酒精濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

摘 要 本文研究設(shè)計(jì)了一種用于公共場(chǎng)所具有檢測(cè)及超限報(bào)警功能的酒精濃度智能測(cè)試儀。其設(shè)計(jì)方案基于 89片機(jī)， 精濃度傳感器。系統(tǒng)將傳感器輸出信號(hào)通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換電路調(diào)理后，經(jīng)由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后由 示酒精濃度值。從而讓駕車的人知道自己該在什么情況下可以開車，這是一個(gè)在現(xiàn)代生活很實(shí)用。 經(jīng)過(guò)大量的驗(yàn)證，基于單片機(jī)的酒精濃度監(jiān)測(cè)儀檢測(cè)儀比傳統(tǒng)的機(jī)械檢測(cè)儀或酒精計(jì)靈敏，監(jiān)測(cè)精度高，準(zhǔn)確方便，可靠性好，擴(kuò)展簡(jiǎn)單，控制功能強(qiáng)大。對(duì)超出閥值進(jìn)行聲光報(bào)警，直觀準(zhǔn)確。所以基于單片機(jī)的酒精 濃度監(jiān)測(cè)儀的研究具有一定的價(jià)值。 關(guān)鍵詞 ： 酒精濃度傳感器 單片機(jī) 數(shù)模轉(zhuǎn)換 硬件設(shè)計(jì) 數(shù)碼管顯示 9, CD So in is a in a of CM or of So CM . 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交 的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將 本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 目 錄 第一章緒論 . 1 一 酒精濃度檢測(cè)儀的背景 . 1 二 酒精濃度檢測(cè)儀現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) . 2 三本課題實(shí)現(xiàn)目標(biāo) . 2 四本章小結(jié) . 2 第二章 設(shè)計(jì)方案和元器件選擇 . 3 一設(shè)計(jì)方案 . 3 二元器件選擇 . 3 . 3 . 5 . 6 儲(chǔ)器 . 7 5 示 . 8 三本章小結(jié) . 9 第三章 硬件設(shè)計(jì) . 10 一硬件設(shè)計(jì)原理 . 10 二硬件設(shè)計(jì)的外圍電路 . 12 . 13 . 14 . 15 轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì) . 15 . 17 三本章小結(jié) . 17 第四章 系統(tǒng)軟 件的設(shè)計(jì) . 19 一主程序 . 19 二 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 程序流程圖 . 20 三按鍵程序流程圖 . 21 四 液晶顯示程序流程圖 . 22 五本章小結(jié) . 23 第五章 本設(shè)計(jì)總結(jié)與展望 . 24 參考文獻(xiàn) . 25 致 謝 . 27 附 錄 . 28 1主程序 . 28 2液晶顯示程序 . 33 3存儲(chǔ)程序 . 37 4 換程序 . 41長(zhǎng)江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀 第 1 頁(yè) 共 43 頁(yè) 第一章緒論 檢測(cè)儀向更迅速更快捷發(fā)展，方便攜帶等要求 發(fā)展。傳統(tǒng)的機(jī)械檢測(cè)儀或酒精計(jì)一般靈敏度和準(zhǔn)確度也比較低或者檢測(cè)方法難，同時(shí)單片機(jī)既有通用計(jì)算機(jī)的基本部件，又不同于計(jì)算機(jī)。有體積小，實(shí)時(shí)快速的對(duì)外部事件做出響應(yīng)，迅速采集大量數(shù)據(jù)，做出邏輯判斷與推理后實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的參數(shù)調(diào)整與控制，且能滿足檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)要求，所以基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀的開發(fā)有很大意義。 一 酒精濃度檢測(cè)儀的背景 以對(duì)氣體中酒精含量進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備有五種基本類型，即：燃料電池型（電化學(xué)）、半導(dǎo)體型、紅外線型、氣體色譜分析型、比色型。但由于價(jià)格和使用方便的原因，常用的只有燃料電池型（電化學(xué)型） 和半導(dǎo)體型兩種。 燃料電池可以直接把可燃?xì)怏w轉(zhuǎn)變成電能，而不產(chǎn)生污染，酒精傳感器只是燃料電池的一個(gè)分支。燃料電池酒精傳感器采用貴金屬白金作為電極，在燃燒室內(nèi)充滿特種催化劑，使進(jìn)入燃燒室內(nèi)的酒精充分燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，也就是在兩個(gè)電極上產(chǎn)生電壓，電能消耗在外接負(fù)載上，此電壓與進(jìn)入燃燒室內(nèi)氣體的酒精濃度成正比。 