目錄一、前言.4二、酒精測試儀總體方案設(shè)計(jì).42.1酒精濃度檢測儀設(shè)計(jì)要求分析.42.2酒精濃度檢測儀設(shè)計(jì)方案.4三、硬件設(shè)計(jì).53.1傳感器的選擇.53.2A/D轉(zhuǎn)換電路.63.389C51單片機(jī)系統(tǒng).93.4LED顯示電路.123.5鍵盤電路.133.6報(bào)警電路.13四、軟件設(shè)計(jì).144.1主程序框圖.144.2數(shù)據(jù)采集子程序程序框圖.154.3報(bào)警子程序程序框圖.15五、課程設(shè)計(jì)系的心得體會.17六、參考文獻(xiàn).17附圖整體電路圖.18酒精濃度檢測儀的設(shè)計(jì)2一、前言近年來，我國越來越多的人有了自己的私家車，而酒后駕車造成的交通事故也頻繁發(fā)生。為此，我國將酒駕列入刑法范圍內(nèi)，所以需要設(shè)計(jì)一智能儀器能夠檢測駕駛員體內(nèi)酒精含量。本課程設(shè)計(jì)研究的是一種以氣敏傳感器和單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器為主，檢測駕駛員呼出氣體的酒精濃度，并具有聲光報(bào)警功能的空氣酒精濃度監(jiān)測儀。其可檢測出空氣環(huán)境中酒精濃度值，并可根據(jù)不同的環(huán)境設(shè)定不同的閾值，對超過的閾值進(jìn)行聲光報(bào)警來提示危害。本課題分為兩部分：硬件設(shè)計(jì)部分和軟件設(shè)計(jì)部分。硬件部分為利用MQ3氣敏傳感器測量空氣中酒精濃度，并轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后傳給單片機(jī)系統(tǒng)，由單片機(jī)及其相應(yīng)外圍電路進(jìn)行信號的處理，顯示酒精濃度值以及超閾值聲光報(bào)警。程序采用模塊化設(shè)計(jì)思想，各個(gè)子程序的功能相對獨(dú)立，便于調(diào)試和修改。而硬件電路又大體可分為單片機(jī)小系統(tǒng)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、聲光報(bào)警電路、LED顯示電路，按鍵電路，各部分電路的設(shè)計(jì)及原理將會在硬件電路設(shè)計(jì)部分詳細(xì)介紹。二、酒精測試儀總體方案設(shè)計(jì)2.1酒精濃度檢測儀設(shè)計(jì)要求分析設(shè)計(jì)的酒精濃度測試儀應(yīng)具有如下特點(diǎn)：（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，外圍電路帶有LED顯示以及鍵盤響應(yīng)電路，無需要其他計(jì)算機(jī)，用戶就可以與之進(jìn)行交互工作，完成數(shù)據(jù)的采集、存儲、計(jì)算、分析等過程。（2）系統(tǒng)具有低功耗、小型化、高性價(jià)比等特點(diǎn)。（3）從便攜式的角度出發(fā)，系統(tǒng)成功使用了數(shù)碼管顯示器以及小鍵盤。由單片機(jī)系統(tǒng)控制鍵盤和LED顯示來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互操作，界面友好。（4）軟件設(shè)計(jì)簡單易懂。2.2酒精濃度檢測儀設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)時(shí)，考慮酒精濃度是由傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量，傳感器輸出的是0-5伏的電壓值且電壓值穩(wěn)定，外部干擾小等。因此，可以直接把傳感器輸出電壓值經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得到數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行處理。此外，還需接人LED顯示，4*4鍵盤，報(bào)警電路等。其總體框圖如圖2-1所示。3圖2-1基本工作原理圖三、硬件設(shè)計(jì)3.1傳感器的選擇本系統(tǒng)直接測量的是呼氣中的酒精濃度，再轉(zhuǎn)換為血液中的酒精含量濃度，故采用氣敏傳感器?？紤]到周圍空氣中的氣體成分可能影響傳感器測量的準(zhǔn)確性，所以傳感器只能對酒精氣體敏感，對其他氣體不敏感，故選用MQ3型氣敏傳感器。其有很高的靈敏度、良好的選擇性、長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。MQ3型氣敏傳感器由微型Al2O3，陶瓷管和SnO2敏感層、測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼的腔體內(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，其二為信號輸出回路，它可以準(zhǔn)確反映傳感器表面電阻值的變化。傳感器的表面電阻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。負(fù)載電阻RL可調(diào)為05-200K。加熱電壓Uh為5v。上述這些參數(shù)使得傳感器輸出電壓為0-5V。MQ3型氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)和外形、標(biāo)準(zhǔn)回路、傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度的關(guān)系圖如圖3-3所示。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，一般在測量前需將傳感器預(yù)熱5分鐘。