摘 要 本文研究設(shè)計了一種用于公共場所具有檢測及超限報警功能的酒精濃度智能測試儀。其設(shè)計方案基于 89片機， 精濃度傳感器。系統(tǒng)將傳感器輸出信號通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路調(diào)理后，經(jīng)由單片機進行數(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，這是一個在現(xiàn)代生活很實用。 經(jīng)過大量的驗證，基于單片機的酒精濃度監(jiān)測儀檢測儀比傳統(tǒng)的機械檢測儀或酒精計靈敏，監(jiān)測精度高，準確方便，可靠性好，擴展簡單，控制功能強大。對超出閥值進行聲光報警，直觀準確。所以基于單片機的酒精 濃度監(jiān)測儀的研究具有一定的價值。 關(guān)鍵詞 ： 酒精濃度傳感器 單片機 數(shù)模轉(zhuǎn)換 硬件設(shè)計 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（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進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)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 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（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（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（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)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?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)下獨立進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人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識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)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(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)庫進行檢索，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 酒精濃度檢測儀的背景 . 1 二 酒精濃度檢測儀現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 . 2 三本課題實現(xiàn)目標(biāo) . 2 四本章小結(jié) . 2 第二章 設(shè)計方案和元器件選擇 . 3 一設(shè)計方案 . 3 二元器件選擇 . 3 . 3 . 5 . 6 儲器 . 7 5 示 . 8 三本章小結(jié) . 9 第三章 硬件設(shè)計 . 10 一硬件設(shè)計原理 . 10 二硬件設(shè)計的外圍電路 . 12 . 13 . 14 . 15 轉(zhuǎn)換設(shè)計 . 15 . 17 三本章小結(jié) . 17 第四章 系統(tǒng)軟 件的設(shè)計 . 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)計總結(jié)與展望 . 24 參考文獻 . 25 致 謝 . 27 附 錄 . 28 1主程序 . 28 2液晶顯示程序 . 33 3存儲程序 . 37 4 換程序 . 41長江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機的酒精濃度檢測儀 第 1 頁 共 43 頁 第一章緒論 檢測儀向更迅速更快捷發(fā)展，方便攜帶等要求 發(fā)展。傳統(tǒng)的機械檢測儀或酒精計一般靈敏度和準確度也比較低或者檢測方法難，同時單片機既有通用計算機的基本部件，又不同于計算機。有體積小，實時快速的對外部事件做出響應(yīng)，迅速采集大量數(shù)據(jù)，做出邏輯判斷與推理后實現(xiàn)被控對象的參數(shù)調(diào)整與控制，且能滿足檢測儀的設(shè)計要求，所以基于單片機的酒精濃度檢測儀的開發(fā)有很大意義。 一 酒精濃度檢測儀的背景 以對氣體中酒精含量進行檢測的設(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氣體轉(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，使進入燃燒室內(nèi)的酒精充分燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽簿褪窃趦蓚€電極上產(chǎn)生電壓，電能消耗在外接負載上，此電壓與進入燃燒室內(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試儀具有穩(wěn)定性好，精度高，抗干擾性好的優(yōu)點。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)品正在成為未來氣體檢測儀器儀表的主流 ， 現(xiàn)在的酒精濃度檢測儀都是采用可替代吹管，酒精儀從傳統(tǒng)的機械檢測或酒精計到現(xiàn)在的利用傳感器和單片機位核心技術(shù)的酒精濃度檢測儀式在技術(shù)上是一大突破，大大提高了檢測酒精的精確度。 長江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機的酒精濃度檢測儀 第 2 頁 共 43 頁 二 酒精濃度檢測儀現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 根據(jù)使用傳感器原理的不同，常見的氣體檢測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)品正在成為未來氣體檢測儀器儀表的主流 ， 如今的酒精濃度檢測儀都是采用可替代吹管，酒精儀從傳統(tǒng)的機械檢測或酒精計到現(xiàn)在的利用傳感器和單片機 位核心技術(shù)的酒精濃度檢測儀式在技術(shù)上是一大突破，大大提高了檢測酒精的精確度，更能滿足市場的需求。 