與半導(dǎo)體型相比，燃料電池型呼氣酒精測(cè)試儀具有穩(wěn)定性好，精度高，抗干擾性好的優(yōu)點(diǎn)。但是由于燃料電池酒精傳感器的結(jié)構(gòu)要求非常精密，制造難度相當(dāng)大。 從 傳感器 技術(shù)發(fā)展的角度看，根據(jù)使用傳感器原理的不同，常見的氣體 檢測(cè)儀器儀表各自有適用氣體及應(yīng)用領(lǐng)域，新技術(shù)新產(chǎn)品正在成為未來(lái)氣體檢測(cè)儀器儀表的主流 ， 現(xiàn)在的酒精濃度檢測(cè)儀都是采用可替代吹管，酒精儀從傳統(tǒng)的機(jī)械檢測(cè)或酒精計(jì)到現(xiàn)在的利用傳感器和單片機(jī)位核心技術(shù)的酒精濃度檢測(cè)儀式在技術(shù)上是一大突破，大大提高了檢測(cè)酒精的精確度。 長(zhǎng)江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀 第 2 頁(yè) 共 43 頁(yè) 二 酒精濃度檢測(cè)儀現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 根據(jù)使用傳感器原理的不同，常見的氣體檢測(cè)儀器儀表各自有適用氣體及應(yīng)用領(lǐng)域，新技術(shù)新產(chǎn)品正在成為未來(lái)氣體檢測(cè)儀器儀表的主流 ， 如今的酒精濃度檢測(cè)儀都是采用可替代吹管，酒精儀從傳統(tǒng)的機(jī)械檢測(cè)或酒精計(jì)到現(xiàn)在的利用傳感器和單片機(jī) 位核心技術(shù)的酒精濃度檢測(cè)儀式在技術(shù)上是一大突破，大大提高了檢測(cè)酒精的精確度，更能滿足市場(chǎng)的需求。 但是當(dāng)前大部分一般的酒精濃度檢測(cè)儀價(jià)格較低的靈敏度并不是很強(qiáng)，準(zhǔn)確度高的一般售價(jià)也比較昂貴，并且大多只是對(duì)結(jié)果進(jìn)行預(yù)警、低報(bào)、高報(bào)三限報(bào)警點(diǎn)設(shè)置，所以在 到準(zhǔn)確的濃度數(shù)值。同時(shí)很多其他氣體會(huì)可能會(huì)對(duì)其影響，從而影響準(zhǔn)確度。所以在傳感器的腐蝕性以及排除其他干擾的能力值得提升。現(xiàn)在大多都是檢測(cè)氣體濃度或液體濃度的檢測(cè)，最好是能解決一個(gè)檢測(cè)儀同時(shí)檢測(cè)氣體和液體兩種不同狀態(tài)的酒精濃度 。 三本課題實(shí)現(xiàn)目標(biāo) 本論文主要完成酒精濃度檢測(cè)儀軟件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括： A/D 轉(zhuǎn)換器程序、控制程序、超標(biāo)報(bào)警、鍵盤檢測(cè)、數(shù)據(jù)顯示等。 系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心，以實(shí)現(xiàn)便攜式酒精濃度檢測(cè)儀的基本控制功能。系統(tǒng)主要功能內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)處理、超標(biāo)報(bào)警。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用功能模塊化的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)器件簡(jiǎn)介和選擇；電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試。 硬件設(shè)計(jì)部分主要包括： A/D、 圍擴(kuò)展數(shù)據(jù) 芯片的選擇。 四本章小結(jié) 如今各個(gè)地方對(duì)安全意識(shí)增強(qiáng)， 對(duì)檢測(cè)的精度高，準(zhǔn)確度高，攜帶方便要求。 再加上氣體傳感器的發(fā)展， 單片機(jī)具有受集成限制，片內(nèi)儲(chǔ)存量較小，可靠性好，擴(kuò)展簡(jiǎn)單，控制功能強(qiáng)等特點(diǎn)， 基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀的研究和開發(fā)生產(chǎn)具有十分廣泛的現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)和潛在的市場(chǎng)需求。 本章主要從單片機(jī)和傳感器以及基于單片機(jī)的酒精濃度監(jiān)測(cè)儀的研究背景，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)，本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)三個(gè)方面作出的闡述。其中最重要的是本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，其次是基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀的發(fā)展趨勢(shì)。 