圖3-1MQ3結(jié)構(gòu)和外形被測環(huán)境氣敏傳感器A/D轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)聲光報(bào)警電路LED顯示鍵盤4圖3-2MQ3結(jié)構(gòu)圖圖3-3傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度之間的關(guān)系3.2A/D轉(zhuǎn)換電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，被測量對象的有關(guān)變化量，如溫度、壓力、流量、速度等非電物理量，須經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的模擬電信號（電壓或電流），這些模擬電信號必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能在單片機(jī)中用軟件進(jìn)行處理。實(shí)現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱為A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）。A/D轉(zhuǎn)換器大致分有三類：一是雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，優(yōu)點(diǎn)是精度高，抗干擾性好，價(jià)格便宜，但速度慢；二是逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，精度、速度、價(jià)格適中；三是-A/D轉(zhuǎn)換器。該設(shè)計(jì)中選用的是ADC0809屬第二類，是8位A/D轉(zhuǎn)換器。0809具有8路模擬信號輸入端口，地址線（23-25腳）可決定那一路模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。22腳為地址鎖存控制，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，對地址信號進(jìn)行鎖存。6腳為測試控制，當(dāng)輸入一個(gè)2s的高電平脈沖時(shí)，就開始A/D轉(zhuǎn)換。7引腳為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，75腳輸出高電平。9腳為A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許端，當(dāng)OE腳為高電平時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。10腳為0809的時(shí)鐘輸入端。3.2.1ADC0809的引腳及功能逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器在精度、速度、和價(jià)格上都適中，是最常用的A/D轉(zhuǎn)換器件。芯片采用的是ADC0809，以下介紹ADC0809的引腳及功能。芯片如圖3-4所示。圖3-4ADC0809的引腳ADC0809是一種逐次比較式8路模擬輸入、8位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器。由圖可見，ADC0809共有28個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝。主要引腳功能如下：IN0-IN7是8路模擬信號輸入端。D0-D7是8位數(shù)字量輸入端。A、B、C與ALE控制8路模擬通道的切換，A、B、C分別與3根地址線或數(shù)據(jù)線相連，3位編碼對應(yīng)8個(gè)通道地址端口。需要注意的是：ADC0809雖然有8路模擬通道可以同時(shí)輸入8路模擬信號，但每個(gè)瞬間只能換1路，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，各路之間的切換由軟件改變C、A、B引腳上的代碼來實(shí)現(xiàn)。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C3個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，圖3-5為通道選擇表。圖3-5通道選擇表6OE、START、CLK為控制信號端，OE為輸出允許端，START為啟動(dòng)信號輸入端，CLK為時(shí)鐘信號輸入端。VR(+)和VR(-)為參考電壓輸入端。3.2.2ADC0809的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理ADC0809的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-6。ADC0809采用逐次比較的方法完成A/D轉(zhuǎn)換的，由單一的+5V電源供電。片內(nèi)有鎖存功能的8路選1的模擬開關(guān)，由C、B、A引腳的功能來決定所選的通道。0809完成一次轉(zhuǎn)換需100s左右，輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連接到MCS-51的數(shù)據(jù)總線上。通過適當(dāng)?shù)耐饨与娐罚?809可對0-5V的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖3-6ADC0809的結(jié)構(gòu)框圖3.2.3ADC0809連線圖ADC0809與單片機(jī)的連線圖如圖3-7：STARTCLKOEVR(+)VR()VCCGNDEOCD0.D7三態(tài)輸出鎖存器8位A/D轉(zhuǎn)換器地址鎖存與密碼CBAALE8路模擬量開關(guān)IN7.IN07圖3-7ADC0809的連線圖3.389C51單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，只讀程序存儲器(ROM)，輸入輸出電路(I/O口)，可能還包括定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口(SCI)，顯示驅(qū)動(dòng)電路(LCD或LED驅(qū)動(dòng)電路)，脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)雖小然而完善的