diào)試 16 3.2 調(diào)試故障及分析 17 3.3 酒精濃度檢測的原理及依據(jù) 17 3.3.1檢測原理17 3.3.2檢測依據(jù)17 3.4傳感器濃度校準(zhǔn)18 3.5 數(shù)據(jù)測試及分析 18 3.6實(shí)物圖展示 19第四章 結(jié)論20 致辭 20 參考文獻(xiàn) 21附錄1電路原理圖及pcb圖 23附錄2 系統(tǒng)程序 25緒 論隨著汽車制造業(yè)的發(fā)展，全球汽車擁有量的增加，據(jù)德國一家調(diào)研機(jī)構(gòu)預(yù)測，全球汽車（包括個(gè)人用車和商用車）保有量最遲到 2010 年將突破10億量。隨著汽車保有量的增加，交通事故也在不斷的增加，全世界每年約有 120 萬人死于道路交通事故，受傷者多達(dá) 5000 萬人，同時(shí)全球道路交通事故每年造成的直接經(jīng)濟(jì)損失為 5180 億美元，可見道路交通安全問題已成為全球性的主題。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路建設(shè)也得到了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。隨著公路運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，公安部交管局透露，截至2011年8月底，全國機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)到2.19億輛。其中，汽車保有量首次突破1億輛，占機(jī)動(dòng)車總量的45.88%，是機(jī)動(dòng)車的主要構(gòu)成部分。隨著汽車使用量的增加和道路交通事業(yè)的發(fā)展，也給社會帶來了負(fù)面影響。為了能夠有效的防止酒后駕駛造成的此類危害，研究一種酒精含量測試儀來測量駕駛員呼氣中酒精濃度是否超標(biāo)是非常必要的，降低交通事故的發(fā)生率。駕駛員酒后駕車就像一顆顆流動(dòng)的“炸彈”，隨時(shí)隨地都有可能爆炸，威脅著我們的安全。據(jù)調(diào)查研究中顯示，酒精對駕駛員有很大的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）酒精能麻醉人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，使其功能失調(diào)，反應(yīng)遲鈍，動(dòng)作不協(xié)調(diào)，酒后駕駛?cè)说呐袛嗄芰筒僮髂芰γ黠@下降，因?yàn)榈蜐舛妊芯凭蓪?dǎo)致認(rèn)知和駕駛能降低，特別是對光、聲、圖像、畫面的反應(yīng)時(shí)間延長，眼、手、腳之間的配合功能發(fā)生障礙，無法正確判斷車速和車距。（2）酒精使駕駛?cè)说囊庾R模糊，注意力減弱或分散。駕駛?cè)嗽谥袠猩窠?jīng)系統(tǒng)被麻醉情況下，無法集中注意力，視野范圍縮小，視像模糊，對處于視野邊緣的危險(xiǎn)隱患難以發(fā)現(xiàn)。 （3）酒精涉入一定量后使人的危險(xiǎn)感受性下降,在酒精的麻痹下，人的觸覺敏感度降低，危險(xiǎn)感受性也會隨著酒精作用而降低，因而容易對自己的能力過高估計(jì)，對周圍人的勸告不予理睬，駕車行駛在路上也不會感覺有危險(xiǎn)的存在，易于我行我素，橫沖直撞。1第一章 酒精含量測試儀硬件電路設(shè)計(jì) 1.1 課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)便攜式駕駛員酒精含量測試儀，測試人體呼出氣體中酒精含量。它對酒精快速響應(yīng)，預(yù)熱時(shí)間短，靈敏度高，測量直觀，功耗低。測試儀可以采用氣體傳感器作為敏感單元,把氣體中含有的乙醇?xì)鈶B(tài)濃度轉(zhuǎn)換成電信號,經(jīng)電子電路放大以及微處理器處理,由lcd直觀顯示被測氣體中的乙醇濃度。 設(shè)計(jì)要求：（1） 偵測濃度: 危險(xiǎn)濃度為大于 0.4mg/l，安全濃度為小于0.25mg/l,介于兩者之間是警戒濃 度。（2） 顯示方式: 使用lcd顯示測量出來的酒精濃度值，并使用綠色led亮指示安全狀態(tài)，橙 色led亮指示警戒狀態(tài)，紅色led亮指示危險(xiǎn)狀態(tài)。（3）使用環(huán)境: 0-40（4）使用電池: 3vdc(aaa電池2)（5）暖機(jī)時(shí)間: 20秒內(nèi)（6）測試時(shí)間：6秒1.2 硬件總體設(shè)計(jì)思路思路從設(shè)計(jì)的要求出發(fā)，要求是測試酒精氣體的濃度，必然要用到酒精傳感器。設(shè)計(jì)出來的儀器要對酒精快速響應(yīng)，預(yù)熱時(shí)間短 ，這就對酒精傳感器的性能指標(biāo)有一定的要求，首先這個(gè)酒精傳感器本身就很好的靈敏度，和檢測到的酒精氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)快。測量直觀要求儀器有一個(gè)顯示器，能直接從顯示器上讀取測試結(jié)果，這時(shí)選擇一個(gè)lcd液晶做顯示器。又考慮到酒精傳感器采集到的電信號是微弱模擬信號，而單片機(jī)所能處理的是數(shù)字信號，所以還要運(yùn)用運(yùn)放和一塊a/d轉(zhuǎn)換芯片，把酒精傳感器采集到的模擬電信號放大，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號，再送到單片機(jī)進(jìn)行信號處理，經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算處理的數(shù)字電信號最后送到lcd液晶進(jìn)行顯示。