基于单片机酒精浓度测试学士毕业论文.docx

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基于单片机酒精浓度测试学士毕业论文

毕业论文声明

本人郑重声明：

1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。

除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。

对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。

本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。

3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。

4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。

论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。

论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。

学位论文作者（签名）：

年月

关于毕业论文使用授权的声明

本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属华北电力大学。

本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。

同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版或电子版，允许论文被查阅或借阅。

本人授权大学可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存或编汇本毕业论文。

如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。

本人毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为大学。

本人完全了解大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：

按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存或汇编本学位论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到《中国学位论文全文数据库》进行信息服务。

在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。

论文作者签名：

日期：

指导教师签名：

日期：

大学生本科毕业论文

题目：

基于单片机酒精浓度

测试仪

题目类型：

理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

摘要

2000年以来，随着中国经济的高速发展，人民生活水平的迅速提高，中国逐渐步入“汽车社会”，酒后驾车行为所造成事故越来越多，对社会的影响也越来越大，酒精正在成为越来越凶残的“马路杀手”。

据有关资料统计，全世界每年因车祸丧生的人数就超过60万人，留下永久性伤残者在400万以上，一般受伤者则不计其数。

在许多国家，车祸已成为第一位意外死亡原因。

此外，因为交通事故造成的经济损失也相当惊人。

据事故调查统计，大约50%—60%的车祸与饮酒有关。

中国公安部门在2009年8月，在全国各地加强查处酒后驾驶的力度，以减少由酒后驾驶造成的恶性交通事故。

要查处就涉及到检测人体内的酒精含量和使用设备来进行检测的问题。

本文研究设计了一种用于公共场所具有检测及超限报警功能的酒精浓度智能测试仪。

其设计方案基于89C51单片机，MQ3酒精浓度传感器。

系统将传感器输出的4~20mA的标准信号通过以AD0832为核心的A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由LCD显示酒精浓度值。

文中详细介绍了数据采集子系统、数据处理过程以及数据显示子系统和报警电路的设计方法和过程。

系统对于采样地点超出规定的酒精浓度时二极管报警电路提醒监测人员。

同时，操作人员对于具体报警点的上限值可以通过单片机编程进行设置。

关键词：

酒精浓度传感器（MQ3）；MCU；A/D转换器；软件设计；硬件设计

Abstract

Since2000,withChina'srapideconomicdevelopmentandtherapidincreasepeople'slivingstandard,Chinahasgraduallysteppedinto"carsociety",drinkdrivingaccidentcausedbymoreandmoreimpactonsocietyisalsogrowing,Alcoholisbecomingmoreandmorebrutal"killers."Accordingtostatistics,theworldwidenumberofpeoplekilledinroadaccidentseveryyearonmorethan60millionpeople,leftwithpermanentdisabilityof400millionormore,usuallytheinjuredwerenumerous.Inmanycountries,trafficaccidentshavebecomethefirstcauseofaccidentaldeaths.

Inaddition,theeconomiclossescausedbytheaccidentisquiteamazing.Accidentinvestigation,accordingtostatistics,about50%-60%ofcaraccidentsandalcohol-related.China’sMinistryofPublicSecurityinAugust2009,aroundthecountrytostrengtheneffortstoinvestigateanddealwithdrinkdriving,toreducethedrinkdrivingaccidentcausedbythevicious.Toinvestigatethehumanbodyinvolvingthedetectionofalcoholanduseofequipmenttodetectproblems.