但是當(dāng)前大部分一般的酒精濃度檢測儀價格較低的靈敏度并不是很強，準確度高的一般售價也比較昂貴，并且大多只是對結(jié)果進行預(yù)警、低報、高報三限報警點設(shè)置，所以在 到準確的濃度數(shù)值。同時很多其他氣體會可能會對其影響，從而影響準確度。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)在大多都是檢測氣體濃度或液體濃度的檢測，最好是能解決一個檢測儀同時檢測氣體和液體兩種不同狀態(tài)的酒精濃度 。 三本課題實現(xiàn)目標(biāo) 本論文主要完成酒精濃度檢測儀軟件設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容包括： A/D 轉(zhuǎn)換器程序、控制程序、超標(biāo)報警、鍵盤檢測、數(shù)據(jù)顯示等。 系統(tǒng)采用單片機為控制核心，以實現(xiàn)便攜式酒精濃度檢測儀的基本控制功能。系統(tǒng)主要功能內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)處理、超標(biāo)報警。本系統(tǒng)設(shè)計采用功能模塊化的設(shè)計思想，設(shè)計器件簡介和選擇；電路的設(shè)計和調(diào)試。 硬件設(shè)計部分主要包括： A/D、 圍擴展數(shù)據(jù) 芯片的選擇。 四本章小結(jié) 如今各個地方對安全意識增強， 對檢測的精度高，準確度高，攜帶方便要求。 再加上氣體傳感器的發(fā)展， 單片機具有受集成限制，片內(nèi)儲存量較小，可靠性好，擴展簡單，控制功能強等特點， 基于單片機的酒精濃度檢測儀的研究和開發(fā)生產(chǎn)具有十分廣泛的現(xiàn)實市場和潛在的市場需求。 本章主要從單片機和傳感器以及基于單片機的酒精濃度監(jiān)測儀的研究背景，國內(nèi)外現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，本設(shè)計所要實現(xiàn)的目標(biāo)三個方面作出的闡述。其中最重要的是本設(shè)計所要實現(xiàn)的目標(biāo)，其次是基于單片機的酒精濃度檢測儀的發(fā)展趨勢。 長江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機的酒精濃度檢測儀 第 3 頁 共 43 頁 第二章 設(shè)計方案和元器件選擇 通過對單片機和傳感器的了解，在智能儀表上的優(yōu)勢有很多，耗能小、準確度高、超強集成化、以及穩(wěn)定性能等等，注定了單 片機在各個領(lǐng)域的應(yīng)用。所以在酒精濃度檢測的設(shè)計中也選擇了單片機作為控制核心。同時需要的部件包擴酒精濃度傳感器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、示器、鍵盤以及聲音報警。無需其他計算機，用戶就可以進行交互工作，完成數(shù)據(jù)的采集、儲存、計算、分析等過程。 該儀器電路簡單，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。 一 設(shè)計方案 由酒精濃度測試儀對待測氣體（液體）進行檢測，氣體傳感器是將一種氣體體積分時轉(zhuǎn)化成對應(yīng)電信號的轉(zhuǎn)換器。探測頭通過氣體傳感器的對氣體樣品進行處理，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，甚至對樣品進行化學(xué)處理，以便化學(xué)傳感器進行更快的測量。轉(zhuǎn)換成輸出電壓信號。然后以單片機為核心的控制：定時進行各個功能模塊的自診斷，并對外界的異常情況做出快速處理。對無法解決的問題，應(yīng)及時切換到后背裝置或報警。具有完善的輸入輸出通道和實時控制能力：對生產(chǎn)過程進行檢測和控制，有多種信號需要傳送，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。信號采集處理、聲光報警電路以及顯示、鍵盤、 試儀進行氣體檢測的基本步驟是單片機采集酒精傳感器的 響應(yīng)信號，并且進行轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換就是用于快速，高精度的對輸入信號采樣編碼，然后轉(zhuǎn)化成數(shù)字量儲存在數(shù)據(jù)儲存器中，然后單片機通過特定的算法進行氣體濃度的識別， 同時和所設(shè)值進行對比，超出則報警同時顯示濃度數(shù)值，沒超出只顯示濃度數(shù)。 并且將結(jié)果輸出到 二元器件選擇 本系統(tǒng)采用單片機為控制核心。我們選擇單片機 控制核心；主要基于考慮無法解密低功耗 ,超低價高速，高可靠強抗靜電，強抗干擾 ,功能強大的單片機。 長江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機的酒精濃度檢測儀 第 4 頁 共 43 頁 40 個引腳， 32 個外部雙向 輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口， 3 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口， 2 個讀寫口線，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路， 89以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。同時 降至 0支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止 工作，但允許 時 /計數(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硬件復(fù)位。