以下是對本課題重點(diǎn)難點(diǎn)分析：設(shè)計(jì)重點(diǎn): （1）掌握整個(gè)測試儀的工作過程、每個(gè)環(huán)節(jié)的原理。（2）單片機(jī)、酒精傳感器、時(shí)鐘模塊、運(yùn)放等器件的選用。（3）測量標(biāo)定。設(shè)計(jì)難點(diǎn)：（1）酒精傳感器、運(yùn)放、a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、lcd顯示的集成電路設(shè)計(jì)（2）采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、以及顯示數(shù)據(jù)的程序的編寫。（3）酒精氣體的采集過程。（4）測試數(shù)據(jù)時(shí)，精度達(dá)到要求。硬件設(shè)計(jì)總體框架1602顯示器89c51單片機(jī)mq3傳感器電壓信號放大器ad549轉(zhuǎn)換器酒精氣體 電信號 信號放大 數(shù)字信號 信號顯示圖1.1硬件設(shè)計(jì)總體框1.3 硬件電路主要器件的選擇在滿足上訴測試要求的前提下，選擇自己熟悉并且常用的器件，方便調(diào)試，而且容易買到，還要考慮到總體的成本，選擇比較經(jīng)濟(jì)的器件，價(jià)格控制在一定范圍內(nèi)。本設(shè)計(jì)選擇的主要器件有如下：（1）單片機(jī)：at89s52 （2）酒精傳感器：mq3（3）運(yùn)算放大器：lm358（4）a/d：tlc549（5）lcd：1602 （7）時(shí)鐘：ds1302 1.4 氣體傳感氣及放大電路氣體傳感器是氣體檢測系統(tǒng)的核心，通常安裝在探測頭內(nèi)。從本質(zhì)上來講，氣體傳感器是一種將氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成相對應(yīng)的電信號的轉(zhuǎn)換器。探測頭通過氣體傳感器對氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，一般情況下包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理以及樣品抽吸，甚至是對樣品進(jìn)行化學(xué)處理，以便化學(xué)傳感器能夠進(jìn)行較快速地測量。2這在選擇傳感器的時(shí)候，一定要考慮到穩(wěn)定性、靈敏度、選擇性和抗腐蝕性，因而選擇mq3型酒精傳感器。1.4.1 mq3氣體傳感器簡介mq3氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖1.2所示,電路連接圖如圖1.3 所示，由微型al2o3陶瓷管、sno2 敏感層,測量電極與加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或是不銹鋼制成的腔體里，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝較好的氣敏元件有只針狀管腳，其中個(gè)用于信號取出，個(gè)用于提供加熱電流。具有廣泛的探測范圍，適用于酒精檢測。對乙醇蒸氣有很高的靈敏度和良好的選擇性，快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，長期的壽命和可靠的穩(wěn)定性，簡單的驅(qū)動(dòng)回路等特點(diǎn)。通常用于機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T是否酗酒及其它嚴(yán)禁酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場檢測；也用于其它場所乙醇蒸氣的檢測.；也可用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置。 圖1.2 mq3結(jié)構(gòu)與外形 圖1.3 mq3電路連接 回路中有兩部分組成：其一為加熱回路；其二為信號輸出回路，它可以準(zhǔn)確反映傳感器表面電阻的變化。傳感器表面電阻rs 的變化，是通過與其串聯(lián)的負(fù)載電阻rl 上的有效電壓信號vrl 輸出面獲得的。二者之間的關(guān)系表述為：rs/rl=(vccvrl)/vrl，其中vcc為回路電壓，負(fù)載電阻rl可調(diào)為0.5200k，vcc同時(shí)作為加熱電壓。3工作條件：使用溫度在-2055范圍；儲存溫度在-20-70范圍；相對濕度要求不大于95%rh；氧氣濃度在21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)。回路電壓要求15v（ac or dc），加熱電壓要求是5.0v0.2 v，測量電壓不大于24v。負(fù)載電阻要可調(diào)，加熱電阻是313；加熱功耗900mw，屬于小功率；探測空氣中酒精濃度范圍100ppm-2000ppm。為了使測量的精度達(dá)到最高，誤差最小，需要找到合適的溫度，一般在測量前需要將傳感器預(yù)熱5 分鐘。 mq3靈敏度特性曲線資料如圖1.4： 圖1.4 mq3靈敏度特性曲線本靈敏度曲線圖條件：溫度：20、相對濕度：65%、氧氣濃度：21% rl=5k rs：元件在不同氣體，不同濃度下的電阻值。r0: 元件在潔凈空氣中的電阻值。1.4.2放大器lm358功能及管腳lm358 內(nèi)部包含有兩個(gè)相互獨(dú)立的、增益高、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適于電源電壓范圍較寬的單電源使用，也適于雙電源的工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包含了傳感放大器、直流增益模塊與其他所有可用單電源供電使用運(yùn)算放大器的場合。