長(zhǎng)江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀 第 3 頁(yè) 共 43 頁(yè) 第二章 設(shè)計(jì)方案和元器件選擇 通過(guò)對(duì)單片機(jī)和傳感器的了解，在智能儀表上的優(yōu)勢(shì)有很多，耗能小、準(zhǔn)確度高、超強(qiáng)集成化、以及穩(wěn)定性能等等，注定了單 片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。所以在酒精濃度檢測(cè)的設(shè)計(jì)中也選擇了單片機(jī)作為控制核心。同時(shí)需要的部件包擴(kuò)酒精濃度傳感器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、示器、鍵盤以及聲音報(bào)警。無(wú)需其他計(jì)算機(jī)，用戶就可以進(jìn)行交互工作，完成數(shù)據(jù)的采集、儲(chǔ)存、計(jì)算、分析等過(guò)程。 該儀器電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，靈敏度高，工作性能好，并且具有尺寸小、方便攜帶、低功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)。 一 設(shè)計(jì)方案 由酒精濃度測(cè)試儀對(duì)待測(cè)氣體（液體）進(jìn)行檢測(cè)，氣體傳感器是將一種氣體體積分時(shí)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。探測(cè)頭通過(guò)氣體傳感器的對(duì)氣體樣品進(jìn)行處理，通常包括濾除雜質(zhì)和 干燥氣體、干燥或制冷處理，樣品抽吸，甚至對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)處理，以便化學(xué)傳感器進(jìn)行更快的測(cè)量。轉(zhuǎn)換成輸出電壓信號(hào)。然后以單片機(jī)為核心的控制：定時(shí)進(jìn)行各個(gè)功能模塊的自診斷，并對(duì)外界的異常情況做出快速處理。對(duì)無(wú)法解決的問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)切換到后背裝置或報(bào)警。具有完善的輸入輸出通道和實(shí)時(shí)控制能力：對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)和控制，有多種信號(hào)需要傳送，因此要求系統(tǒng)配備完善的模擬量和數(shù)字量輸入輸出通道和完善的中斷系統(tǒng)和處理功能。信號(hào)采集處理、聲光報(bào)警電路以及顯示、鍵盤、 試儀進(jìn)行氣體檢測(cè)的基本步驟是單片機(jī)采集酒精傳感器的 響應(yīng)信號(hào)，并且進(jìn)行轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換就是用于快速，高精度的對(duì)輸入信號(hào)采樣編碼，然后轉(zhuǎn)化成數(shù)字量?jī)?chǔ)存在數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器中，然后單片機(jī)通過(guò)特定的算法進(jìn)行氣體濃度的識(shí)別， 同時(shí)和所設(shè)值進(jìn)行對(duì)比，超出則報(bào)警同時(shí)顯示濃度數(shù)值，沒(méi)超出只顯示濃度數(shù)。 并且將結(jié)果輸出到 二元器件選擇 本系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心。我們選擇單片機(jī) 控制核心；主要基于考慮無(wú)法解密低功耗 ,超低價(jià)高速，高可靠強(qiáng)抗靜電，強(qiáng)抗干擾 ,功能強(qiáng)大的單片機(jī)。 長(zhǎng)江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀 第 4 頁(yè) 共 43 頁(yè) 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向 輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口， 2 個(gè)讀寫口線，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路， 89以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。同時(shí) 降至 0支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 工作，但允許 時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。其將通用的微處理器和儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)本。 