其將通用的微處理器和儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 儲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 片機單片機引腳功能（如圖 源電壓 圖 片機引腳圖 的低電壓，高性能 位單片機，片內(nèi)含 8K 可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器 ( 256K 隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準 令系統(tǒng)及 8051 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理長江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機的酒精濃度檢測儀 第 5 頁 共 43 頁 器和 儲單元，功能強大， 片機適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合 3。 主要性能參數(shù)： 8K 字節(jié)可重擦寫 存存儲器 1000 次寫 /擦循環(huán) 時鐘頻率： 024三級加密存儲器 256 字節(jié)內(nèi)部 32 個可編程 I/O 口線 3 個 16 位定時 /計數(shù)器 6 個中斷源 可編程串 行 道 低功耗的空閑和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 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)上講，氣體傳感器是一種將某種氣體體積分數(shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)電信號的轉(zhuǎn)換器 。 探測頭通過氣體傳感器對氣體樣品進行調(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，甚至對樣品進行化學(xué)處理，以便化學(xué)傳感器進行更快速地測量 2。 在選擇傳感器的時候，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，是通過與其串聯(lián)的負載電阻 的有效電壓信號 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)準回長江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機的酒精濃度檢測儀 第 6 頁 共 43 頁 路如圖所示 。 為了使測量的精度達到最高，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 20s。 圖 結(jié)構(gòu)和外形 圖 準回路 實現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換的基本方法很多，有計數(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，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 個比較器、一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器、 1 個逐次逼近寄存器（ 1 個邏輯控制單元 5。逐次逼近型是將采樣信號和已知電壓不斷進行比較，一個時鐘周期完成 1 位轉(zhuǎn)換，依次類推 ,轉(zhuǎn)換完成后，輸出二進制數(shù)。這類型 分辨率和采樣速率是相互牽制的。優(yōu)點是分辨率低于 12 位時，價格較低，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 電源供電時輸入電壓在 0 5V 之間、工作頻率為 250轉(zhuǎn)換時 間為 32 微秒、一般功耗僅為 15優(yōu)點，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： 8 位分辨率； 長江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機的酒精濃度檢測儀 第 7 頁 共 43 頁 雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換； 輸入輸出電平與 兼容； 5V 電源供電時輸入電壓在 05V 之間； 工作頻率為 250換時間為 32 S； 一般功耗僅為 15 8P、 14P 列直插）、 種封裝； 商用級芯片溫寬為 0 度 70 度，工業(yè)級芯片溫寬為 40 度 85 度；芯片接口說明： 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)信號輸入，選擇通道控制。 據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 片時鐘輸入。 源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。 在本設(shè)計中使用的是 24儲芯片，是電可擦除的 8 個引腳功能及兩線串行接口。電壓允許范圍 V。串行 基于 存儲器件，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，在儀器儀表及工業(yè)自動化控制中得到大量的應(yīng)用。在一般單片機系統(tǒng)中， 24據(jù)受到干擾的情況是很少的，基本的讀寫功能外，還對地址功能以及 腳保護功能進行了全面的檢測，發(fā)現(xiàn)一種 光印字）以及 號的 24有全面的符合 線協(xié)議的功能，而有些牌號 24P 引腳保護功能，要么沒有器件地址功能（即 2 片 24能共用一個 線），有些甚至兩種功能均無。所以說一些同樣功能型號的 電子器件在兼容性上往往會帶來意想不到的問題，值得引起注意。 長江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機的酒精濃度檢測儀 第 8 頁 共 43 頁 5 液晶顯示模塊與計算機的接口電路有兩種方式。它與單片機的接口方法分為直接訪問方式和間接控制方式。 