圖1.5 lm358管腳圖管腳介紹：1和7為偏置平衡，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接地，5空腳 6為輸出，7接電源。 1.4.3酒精傳感器mq3與放大器op07連接電路圖1.6 mq3與放大器lm358連接電路 工作原理：圖1.6是酒精傳感器mq3與放大器lm358連接電路，mq3氣體傳感器接觸到酒精昧后，就會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，a（1和3角連接在一起）、b（4和6角連接在一起）間的電阻值減少，b點(diǎn)的電位升高，酒味越濃，b點(diǎn)電位越高。此信號電壓經(jīng)靈敏度調(diào)節(jié)電位器rp滑動(dòng)臂取出，加至放大器lm358的2、3腳，由lm358的1腳輸出被放大的模擬電信號，這個(gè)模擬電信號將被提供給tlc459進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。41.5 模數(shù)轉(zhuǎn)換器tlc549及連接電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的功能是將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量，是架起模擬系統(tǒng)跟數(shù)字系統(tǒng)之間連接的橋梁。對于本系統(tǒng)而言，就是用于快速、高精度地對輸入的酒精濃度信號進(jìn)行采樣編碼，將其轉(zhuǎn)換成單片機(jī)所能夠處理的數(shù)字量。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路是本系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其性能的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量1.5.1模數(shù)轉(zhuǎn)換器tlc549功能及管腳簡介 tlc549 是ti公司生產(chǎn)的一種性價(jià)比非常高的8位a/d轉(zhuǎn)換器，它以8位開關(guān)電容逐次逼近的方法實(shí)現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換速度小于17us，它能方便地采用三線串行接口方式與各種微處理器連接，構(gòu)成各種廉價(jià)的測控應(yīng)用系統(tǒng) . 主要特性 1、位分辨率a/d轉(zhuǎn)換器，總不可調(diào)整誤差0.5lsb 。 2、采用三線串行方式與微處理器接口。 3、片內(nèi)提供內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘,并與操作控制用的外部i/oclock相互獨(dú)立。 4、有片內(nèi)采樣保持電路，轉(zhuǎn)換時(shí)間17us，包括存取與轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換速率達(dá)40000次秒。 5、差分高阻抗基準(zhǔn)電壓輸入，其范圍是:v差分基準(zhǔn)電壓vcc0.2v。 6、寬電源范圍：3v6.5v，低功耗,當(dāng)片選信號/cs為低，芯片選中處于工作狀態(tài)。 管腳介紹： 1腳為正向參考電壓； 2腳信號電壓輸入； 3腳為反向參考電壓，一般直接接地； 4腳接地； 5腳為片選信號，低電平有效； 6腳為信號輸出； 7腳為時(shí)鐘信號； 8腳接電源。 圖1.7tlc549管腳圖 1.5.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器tlc549工作原理圖1.8 tlc549連接電路圖工作原理：首先將信號電壓從2腳輸入，令片選cs和時(shí)鐘信號clk為低電平，則開始轉(zhuǎn)化！轉(zhuǎn)換結(jié)束后，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，通過6腳串行輸出，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)字電信號傳遞給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。1.6 ds1302時(shí)鐘模塊 現(xiàn)在流行的串行時(shí)鐘電路很多，如ds1302、 ds1307、pcf8485等。這些電路的接口簡單、價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛地采用。本設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路ds1302是dallas公司的一種具有涓細(xì)電流充電能力的電路，主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，主電源/后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力，可為掉電保護(hù)，系統(tǒng)時(shí)鐘后備電源的供電下繼續(xù)工作。該電路晶振采用的是普通32.768khz晶振。 ds1302 是美國dallas公司推出的一種高性能、低功耗、帶ram的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5v5.5v。