三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 1 片機(jī)單片機(jī)引腳功能（如圖 源電壓 圖 片機(jī)引腳圖 的低電壓，高性能 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8K 可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器 ( 256K 隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件采用高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) 令系統(tǒng)及 8051 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理長(zhǎng)江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀 第 5 頁(yè) 共 43 頁(yè) 器和 儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大， 片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合 3。 主要性能參數(shù)： 8K 字節(jié)可重擦寫 存存儲(chǔ)器 1000 次寫 /擦循環(huán) 時(shí)鐘頻率： 024三級(jí)加密存儲(chǔ)器 256 字節(jié)內(nèi)部 32 個(gè)可編程 I/O 口線 3 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 6 個(gè)中斷源 可編程串 行 道 低功耗的空閑和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 氣體傳感器是氣體檢測(cè)系統(tǒng)的核心，通常安裝在探測(cè)頭內(nèi) 。 從本質(zhì)上講，氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器 。 探測(cè)頭通過(guò)氣體傳感器對(duì)氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體 、 干燥或制冷處理 、 樣品抽吸，甚至對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)處理，以便化學(xué)傳感器進(jìn)行更快速地測(cè)量 2。 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，本系統(tǒng)選擇 酒精傳感器 。 精傳感器是氣敏傳感器，其具有很高的靈敏度 、 良 好的選擇性 、 長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 4。 氣敏傳感器由微型 陶瓷管和 感層 、 測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或者不銹鋼的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件 。傳感器的標(biāo)準(zhǔn)回路有兩部分組成：其一為加熱回路；其二為信號(hào)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 變化，是通過(guò)與其串聯(lián)的負(fù)載電阻 的有效電壓信號(hào) 出面獲得的 6。 二者之間的關(guān)系表述為： L=(中 回路電壓， 10V。 負(fù)載電阻 調(diào)為 200K，加熱電壓 5V。 上述這些參數(shù)使得傳感器輸出電壓為 0 5V。 氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)和外形如圖所示，標(biāo)準(zhǔn)回長(zhǎng)江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀 第 6 頁(yè) 共 43 頁(yè) 路如圖所示 。 為了使測(cè)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(cè)量前需要將傳感器預(yù)熱 20s。 圖 結(jié)構(gòu)和外形 圖 準(zhǔn)回路 實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換的基本方法很多，有計(jì)數(shù)法、逐次逼近法、雙斜積分法和并行轉(zhuǎn)換法。由于逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換具有速度，分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，而且采用這種方法的 片成本低 ，所以我們采用逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器。逐次逼近型 括 1 個(gè)比較器、一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、 1 個(gè)逐次逼近寄存器（ 1 個(gè)邏輯控制單元 5。逐次逼近型是將采樣信號(hào)和已知電壓不斷進(jìn)行比較，一個(gè)時(shí)鐘周期完成 1 位轉(zhuǎn)換，依次類推 ,轉(zhuǎn)換完成后，輸出二進(jìn)制數(shù)。這類型 分辨率和采樣速率是相互牽制的。優(yōu)點(diǎn)是分辨率低于 12 位時(shí)，價(jià)格較低，采樣速率也很好。 