酒精测试仪论文

1、 北京信息科技大学 毕业设计（论文） 题 目： 酒精测试仪的设计与制作 学 院： 理学院 专 业： 电子信息科学与技术 学生姓名： 郭禹杉 班级/学号 电技1002/2010012618 指导老师/督导老师： 张文凯 起止时间：2014 年 4 月 日 至 200 年 月 日Abstract 摘 要酒精是一种易燃易爆的液体，在空气中超过一定浓度容易引起爆炸或火灾。酒后驾车给我们的生活带来了许多人间悲剧。人们要避免这样的悲剧发生，就要设计能够测量酒精浓度的仪器以便监控及防范酒精浓度在空气中的浓度及酒后驾车的检查。所以气体酒精浓度测试仪的设计及制作具有较大的应用价值。本课题研究的是一种气体酒精浓度

2、测试仪，它是以STC89C51单片机为控制器，用气敏传感器MQ3为测试探头来测试周围环境中空气酒精浓度，通过AD转换成数字信号，并最终将测试结果显示在LCD1602显示屏上，并可以在不同的环境内设定不同的临界值，对超过的临界值的信号做出报警，对酒精含量是否超标做出判断的酒精测试仪。最终完成实物设计，并且达到预期目标关键词：模数转换器；传感器；单片机；酒精；测试；仪器；报警AbstractAlcohol is a flammable liquid in the air above a certain concentration easily cause an explosion or fire.

3、 DUI brings to our lives in many human tragedies. People want to avoid such a tragedy, we must design an instrument capable of measuring the concentration of alcohol in order to control and prevent the alcohol concentration in air concentrations and DUI checks. So gas alcohol concentration tester de

4、sign and production with a larger value. This research is an alcohol concentration of gas tester, which is based on single-chip controller STC89C51 with gas sensors MQ3 test probes to test the alcohol concentration in the ambient air, is converted into a digital signal by the AD and ultimately the t

5、est the results displayed on the LCD1602 display, and you can set different thresholds in different environments, to make the alarm signal exceeds the threshold value is exceeded on the alcohol content of alcohol tester judgment. The final completion of the physical design, and achieve the desired o

6、bjectives.Key words: ADC; Sensor; SCM; Alcohol; Tests; Instrument; AlarmIII 目录摘 要IAbstractII第一章 概述11.1 酒精测试仪现状和发展趋势11.2酒精浓度检测仪设计的意义11.3研究内容21.4 系统总体思路2第二章 系统整体设计22.1 方案论证22.1.1控制模块方案22.1.2显示方案模块论证32.2总体设计3第三章 硬件设计43.1单片机电路设计43.2 MQ3气体传感器63.3 电源电路103.4ADC0809103.5LCD液晶显示模块123.6发光二极管显示报警电路143.7系统硬件设计原

7、理图分析14第四章 软件设计及测试154.1整机系统流程图164.1.1ADC程序流程图164.1.2 LCD程序流程图17图4.1.2 LCD程序流程图174.2 编译软件介绍194.3 软件代码：20第五章 实物制作245.1 实物设计操作顺序：255.2 PCB板的制作255.3 器件列表及可能出现的问题265.4以下是我在焊接过程中的问题275.5 焊接成果展示28第六章 总结与展望29结束语30参考文献31VI酒精测试仪的设计与制作 第一章 概述1.1 酒精测试仪现状和发展趋势最早，人们利用鼻子通过闻气味大小来判断酒精的浓度。到了十九世纪末才发明了对体液进行酒精进行定量分析。直到一九

8、二七年，有科学家提出用呼出气体做为酒精浓度分析。把呼出气体与硫酸和重铬酸钾的混合溶液，溶液的颜色会发生变化，跟标准的酒精浓度试剂色管进行比较，我们就得到了被测者血液酒精浓度。如今，在检查呼出气体中的酒精浓度含量的水平已经大大提高，各种精密的的酒精测试仪已被商品化，越来越多的国家对于酒后驾驶十分的关注。气体酒精测试与血液酒精测试相比有许多的优点，例如：当场处理问题、无毒采集样本。这可以大大减少交警的处理时间，提高交通事件处理效率，减少运输和贮存有艾滋病病毒和肝炎病毒的血液样本。是否酒驾，人们早期根据血液中酒精浓度来判断，由于发明气体酒精测量的方法，使测试过程更加迅速和快捷。我们把所呼出气体酒精浓