采用三線接口與cpu進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號或ram數(shù)據(jù)。ds1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的ram寄存器。 ds1302電路原理圖如圖1.9所示。圖1.9 ds1302時(shí)鐘原理圖ds1302的引腳排列,其中vcc1為后備電源，vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。ds1302由vcc1或vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)vcc2大于vcc10.2v時(shí)，vcc2給ds1302供電。當(dāng)vcc2小于vcc1時(shí)，ds1302由vcc1供電。x1和x2是振蕩源，外接32.768khz晶振。rst是復(fù)位/片選線，通過把rst輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。rst輸入有兩種功能：首先，rst接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，rst提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)rst為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對ds1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中rst置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，i/o引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在vcc2.5v之前，rst必須保持低電平。只有在sclk為低電平時(shí)，才能將rst置為高電平。i/o為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細(xì)說明。sclk始終是輸入端。ds1302與單片機(jī)的連接，實(shí)際上，在調(diào)試程序時(shí)可以不加電容器，只加一個(gè)32.768khz 的晶振即可。1.7單片機(jī)at89s52最小系統(tǒng)連接電路單片機(jī)也被稱為微控制器，是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器cpu隨機(jī)存儲器ram、只讀存儲器rom、多種i/o口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能。本課題采用較常用且較經(jīng)濟(jì)的at89s52單片機(jī)，at89s52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k 在系統(tǒng)可編程存儲器。1.7.1單片機(jī)at89s52功能及管腳簡介 標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32 位i/o 口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，at89s52 可降至0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。5管腳介紹：p0 口：p0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯電平。對p0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，p0具有內(nèi)部上拉電阻。 p1 口：p1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl 邏輯電平。對p1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。p2 口：p2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl 邏輯電平。對p2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。 p3 口：p3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p3輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)。ttl 邏輯電平。對p3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。 rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ale/prog：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ale以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。psen：程序儲存允許（psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。 ea/vpp：外部訪問允許，欲使cpu訪問外部程序存儲器（地址為0000h-ffffh），ea端必須保持低電平（接地）。 晶振特性：at89s52單片機(jī)有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，xtal1和xtal2分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器。