數(shù)轉(zhuǎn)換器具有 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換、輸入輸出電平與 兼容、 5V 電源供電時(shí)輸入電壓在 0 5V 之間、工作頻率為 250轉(zhuǎn)換時(shí) 間為 32 微秒、一般功耗僅為 15優(yōu)點(diǎn)，適合本系統(tǒng)的應(yīng)用，所以我們采用 模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。 有以下特點(diǎn)： 8 位分辨率； 長(zhǎng)江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀 第 7 頁(yè) 共 43 頁(yè) 雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換； 輸入輸出電平與 兼容； 5V 電源供電時(shí)輸入電壓在 05V 之間； 工作頻率為 250換時(shí)間為 32 S； 一般功耗僅為 15 8P、 14P 列直插）、 種封裝； 商用級(jí)芯片溫寬為 0 度 70 度，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為 40 度 85 度；芯片接口說(shuō)明： 選使能，低電平芯片使能。 擬輸入通道 0，或作為 擬輸入通道 1，或作為 片參考 0 電位（地）。 據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。 據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 片時(shí)鐘輸入。 源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。 在本設(shè)計(jì)中使用的是 24儲(chǔ)芯片，是電可擦除的 8 個(gè)引腳功能及兩線串行接口。電壓允許范圍 V。串行 基于 存儲(chǔ)器件，遵循二線制協(xié)議，由于其具有接口方便，體積小，數(shù)據(jù)掉電不丟失等特點(diǎn)，在儀器儀表及工業(yè)自動(dòng)化控制中得到大量的應(yīng)用。在一般單片機(jī)系統(tǒng)中， 24據(jù)受到干擾的情況是很少的，基本的讀寫功能外，還對(duì)地址功能以及 腳保護(hù)功能進(jìn)行了全面的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)一種 光印字）以及 號(hào)的 24有全面的符合 線協(xié)議的功能，而有些牌號(hào) 24P 引腳保護(hù)功能，要么沒(méi)有器件地址功能（即 2 片 24能共用一個(gè) 線），有些甚至兩種功能均無(wú)。所以說(shuō)一些同樣功能型號(hào)的 電子器件在兼容性上往往會(huì)帶來(lái)意想不到的問(wèn)題，值得引起注意。 長(zhǎng)江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀 第 8 頁(yè) 共 43 頁(yè) 5 液晶顯示模塊與計(jì)算機(jī)的接口電路有兩種方式。它與單片機(jī)的接口方法分為直接訪問(wèn)方式和間接控制方式。 直接訪問(wèn)方式是把液晶模塊作為存儲(chǔ)器或 I/O 設(shè)備直接接在單片機(jī)的總線上，單片機(jī)以訪問(wèn)存儲(chǔ)器或 I/O 設(shè)備的方式操作液晶顯示模塊的工作。間接控制方式則不使用單片機(jī)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，而是利用它的 I 0 口來(lái)實(shí)現(xiàn)與顯示模塊的聯(lián)系。即將液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的 連接作為數(shù)據(jù)總線，另外三根時(shí)序控制信號(hào)線通常利用單片機(jī)的 中未被使用的 I O 口來(lái)控制 。這種訪問(wèn)方式不占用存儲(chǔ)器空間，它的接口電路與時(shí)序無(wú)關(guān)，其時(shí)序完全靠軟件編程實(shí)現(xiàn) 7。 符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式 前常用 16 1， 16 2， 20 2 和 40 2 行等的液晶顯示模塊，模塊組件內(nèi)部主要由 示屏、控制器、列驅(qū)動(dòng)器和偏壓產(chǎn)生電路構(gòu)成。 1602 液晶顯示屏采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中各接口的功能如下表（ 2示： 引腳號(hào) 引腳名 電平 輸入 /輸出 引腳說(shuō)明 1 電源地 2 電源正極 (+5V) 3 液晶顯示偏壓信號(hào) 4 ， 0：輸入指令， 1：輸入數(shù)據(jù) 5 R/W 0/1 輸入 讀 /寫選擇端， 0：向 入指令或數(shù)據(jù)， 1：從 取信息 6 E 1 0 輸入 使能信號(hào)， 1 時(shí)讀取信息， 1 0(下降沿 )執(zhí)行指令 7 (最低位 ) 8 (最高位 ) 長(zhǎng)江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀 第 9 頁(yè) 共 43 頁(yè) 15 光電源正極 16 地 光電源負(fù)極 表 2 16管腳功能 三本章小結(jié) 本章對(duì)本文設(shè)計(jì)的主要部件進(jìn)行介紹，了解了相關(guān)部件的組成以及基本結(jié)構(gòu)基本工作原理，讓我們對(duì)每個(gè)模塊清楚其工作方式，工作步驟，以及工作原理。 