9、度与血液酒精浓度进行相互转化，一般认为，呼出气体中的酒精浓度和血液中酒精浓度的比例是21001。气体酒精测量仪可以显示出呼出气体中的酒精含量，呼气与血液中的酒精转换系数对于最终得到的测量结果十分重要。在一些国家，定量分析呼出气体酒精测试仪已用了很长时间。发展到现在，酒精测试仪已经趋于智能化和低功耗化的方向发展。1.2酒精浓度检测仪设计的意义本次酒精检测仪的设计是一个基于STC89C51单片控制的仪器，可以实现酒精浓度的检测，应用到生活中，常见的是用来检测驾驶员的酒驾问题。酒精测试仪的工作原理是通过测试呼吸气体中的酒精含量，便可测出此人的醉酒程度。人在饮酒之后，大概有百分之九十酒精会经过肺部的呼

10、吸系统排出，这样我们通过测试呼吸气体中的酒精含量，驾驶员只需要对着传感器呼出气体，进行检测，酒精测试仪便可显示出相应的结果。 当然酒精测试仪不仅仅可以用来查酒驾，还可以应用于室内的环境检测，检测出某些特殊的工厂，车间等地，根据空气中酒精的浓度来进行报警，避免人们处于危险的环境当中。0酒精测试仪的设计与制作1.3研究内容本次设计的研究内容包括软件设计与硬件实物设计两个部分。软件设计方面，我需要用KEIL软件进行代码编译，并通过PROTEUS仿真，在按照原理图画出PCB板图。在硬件设计方面，我们需要加工制作PCB板，然后进行电路的焊接与调试工作，最终制作出一个成功的酒精测试仪，达到预期目标2。1.

11、4 总体设计原则 为了达到我们设计的最终目的，成功的制作成一个完整的酒精测试仪，我们需要遵循以下几个原则。1.总整体到局部原则。把大问题分解成一个一个的小问题，把复杂问题分解成简单的问题，一个一个加以解决。2.经济性原则。尽量在条件允许的条件下完成本次设计，节约成本。3.可靠性原则。可靠性是系统首要的要求，在我们能力允许的情况下尽量让方案可靠。34第二章 系统整体设计本次设计的酒精测试仪是属于一种智能化的仪器，它包括控制模块、显示模块等。酒精浓度测试仪系统的制作有多种方法，可供选择的元器件和运用的技术也有很多种。因此，系统第一要保证能够完成功能，第二则要考虑系统在什么环境下使用，所选择的技术和

12、元件一定要耐用、可靠，且容易控制，价格比较低廉，总之，要具有较高的性价比。2.1 方案论证2.1.1控制模块方案在选择控制模块的时候，根据我们平时学到的知识和查询网上资料，我把控制模块分成了两种方案，进行比较。方案一：利用FPGA或CPLD进行总体控制、显示等功能。配合VHDL，语言设计数字硬件控制模块进行控制，具有运行速度快，工作稳定可靠的特点。方案二、主要是以单片机为核心构建控制器，通过读取时钟芯片信息。方案造价低，简单可靠。酒精测试仪的设计与制作两种方案在数控方面采用单片机比CPLD和FPGA等可编程逻辑器件好，而且我们只是一般用途的控制，没有必要选用价格昂贵的CPLD和FPGA。而且单

13、片机与CPLD和FPGA相比，它有着非常成熟的技术，参考资料也比较全，所以有着很大的优势。还有它价格比较廉价，这样我们既可以降低成本，又可以有效的达到目的，所以我们决定选择使用单片机。单片机的种类有许多种，例如AT系列，STC系列等。本设计采用STC89C51芯片作为硬件核心，该系列的芯片采用快闪只读存储器;，内部具有4KB ROM存储空间,相对于本设计而言程序空间完全够用,而且与AT系列单片机编码方式完全兼容，在程序上是完全适用的。2.1.2显示方案模块论证在选择显示器的方面，根据我们学过的知识，我们确定了两种方案。方案一：采用LED数码管。LED数码管所需的电压低、电流小，能与CMOS、I

14、TL电路兼容。发光响应时间非常短，高频特性好，亮度高，体积小，质量轻，寿命长，使用年限达到十万小时以上，甚至可达一百万小时，成本少等特点。所以它在数字仪器仪表、数控装置、计算机的数显装置等上面的到了广泛的使用。方案二：采用HJ1602液晶显示屏。HJ1602A 是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02 即三十二个字符。（十六列二行）。1602液晶显示屏只能显示字母、数字与符号，能显示出16*2个字符，它拥有32个以上的寄存器，并且带有显示效果，可以把字符从左到右或从右到左显示，显示效果简单方便。经过比较，我们知道在编程使用方面，1602比数码管复杂，但是1602液晶屏显示更全面、字符更多。