直接訪問方式是把液晶模塊作為存儲器或 I/O 設(shè)備直接接在單片機的總線上，單片機以訪問存儲器或 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的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，而是利用它的 I 0 口來實現(xiàn)與顯示模塊的聯(lián)系。即將液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)線與單片機的 連接作為數(shù)據(jù)總線，另外三根時序控制信號線通常利用單片機的 中未被使用的 I O 口來控制 。這種訪問方式不占用存儲器空間，它的接口電路與時序無關(guān)，其時序完全靠軟件編程實現(xiàn) 7。 符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式 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)動器和偏壓產(chǎn)生電路構(gòu)成。 1602 液晶顯示屏采用標(biāo)準的 16 腳接口，其中各接口的功能如下表（ 2示： 引腳號 引腳名 電平 輸入 /輸出 引腳說明 1 電源地 2 電源正極 (+5V) 3 液晶顯示偏壓信號 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， 1 時讀取信息， 1 0(下降沿 )執(zhí)行指令 7 (最低位 ) 8 (最高位 ) 長江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機的酒精濃度檢測儀 第 9 頁 共 43 頁 15 光電源正極 16 地 光電源負極 表 2 16管腳功能 三本章小結(jié) 本章對本文設(shè)計的主要部件進行介紹，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，讓我們對每個模塊清楚其工作方式，工作步驟，以及工作原理。 各個元器件的作用功能后對本設(shè)計的分析，需要哪些元器件，具體到什么型號，下面是對各個元器件的選擇， 在元器件選擇生起到指 導(dǎo)作用，以及更好的發(fā)揮各個部件的功能作用。 根據(jù)對元器件的選擇基本了解到本設(shè)計以單片機為核心， 由酒精濃度測試儀對待測氣體（液體）進行檢測，轉(zhuǎn)換成輸出電壓信號，以單片機 核心的控制、信號采集處理、聲光報警電路以及顯示、鍵盤、 口電路。測試儀進行氣體檢測的基本步驟是單片機采集酒精傳感器的響應(yīng)信號，并且進行轉(zhuǎn)換，儲存在數(shù)據(jù)儲存器中，然后單片機通過特定的算法進行氣體濃度的識別，并且將結(jié)果輸出到 示屏幕上。 長江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機的酒精濃度檢測儀 第 10 頁 共 43 頁 第三章 硬件設(shè)計 基于單片機酒精濃度檢測儀的硬件設(shè)計部分。首先 ，我們必須了解它的硬件設(shè)計原理。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)計原理 由酒精傳感器對待測氣體（液體）進行檢測，轉(zhuǎn)換成輸出電壓信號，儀單片機為核心的控制、信號采集處理、聲光報警電路以及顯示、鍵盤、 試儀進行氣體檢測的基本步驟是單片機采集酒精傳感器的響應(yīng)信號，并且進行轉(zhuǎn)換，儲存在數(shù)據(jù)儲存器中，然后單片機通過特定的算法進行氣體濃度的識別，同時將分析的值與設(shè)定值進行對比，對超出設(shè)定值進行報警，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，鍵盤，聲音報警以及 示等部分組成，在這次的整體設(shè)計中詳細涉及下面幾個方面 ,其原理框圖如：圖 圖 片機與 鍵盤及聲音報警電路的電路連接圖 傳感器 信號調(diào)制 A/D 單片機 外部存儲器 液晶顯示器 按 鍵 長江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機的酒精濃度檢測儀 第 11 頁 共 43 頁 二硬件設(shè)計的外圍電路 單片機工作的過程中各指令的微操作在時間上有嚴格的次序，這種微操作的時間次序稱作時序，單片機的時鐘信號用來為單片機芯片內(nèi)部各種微操作提供時間基準， 89時鐘產(chǎn)生方式有兩種，一種是內(nèi)部時鐘 方式，一種是外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式即在單片機的外部接一個晶振電路與單片機里面的振蕩器組合作用產(chǎn)生時鐘脈沖信號，外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內(nèi)，此方式常用于多片 89片機同時工作，以便于各單片機的同步，一般要求外部信號高電平的持續(xù)時間大于 方波。對于 藝的單片機，外部時鐘要由 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)部時鐘方式。 圖 振電路圖 在 89片機的內(nèi)部有一個震蕩電路， 只要在單片機的 腳外接石英晶體（簡稱晶振）就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號，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 長江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機的酒精濃度檢測儀 第 12 頁 共 43 頁 單片機開始工作的時候，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)備誤動作，導(dǎo)致嚴重事故的發(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，任何單片機在開始工作前，都必須進行一次復(fù)位過程，使單片機處于一種確定的狀態(tài) 9。 當(dāng)在 89片機的 腳引入高電平并保持 2 個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。 實際應(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，單片機自動實現(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)按下時是 有兩個機器周期以上的高電平從而使 部復(fù)位。