各個(gè)元器件的作用功能后對(duì)本設(shè)計(jì)的分析，需要哪些元器件，具體到什么型號(hào)，下面是對(duì)各個(gè)元器件的選擇， 在元器件選擇生起到指 導(dǎo)作用，以及更好的發(fā)揮各個(gè)部件的功能作用。 根據(jù)對(duì)元器件的選擇基本了解到本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心， 由酒精濃度測(cè)試儀對(duì)待測(cè)氣體（液體）進(jìn)行檢測(cè)，轉(zhuǎn)換成輸出電壓信號(hào)，以單片機(jī) 核心的控制、信號(hào)采集處理、聲光報(bào)警電路以及顯示、鍵盤、 口電路。測(cè)試儀進(jìn)行氣體檢測(cè)的基本步驟是單片機(jī)采集酒精傳感器的響應(yīng)信號(hào)，并且進(jìn)行轉(zhuǎn)換，儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器中，然后單片機(jī)通過(guò)特定的算法進(jìn)行氣體濃度的識(shí)別，并且將結(jié)果輸出到 示屏幕上。 長(zhǎng)江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀 第 10 頁(yè) 共 43 頁(yè) 第三章 硬件設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)酒精濃度檢測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)部分。首先 ，我們必須了解它的硬件設(shè)計(jì)原理。其次，需要弄清楚它的總體構(gòu)成及具體的外圍電路。最后，根據(jù)其原理框圖和具體的外圍電路得到完整的硬件總電路圖。 一硬件設(shè)計(jì)原理 由酒精傳感器對(duì)待測(cè)氣體（液體）進(jìn)行檢測(cè)，轉(zhuǎn)換成輸出電壓信號(hào)，儀單片機(jī)為核心的控制、信號(hào)采集處理、聲光報(bào)警電路以及顯示、鍵盤、 試儀進(jìn)行氣體檢測(cè)的基本步驟是單片機(jī)采集酒精傳感器的響應(yīng)信號(hào)，并且進(jìn)行轉(zhuǎn)換，儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器中，然后單片機(jī)通過(guò)特定的算法進(jìn)行氣體濃度的識(shí)別，同時(shí)將分析的值與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)超出設(shè)定值進(jìn)行報(bào)警，并且將結(jié)果輸出到 本系統(tǒng)由酒精傳感器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)，鍵盤，聲音報(bào)警以及 示等部分組成，在這次的整體設(shè)計(jì)中詳細(xì)涉及下面幾個(gè)方面 ,其原理框圖如：圖 圖 片機(jī)與 鍵盤及聲音報(bào)警電路的電路連接圖 傳感器 信號(hào)調(diào)制 A/D 單片機(jī) 外部存儲(chǔ)器 液晶顯示器 按 鍵 長(zhǎng)江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀 第 11 頁(yè) 共 43 頁(yè) 二硬件設(shè)計(jì)的外圍電路 單片機(jī)工作的過(guò)程中各指令的微操作在時(shí)間上有嚴(yán)格的次序，這種微操作的時(shí)間次序稱作時(shí)序，單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)為單片機(jī)芯片內(nèi)部各種微操作提供時(shí)間基準(zhǔn)， 89時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種，一種是內(nèi)部時(shí)鐘 方式，一種是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式即在單片機(jī)的外部接一個(gè)晶振電路與單片機(jī)里面的振蕩器組合作用產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)，此方式常用于多片 89片機(jī)同時(shí)工作，以便于各單片機(jī)的同步，一般要求外部信號(hào)高電平的持續(xù)時(shí)間大于 方波。對(duì)于 藝的單片機(jī)，外部時(shí)鐘要由 引入，而 應(yīng)懸空 8。 本系統(tǒng)中為了盡量降低功耗的原則，采用了內(nèi)部時(shí)鐘方式。 圖 振電路圖 在 89片機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)震蕩電路， 只要在單片機(jī)的 腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱晶振）就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，圖中電容器 定頻率和快速起振，電容值在 5 30型值是 22振 擇的是 12 長(zhǎng)江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀 第 12 頁(yè) 共 43 頁(yè) 單片機(jī)開始工作的時(shí)候，必須處于一種確定的狀態(tài)，否則，不知哪是第一條程序和如何開始運(yùn)行程序。