存儲器結(jié)構(gòu)：mcs-51器件有單獨(dú)的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器都可以64k尋址。程序存儲器：如果ea引腳接地，程序讀取只從外部存儲器開始。數(shù)據(jù)存儲器：at89s52有256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。高128字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。1.7.2本設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)連接電路圖1.10 單片機(jī)最小系統(tǒng)連接電路工作原理：本單片機(jī)最小系統(tǒng)連接電路如圖1.10，6本系統(tǒng)包括單片機(jī)at89s52接口電路、晶振電路、復(fù)位電路、分頻電路。單片機(jī)at89s52接口電路中，p2.4、p2.6及p2.8口分別控制tlc549的7腳、5腳及6腳；p2.6口用于控制系統(tǒng)報(bào)警，當(dāng)所測試的濃度超過閾值時(shí)，輸出一個(gè)低電平，紅色指示燈會發(fā)光，蜂鳴器會發(fā)出聲音。p1.0-p1.7作為數(shù)據(jù)線，在單片機(jī)和液晶lcd1602之間用于傳遞單片機(jī)處理過的被測電壓數(shù)字信號。p3.0和p3.1口連接下載口。p3.2口、p3.3口、p3.4口分別為int0、int1、t0，作為中斷；p3.5口、p3.6口、p3.7口分別為e、r/w、rs，用來控制液晶，對液晶寫入控制命令。單片機(jī)的18號、19號管腳用于連接晶振電路，使單片機(jī)工作。單片機(jī)31號管腳是ea/vpp，是訪問外部程序存儲器控制信號，當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部程序指令，ea應(yīng)該接vcc；9號管腳是單片機(jī)復(fù)位；30號管腳是ale/prog，地址鎖存控制信號ale是訪問外部程序存儲器時(shí)，鎖存低 8位地址的輸出脈沖。復(fù)位電路包含了單片機(jī)上電復(fù)位和按鍵復(fù)位（高電平復(fù)位）。p0口加上一個(gè)排阻，作為上拉電阻，提高驅(qū)動(dòng)能力。71.8 lcd1602功能特性及管腳 功能介紹：液晶顯示器在一個(gè)電路系統(tǒng)中用于顯示數(shù)據(jù)，本課題的硬件電路中采用1602lcd液晶作為顯示器。1602lcd具有 40通道點(diǎn)陣lcd 驅(qū)動(dòng)；可選擇當(dāng)作行驅(qū)動(dòng)或列驅(qū)動(dòng)；輸入/輸出信號：輸出,能產(chǎn)生202個(gè)lcd驅(qū)動(dòng)波形；接受控制器送出的串行數(shù)據(jù)和控制信號；通過單片機(jī)控制將所測的頻率信號讀數(shù)顯示出來。lcd1602顯示容量為162個(gè)字符；芯片工作電壓為4.55.5v；工作電流為2.0ma（5.0v）；模塊最佳工作電壓為5.0v；字符尺寸為2.954.35（wh）mm。81.9本設(shè)計(jì)1602lcd與單片機(jī)接口電路圖1.11 1602lcd與單片機(jī)接口電路工作原理：圖1.11為1602lcd與單片機(jī)接口電路，其中d0d7八位雙向并行總線與單片機(jī)的p1口相連，用來傳送命令和數(shù)據(jù)。rs與單片機(jī)p3.7口相連，作為命令/數(shù)據(jù)選擇引腳；r/w與單片機(jī)p3.6口相連，作為讀寫選擇端；e與單片機(jī)p3.5口相連，用于控制信號讀??；vo是用來調(diào)節(jié)背光。1.10 報(bào)警系統(tǒng)電路介紹圖1.12 報(bào)警系統(tǒng)電路工作原理：報(bào)警系統(tǒng)電路如圖1.12，通過單片機(jī)程序控制,判斷是否報(bào)警。當(dāng)濃度超過閾值時(shí)（如閾值為0.4mg/l），單片機(jī)p2.6管腳輸出一個(gè)低電平,使led1（紅色發(fā)光二極管）導(dǎo)通發(fā)光，同事使三極管9012導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音。1.11 系統(tǒng)其他電路簡介1.11.1電源指示電路介紹電路設(shè)計(jì)中采用1k電阻和一個(gè)led紅燈，電路設(shè)計(jì)圖見圖1.13。圖1.13 電源指示電路1.11.2電源電路介紹圖1.14為系統(tǒng)電源1，提供5v電壓圖1.14 系統(tǒng)電源 1.11.3程序下載口電路介紹方便電路調(diào)試和程序下載，本電路設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了一個(gè)專門用來下來51單片機(jī)程序的下載口，下載程序時(shí)不用從電路上拔下單片機(jī)at89s52，直接就可以下載程序，做到方便調(diào)試。下載電路見圖1.15。圖1.15 下載口電路1.11.4按鍵控制電路介紹s2、s3、s4分別接單片機(jī)at89s52的p3.2p3.3、p3.4口，采用中斷控制實(shí)現(xiàn)相應(yīng)地功能。按鍵控制電路設(shè)計(jì)如圖1.16：圖1.16 按鍵控制電路 按鍵s2按下顯示對應(yīng)酒精濃度的建議；按鍵s3用來控制報(bào)警鈴聲開與關(guān)；按鍵3用來是鎖定當(dāng)前濃度值。1.11.5穩(wěn)壓電路介紹采用tl431作為穩(wěn)壓器件，tl431是一個(gè)有良好熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。