基于单片机酒精浓度测试仪
含泪的微笑-
基于单片机酒精浓度测试仪
硬件设计
一、选用
< br>ADC0832
模数转换器
A
DC0832
模数转换器具有
8
位分辨
率、双通道
A/D
转换、输入输出电平与
TTL/CMOS
相兼容、
5V
电源
供电时输入电压在
0
～
5V
之间、工作频率为
250KHZ
、
转换时间为
32
< br>微秒、一般功耗仅为
15MW
等优点，适合本系统的应用
，所以我
们采用
ADC0832
为模数
转换器件。
ADC0832
具有以下特点：
•
8
位分辨率；
•
双通道
A
/D
转换；
•
输入输出电平与
< br>TTL/CMOS
相兼容；
•
5V
电源供电时输入电压在
0~5V
之间；
•
工作频率为
250KHZ
，转换时间为
32
μ<
/p>
S
；
•
一般功耗仅为
15mW
；
•
8P
、
1
4P
—
DIP
（双列直插）
、
PICC
多种封装；
•
商用级芯片温宽为
0
度
to
+70
度，工业级芯片温宽为
−
40
< br>度
to
+85
度；
芯片接口说明：
•
CS_
片选使能，低电平芯片使能。
•
CH0
模拟输入通道
0
，或作为
IN+/-
使
用。
•
CH1
< br>模拟输入通道
1
，或作为
IN+
/-
使用。
•
GND
芯片参考
0
电位（地）
。
•
DI
数据信号输入，选择通道控制。
•
DO
数据信号输出，转换数据输出。
•
CLK
芯片时钟输入。
•
Vcc/REF
电源输入及参考电压输入（复用）
。
正常情况下
ADC0832
与单片机
的接口应为
4
条数据线，
分别是
CS
、
CLK
、
DO
、
DI
。
但由于
DO
端与
D
I
端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，
所
以电路设计时可以将
DO
和
DI
并联在一根数据线上使用。当
ADC0832<
/p>
未工作时
其
CS
输入端应为高电平，此时芯片禁用，
CLK
和
DO/DI
的电平可任意。当要进
行
A/D
转换时，
须先将
CS
使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全
结束。
此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端
CLK
输入时钟脉冲，
DO/DI
端
则使用
DI
端输入通道功能选择的数据信号。在第
1
个时钟脉冲的下沉
之前
DI
端必须是高电平，表示启始信号。在第
2
< br>、
3
个脉冲下沉之前
DI
端应输
入
2
位数据
用于选择通道功能
.
如图
4.4:
二、
LCD1602
字符型液晶显示器其用法
：
•单
5V
电源电压，低功耗、长寿命、高可靠性
•内置
192
种字符
(160
个
5
×
7
点阵字符和
32
个
5
×
10
点
阵字符
)
•具有
64
个字节的自定义字符
RAM
，可自定义
8
个
5
×
8
点阵字符或
4
个
5
×
11
点阵字符
•显示方式：
STN
、
半透、正显
•驱动方式：
1/16<
/p>
并口，
1/5
串口
•背光方式：底部
LED
•通讯
方式：
4
位或
8
位并口可选
•标准的接口特征：适配
MC51
和
M6800
系统
MPU
的操作时序
L
CD1602
液晶显示屏的主要技术参数如下表所示：
（表
2-3
）
表
2-3
LCD1602
液晶主要参数
显示容量
芯片工作电压
工作电流
模块最佳工作电压
字符尺寸
16
×
2
个字符
4.5~5.5V
2.0mA(5.0V)
5.0V
2.95
×
4.35(mm)
LCD1602
字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、
符号等点阵
式
LCD
，目前常用
16
×
1
，
16
×
2
，
20
×
2
和
40
×
2
行等的液晶显示模
块，模块组
件内部主要由
LCD
显示屏
、控制器、列驱动器和偏压产生电路构成。
LCD1602
液晶显示屏外形尺寸
LCD1602
液晶显示屏分为带背光和不带背光两种，基控制
器大部分为
HD44780
，带背光的比不带背光的厚，是否带
背光在应用中并无差别，两者尺寸
差别如图
3.2
所示：
图
3.2
LCD1602
尺寸图
1602
液晶显示屏采用标准的
16
脚接口，
其中各接口的功能如下表
（
2-4
）
所示：
表
2-4 LCD1602
的
16
管脚功能
引脚号
1
2
3
4
引脚名
VSS
VDD
VL
RS
电平
0/1
输入
/
输出
输入
引脚说明
电源地
电源正极
(+5V)
液晶显示偏压信号
数据
/
命令选择端，
0
：输入指
令，
1
：
输入数据
读
/
写选择端，
0
：
向
LCD
写入指令或数
据，
1
：从
LCD
读取信息
使能信号，
1
时读取信息，
1
→
0(
下降
沿
)
执行指令
数据总线
(
最低位
)
数据总线
数据总线
数据总线
数据总线
数据总线
数据总线
5
R/W
0/1
输入
6
7
8
9
10
11
12
13
E
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
1
→
0
0/1
0/1
0/1
0/1
0/1
0/1
0/1
输入
输入
/
输出
输入
/
输出
输入
/
输出
输入
/
输出
输入
/
输出
输入
/
输出
输入
/
输出
14
15
16