15、因此，针对我们的设计，需要显示浓度等信息，所以我们选择显示内容更丰富的1602。2.2系统设计方案从上述方案中论证，我们得出了具体系统设计方案。我们从被测物体上进行信号采集，通过MQ3传感器进行处理，把得到的电压信号模拟输出送到ADC进行模数转换，得到数字信号之后送入到单片机进行处理，送入到LCD进行显示，如果超过临界值进行报警处理，如图2.2所示。LCD显示并报警控制输出单片机模数转换传感器模拟输出数字输出气体被测物体图2.2系统设计方框图第三章 硬件设计3.1单片机电路设计每一个单片机电路的设计都少不了最小系统外围设计的支撑，其中，最小系统可以由复位电路以及时钟频率电路构成。单片机STC8

16、9C51的主要内容有：4KB的闪存，512B的内存，看门狗定时电路，三十二个I / O口以及三个定时器/计时器，内置有4KB的EEPROM，具有八个中断源而且它的指令系统和引脚与我们熟悉的51完全一致，具有八位CPU，它的片内还有FLASH，可以根据需要进行电擦除改写，也可以用常规的编程器对其进行编程，最突出的特点就是它内部的可编程FLASH可以为很多嵌入式应用提供有用且灵活的方案。单片机硬件主要特性如下：1、系统结构简单，可以模块化，使用便捷。2、具有很高的可靠性，可以保证系单片机能够无故障运行几万个小时。3、处理功能强，速度快；4、低电压，低功耗，便于生产便携式产品；5、控制功能强；6、环

17、境适应能力强。单片机包含四个端口：P0口：P0口有八位，漏极开路，可进行双向通信，驱动能使四个口中最大，可驱动八个晶体管逻辑电平（5V）。当对P0端口写入“1”时，P0口就可以当作输入，此时阻抗很高。与外部设备或存储器进行通信时，P0可以作为一个复用口，一方面提供地址、一方面提供数据，P0口要工作，需要外部提供上拉电阻，在编程时，程序也通过P0口进入单片机，校验时，指令通过P0口输出3。P1口：P1口八位，可提供双向数据传输，能够接收驱动四个TTL门电路，内部具有上拉电阻，输出时，P1口在内部上拉电阻的作用下变成高电平，P1口在当做输入口使用时，如果引脚被外部设备拉成低电平，引脚上将输出低电平

18、电流。P2口：P2口具有内部上拉，因此在使用P2口时外部不需要在接上一个上拉电阻，它是双向口，而且电流驱动能力较P0口小，只可以启动4个TTL门电路。当P2口高电平时，P2口在里面上拉电阻的作用下变成高电平，这时P2口在为输入口使用时，如果引脚被外部设备拉成低电平，引脚上将输出IIL电流，当访问外部设备时，P2口输出地址的高八位被外部设备锁存。P3口：P3口同样具有内部上拉，因此在使用P3口时外部不需要接上拉电阻，双向口，电流驱动能力较P0口小，只能驱动4个TTL门电路。把P2口置高时，P2口在内部上拉电阻的作用下变成高电平P2口在当做输入口使用时，如果引脚被外部设备拉成低电平，引脚上将输出I

19、IL电流，P3口通常当做第二功能复用口4。RST：此引脚高电平复位，需要两个机器周期。这时如果晶振为12M，那么就需要2US。调整好看门狗定时器并实行完计数任务后，复位端将会一直传送高电位并持续96个机器周期，这样的操作使单片机回到初始状态。ALE/PROG一输入编程的脉冲、地址锁存、对外输出脉冲信号，ALE的禁止位不会影响对外部的存储器访问，当单片机访问外部数据存储器，地址锁存将所输出脉冲放在地址存储器中，闪存的过程中，ALE/PROG会允许输进电平脉冲。在日常的操作过程中能够，ALE引脚会有振荡器频率的六分之一赫兹信号，并且十分稳定，所以ALE/PROG有设定时间和向周围输出发射脉冲的作用

20、。但必须注意的是，单片机访问一次内部的数据存储器，一个ALE脉冲就会消失。 PSEN：外部ROM选通信号，一个机器周期内两次有效，通常用来选通外部ROM，也就是程序代码从外部ROM执行时需要。如果对外程序存储器进行查询，那么端口查询失败，处于状态失效并且操作起不了任何作用。EA/VPP：内外ROM选择端，如果为零，则直接执行外部ROM，如果为1，则先执行内ROM，再执行外ROM，如果需要读外部，那么这个端口应该设为低电位，这样子才能保证系统能读取内部存储器的数据，所以EA接的是电源电压。另外，与Flash并行编程/校验时，应该用12伏特的编程电源（VPP）。 XTAL1、XTAL2：此处外接晶