端口線電平和輸入輸出狀態(tài)不確定可能使外圍設(shè)備誤動(dòng)作，導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生；內(nèi)部一些控制寄存器（專用寄存器）內(nèi)容不確定可能導(dǎo)致定時(shí)器溢出、程序尚未開始就要中斷及串口亂傳向外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)。因 此，任何單片機(jī)在開始工作前，都必須進(jìn)行一次復(fù)位過(guò)程，使單片機(jī)處于一種確定的狀態(tài) 9。 當(dāng)在 89片機(jī)的 腳引入高電平并保持 2 個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。 實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位，上電復(fù)位，要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位，上電瞬間 腳獲得高電平，隨著電容 充電， 腳的高電平將逐漸下降。 本設(shè)計(jì)中復(fù)位電路采用的是開關(guān)復(fù)位電路，開關(guān) 按下是上電復(fù)位電路，上電復(fù)位電路在上電的瞬間，由于電容上的電壓不能突變，電容處于充電（導(dǎo)通）狀態(tài)，故 的電壓與 同。隨著電容的充電， 上的電壓才慢慢下降。選擇合理的充電常數(shù)，就能保證在開關(guān)按下時(shí)是 有兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平從而使 部復(fù)位。開關(guān)按下時(shí)是按鍵手動(dòng)復(fù)位電路， 通過(guò)電阻與 源接通，通過(guò)電阻的分壓就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。 圖 位電路圖 腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（ 2 個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以 進(jìn)行復(fù)位操長(zhǎng)江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀 第 13 頁(yè) 共 43 頁(yè) 作。該電路典型的電阻和電容參數(shù)為：晶振為 12， 10 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，一般的工作狀態(tài)可以通過(guò)指示燈或數(shù)碼顯示來(lái)指示，供操作人員參考，了解系統(tǒng)的工作狀況。但對(duì)于某些緊急狀態(tài)，比如系統(tǒng)檢測(cè)到的錯(cuò)誤狀態(tài)等，為了使操作人員不至于忽視，及時(shí)采取措施，往往還需要有某種更能引人注意，提起警覺(jué)的報(bào)警信號(hào)。這種報(bào)警信號(hào)通常有三種類型：一是閃光報(bào)警，因?yàn)殚W動(dòng)的指示燈更能提醒人們注意；二是鳴音報(bào)警，發(fā)出特定的音響，作用于人的聽覺(jué)器官，易于引起和加強(qiáng)警覺(jué)；三是語(yǔ)音報(bào)警，不僅 能起到報(bào)警作用，還能直接給出警報(bào)種類的信息。其中，前兩種報(bào)警裝置因硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軟件編程方便，常常在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用；而語(yǔ)音報(bào)警雖然警報(bào)信息較直接，但硬件成本高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軟件量也增加。閃光 報(bào)警 實(shí)現(xiàn)單頻音報(bào)警的接口電路比較簡(jiǎn)單， 只要當(dāng)值高于警報(bào)值的時(shí)候給一個(gè)低電頻就能驅(qū)動(dòng)二極管發(fā)光 ,簡(jiǎn)單易懂 。 以下為報(bào)警電路接線圖見圖 警電路圖 這一章比較具體的說(shuō)明了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的內(nèi)容，通過(guò)模塊化的設(shè)計(jì)思想，把一個(gè)復(fù)雜長(zhǎng)江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀 第 14 頁(yè) 共 43 頁(yè) 的單片機(jī)系統(tǒng)按照 功能劃分成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的電路模型，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后在集成到一起。