酒精浓度超标报警器毕业设计说明书

毕业设计说明书题目：酒精浓度超标报警器产品设计工艺设计方案设计√类型：学生姓名：学号：学院：电子信息工程专业：班级：学校指导教师：企业指导教师：2016年3月25日摘要酒精浓度超标报警器是交警判定驾驶员是否饮酒的重要设备。本设计介绍了一种酒精浓度超标报警器的设计方法，利用MQ-3酒精传感器设计了一款酒精浓度超标报警器，并对其结构特点、工作原理及其调试方法进行了详细的分析介绍。本设计实现了对不同浓度酒精的检测和显示，通过适当改进可以用于检测酒后驾车。本研究设计的酒精浓度测试仪是一款实用性强、安全可靠的气体乙醇浓度检测工具，采用高精度MQ-3乙醇气体传感器对空气中的乙醇浓度进行检测，利用高性能低成本单片机STC12C5A16AD对检测信号进行A/D转换和处理，最后通过液晶屏显示输出。本研究设计的酒精浓度测试仪还具有醉酒阈值设定功能，可以根据法律法规或用户需要设定修改醉酒阈值，并进行保存。关键词：MQ-3气敏传感器;STC12C5A16AD单片机;液晶显示电路目录1.绪论 绪论1.1设计背景我国传感器2003年销售额为186亿元人民币，2006年销售额为283亿元人民币，预计2007年为325亿元人民币，2008年为374亿元人民币。据行业协会估算和预测，我国2014年敏感元件与传感器销售额突破1200亿人民币。2015年需求量可达约652.9亿只，销售额预计突破1300亿。传感器、通信及计算机被称为现代信息系统的三大支柱。传感器技术发展与应用也成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。从产业技术特征看，传感技术与其他信息技术产业有很大不同：不是围绕一个物理规律、技术方向来发展的，其典型特征是多样化，无论是感知广阔的宇宙、生物体的辨识，还是应用于环境领域，遵循着不同的物理规律，沿着不同的方向发展。但目前国内传感器产业化水平不能适应市场快速变化和急剧增长的需求，导致我国传感器行业发展较缓。气体与人类的日常生活密切相关，对气体的检测已经是保护和改善生态居住环境不可缺少的手段，气敏传感器发挥着极其重要的作用。气敏传感器是把气体中的特定成分检测出来，并转化为电信号的一类器件，用来对有害气体，易燃易爆气体等进行安全检测和报警，对生产生活中需要了解的气体进行检测。X（正文内容首行缩进2字符，小41.2设计意义2008年世界卫生组织的事故调查显示，大约50%-60%的交通事故与酒后驾驶有关，酒后驾驶已经被列为车祸致死的主要原因。在中国，每年由于酒后驾车引发的交通事故达数万起;而造成死亡的事故中50%以上都与酒后驾车有关，酒后驾车的危害触目惊心，已经成为交通事故的第一大"杀手"。酒后驾车发生事故的机率高达27%。随着摄入酒精量的增加，选择反应错误率显著增加，当血液中酒精含量由0.5‰增至1‰，发生车祸的可能性便增加5倍，如果增至1.5‰，可能性再增加6倍。机动车驾驶人员“酒后驾车”及“醉酒驾车”极易发生道路交通事故,严重危害了道路交通安全和人民生命财产安全。人饮酒后,酒精通过消化系统被人体吸收,经过血液循环,约有90%的酒精通过肺部呼气排出,因此通过测量人呼出气体所含酒精浓度，就能清楚人体所含酒精浓度，从而判断该司机是否酒后驾车，避免事故的发生。呼气中的酒精含量,就可判断其醉酒程度，开车司机只要将嘴对着传感器使劲吹气。能够很好的帮助驾驶员了解自身的酒精浓度，若浓度超标，则报警提醒，能够有效的防止酒后驾驶，避免引发意外。2.硬件设计根据设计方案与设计目标，该设计的硬件包括传感器模块、单片机模块及液晶显示模块。2.1传感器模块传感器模块由MQ-3型气敏传感器电路与电压比较电路组成A1A1F2A3B4F5B6RLMQ-3R21kR35.1kC2104uFC1104uFOUT1IN2AC3GND4567VCC8LM393RT10kR110kGNDGND+5V+5V图2.1传感器模块电路图2.1.1MQ-3型气敏传感器本系统直接测量的是呼气中的酒精浓度，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。MQ-3型气敏传感器有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。MQ-3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。图2.2MQ-3的结构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。MQ-3传感器电路具有以下特点：1、具有信号输出指示；2、模拟量输出0-5V电压，浓度越高电压越高；3、对乙醇蒸汽具有良好的选择性和很高的灵敏度；4、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性；5、具有快速的响应恢复特性。