21、振，给单片机提供时钟。 3.1.1 单片机管脚图 图3.1.2 单片机最小系统复位电路：复位电路如图3.1所示，由开关、电容、电阻组成通过复位操作的单片机会重新启动工作状态，是单片机回归初态。这样子的操作可以确认出处理器和其他存储器所在的开始工作的状态。如上所述，当单片机上的RST端口能维持两个或两个以上的机器周期的高电位，那么单片机就会进行复位的操作在这次毕业设计中，我选择了手动进行复位操作的方法，即采用按键简单的操作进行电路复位。复位原理如下：上电时，电容视作通路，电阻R5上为高电平，单片机复位，此为上电复位，按键按下去以后，单片机同样获得高电平，此为按键复位。 振荡电路：晶振电路由电容C

22、6C7和晶振组成，这种电路的设计可以产生我们所需要的晶振信号，通过单片机中的两个晶振引脚与外部晶体、电容相连接并经过反相放大器。此晶振信号接至内部的时钟电路。下面所看到的f=11.0592兆赫兹、C6=C7=30pF（外接晶振）。我们常常忽略对外接电容重视，因为它过大或过小都会有作用于我们所要观察振荡器中的速度以及它各方面的性能测试，而且这些内容对于我们的核心处理器有很大的影响，所以，我们处理电路板的过程中必须要注意这些细节，让晶体与电容之间的距离尽量拉近。单片机的工作指令有不同的顺序，这种时间顺序称作为时序，单片机芯片内部各种微操需要片机的时钟信号作为时间的基准，我们所用的89C51单片机有

23、内部时钟与外部时钟两种方式。内部时钟方式是单片机的外部连接一个晶振电路与单片机里面的振荡器作用从而产生时钟脉冲信号，外部时钟的方式是把外部的时钟信号引入到单片机里面，这种方式常用于多个89C51单片机一起工作，方便单片机之间的同步，要求外部信号的高电平持续时间大于20ns.且频率低于12兆赫兹的方波。对于CHMOS工艺的单片机而言，外部时钟信号要由XTAL1端引入，并且XTAL2端为悬空5。本设计中为了降低功耗的这一原则，采用了内部时钟方式。3.2 MQ3气体传感器MQ-3半导体传感器是对酒精敏感材料二氧化硅气体传感器,在清洁空气中拥有较低的电导率。当目标酒精气体存在时,传感器的电导率随着气体

24、浓度上升而增大。电导率的变化转化为输出信号对应的气体浓度。酒精MQ-3气体传感器具有较高的准确性,具有良好的抵抗干扰性。传感器可以用来检测不同浓度酒精,它的价格比较以便宜，适用于各种产品。气体传感器是气体检测系统，里面装有探头，气体传感器是将气体的气体体积分数转换成相应的电信号的转换器。探头穿过气体样品的干扰调节气体传感器，通常包括过滤杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品提取，同时对样品进行化学加工，以便气体传感器进行更快速地检测出结果。 在选择传感器的时候，稳定性、灵敏性和性价比非常重要。本系统选择的是MQ3 型酒精传感器。MQ3 酒精传感器是气敏传感器，其具有很高的灵敏度、良好的选择性、长

25、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、测量电极和加热器组成的敏感元件固定在不锈钢或者塑料的腔体内，带有加热装置为气敏元件的工作提供了必备的工作环境6。我们为了把测量的精度达到最高，误差最小，需要找到合适的温度，我们一般在使用前需要把传感器预热5 分钟。MQ3酒精传感器如图3.2所示 图3.2 MQ3传感器MQ3气敏传感器所使用的材料是金属氧化物，最具有代表性的是二氧化硅。金属氧化物如二氧化硅在一定高的温度下会发生反映，氧被吸附在一个带负电荷的晶体表面。之后，晶体表面的电子被转移到吸附的氧原子上，使得空间电荷层产生正电荷，这样便形成一个可以阻

26、碍电子流动的势垒。表3. 1 MQ3性能参数一览表型号素子类型MQ38系列标准封装对象气体塑料、SUS双重金属网酒精、有机溶剂检测范围505000ppm标准回路条件标准试验条件下的电学特性加热器电压VH5.0+0.2V DC/AC回路电压VCMAX 24VPs15mw负载电压加热器电压RLRH可变Ps15mw38+3.0 W (室温)加热器功率PH660+50mw VH=5.0V传感器电阻RS300ppm乙醇中 1-10kW灵敏度（Rs的变化率）0.4+0.1Rs(EtOH:300ppm)Rs(EtOH:50ppm)标准试验条件试验气体条件回路条件20+2, 65+5%RHVC=10.0+0.