選擇不同的r5 和r6的值可以得到從2.5v 到36v 范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當(dāng)r5=r6 時(shí)，輸出電壓ref=5v。為adc0809提供5v的基準(zhǔn)電壓。穩(wěn)壓電路如圖1.17。圖1.17 穩(wěn)壓電路1.12 本章小結(jié)本章在選擇便攜式酒精含量測試儀硬件設(shè)計(jì)的方案基礎(chǔ)上，對該系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)，并詳細(xì)的介紹了便攜式酒精含量測試儀硬件設(shè)計(jì)中各個(gè)硬件模塊功能。本章主要結(jié)論：在詳細(xì)介紹酒精傳感器mq3、tlc549、及at89s52單片機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)性能特點(diǎn)；詳細(xì)闡述了便攜式酒精含量測試儀的各個(gè)功能模塊的硬件電路功能，主要包括傳感器及信號放大電路、a/d轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)處理電路、液晶顯示電路、聲光報(bào)警電路等；設(shè)計(jì)了整個(gè)硬件電路的功能，達(dá)到了本研究的硬件要求標(biāo)準(zhǔn)。第二章 酒精含量測試儀軟件設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)了硬件電路的基礎(chǔ)上，本設(shè)計(jì)中的軟件主要采用keil編譯器進(jìn)行編寫，采用各個(gè)子模塊組成整個(gè)程序。便攜式酒精含量測試儀的程序的主要任務(wù)是：對傳感器的輸出信號進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換、計(jì)算處理，并能夠顯示該輸出信號，并能夠在該信號超過規(guī)定限值時(shí)，聲音和發(fā)光報(bào)警9。軟件總體設(shè)計(jì)主要包括主程序設(shè)計(jì)和各個(gè)子程序的設(shè)計(jì)。2.1 主程序流程圖及設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖2.1所示。首先系統(tǒng)上電后要對系統(tǒng)各模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，對tlc549寫控制字，以及l(fā)cd顯示初始化；之后是數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、計(jì)算等過程；單片機(jī)對傳感器檢測的酒精氣體濃度輸出信號進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過計(jì)算處理后，將呼出氣體酒精濃度值與報(bào)警限設(shè)定值進(jìn)行比較，判斷是否發(fā)出聲音和發(fā)光報(bào)警。同時(shí)送入lcd1602液晶顯示模塊顯示酒精氣體的濃度值。開 始系統(tǒng)各模塊初始化a/d轉(zhuǎn)換器溫度及酒精溶度計(jì)算是否超過報(bào)警閥值報(bào)警溫度及酒精溶度顯示n 圖2.1 主程序流程圖第三章 酒精含量測試儀軟硬件調(diào)試及測試過程在系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過對軟硬件的結(jié)合調(diào)試，便攜式酒精含量測試儀的方案設(shè)計(jì)得到了肯定，通過實(shí)驗(yàn)得知，能夠檢測到酒精氣體濃度，讀回電壓值，經(jīng)過換算處理，較為直觀的顯示出酒精濃度值。當(dāng)檢測到氣體酒精含量超標(biāo)時(shí)，能夠驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警。3.1軟硬件的合成調(diào)試首先把硬件電路設(shè)計(jì)好，寫好軟件后，需要通過硬件看看能否得到所需要實(shí)現(xiàn)課題要求的功能，所以需要二者結(jié)合調(diào)試。本次設(shè)計(jì)主要進(jìn)行的調(diào)試工作是：數(shù)據(jù)采集調(diào)試及信號放大調(diào)試、驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警等方面的調(diào)試。 在調(diào)試的實(shí)際過程中，首先將編寫好的程序下載到目標(biāo)板上進(jìn)行分塊調(diào)試；然后組成整個(gè)應(yīng)用程序，進(jìn)行整體調(diào)試從而完成整個(gè)設(shè)計(jì)的程序調(diào)試工作。調(diào)試前的準(zhǔn)備工作：（1）pc 機(jī)；（2）數(shù)字萬用表；（3）5v電源（可調(diào)）；（4）不同濃度的酒精溶液等。 本次硬件設(shè)計(jì)選用potel99se，軟件設(shè)計(jì)選用keil.平臺。用自己所編制的程序來調(diào)試和檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)板上的電路（硬件調(diào)試）；利用usb數(shù)據(jù)線將自己設(shè)計(jì)的目標(biāo)程序下載到目標(biāo)板上的單片機(jī)at89s52。單片機(jī)中（程序固化）。