【基于单片机的酒精浓度检测仪设计7000字（论文）】

基于单片机的酒精浓度检测仪设计摘要本文研究设计了一种用于酒驾的酒精浓度检测仪。其设计方案是以酒精传感器、单片机作为主控芯片、LCD1602作为显示屏、蜂鸣器作为报警器来制作酒精浓度检测系统。从而让人们可以快速的知道是否在酒后驾车，更加方便的检测出了酒精浓度。基于单片机的酒精浓度检测仪比其他的酒精浓度检测仪更加方便，具有更高的可靠性。基于单片机的酒精浓度检测仪对现实具有一定的指导意义。关键词：酒精浓度传感器；单片机；数模转换；硬件设计目录TOC\o"1-3"\h\u3775摘要 I22022第一章引言 1234811.1酒精浓度检测仪的发展现状及趋势 1140461.2酒精浓度检测仪的背景 1146931.3研究的主要内容和目标 211234第二章设计方案及元器件的选择 311252.1设计方案 3205712.2元器件的选择 3316552.2.1单片机简介 3238462.2.2模数转换器简介 470922.2.3液晶显示模块简介 420313第三章系统硬件设计 6238573.1时钟电路设计 654453.2复位电路 6297923.3显示电路设计 7318633.4电源模块设计 7428第四章系统调试与总结 9124344.1主程序设计 9254724.2核心功能模块设计 9231084.2.1数据采集模块设计 971684.2.2数字滤波模块设计 1098934.2.3数据处理模块设计 1144424.3系统软件设计 137004.3.1主程序设计 13260544.3.2模数转换子程序设计 13296974.3.3液晶显示子程序设计 1419576第五章系统调试 16322725.1硬件调试 16110095.2软件调试 16181645.3总结 164862结语 1830374参考文献 19第一章引言当前的测试仪与传统的酒精浓度检测仪相比，基于单片机的酒精浓度检测仪更方便、快捷、体积小、携带方便。它通过酒精传感器快速采集数据，将数据转换成模数转换器，最后通过单片机处理进行检测，检测结果迅速。如果超出范围，则会出现声音报警和灯光报警。测试结果更符合实际情况。由此本课题的研究对于以单片机为核心的醉驾酒精含量检测系统将会有很大的发展前景。1.1酒精浓度检测仪的发展现状及趋势当前，人们使用的酒精含量测定装置大都采用了更换吹风的方式。酒精含量检测器最早是用单片机来完成，而目前则是以单片机为核心来测量酒精含量。对小型酒精含量检测器的工作原理进行了改进。所设计的检测器精度高，当酒精浓度过高时自动报警。不仅在技术上有了很大的进步，而且测试结果方便，测试时间也缩短了。从而大大提高了劳动集中的检测速度，提高了全社会的安全系数。随着公安部五项严格命令的出台，酒精浓度检测仪的市场和社会都在不断扩大，酒精浓度检测仪也在不断更新。测试时间更短。这不仅提高了酒精检测的效率，而且使社会环境更加安全可靠。然而，我国大多数酒驾仍然使用普通的酒精浓度检测器，大多数只能报警，无法给出浓度的数值。最终，只有通过血液测试才能确定血液中的酒精含量。所以，在酒精含量的测量中，应当采用更为广泛的显示器，既能判定出酒精的含量，又能在液晶显示屏上显示出其含量。然而，也会遇到一些问题。例如，大多数酒精浓度检测器会与其他气体重叠，导致检测结果不准。因此，为了得到结果，我们需要解决这个问题。因此，本文研究的基于单片机的酒精浓度检测仪具有重要的发展意义。1.2酒精浓度检测仪的背景目前，检测气体中乙醇的方法有五种，即固体燃料电池型（包括电化学燃料型）、半导体型、气相色谱法和红外比色法。然而，由于产品价格和系统使用方便等原因，通常只需要液体燃料电池和半导体。燃料电池酒精浓度检测器的稳定性、抗干扰能力优于半导体酒精浓度检测器，因而，燃料电池乙醇浓度检测器具有较好的性能。但是，乙醇的燃料电池浓度的检测是非常困难和昂贵的。与现有的酒精检测仪相比，现阶段的检测精度有了很大提高。然而，这些仪器不能很好地完成测试。