27、1V DC/ACVH=5.0+0.05V DC/AC预热条件七天以上下图3.3.1中纵坐标也以传感器电阻比（Rs/Ro）表示，这里的Rs，Ro 定义如下：Rs=含300ppm 乙醇、各种温/湿度下的电阻值Ro=含300ppm 乙醇、2065%R.H.下的电阻值图3.-3不同浓度气体对应的阻值 表3.2 血液与呼气酒精含量换算一览表序 号呼出气体中酒精浓度mg/L呼出气体中酒精浓度10¯6血液中酒精浓度mg/100mL10.022711.85520.045423.691030.068135.531540.090947.432050.113659.282560.136371.133070

28、.159183.023580.181894.864090.2045106.7145100.2272118.5650110.2500130.4555120.2727141.2660130.2954154.1565140.3181166.0070150.3409177.8975160.3636189.7280170.3863201.1585180.4091213.4390190.4318225.3395200.4515237.12100210.6618355.68150220.9091474.24200 车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或等于80mg/100ml的驾驶行为。 表3.3血液酒精含量临

29、界值一览表行为类别对    象临界值（mg/100ml）饮酒驾驶车辆驾驶人员20醉酒驾驶车辆驾驶人员80 由表3.3血液酒精含量临界值可以进行定量的分析车辆驾驶人员酒后驾驶后血液中的酒精浓度，进而对于该司机的酒驾行为类别进行定性，如血液酒精浓度低于20 mg/100ml，则认为是饮酒驾驶，可以对其酌情处理；如若血液酒精浓度超过了20 mg/100ml且低于80 mg/100ml,则认为是醉酒驾驶，应按照国家交通法规对其处理8。 图3.4 MQ3系统连接图MQ3气敏型传感器技术规格检测气体：酒精（乙醇），探测范围101000*10-6 ，特征气体：100*10-6

30、，响应时间：10s（70% Response)，恢复时间：30s（70% Response)，加热电阻：313，加热电流：180mA，加热功率：900mW，工作条件：环境温度：1065摄氏度 湿度：95%RH，贮存条件：温度：2070摄氏度 湿度：70%RH。3.3 电源根据芯片的需要，我们可以选用电池组或者USB供电，提供5V的直流电压,但是为了让我们使用者方便，我们选用USB供电。USB的一端连接电脑，一端与电路板的USB端口连接，这样就可以起到了供电的作，而且电压稳定，而且比电池组更加环保。3.4模数转换器由MQ3传感器所得到的电信号，我们选用ADC0809进行电压转化。ADC0809是

31、一种使用CMOS工艺逐次逼近式的AD模数转换器，能够提供八个输入，根据ADDAADDBADDC选择输入，将选择的输入进行转化，目前该模数转换器使用比较广泛，能够输出0-255的数字量。1ADC0809的主要特点如下：1）有八个通道输入，也就是能够同时转换八路数据，是八位的AD，数字量有256个等级2）通过程序可以控制AD转换的启动和停止3）转换时间短，为US秒级4）供电电压为5伏特5）容错电压大，也就是能够在一个比较大的电压范围内工作6）能够在复杂温度环境下工作，低到-40读，高可以在85摄氏度下工作。7）能源消耗非常低，在MW级别 2内部结构ADC0809采用的工艺是CMOS，它是一个逐次逼

32、近式的AD器件，能够提供8路转换，内院原理比较简单包含八个开关，有译码结构和地址锁存、逐次逼近AD转换、寄存器及定时电路组成。3外部特性（引脚功能）ADC0809芯片封装形式为DIP28。下面介绍每个引脚的功能IN0IN7：一共八位，模拟量从这八个引脚输入2-12-8：数字量从此引脚输入，八位。 ADDB、ADDA、ADDC：选通那一路模拟量进行转化，000为第零路，111为第一路。ALE：此引脚为高电平时，锁存地址。START： 这个引脚是启动的控制引脚，如果该引脚出现一个由低到高的变换，则使ADC0809复位，如果该引脚出现一个由高到低的变换，则启动转换EOC： 这个引脚是模数转换结束后的