3.2 調(diào)試故障及分析在調(diào)試過程中，出現(xiàn)以下故障：（1）單片機(jī)不能下載程序；可能是檢查晶振不工作或單片機(jī)線路故障；經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)是晶振有一腳虛焊，重新焊上解決了這個(gè)問題。（2）用萬用表測傳感器輸出電壓，變化范圍不大。原因可能是滑動(dòng)變阻器阻值不夠大，導(dǎo)致傳感器電路靈敏度。經(jīng)調(diào)試，換一個(gè)適當(dāng)?shù)?、更大的滑?dòng)變阻器，再去測輸出電壓，電壓變化范圍就變大了，達(dá)到了測試要求。（3）adtlc549沒工作，經(jīng)排查，穩(wěn)壓器件tl431的1腳和3腳接反了。重新接上即可。（4）傳感器輸出電壓不穩(wěn)定，在同濃度酒精情況下測試電壓，測試值也不同?？赡苁莻鞲衅鳑]有預(yù)熱充分以及測試儀電源不穩(wěn)定導(dǎo)致。檢查調(diào)節(jié)電源電壓，保證供電電壓穩(wěn)定，同時(shí)使傳感器預(yù)熱5分鐘，等傳感器充分預(yù)熱以及系統(tǒng)功能穩(wěn)定后，在進(jìn)行電壓測試。（5）液晶lcd無顯示，可能是程序不對或者是lcd硬件電路問題。經(jīng)檢查，有一根數(shù)據(jù)線插錯(cuò)了了，重新連接即可。3.3 酒精濃度檢測的原理及依據(jù)3.3.1檢測原理利用便攜式酒精含量測試儀來判斷人體內(nèi)血液酒精濃度的依據(jù)為：人飲酒后，酒精通過消化系統(tǒng)被人體吸收，經(jīng)過血液循環(huán)，約有90%的酒精通過肺部呼氣排出，因此測量呼氣中的酒精含量，可以判斷人的醉酒程度。另外更重要的依據(jù)是人體呼氣中的酒精含量與血液中的酒精含量有如下關(guān)系：bac( in mg/l)=br ac(in mg/l)2200，上式中，bac是血液酒精濃度的英文縮寫，brac則是呼氣酒精濃度的縮寫，括號中的in mg/l表示以每升中多少毫克為單位。即以mg/l為單位的血液酒精濃度在數(shù)值上相當(dāng)于以mg/l為單位的呼氣酒精濃度乘以系數(shù)2200（由于各國的情況不同，在美國此系數(shù)采用2000，而歐洲很多國家采用2100）10?；谶@種關(guān)系，根據(jù)駕駛員呼出氣體中的酒精含量來確定被測量者體內(nèi)酒精含量的多少，研究表明，當(dāng)駕駛員呼氣中酒精濃度超過0.25mg/l時(shí)，駕駛員就會在復(fù)雜技巧上出現(xiàn)障礙、駕駛能力變壞，肇事率是無酒精狀態(tài)的2倍，駕駛員駕車容易肇事，以此標(biāo)準(zhǔn)來衡量司機(jī)是否能夠安全駕駛，當(dāng)駕駛員呼氣中酒精濃度超過0.40mg/l時(shí)，駕駛員出現(xiàn)多話、感覺障礙，肇事率是無酒精狀態(tài)的6倍11。這時(shí)駕車就比較危險(xiǎn)了，需進(jìn)行報(bào)警。呼出氣體中酒精含量檢測的方法為：被測者對準(zhǔn)傳感器進(jìn)行吹氣7秒即可。 3.3.2檢測依據(jù)到底身體中的酒精濃度要達(dá)到多少才需要禁止其駕駛車輛？由于人種的不同，對酒精的代謝速率也不一樣，再加上各國的社會風(fēng)俗習(xí)慣不同，因此訂定的標(biāo)準(zhǔn)也不完全一樣。表1是體內(nèi)酒精濃度與肇事率的關(guān)系。表1：體內(nèi)酒精濃度與肇事率的關(guān)系呼氣中酒精濃度（血液中酒精濃度）行為表現(xiàn)或狀態(tài)肇事率0.25mg/l (0.05%；50mg/dl)復(fù)雜技巧障礙、駕駛能力變壞2倍0.40mg/l (0.08%；80mg/dl)多話、感覺障礙6倍0.50mg/l (0.10%；100mg/dl)說話含糊、腳步不穩(wěn)7倍0.55mg/l (0.11%；110mg/dl)平衡感與判斷力障礙度升高10倍0.75mg/l (0.15%；150mg/dl)明顯酒醉、步履蹣跚25倍0.85mg/l (0.17%；170mg/dl)惡心、步履蹣跚50倍1.50mg/l (0.30%；300mg/dl)呆滯木僵、可能昏迷、迷醉無法開車2.00mg/l (0.40%；400mg/dl)呼吸中樞痲痹、漸近死亡無法開車2.50mg/l (0.50%；500mg/dl)致死3.4傳感器濃度校準(zhǔn)根據(jù)上兩個(gè)表又在網(wǎng)上和圖書館查閱資料，了解到一種校準(zhǔn)方法：密閉容器中，一定溫度下，酒精溶液揮發(fā)到容器空氣中后，酒精水溶液濃度與空氣中酒精濃度是有一定關(guān)系的。利用這個(gè)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，配置出標(biāo)準(zhǔn)的酒精溶液，就能對測試儀進(jìn)行校準(zhǔn)。當(dāng)要是用來校準(zhǔn)空氣中0.25mg/l和0.40mg/l兩個(gè)點(diǎn)時(shí)，根據(jù)資料中的數(shù)據(jù)，計(jì)算出要分別配置0.64g/l和1.02g/l的酒精水溶液，由于條件限制，這個(gè)是比較難達(dá)到精度要求的，而且還要在一定溫度下密閉容器里進(jìn)行校準(zhǔn)，操作比較困難。資料中的數(shù)據(jù)時(shí)通過實(shí)驗(yàn)得到的，而且在于國家計(jì)量檢定規(guī)程誤差范圍內(nèi)的，以下為資料數(shù)據(jù)：表2 酒精水溶液濃度與空氣中酒精濃度的關(guān)系酒精水溶液/gl-1空氣中的酒精含量/mgl-10.370.1430.610.2380.930.3563.5 數(shù)據(jù)測試及分析測試方案及測試數(shù)據(jù)： 測試方案：配制幾種濃度的溶液，在每個(gè)濃度下測試5次。