基于51单片机酒精浓度检测仪的设计毕业论文设计
行楷书法欣赏-
酒精浓度检测仪的设计
目
录
一、前言
.......................................
.......................
4
二、酒精测试仪总体方案设计
...
......................................
4
2.1
酒精浓度检测仪设计要求分析
...................................
4
2.2
酒精浓度检测仪设计方案
........................................
4
三、硬件设计
........
...............................................
..5
3.1
传感器的选择
...............................................
.. 5
3.2
A/D
转换电路
.........
..........................................
6
3.3
89C51
单片机系统
......
.........................................
9
3.4
LED
显示电路
.........
.........................................
12
3.5
键盘电路
.......................
..............................
13
3.6
报警电路
........
.............................................
13
四、软件设计
.......
.................................................
14
4.1
主程序框图
......................
.............................
14
4.2
数据采集子程序程序框图
.......................................
15
4.3
报警子程序程序框图
...........................................
15
五、课程设计系的心得体会
<
/p>
........................................
..
17
六、参考文献
....
..................................................
..
17
附图
整体电路图
...........
..........................................
18
酒精浓度检测仪的设计
一、前言
近年来，我国越来越多的人有了自己的私家车，而酒后驾车造成的交通事故也频
繁发生。
为此，我国将酒驾列入刑法范围内，所以需要设计一智能仪器能够检测驾驶员
体内酒精含
量。本课程设计研究的是一种以气敏传感器和单片机
A/D
转换
器为主，检测
驾驶员呼出气体的酒精浓度，并具有声光报警功能的空气酒精浓度监测仪。
其可检测出
空气环境中酒精浓度值，并可根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值
进行声光
报警来提示危害。
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、
LED
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
2.1
酒精浓度检测仪设计要求分析
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<
/p>
LED
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。
（
< br>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
LED
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
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，还需接人
LED
显示，
4*4
键盘，报警电路
等。
2
其总
体框图如图
2-1
所示。
声光报警电路
空气流量
传感器
被测
环境
气敏
传感器
A/D
转换
电路
单片机
LED
显示
键盘
图
2-1
基本工作原理图
三、硬件设计
3.1.1
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
V
RL
输出
面获得的。负载电阻
RL
可调为
0
．
5-2
00K
。加热电压
Uh
为
5v
。上述这些参数使得传感
器输出电压为
0-5V
。
MQ3
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。
3
图
3-1 MQ3
结构和外形
图
3-2 MQ3
结构图
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
4
本系统测量时还需要测量呼气量的大小，我们采用空气流量传
感器
空气流量传感器的热线电阻和温度补偿电阻分别连接在电
桥电路上，当空气流经发热元件（热线电
阻）时，热线的温度和电阻发生变化，空气带走
的热量与流过发热元件的空气质量具有成正比的对
应关系，使得电桥失去平衡，控制电路
将改变供给发热云件的电流，使其温度保持在设定温度。当
电桥电流改变时，
取样电阻两端的电压也同时改变，
从而将空气流量的变化转换为电压信号的
变化。
信号电压输入
adc0809
中
，输出接
8
个发光二极管，根据发光二极管亮的多少判断呼气量
的大小。
3.2
A/D
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。
实现模拟量转换成数字量的器件
称为<
/p>
A/D
转换器（
ADC
< br>）。
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，<
/p>
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，<
/p>
是
8
位
A/D<
/p>
转换器。
0809
具有
< br>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
2
μ
s
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。
3.2.1
ADC0809
的引脚及功能
5
逐次比较型
A/D
转换器在精度、
速度、
和价
格上都适中，
是最常用的
A/D
转换器
件。
芯片采用的是
ADC0809
，以
下介绍
ADC0809
的引脚及功能。芯片如图
3-4
所示。
图
3-4
ADC0809
的引脚
ADC080
9
是一种逐次比较式
8
路模拟输入、<
/p>
8
位数字量输出的
A/D
转换器。由图可
见，
ADC0809
< br>共有
28
个引脚，采用双列直插式封装。主要引脚功能如
下：
⑴
IN0-IN7
是
8
路模拟信号输入端。
⑵
D0-D7
是
8
位数字量输入端。
⑶
A
、
B<
/p>
、
C
与
ALE<
/p>
控制
8
路模拟通道的切换，
A
、
B
、
< br>C
分别与
3
根地址线或数据线<
/p>
相连，
3
位编码对应
8
个通道地址端口。
⑷
OE
、
S
TART
、
CLK
为控制信号端，
OE
为输出允许端，
START
为启动信号输入端，
CLK
为时钟信号输入端。<
/p>
⑸
V
R
(+)
和
V
R
(-)
为参考电压输入端。
3.2.2
ADC0809
的结构及转换原理
A
DC0809
的结构框图如图
3-6
。
ADC0809
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<
/p>
完成一次转换需
100
μ
s
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。
6
START
CLK
IN7
8
路模
…
.
拟量开
IN0
关
EOC
8
位
A/D
三态输
D0
转
换
出锁存
.
器
器
.
C
.
B
地址锁
D7
A
存与密
ALE
码
V
CC
GND
V
R
(+)
V
R
(
－
)
OE
图
3-6
ADC0809
的结构框图
3.2.3
ADC0809
连线图
ADC080
9
与单片机的连线图如图
3-7
：
7
图
3-7
ADC0809
的连线图
3.3 89C51
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<
/p>
程序存储器
(ROM)
，
输入输出电路
(I/O
口
)<
/p>
，
可能还包括定时计数器，
串行通信口<
/p>
(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。
3.3.1
单片机片内结构
51
单片机的片内结构如图
3-8
所示。
< br>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：
⑴
微处理器（
CPU
）
。
⑵
数据存储器
(RAM)
。
⑶
程序存储器（
ROM/EPROM
）
。
8