33、输出引脚，如果模数转换开始，这个引脚输出低电平，一旦结束转换，则输出高电平OE：输出允许信号，高电平有效。当微处理器送出该信号时，ADC0809/0809的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。CLK：ADC0809需要一个时钟输入，一般这个时钟在500K左右，尽量不要超过640K。REF（+）、REF（-）：参考电压从这2个引脚输入VCC：这个是供电电源引脚GND：这个引脚是电源地ADC0809的工作过程首先通过ADDAADDBADDC选择转换通道，并把ALE置成高电平，ALE编程高电平后，锁存器锁存要转化的通道地址。这个地址会输入到比较器，然后使0809的START引脚先一个下降

34、沿，复位0809。再一个上升沿，启动转化，随后检测EOC引脚。启动转化后，此引脚输出低电平，转化结束输出高电平，提示单片机转化已经完成，结果可以去除，可以将EOC经过反相器后接入单片机的外部中断。当OE为高电平时，数字量被输出到D0-D7。AD转换的目的是取得转换后的数字量，因此单片机应该及时取得转换后的数字量。单片机取得数字量有三种方式，分别是定时传送、中断和查询。采用任何一种方式都可以。（1）定时传送方式 ADC0809的转换时间比较固定，实际上，不光是0809，任何一种AD器件，其转换时间都相对固定，0809大约转换完成需要128s，可以根据此时间，在启动转化后经过一段时间的延时，然后取

35、转化后的数据，（2）查询方式 AD芯片转化完成后都有引脚可以提示，例如ADC0809的EOC引脚。因此在启动转化后，可以不断查询此引脚，如果出现高电平，则表示转化完成，可以取数据。（3）中断方式 中断请求信号是由转换完成的状态信号（EOC）接反相器所组成的。再配置单片机的外中断，通过中断取数据。3种方式不管哪一种，都可以取得转化后的数据，数据转换完成后，可以通过取D0-D7取得转化后的数据。ADC0809与单片机连接图如图3-5所示工作原理如下：要启动0809进行转化，必须在START引脚先一个上升沿复位0809，再一个下降沿启动转化，在ALE信号有效时，锁存ADDAADDBADDC的地址信号

36、，此时EOC输出低电平，转换结束，EOC输出高电平。 图3.4 ADC0809电路图3.5 液晶显示模块单片机与LCD1602液晶显示模块的接口有两种方式。单片机的接口方法可分为直接访问方式和间接控制方式，我们采用间接方式。 图3.5 LCD连接图 在单片机系统中使用液晶显示器作为输出部分具有以下几个有点：1. 显示质量高：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器那样需要不断刷新新的亮点。这样的液晶显示器画质清晰稳定。2.体积小、重量轻：液晶显示屏通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，比相同显示面积的传统显示器在重量方面很大优势

37、。9 3.数字式接口：液晶显示器是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，并且操作更加方便。4.功耗低：相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其他显示器要少的多。以下是引脚连接：1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样，其中：引脚 符号 功能说明1 VSS 一般接地2 VDD 接电源（+5伏特）3 V0 液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对

38、比度）。4 RS RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。5 R/W R/W为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。6 E E(或EN)端为使能(enable)端，下降沿使能。7 DB0 低4位三态数据总线 0位（最低位）8 DB1 低4位三态数据总线 1位9 DB2 低4位三态数据总线 2位10 DB3 低4位三态数据总线 3位11 DB4 高4位三态数据总线 4位12 DB5 高4位三数据总线 5位13 DB6 高4位三态数据总线 6位14 DB7 高4位三态数据总线 7位（最高位）（也是busy flang）15 BLA 背光电源正

39、极16 BLK 背光 电源负极寄存器选择控制表即为ASCII码表RS R/W 操作说明0 0 写入指令寄存器（清除屏等）0 1 都busy flag（DB7），以及读取位址计数器（DB0DB6）值1 0 写入数据寄存器（显示各字型等）1 1 从数据寄存器读取数据 3.5LCD1602管教图1602液晶模块内部有一个字符发生存储器，它已经存储了一百多个个不同的点阵字符图形，例如：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号等。不同字符有相应的代码与其对应，例如大写的英文字母“B”的代码是01000010B，显示时模块把地址中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“B”。3.6发光二极管显示报警电路

40、 图3.6 报警电路发光二极管发光报警电路由一个发光二极管及其限流保护电阻构成。当单片机21脚至于高电平是报警系统启动，如图3.6。3.7系统硬件设计原理图分析本硬件由以下几个模块组成：LCD显示模块，单片机模块，模数转换模块，酒精传感器模块，报警电路模块。其系统硬件设计原理图如图3.2所示，其整机工作原理如下，本系统由单片机控制控制三个模块：模数转换模块将酒精传感器采集到的模拟电压信号转换成数字电压输送到单片机控制处理，LCD模块酒精气体浓度具体量化值显示出来，如果超过临界值选择报警。图3.7系统硬件设计原理图第四章 软件测试及代码介绍本系统软件方面要实现的功能是：使单片机供电之后进入初始化