图2.3传感器电路2.1.2电压比较电路电压比较电路主要由LM393组成，LM393是高增益,宽频带器件，采用双列直插8脚塑料封装（DIP8）和微形的双列8脚塑料封装（SOP8）。图2.4LM393引脚图及内部框图LM393主要特点有：1、工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：2～36V，双电源:±1～±18V；2、消耗电流小，ICC=0.8mA；3、输入失调电压小，VIO=±2mV；4、共模输入电压范围宽，Vic=0～Vcc-1.5V；5、输出与TTL，DTL，MOS，CMOS等兼容；6、输出可以用开路集电极连接“或”门；图2.5LM393电压比较电路2.2单片机模块单片机模块包括STC12C5A16AD单片机、报警电路、按键电路。图2.6单片机模块电路2.2.1STC12C5A16AD单片机STC12C5A16AD是新一代8051单片机，包含有中央处理器（CPU）、程序存储器（FLASH）、数据存储器（SRAM）、定时/计数器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗、片内R/C振荡器等模块，几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块。图2.7STC12C2052AD单片机管脚图STC12C5A16AD单片机采用40引脚的双列直插封装方式。40条引脚功能如下：1、主电源引脚VCC；2、外接晶振引脚XTAL1和XTAL2；3、控制或与其它电源复用引脚RST，ALE和NA；4、输入/输出引脚P0.0～P0.7，P1.0～P1.7，P2.0～P2.7，P3.0～P3.7；（1）P0口（P0.0～P0.7）是一个漏极开路型准双向I/O口。在访问外部存储器时，它是分时多路转换的地址(低8位)和数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。（2）P1口（P1.0～P1.7）是有内部上拉电阻的8位双向I/O口。在EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。3）P2口（P2.0～P2.7）是一个有内部上拉电阻的8位双向I/O口。在访问外部存储器时，它送出高8位地址。在对EFROM编程和程序验证期间，它接受高8位地址。（4）P3口（P3.0～P3.7）是一个有内部上拉电阻的8位双向I/O口。在访问外部存储器时，它送出高8位地址。在对EFROM编程和程序验证期间，接受高8位地址。2.2.2按键电路本设计采用按键接地的方式来读取按键，单片机初始时，因为为高电平，当按键按下的时候，会给单片机一个低电平，单片机对信号进行处理。单片机键盘有独立键盘和矩阵式键盘两种，根据本设计的需要这里选用了独立式键盘接法。独立式键盘的实现方法是利用单片机I/O口读取口的电平高低来判断是否有键按下。将常开按键的一端接地，另一端接一个I/O口，程序开始时将此I/O口置于高电平，平时无键按下时I/O口保持高电平。当有键按下时，此I/O口与地短路迫使I/O口为低电平。按键释放后，单片机内部的上拉电阻使I/O口保持高电平。KK2HH-K1HH+GND图2.8按键电路2.2.3报警电路本设计利用LED灯指示酒精是否超标，正常情况下LED灯不亮，当酒精浓度超标时LED显示为红色。LED，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光；它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。LED的特点非常明显，寿命长、光效高、辐射低与功耗低。作为目前全球最受瞩目的新一代光源，LED因其高亮度、低热量、长寿命、无毒、可回收再利用等优点，被称为是21世纪最有发展前景的绿色照明光源。LL1LEDR1L2LEDY+5VR62.2kR52.2k图2.9报警电路2.3液晶显示模块本设计采用的是LCD1602液晶，LCD1602A是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行）。液晶显示器在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：1、液晶显示器在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，画质高且不会闪烁。2、液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。3、液晶显示器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，在重量上比显示面积相同的传统显示器要轻得多。