基于单片机酒精浓度测试仪

基于单片机酒精浓度测试仪硬件设计一、选用ADC0832模数转换器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〕。正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端那么使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能.如图4.4:二、LCD1602字符型液晶显示器其用法：•单5V电源电压，低功耗、长寿命、高可靠性•内置192种字符(160个5×7点阵字符和32个5×10点阵字符)•具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义8个5×8点阵字符或4个5×11点阵字符•显示方式：STN、半透、正显•驱动方式：1/16并口，1/5串口•背光方式：底部LED•通讯方式：4位或8位并口可选•标准的接口特征：适配MC51和M6800系统MPU的操作时序LCD1602液晶显示屏的主要技术参数如下表所示：〔表2-3〕表2-3LCD1602液晶主要参数显示容量16×2个字符芯片工作电压~工作电流2.0mA(5.0V)模块最正确工作电压字符尺寸×4.35(mm)LCD1602字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16×1，16×2，20×2和40×2行等的液晶显示模块，模块组件内部主要由LCD显示屏、控制器、列驱动器和偏压产生电路构成。LCD1602液晶显示屏外形尺寸LCD1602液晶显示屏分为带背光和不带背光两种，基控制器大局部为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差异，两者尺寸差异如图3.2所示：图3.2LCD1602尺寸图1602液晶显示屏采用标准的16脚接口，其中各接口的功能如下表〔2-4〕所示：表2-4LCD1602的16管脚功能引脚号引脚名电平输入/输出引脚说明1VSS电源地2VDD电源正极(+5V)3VL液晶显示偏压信号4RS0/1输入数据/命令选择端，0：输入指令，1：输入数据5R/W0/1输入读/写选择端，0：向LCD写入指令或数据，1：从LCD读取信息6E1→0输入使能信号，1时读取信息，1→0(下降沿)执行指令7D00/1输入/输出数据总线(最低位)8D10/1输入/输出数据总线9D20/1输入/输出数据总线10D30/1输入/输出数据总线11D40/1输入/输出数据总线12D50/1输入/输出数据总线13D60/1输入/输出数据总线14D70/1输入/输出数据总线(最高位)15BLA+VCCLCD背光电源正极16BLK接地LCD背光电源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器比照度调整端，接正电源时比照度最弱，接地时比照度最高，比照度过高时会使屏幕显示不清晰，使用时可以通过一个10K的电位器调整比照度。第4脚：RS为数据/命令选择端，高电平时选择数据存放器、低电平时选择指令存放器。第5脚：R/W为读写选择端，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。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：背光源负极三、数据采集设计(1)从传感器过来的电压信号，必须放大，滤波，采集，转换才能被MCU识别和处理。由于假假设每一路都设置放大、滤波等器件，那么本钱会很大，所以信号的采集一般用多路模拟通路进行选择。然而选择多路模拟开关时必须考虑以下的几个因素：通道数量、切换速度、开关电阻和器件的封装形式。总之数据采集与硬件的选择有很大的关系。(2)传感器的选择酒精浓度传感器由MQ3传感器组成。MQ3传感器/MQ3模块详细介绍如下表4-1：(3)测量电路测量电路由酒精浓度传感器MQ3，ADC0832组成。酒精传感MQ3经AD0832与STC89C52单片机相连，在显示器上显示出酒精的浓度值，当超过国家规定的标准时报警。表4-1传感器参数表名称MQ3传感器符号参数名称技术条件备注Vc回路电压≤15VACorDCVH加热电压5.0V±0.2VACorDCRL负载电阻可调

RH加热电阻31Ω±3Ω室温PH加热功耗≤900mW

符号参数名称技术条件备注Tao使用温度-10℃-50℃

Tas储存温度-20℃-70℃RH相对湿度小于95%RHO2氧气浓度21%(标准条件)氧气浓度会影响灵敏度特性最小值大于２％符号参数名称技术参数备注Rs敏感体电阻1MΩ-8MΩ(200ppmalcohol)适用范围：10-1000ppmAlcoholα〔200/100〕alcohol