Inthispaper,designapublicplaceforthedetectionandlimitalarmfunctionswithanalcoholconcentrationofintelligenttester.Thisdesign,basedonSTC89C51microcontrollerandMQ3alcoholconcentrationsensor.Systemsensoroutput4~20mAstandardsignalthroughAD0832coreA/Dconvertercircuit,afterconditioning,dataprocessingbytheMCU,thefinalalcoholconcentrationvaluefromtheLCDdisplay.Thispaperdescribesthedataacquisitionsubsystem,dataprocessinganddatadisplaysubsystemandalarmcircuitdesignmethodsandprocesses.Systemrequirementsforthesamplingsitesexceedingthealcoholconcentrationdiodereminderalarmcircuitmonitors.Meanwhile,theoperatorspecificalarmpointfortheupperlimitsetbyMCUprogramming.Alcoholtesterwillbringadrivingsignalpriortoasafe

Keywords:

Alcoholconcentrationsensor（MQ3）;STC85C52MUC;A/Dconverter;Softwaredesign;Hardwaredesign

引言

随着中国经济的高速发展，人民生活水平的迅速提高，中国逐渐步入“汽车社会”，酒后驾驶行为所造成事故越来越多，对社会的影响也越来越大，酒精正在成为越来越凶残的“马路杀手”。

越来越多的交通事故在我们的身边发生，让人心痛，经济的发展，每个人都希望人的安全意识也该发展。

此外，由交通事故造成的经济损失也相当惊人。

据事故调查统计，超过半数的车祸与饮酒有关。

在全国各地加强查处酒后驾驶的力度，以减少由酒后驾驶造成的恶性交通事故。

要查处就涉及到检测人体内的酒精含量和使用设备来进行检测的问题。

本文研究设计了一种用于公共场所具有检测及超限报警功能的酒精浓度智能测试仪。

其设计方案基于89C52单片机，MQ3酒精浓度传感器。

系统将传感器输出信号通过A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由LCD显示酒精浓度值。

从而让驾车的人知道自己该在什么情况下可以开车，这是一个在现代生活很实用，很负责的一个设计，给社会带来福音。

1.绪论

1.1酒精浓度检测仪开发背景

酒精的重要作用，是逐渐使得脑部及神经系统反应迟钝——这也是许多人喜欢适量饮酒的主要原因。

喝一、两杯酒对人有镇定或松弛的作用。

即使是少量的酒精，也没有刺激振奋的作用，这跟许多人的想法正好相反。

然而，酒精有时会造成抑制力明显减弱，这会导致创造力的出现，或者是有时候会导致实际的侵略攻击性行为。

根据WHO数据，全球2003年的人均纯酒精消费量为6.2L，其中欧洲地区人均达11.9L，美洲地区人均为8.7L。

俄罗斯及其周边的东欧国家酒精消费量最高，其次为欧洲其他国家。

在人均国民生产总值（GDP）低于7000美元的低收入国家，酒精消费量与人均GDP相关，GDP越高酒精消费量越高。

受到酒精影响的司机通常会有如下特征：

对信号灯反应慢；逆向行驶；摇摆不定、突然转向、飘忽不定或在道路中线驾驶；乱踩刹车；转弯幅度大；蛇形；没有原因就停车；开车速度极慢；突然转弯或违法转弯；天黑时不开前灯。

据统计，驾驶员酒后开车，其发生交通事故的比率为没有饮酒情况下的16倍。

由日常道路交通安全违法行为和交通肇事案例来看，机动车驾驶员酒后驾车约占38.6%；而摩托车交通肇事中，酒后驾驶的比例则高达72.3%。

酒后驾驶让人付出了惨痛的代价，为了避免类似事故的发生，酒精浓度检测仪随之产生。

1.2酒精浓度检测仪的发展

以对气体中酒精含量进行检测的设备有五种基本类型，即：

燃料电池型（电化学）、半导体型、红外线型、气体色谱分析型、比色型。

但由于价格和使用方便的原因，目前（截止2009年8月）常用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型两种。

燃料电池是当前全世界都在广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染，酒精传感器只是燃料电池的一个分支。

燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极，在燃烧室内充满特种催化剂，使进入燃烧室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在两个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上，此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比。

与半导体型相比，燃料电池型呼气酒精测试仪具有稳定性好，精度高，抗干扰性好的优点。

但是由于燃料电池酒精传感器的结构要求非常精密，制造难度相当大，目前（2009年）只有美国、英国、德国等少数几个国家能够生产，加上材料成本高，因此价格相当昂贵，是半导体酒精传感器的几十倍。