開關(guān)按下時是按鍵手動復(fù)位電路， 通過電阻與 源接通，通過電阻的分壓就可以實現(xiàn)單片機的復(fù)位。 圖 位電路圖 腳的高電平只要能保持足夠的時間（ 2 個機器周期），單片機就可以 進行復(fù)位操長江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機的酒精濃度檢測儀 第 13 頁 共 43 頁 作。該電路典型的電阻和電容參數(shù)為：晶振為 12， 10 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，一般的工作狀態(tài)可以通過指示燈或數(shù)碼顯示來指示，供操作人員參考，了解系統(tǒng)的工作狀況。但對于某些緊急狀態(tài)，比如系統(tǒng)檢測到的錯誤狀態(tài)等，為了使操作人員不至于忽視，及時采取措施，往往還需要有某種更能引人注意，提起警覺的報警信號。這種報警信號通常有三種類型：一是閃光報警，因為閃動的指示燈更能提醒人們注意；二是鳴音報警，發(fā)出特定的音響，作用于人的聽覺器官，易于引起和加強警覺；三是語音報警，不僅 能起到報警作用，還能直接給出警報種類的信息。其中，前兩種報警裝置因硬件結(jié)構(gòu)簡單，軟件編程方便，常常在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用；而語音報警雖然警報信息較直接，但硬件成本高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軟件量也增加。閃光 報警 實現(xiàn)單頻音報警的接口電路比較簡單， 只要當(dāng)值高于警報值的時候給一個低電頻就能驅(qū)動二極管發(fā)光 ,簡單易懂 。 以下為報警電路接線圖見圖 警電路圖 這一章比較具體的說明了系統(tǒng)硬件設(shè)計的內(nèi)容，通過模塊化的設(shè)計思想，把一個復(fù)雜長江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機的酒精濃度檢測儀 第 14 頁 共 43 頁 的單片機系統(tǒng)按照 功能劃分成一個個單獨的電路模型，分別進行設(shè)計，最后在集成到一起。這種方法對于設(shè)計復(fù)雜的單片機系統(tǒng)很有效。大大提高系統(tǒng)設(shè)計的效率與質(zhì)量 11。 在本次設(shè)計中，需要一個比較大的電壓源和一個 5V 的單片機供電源，為了實現(xiàn)便攜式，設(shè)用一個 9V 的電壓源，一般 6 節(jié)電池和一個 9V 的電池都可以提供，因而需要一個電壓轉(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。該電路是由基準電壓、電壓放大和電流放大等 3 個環(huán)節(jié)組成。其中，基準電壓產(chǎn)生，按圖中電路連接，當(dāng)通過 電流在 0 510 可獲得穩(wěn)定的 2 5 V 基準輸出。 圖 壓層電路原理圖 輸出電壓的具體數(shù)值由運算放大器 定，采用同相放大器的優(yōu)越性在于其輸入阻長江師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機的酒精濃度檢測儀 第 15 頁 共 43 頁 抗極大，可很好地將 出的 2 5 V 電壓與后級電路隔離，使其不受負載變化的影響；運放與電阻 成比例放大環(huán)節(jié)，可對基準電壓按要求進行比例放大輸出，但輸出電壓最大不能超過運放的電源電壓。 圖 圖 酒精傳感器電極信號調(diào)理電路 采集到的信號都會很弱，首先將信號經(jīng)過二階 有源濾波電路以后，經(jīng)過 3 級放大電路，同相和反相放大電路構(gòu)成一級和二級，互相抵消了零度漂移和失調(diào)，后面的差動放大電路構(gòu)成第三極，將差分出入轉(zhuǎn)換為單端輸出。 轉(zhuǎn)換設(shè)計 正常情況下 單片機的接口應(yīng)為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 由于 與 在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將 聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng) 工作時其 入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用， I 的電平可任意。當(dāng)要進行 A/D 轉(zhuǎn)換時，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。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 入時鐘脈沖， I 端則使用 輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第 1 個時鐘脈沖的下沉之前 必須是高電平，表示啟始信號。在第 2、 3 個脈沖下沉之前 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)計基于單片機的酒精濃度檢測儀 第 16 頁 共 43 頁 數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖 本系統(tǒng)應(yīng)用有人機對話功能，該功能即能隨時發(fā)出各種控制命令和數(shù)據(jù)輸 入以及和接顯示運行狀態(tài)和運行結(jié)果。鍵盤分為：獨立式和矩陣式兩類，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 4 個控制命令，所需按鍵較少，所以本系統(tǒng)選擇獨立式按鍵。電路圖見圖 鍵電路圖 獨立式按鍵是直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個按鍵電路。每個獨立式按鍵占有一根 I/O 口線。各根 I/O 口線之間不會相互影響鍵盤抖動的消除：抖動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鍵盤的按下抖動及釋放抖動進行 削抖，經(jīng)過削抖電路后使按鍵的電平信號只有兩種