4、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，因而耗电量比其它显示器要少得多。液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示。本设计的灰度调节是采用10k电阻和1k电阻分压的形式，灰度适中。图2.10液晶显示电路LCD1602液晶引脚说明：第1脚：VSS接地；第2脚：VDD接5V正电源；第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接电源正极时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度；第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器；第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作；第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令；第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线；第15脚：背光源正极；第16脚：背光源负极。3.软件设计3.1主程序主程序的设计主要是综合考虑本设计要达到的功能要求，要进行数据、定时器、A/D转换等的初始化，实时采集MQ-3酒精传感器模块输出的数据信息，并采集阀值存储模块的数据，进行的相应的处理，实现实时显示被测气体中的酒精浓度和报警阀值，浓度超过阀值会发光报警提示。图3.1主程序流程图4.调试过程软硬件设计制作完成后，酒精浓度测试仪上电。传感器第一次上电预热时间比较长，需等待预热完成（开机通电5小时以上，因为MQ传感器需要老化）。当预热完成后，液晶屏显示空气中测得的乙醇气体浓度，因为是清洁空气，所以浓度比较低，没有达到事先设定的报警阈值(80mg/L)，故报警灯不亮。然后做正常人的测试。未饮酒人对酒精浓度测试仪传感器探头吹气，液晶屏显示的乙醇气体浓度值出现变化，但不会超过报警阈值，报警灯不亮。吹气完毕后显示值缓慢回落。接着做醉酒测试。饮酒者对酒精浓度测试仪传感器探头吹气，液晶屏显示的乙醇气体浓度值迅速上升，很快超过报警阈值，报警灯亮，吹气完毕后显示值缓慢回落。调试完成。5.结论本次设计基本达到了预期目标，设计作品可以对呼吸气体中的酒精浓度进行实时采集，显示，报警。成品可用于交警对汽车驾驶者测试与监督，也可以用于司机驾车前的自我检测，能够帮助司机及时了解自身所含酒精浓度，对避免酒后驾车有很好的作用。但由于设计者水平有限，这个设计还不能从根本上解决酒后驾车，还有许多不足之处有待完善，此设计还可继续深入拓展，比如将此设计中的报警电路，换成汽车的引擎电路，如酒精浓度超标则引擎不能发动，或可从根本上解决酒后驾车问题。参考文献朱志伟，刘红兵.传感器原理与检测技术.南京：南京大学出版社,2012.[2]陈权昌,李兴富.单片机原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社,2007.[3]李庆亮.C语言程序设计实用教程[M].北京:机械工业出版社,2010.[4]杨志忠.数字电子技术[M].北京:高等教育出版社,2008.[5]汪文.陈林.单片机原理及应用[M].湖北:华中科技大学出版社,2013.[6]王金花.电工技术.北京:人民邮电出版社,2013.致谢本次毕业设计是在我的指导老师谢沙天老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我，在此谨向谢老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。感谢学校给予我这样一次机会，能够独立地完成这样一个设计，作为检验这些年来学习的成果,在这个过程当中，学校给予我们各种方便，使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更多学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。感谢在整个毕业设计期间在各个方面给予过我帮助的伙伴们，正是因为有了你们的帮助，才让我顺利的完成了此次毕业设计。