這種方法對(duì)于設(shè)計(jì)復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)很有效。大大提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率與質(zhì)量 11。 在本次設(shè)計(jì)中，需要一個(gè)比較大的電壓源和一個(gè) 5V 的單片機(jī)供電源，為了實(shí)現(xiàn)便攜式，設(shè)用一個(gè) 9V 的電壓源，一般 6 節(jié)電池和一個(gè) 9V 的電池都可以提供，因而需要一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換吧 9V 轉(zhuǎn)換成 5V。工作原理如圖 壓層直流穩(wěn)壓電源電路原理圖。該電路是由基準(zhǔn)電壓、電壓放大和電流放大等 3 個(gè)環(huán)節(jié)組成。其中，基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生，按圖中電路連接，當(dāng)通過(guò) 電流在 0 510 可獲得穩(wěn)定的 2 5 V 基準(zhǔn)輸出。 圖 壓層電路原理圖 輸出電壓的具體數(shù)值由運(yùn)算放大器 定，采用同相放大器的優(yōu)越性在于其輸入阻長(zhǎng)江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀 第 15 頁(yè) 共 43 頁(yè) 抗極大，可很好地將 出的 2 5 V 電壓與后級(jí)電路隔離，使其不受負(fù)載變化的影響；運(yùn)放與電阻 成比例放大環(huán)節(jié)，可對(duì)基準(zhǔn)電壓按要求進(jìn)行比例放大輸出，但輸出電壓最大不能超過(guò)運(yùn)放的電源電壓。 圖 圖 酒精傳感器電極信號(hào)調(diào)理電路 采集到的信號(hào)都會(huì)很弱，首先將信號(hào)經(jīng)過(guò)二階 有源濾波電路以后，經(jīng)過(guò) 3 級(jí)放大電路，同相和反相放大電路構(gòu)成一級(jí)和二級(jí)，互相抵消了零度漂移和失調(diào)，后面的差動(dòng)放大電路構(gòu)成第三極，將差分出入轉(zhuǎn)換為單端輸出。 轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì) 正常情況下 單片機(jī)的接口應(yīng)為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 由于 與 在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將 聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng) 工作時(shí)其 入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用， I 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將 能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束 12。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端 入時(shí)鐘脈沖， I 端則使用 輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第 1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前 必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第 2、 3 個(gè)脈沖下沉之前 應(yīng)輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能 江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀 第 16 頁(yè) 共 43 頁(yè) 數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖 本系統(tǒng)應(yīng)用有人機(jī)對(duì)話功能，該功能即能隨時(shí)發(fā)出各種控制命令和數(shù)據(jù)輸 入以及和接顯示運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果。鍵盤分為：獨(dú)立式和矩陣式兩類，每一類按其編碼方法又可以分為編碼和非編碼兩種。由于本系統(tǒng)只有 +、 - 、設(shè)置、確認(rèn) 4 個(gè)控制命令，所需按鍵較少，所以本系統(tǒng)選擇獨(dú)立式按鍵。電路圖見圖 鍵電路圖 獨(dú)立式按鍵是直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵占有一根 I/O 口線。各根 I/O 口線之間不會(huì)相互影響鍵盤抖動(dòng)的消除：抖動(dòng)的消除大致可以分為硬件削抖和軟件削抖 14。 硬件削抖是采用硬件電路的方法對(duì)鍵盤的按下抖動(dòng)及釋放抖動(dòng)進(jìn)行 削抖，經(jīng)過(guò)削抖電路后使按鍵的電平信號(hào)只有兩種