41、，初始化完成后，启动模数转换，模数换结束后，在经过LCD1602液晶屏进行显示，如果所测结果超出临界值，报警系统启动。4.1 软件测试在软件设计方面，我们选用一款名为Keil uVision的软件编程器。Keil uVision软件简介：Keil C51是美国Keil Software公司制作的51系列兼容单片机C语言软件开发软件，与汇编相比，在功能上、结构性、可读性、可维护性上C语言有很大的优点，所以学习起来比较简单，使用起来也比较方便。人们在在使用过汇编语言与C语言之后进行对比，C语言的优势更加明显。Keil C51软件可以为我们提供功能强大的集成开发调试工具的和大量的库函数，全Windo

42、ws界面。还有两外一个好处，只要把编译后生成的汇编代码进行审查，便可以感受到Keil C51生成的目标代码的效率是十分的迅速，大多数语句所生成的汇编代码十分紧凑，让人容易接受了解。在一些大型软件开发时更能体现高级语言的方便之处。我的使用:打开KEIL 软件，打开 Project 菜单，选择New Project会选项，在屏幕上会出现一个窗口，在这个窗口里创建一个文件，例如：guo.c，之后进行保存文件。然后它会让你选择一个单片机类型，我学则STC89系列，点击完成。这样窗口上便会出现Target的文件，点开出现Source Group 1，双击添加新的文件或者已经有的程序文件，点击ADD，添加

43、完成所需的程序之后，点击这个按钮会弹出一个框，点击output那个框，把Create HEX file选项选上，点击生成HEX文件。 在完成软件的创建之后，我们还需要进行软件调试。 软件调试是指通过KEIL自带的编译功能，PROTEUS仿真软件等等进行模拟调试，同时KEIL软件还可以和PROTEUS软件进行连调，非常方便，将程序生成的HEX调入PROTEUS，或者使用KEIL自带仿真器，对系统进行综合调试。PROTEUS仿真软件介绍：Proteus是英国Labcenter electronics公司出版的电子设计自动化工具软件。它不仅具有其它电子设计自动化工具软件的仿真功能，还可以仿真单片机及

44、外围器件。它是目前最优秀的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，由于资源丰富，功能强大，受到了很多老师、学生、单片机爱好者及研发人员的喜爱。Proteus在世界上电子设计自动化工具界有很大的知名度，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，使用起来非常的方便。它是将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持HC11、8051、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，并且持续增加了其他系列处理器模型10。而且编译方面，它也支持Keil、IAR和MPLAB等

45、多种编译器的使用。 PROTEUS具有资源丰富的特点：（1）Proteus可提供的大量的仿真元器件资源：包括仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有大概30个元件库。 （2）Proteus可提供的仿真仪表资源：信号发生器、逻辑分析仪、模式发生器、SPI调试器、示波器、交直流电压表、交直流电流表、虚拟终端等。 （3）除了现实存在的仪器外，Proteus还可以提供一个图形显示的功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，功能十分丰富，其作用与示波器相似。这些虚拟仪器仪表具有准确的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这样尽可能减少了仪器对测量结果产生的影响。11 （4）P

46、roteus可提供有效的调试方法，Proteus提供了十分丰富的模拟信号和数字信号来进行电路的检测。 图4.1.3仿真图（未报警）通过一个滑动变阻器来模拟酒精传感器的信号变化。以上是未到达酒精报警时的仿真图，经过调试模拟信号之后，可以观察到D1变量，达到报警效果，如下图所示。 图4.1.3仿真图（报警） 在单片机写入编译好的程序，运行电路，刚开始启动时为初始化的值，通过调节电路中的模拟信号，使得显示数值达到临界值以上（80），此时二极管启动报警功能，D1变亮了。在PROTEUS仿真图与原理图有一定的区别，原理图只是一个电路的原理展示，然而PROTEUS的器件具有电器特性，是一个模拟真实的电路，