附录程序//#include"reg52.H"#include"STC12c5A.h"#include"1602.h"#include"2402.h"#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//声明常量#defineALCH80//醉驾标准80mg/L//K_MG_MV和K_ZERO为传感器校准系数，要根据每个MQ-3模块校准#defineK_MG_MV160/66//传感器灵敏度系数，每毫克/L对应的10毫伏数#defineK_ZERO15//传感器零点漂移，约130mV//定义按键SbitKey_Up=P3^6;sbitKey_Down=P3^7;//定义LED报警灯SbitLed_Warn1=P3^4;SbitLed_Warn2=P3^5;//定义乙醇传感器TTL电平输出引脚SbitDOUT=P1^4;//定义标识volatilebitFlagStartAL=0;//开始转换标志volatilebitFlagKeyPress=0;//有键弹起标志//全局变量定义UcharThreshold; //酒精浓度上限报警值uintALCounter;//酒精转换计时器longALValue;//酒精测量值floatAltemp;//计算临时变量uintkeyvalue,keyUp,keyDown;//键值char*pSave;//EEPROM存盘用指针//函数声明VoidData_Init();VoidTimer0_Init();voidPort_Init();voidADC_Init();ucharGetADVal();voidKeyProcess(uint);//数据初始化VoidData_Init(){ALCounter=0;ALValue=0;Led_Warn1=1;Led_Warn2=2;Keyvalue=0;KeyUp=1;keyDown=1;}//定时器0初始化，中断时间约2毫秒//计算：晶振11.0592MHz，定时器时钟11059200/12=921600，每毫秒922个脉冲//16位定时器初值65536-1844=63692=0xf8ccvoidTimer0_Init(){ ET0=1;//允许定时器0中断 TMOD=1;//定时器工作方式选择 TL0=0xcc;// TH0=0xf8;//定时器赋予初值，大约为2毫秒中断1次 TR0=1;//启动定时器}//定时器0中断voidTimer0_ISR(void)interrupt1using0{ TL0=0xcc; TH0=0xf8;//定时器赋予初值 //每1秒钟启动一次AD转换ALCounter++;if(ALCounter>=500){FlagStartAL=1; ALCounter=0;}}voidPort_Init(){P1M0=0x80;//10000000，P1.7作为AD输入P1M1=0x80;//}voidADC_Init(){UIntI;P1ASF=0x80;//设P1.7为AD输入ADC_RES=0;//清先前的结果ADC_CONTR|=0x80; //POWER=1,打开ADC电源for(I=5000;i>0;i--);//延时ADC_CONTR=ADC_CONTR&0xE0;//1110,0000清ADC_FLAG,ADC_START位和低3位ADC_CONTR=ADC_CONTR&0xf8|0x07;//设置当前通道号为P1.7for(I=2500;i>0;i--);//延时}//进行AD转换，得到当前酒精值UcharGetADVal(){UintIADC_CONTR&=0xf7;for(I=250;i>0;i--);//待输入电压稳定后开始转换//ADC_RES=0;ADC_CONTR|=0x08;//ADC_Start=1,启动转换while((ADC_CONTR&0x10)==0);//等待转换结束ADC_FLAG=1ADC_CONTR&=0xe7; //清ADC_FLAG和ADC_START位，停止转换returnADC_RES;}//存入设定值voidSave_Setting(){PSave=(char*)&Threshold; //地址低位对应低8位，高位对应高8位Wrteeprom(0,*pSave); //存醉酒阈值低8位DELAY(300);PSave++;Wrteeprom(1,*pSave); //存醉酒阈值高8位DELAY(300);}//载入设定值VoIdLoad_Setting(){PSave=(char*)&Threshold;*pSave++=rdeeprom(0);*pSave=rdeeprom(1);If((Threshold>=255)||(Threshold<0))Threshold=80;}//按键处理程序，参数为键值，1为Up键，2为Down键voidKeyProcess(uIntnum){switch(num){case1: if(Threshold<255)Threshold++; break; case2: if(Threshold>1)Threshold--; break; default: 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