D7
BLA
BLK
0/1
+VCC
接地
输入
/
输出
数据总线
(
最高位
)
LCD
背光电源正极
LCD
背光电源负极
第
1
脚：
VSS
为地电源。
第
2
脚：
VDD
接
5V
正电源。
第
3<
/p>
脚：
VL
为液晶显示器对比度调整端，接
正电源时对比度最弱，接地时
对比度最高，
对比度过高时会使屏
幕显示不清晰，
使用时可以通过一个
10K
的电
位器调整对比度。
第
4
脚：
RS
为数据<
/p>
/
命令选择端，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择
指令寄存器。
第
5<
/p>
脚：
R/W
为读写选择端，高电平时进行
读操作，低电平时进行写操作。
当
RS
和
R/W
共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当
RS
为低电平
R/W
为高电平时可以读忙信号，当
RS
为高电平
R/W
为低电平时可以写入数据。
第
6
脚：
E
端为使能端，当
E
端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命
令。
第
7<
/p>
～
14
脚：
D0
～
D7
为
8<
/p>
位双向数据线。
第
15
脚：背光源正极。
第
16
脚：背光源负极
三、
数据采集设计
< br>(1)
从传感器过来的电压信号，必须放大，滤波，采集，转换才能被
MCU
识
别和处理。由于假若每一路都设置放大、
滤波等器件，那么成本会很大，所以信
号的采集一般用多路模拟通路进行选择。
然而选择多路模拟开关时必须考虑以下
的几个因素：通道数量、切换速度
、开关电阻和器件的封装形式。总之数据采集
与硬件的选择有很大的关系。
(2)
传感器的选择
<
/p>
酒精浓度传感器由
MQ3
传感器组成。<
/p>
MQ3
传感器
/MQ3
< br>模块详细介绍如下表
4-1
：
(3)
测量电路
测量电路由酒精浓度传感器
MQ3
，
ADC0832
组成。
酒精传感
MQ3
经
AD0832
与
STC89C52
单片机相连，
在显示器上显示出酒精的
浓度值，当超过国家规定的标准时报警。
< br>
表
4-1
传感器参数表
名称
MQ3
传感器
A.
标准工作条件
符号
Vc
V
H
R
L
R
H
P
H
B.
环境条件
符号
Tao
Tas
RH
O
2
参数名称
回路电压
加热电压
负载电阻
加热电阻
加热功耗
技术条件
≤
15V
5.0V±0.2V
可调
3
1
Ω
±
3
Ω<
/p>
≤
900mW
备注
AC or DC
AC or DC
室温
参数名称
使用温度
储存温度
相对湿度
氧气浓度
技术条件
-10
℃
-
50
℃
-20
℃
-70
℃
小于
95% RH
21%(
标准条件
)
氧气浓度会影响灵敏度特
性
备注
最小值大于２％
C.
灵敏特性
符号
Rs
参数名称
敏感体电阻
技术参数
1M
Ω
- 8
M
Ω
备注
适用范围：
(200ppm
alcohol )
10-1000ppm
α
（
200/100
< br>）
alcohol
标准工作条件
浓度斜率
≤
0.6
Alcohol
温度：
20
℃±
2
℃
Vc:5.0V±0.1V
相对湿度：
65%±5%
Vh: 5.0V±0.1V
预热时间
不少于
24
小时
四、按键设计
⑴本系统应用有
人机对话功能，
该功能即能随时发出各种控制命令和数据输
入以
及和
LCD
连接显示运行状态和运行结果。键盘分为：独立式和
矩阵式两类，
每一类按其编码方法又可以分为编码和非编码两种。
由于本系统只有
UP
、
DOWN
、
OK
、
CANCEL
4
< br>个控制命令，所需按键较少，所以本系统选择独立式按键。电路
图见图
4.5
：
图
4.5
按键电路图
⑵独立式按键是直接用<
/p>
I/O
口线构成的单个按键电路。
每个独
立式按键占有
一根
I/O
口线。
各根
I/O
口线之间不会相互影响。
在此电路中，
按键输入部采用
低
电
平
有
效
，
上
拉
电
阻
保
证
了
按<
/p>
键
断
开
时
，
I/O
口
线
有
确
定
的
高
电
平
，
（
STC89C52
.P1
口内部接有上拉电阻）所以就不需要再外接上拉电阻。
⑶键盘抖动的消除：抖动的消除大致可以分为硬件削抖和软件削抖。
①硬件削抖是采用硬件电路的方法对键盘的按下抖动及释放抖动进行削抖，
经过削抖电路后使按键的电平信号只有两种稳定状态。
②软件削抖的基本原理是当检测出键盘闭合时，
先执行一个延时子程序产生<
/p>
数毫秒的延时，
待接通时的前沿抖动消失后再判别是否有健按下。
当按键释放时，
也要经过数毫秒延时，待后沿抖动消失后再判别
键是否释放。
③由于应用硬件削抖还需要外加器件，
成本相对较高，
所以本系统选择软件
延时削抖的
方法。
五、电源电路设计
在本次设计中，需要一个比较大的电压源和一个
5V
的单片机供电源，为了
实现便携式，
设用一个
9V
的电压源，
一般
6
节电池和一个
9V
的电池都可以提供，
因而需要一个电压转换吧
9V
转换成
5V
，
设用选用了，
ASM117
稳压芯片。
工作原
理如图
4.11
低压层直流稳压电源电路原理图。该电路是由基准电压
、电压放大
和电流放大等
3
个环节组成
。其中，基准电压由
TL431
产生，按图中电路连接，
当通过
R0
的电流在
0
．
5~10 mA
时可获得稳定的<
/p>
2
．
5
V
基准输出。