47、可以运行起来，并看出电路运行的结果。我认为在PROTEUS模拟电路这一步很重要，这是设计成功的保障，如果没有模拟电路，就不能确定自己的方案是否可行，它是我们做实物设计的一个基础，当完成电路仿真的时候，我对自己的电路板设计充满了信心。4.2 软件代码 4.3.1代码截图这部分的功能是延时,延时时间大概为140US。 4.3.2代码截图BF=高电平，8为BF为，当为高电平时，显示器忙。否则进行读写数据。 4.3.3代码截图先调busy查忙，开始e=0，过一段时间，清除P0口，e=1，允许写指令。 4.3.4代码截图 初始化液晶屏幕。 4.3.5代码截图显示一个字符函数。 4.3.6代码截图 4.3

48、.7代码截图 4.3.8代码截图4.3整机系统流程图 图4.1整机系统流程图4.3.1ADC程序流程图图4.3.1ADC程序流程图单片机对ADC0809进行初始化，使其能进入正常工作状态，然后单片机看其是否转换完毕，如果没有，则继续判断，如若完成则将ADC转换的数据由单片机读取并计算，然后进入下一环节。4.3.2 LCD程序流程图 图4.3.2 LCD程序流程图 开始单片机进行初始化LCD，让LCD可以进入正常的工作状态后,判断LCD是否处于忙碌状态，如果忙碌就继续判断，如若不忙碌就经过ADC转换后得出结果并通过输出指令输出，根据结果判断出处于哪种状态，并输出。 第五章 实物制作实物制作分为两

49、个部分，包括PCB版图的绘制与电路板的焊接调试。5.1 PCB板的制作 我们在PROTEUS上完成仿真之后，使用AD10进行PCB板的绘制，根据以绘制好的原理图，绘制PCB版图。因为AD10的封装库有限，所以有些器件需要自己添加封装库，并根据器件的大小选出合适的封装。如果没有所需的封装需要自己画出封装，在工程PcbDoc之下创建PCB文件并保存，选择Design选项，点击update PCB Document PCB1.PcbDoc就可以把器件导入到PCB版图里，并进行排版布线。 在制作PCB版图时也会出现许多问题，我所画的PCB版图主要包括以下几个模块（LCD液晶显示模块、电源模块、MQ3气

50、敏传感器模块、ADC0809模块，单片机模块、报警系统），排版的时候要注意以下几点：元器件放置紧凑化，尽量节省空间，元器件整齐排列，这样可以使制作的板子更加美观。布线规则需要注意：选择design然后选择rules，routing，width下面的标题选成all，在添加一个新的标题，命名为VCC OR GND,在里面的列表里修改Net and Layer 在Full QUERY里面定义InNet（VCC ）OR InNet（GND ）,并且修改线宽为30mil。 等到元器件配齐和PCB板制作出来以后，我们进行电路的焊接与调试，我在焊接过程中会遇到大大小小的问题，有我的因素也有外部因素。当遇到不

51、同的问题时，我们利用万用表对照原理图进行测试，找出电路板上的问题所在，并解决问题，最终完成一个能进行酒精测试的电路。 图5.1PCB版图5.2 器件列表及可能出现的问题 5.3器件列表元件名称封装数量STC89C51RCDIP404ADC0809DIP284MQ3气体传感器DIP629脚排阻SIP949013三极管SOT-23410K电阻AXIAL 0.341K电阻AXIAL 0.34100欧电阻AXIAL 0.3412M晶振322uf电解电容RB.3/.6430pF电容RAD0.341602液晶屏3LED报警DIODE 0.34导线若干电位器1033362P4电池6v1复位按键按钮4 硬件调

52、试主要是检查电路中各元件之间的电气连接、是否有设计缺陷，元件是否有异常发热等情况： (1) 检查各元件的实际封装和设计时PCB板中的封装是否一致，如果一致就可以开始连接线路，不一致就需要修改电路或重新选择器件。(2) 检查供电部分，比如元件需要供的是3伏特电压，有无5V 12V的输入等，如果有，则需要进行降压处理，并且电源和地不能短路，正负极不能错位。 (3) 对电路进行焊接时，一定要注意要焊接的元器件是否是图纸上标称的值，对照图纸确认电路连接正确，对出现的错误进行及时修正。(4) 检查各个元件工作情况，也就是说，通电后先检查元件有无异常发热，如果没有则利用万用表检查各引脚电压，比如供电、输入、输出引脚，如果电压无异常，连接上单片机和其它外围器件，比如单片机等，再次通电检查各元件运行状况，按照应该的输入信号输入规定信号，检查输出是否正确。 (5) 如果单片机系统不工作，则应该重点检查最小系统，尤其是复位电路，如果复位电容的容值选择太小，则有可能达不到规定的两个机器周期，从而造成单片机无法复位，也就无法启动。5.3 焊接注意事