浓度斜率≤0.6标准工作条件温度：20℃±2相对湿度：65%±5%Vh:5.0V±0.1V预热时间不少于24小时四、按键设计⑴本系统应用有人机对话功能，该功能即能随时发出各种控制命令和数据输入以及和LCD连接显示运行状态和运行结果。键盘分为：独立式和矩阵式两类，每一类按其编码方法又可以分为编码和非编码两种。由于本系统只有UP、DOWN、OK、CANCEL4个控制命令，所需按键较少，所以本系统选择独立式按键。电路图见图4.5：图4.5按键电路图⑵独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路。每个独立式按键占有一根I/O口线。各根I/O口线之间不会相互影响。在此电路中，按键输入部采用低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平，〔STC89C52.P1口内部接有上拉电阻〕所以就不需要再外接上拉电阻。⑶键盘抖动的消除：抖动的消除大致可以分为硬件削抖和软件削抖。①硬件削抖是采用硬件电路的方法对键盘的按下抖动及释放抖动进行削抖，经过削抖电路后使按键的电平信号只有两种稳定状态。②软件削抖的根本原理是当检测出键盘闭合时，先执行一个延时子程序产生数毫秒的延时，待接通时的前沿抖动消失后再判别是否有健按下。当按键释放时，也要经过数毫秒延时，待后沿抖动消失后再判别键是否释放。③由于应用硬件削抖还需要外加器件，本钱相对较高，所以本系统选择软件延时削抖的方法。五、电源电路设计在本次设计中，需要一个比拟大的电压源和一个5V的单片机供电源，为了实现便携式，设用一个9V的电压源，一般6节电池和一个9V的电池都可以提供，因而需要一个电压转换吧9V转换成5V，设用选用了，ASM117稳压芯片。工作原理如图4.11低压层直流稳压电源电路原理图。该电路是由基准电压、电压放大和电流放大等3个环节组成。其中，基准电压由TL431产生，按图中电路连接，当通过R0的电流在0．5~10mA时可获得稳定的2．5V基准输出。图4.11低压层直流稳压电源电路原理图输出电压的具体数值由运算放大器UA确定，采用同相放大器的优越性在于其输入阻抗极大，可很好地将TL431输出的2．5V电压与后级电路隔离，使其不受负载变化的影响；运放与电阻R3和R2组成比例放大环节，可对基准电压按要求进行比例放大输出，但输出电压最大不能超过运放的电源电压。软件设计主程序模块初始化时钟初始化LCD屏显示开机画面初始化时钟初始化LCD屏显示开机画面显示时间显示主菜单初始化CPU开始读键图5.1主程序流程图A/D转换模块⑴模数转换模块的主要功能就是将经放大器放大的模拟电压信号转化为MCU能够处理的数字信号，并传送给MCU。⑵图5.2数转换流程图A/D芯片的数据CS口，连接51单片机的P3.1口，CLK接P3.2，D1和D0接P3.3口。工作时序如下所示：ADC0832有8只引脚，CH0和CH1为模拟输入端，CS为片选引脚，只有CS置低才能对ADC0832进行配置和启动转换。CLK为ADC0832的时钟输入端。CS在整个转换过程中都必须为低，当CS为低时，在数据输入端DI〔数据输入端〕加一个高电平，接着在CLK上加一个时钟，DI上的逻辑1就会使ADC0832的DI脱离高阻态，然后通道配置数据伴随着时钟通过DI端移入多路器，当最后一位数据移入多路器时，，DI变为高阻态，在这以前DO〔数据输出端〕都为高阻态。在经过一个时钟，DO脱离高阻态，从而启动转换。接着从处理器接收时钟信号，每经过一个时钟，转换后的数据就会从高位到低位依次从DO移出，经过8个时钟后，数据又以从低位到高位的形式从DO移出〔也是每个时钟移一位〕。当最后一位数据移出时转换完成。当CS从低变为高时，ADC0832内部所有存放器清零。如想要进行下一次转换，CS必须做一个从高到低的跳变，后跟着地此配置数据重复上面的过程。按键输入模块⑴按键时显现人机对话的一个控制按钮，通过按键的操作，对系统进行发送操作指令，后经与MCU串行通信，然后在液晶上显示。⑵按键查询式的流程图见下列图〔图5.3〕:按键的四个键分别接P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,由于P1口具有上拉电阻，所以不在需要加上拉电阻进行电压的放大。液晶显示输出模块LCD模块在本系统中主要起着开界面汉字显示，以及各控制效果的显示。采用直接访问方式。液晶显示的操作流程图见下列图5.6：液晶显示D0到D7口接P0.0到P0.7，单独使用一个口，为了防止数据的干扰，由于P0口没有上拉电阻，所以需要一个排阻进行电压的扩大.LCD1602的读写工作时序图如图5.7和图5.8所示：图5.7LCD1602读操作时序当处于读状态时，RS处于低脉冲，R/W为高脉冲，E为高脉冲，D0~D7=状态字当处于读数据时，RS为高脉冲，R/W为高脉冲，E为高脉冲，D0~D7=数据。图5.8LCD1602写操作时序当处于写指令时，RS为低脉冲，R/W为低脉冲，D0~D7=指令码，E=高脉冲当处于写数据时，RS为高脉冲，R/W为低脉冲，E为高脉冲，D0~D7=数据.软硬件的调试系统硬件调试元器件的焊接焊接前应对整个电路板进行检查。首先，用万用表对印制的电路板线路进行检查，该过程是在焊接元器件之前的必要工作，主要是检查印制的电路板线路是否有断路的情况，如果检查没有问题，那么可以对元器件进行焊接。焊接前对电阻、电容的量值要进行测量、筛选，选择与电路中参数值一致的元器件，在选择芯片时，要注意芯片与设计要求的型号、规格和安装是否一致。在焊接时，应将印制的电路板认真对照原理图，查看元器件的引脚焊接是否正确。电路测试电路板焊接完成后，需要对每个元器件的引脚逐个进行检查，一方面是检查有没有引脚虚焊或与其他信号线短路，另一方面是对器件引脚功能的再检查，查看设计是否正确。检查电路焊接没有问题后，那么可以进行上电测试。上电测试是调试的关键局部，按照系统方案设计的模块化思想，应该分模块测试系统。首先还是应该测试电源局部，系统上电以后，测试各个电源端口和器件的电源局部是否工作正常，同时应注意系统中有无器件过热情况，如果有的话，可能是相应的器件损坏或电路中有短路，需要认真检查之后再加电。如果没有问题，那么可以进行功能的检测。由于系统硬件较复杂，硬件电路装配、焊接完成后，可能不能正常工作。为了方便调试，采用分块调试的方法。在通电前，一定要检查电源电压的幅值和极性，否那么很容易造成芯片的损坏。加电后检查各插件上引脚的电位，一般先检查VCC与GND之间电位，假设在5V~5.5V之间属正常范围。系统软件调试硬件调试完成以后，软件调试就非常重要。系统软件调试时也要分模块来进行调试，这样才能使进程有条不紊的进行下去，而不至于出现混