酒精溶液a是用5%濃度的酒精溶液加一定量的水稀釋而成，濃度大約是2.5%；酒精溶液b是用75%濃度的酒精溶液加一定量水稀釋而成，濃度大約是15%；酒精溶液c是用95%濃度的酒精溶液加一定量水稀釋而成，濃度大約是40%；酒精溶液c是用95%濃度的酒精溶液加一定量水稀釋而成，濃度大約是85%。然后進(jìn)行數(shù)據(jù)測試：3.6實(shí)物圖展示圖3.1 整體實(shí)物圖 圖3.2初始狀態(tài)下的led 圖3.3 處于安全轉(zhuǎn)臺的led 圖3.4 處于警告狀態(tài)下的led 圖3.5 處于非法狀態(tài)下的led第四章 結(jié)論本課題針對目前酒后駕車造成交通事故頻繁的現(xiàn)象，從燃燒型氣體傳感器的工作機(jī)制出發(fā)，設(shè)計(jì)并制作出一種便攜式酒精含量測試儀，能夠比較方便的測出被測者呼氣中的酒精濃度。在此基礎(chǔ)上了設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)at89s52的便攜式酒精含量測試儀，并對該測試儀的構(gòu)成、工作原理及硬件電路和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了闡述，最后通過實(shí)驗(yàn)證該測試儀達(dá)。（1）從便于攜帶、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)等方面出發(fā)，設(shè)計(jì)酒精含量測試儀的方案，并對方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)；依據(jù)方案設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了基于at89s52單片機(jī)的硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了聲光音報(bào)警、液晶顯示酒精濃度和環(huán)境溫度等功能。聲光報(bào)警模塊功能為當(dāng)檢測到酒精濃度超過設(shè)定的閾值時(shí)，紅色led發(fā)光，并且蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警。（2）在keil軟件開發(fā)平臺上編寫了整個(gè)軟件系統(tǒng)，主要包括主程序、a/d轉(zhuǎn)換子程序、液晶顯示子程序、酒精濃度計(jì)算子程序等； （3）通過測試儀軟硬件的結(jié)合調(diào)試，通過實(shí)驗(yàn)，在酒精濃度與測試儀輸出電壓關(guān)系曲線的基礎(chǔ)上，對測試儀進(jìn)行校準(zhǔn)、測試出數(shù)據(jù)。致 謝 在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，衷心感謝我的指導(dǎo)教師柯躍前老師的指導(dǎo)及支持，在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中提出了寶貴意見并提供實(shí)驗(yàn)場所及調(diào)試器材。畢業(yè)論文也給予了悉心的指導(dǎo)，使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)得以完成。同時(shí)，還要感謝我周圍的同學(xué)在這次畢業(yè)中給與我的幫助，沒有你們的幫助，我不會這么順利的完成任務(wù)。最后，衷心的祝愿老師工作順利，身體健康；祝同學(xué)們前程似錦，鵬程萬里！參考文獻(xiàn)1 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smart real-time alcohol tester, can simulate the realization on human breath gas alcohol content in the test, and through the lcd display test data. this device can be set concentration threshold, and has the value alarm function. the system through the mq3 sensors to collect data, and convert to voltage signal the a/d conversion to the scm system, by single-chip microcomputer and peripheral circuit signal, the real-time display alcohol leel, when the threshold value when the police. in the c programming language, the idea of modular design program.key words alcohol content，mq3sensor，a/d549 conversion，scm，lcd1602附 錄 1本附錄含便攜式酒精含量測試儀硬件電路原理圖、pcb圖，以及軟件的程序。1 電路原理圖：2 pcb圖：附 錄2程序：/酒精 程序 最終版/*/多字符lcd顯示/p1接lcd1口，p3.7接rs 4腳，p3.6接rw 5腳，p3.5接e 6腳/按鍵 顯示建議/現(xiàn)象：lcd顯示屏顯示“酒精濃度及狀態(tài)”/*#include reg52.h#include string.htypedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint;typedef unsigned long ulong;sbit lcdrs=p37;sbit lcdrw=p36;sbit lcde=p35