1.3酒精浓度检测仪设计内容

本论文主要完成酒精浓度检测仪软件设计，设计内容包括：

A/D转换器程序、控制程序、超标报警、键盘检测、数据显示等。

本系统采用单片机为控制核心，以实现便携式酒精浓度检测仪的基本控制功能。

系统主要功能内容包括：

数据处理、时间设置、开始测量、超标报警、键盘检测

本系统设计采用功能模块化的设计思想，本论文内容分为以下几个章节：

设计器件简介和选择；硬件的设计；软件设计和系统调试。

2.方案器件简介

硬件设计部分主要包括：

MCU、A/D、时钟芯片、LCD、外围扩展数据RAM等芯片的选择，以下做一些器件的比较。

2.1MCU选择的简介

本系统采用单片机为控制核心。

单片机/MCU主要有51基本型和52增强型，而相比之下52型比51型功能更为强大，ROM和RAM存储空间更大，52还兼容51指令系统。

基于本系统设计内容的需要，综合考虑后，我们选择单片机STC89C52为控制核心；主要基于考虑STC89C52是无法解密低功耗,超低价高速，高可靠强抗静电，强抗干扰,功能强大的单片机。

STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，片内振荡器及时钟电路，89C5X可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。

同时STC89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发本。

STC单片机有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

STC89C52单片机单片机引脚功能（如图2.1）：

•Vcc：

电源电压

•GND：

地

图2.1单片机引脚图

•P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问器件激活内部上拉电阻。

在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

•P1口：

P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参见表2-1。

Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。

表2-1为P1.0和P1.1的第二功能

表2-1P1.0和P1.1的第二功能

•P2口：

P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，同时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOV@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOV@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。

Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。

•P3口：

P3口时一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入‘1’时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。

P3口作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-2所示：

此外，P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

•RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

•ALE/：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

表2-2P3口第二功能

端口引脚

第二功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

（外中断0）

P3.3

（外中断1）

P3.4

T0（定时/计数器0）

P3.5

T1（定时/计数器1）

P3.6

（外部数据存储器写选通）

P3.7

（外部数据存储器读选通）

对Flash存储器编程器件，改引脚还用于输入编程脉冲（

）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位复位，可禁止ALE操作。

该位置复位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

•

：

程序储存允许（

）输出是外部程序存储器的读选通信号，当89C5X单片机由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次

有效，即输出两个脉冲。

在次期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次信号。

•

/VPP：

外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFH），端必须保持低电平（接地）。

需要注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存

端状态。

如

端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。

Flash存储器编程时，该引脚加上＋12V的编程允许电源Vpp,当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

•XTAL1：

振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。

•XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

2.2数模转换器的简介

实现A/D转换的基本方法很多，有计数法、逐次逼近法、双斜积分法和并行转换法。

由于逐次逼近式A/D转换具有速度，分辨率高等优点，而且采用这种方法的ADC芯片成本低，所以我们采用逐次逼近式A/D转换器。

逐次逼近型ADC包括1个比较器、一个模数转换器、1个逐次逼近寄存器（SAR）和1个逻辑控制单元。

逐次逼近型是将采样信号和已知电压不断进行比较，一个时钟周期完成1位转换，依次类推,转换完成后，输出二进制数。

这类型ADC的分辨率和采样速率是相互牵制的。

优点是分辨率低于12位时，价格较低，采样速率也很好。

ADC0832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32μS；

•一般功耗仅为15mW；

•8P、14P—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）。

ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。

其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。

主要特点：

DC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，内部结构如图13．22所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D／A转换器、逐次逼近，ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，下面说明各引脚功能：

IN0～IN7：

8路模拟量输入端。

•8位数字量输出端。

•ADDA、ADDB、ADDC：

3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路

•ALE：

地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

•START：

A／D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。

•EOC：

A／D转换结束信号，输出，当A／D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

•OE：

数据输出允许信号，输入，高电平有效。

当A／D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门