现在大多数酒精浓度检测器会干扰其他气体，导致结果不对。因此，为了得到更好的结果，我们需要解决这个问题。我们需要结合现有的测试工具来设计更好的测试结果、更快的测试时间和更有效的测试工具。1.3研究的主要内容和目标本文主要完成了酒精浓度检测仪的软硬件设计。酒精含量的测量系统采用了酒精传感器，模拟数字转换器，单片机液晶显示器、蜂鸣器等主要控制电路完成一系列工作。该仪器是酒精含量报警的数据处理系统。对酒精浓度传感器进行采样时，酒精浓度传感器的电阻和分压将发生变化。由于人体血液中总酒精的浓度不同，呼气中总酒精的浓度也不同。酒精浓度传感器将人体呼出的酒精含量通过取样电压输入到传感器A/D。有了这样的关注点，我们可以判断是否饮酒和驾车。第二章设计方案及元器件的选择2.1设计方案检测器用于测量酒精浓度，气体浓度计用于检测气体。压电气体质量传感器将改变气体质量的信号转换为相应的压电气体信号。该探头可以作为（大多数化学传感器）处理大量不同的化学气体样品，甚至可以与其他化学气体样品一起处理，因此可以用于化学传感器，可以快速地进行科学计算和数字测量。转换输出电压信号。然后以单片机为核心控制器：各功能模块定期进行故障诊断，并能快速处理外部环境的异常。对于那些没有得到有效解决的问题，请迅速将其转换为postmachinealarm或ALEMENT。具有全套模拟量输入输出通道的传输和实时控制能力：整个生产过程已被检测和控制，许多信号需要在同步区传输，所有这些都是我们要求的。系统应配备全套模拟量和数字量输入输出通道，全套数据中断系统，微处理器和其他功能。信号采集处理，声光报警控制电路，显示接口控制电路，键盘，计算机等.采用单片机对酒精气体进行测量，采用单片机对酒精传感器的反馈信号进行采集，并将其进行变换。然后将其转换为数字量并存储在数据存储器中。单片机采用基于数组值的特殊算法，同时与数组值进行比较。如果报警浓度超过阵列值，则焦点值将同时显示，且不能超过仅显示的范围值。并将结果数据从显示屏发送到显示屏。这样我们很快就能知道测试结果了。2.2元器件的选择2.2.1单片机简介单片机AT89C51它的功耗非常小，并且性能非常高效。其具有较高的性价比，可靠性强，价格也比较低，所以单片机AT89C51在嵌入式系统中拥有广阔应用前景。MCS系列单片式主机均支持40引脚并行双列总线直插端口封装设计。下图所示是一个引脚的达式排列过程示意图，40条引脚及其描述中的表达式排列如下：主电源引脚VSS和VCC：VSS接地；VCC正常操作时的电源是正5伏；外接晶振的引脚为XTAL1和XTAL2；起控制或是其它电源复用引脚RST/VPD，ALE/VPP；RST/VPD引脚在电压振荡器稳定的工作的时候，它们都会同时显示出两个不相同的运行周期，此周期会由很低到很高不停地去变动，将来就会直接导致掉电，使得整个单片机的高工作电压水平复杂度位于T和VCC。VPD向内部输入的随机存取存储器电路提供新的备用数据电源，以便随时保持内部输入随机存取存储器电路中的一切数据。每次跳过外部脉冲线时，我们必须注意，存储线和TTL的所有外部脉冲都可以同时自动访问。（主要用于吸收或控制最大输出电流）在EPROM可编程微控制器中，引脚可应用于EPROM可编程周期，即每个人都需要同时接收可编程脉冲信号（功能）。内部程序存储器和外部程序存储器，选择示波器中的峰值端子电压。当峰值电压较高时，可以访问内部程序存储器。峰值电压低时，访问外部程序存储器。2.2.2模数转换器简介模数转换器（ADC）的转换电路将模拟量连续转换为离散变量数字量。该系统能够快速对酒精浓度进行采样、检测和编码，并将其转换为单片机，实时处理各种酒精浓度的数字测量。模数转换器（ADC）是系统电路的重要组成部分。其稳定的性能可以大大提高系统的效率。此转换器的模拟输入电压将此电压转换为新的数字电压源代码。在此过程中，不要直接转换为任何其他变量。另一个A/D信号转换器是间接的。它将电压转换为其他中间变量，然后通过多次转换将模拟输出转换为数字编程代码。2.2.3液晶显示模块简介1602字符型液晶显示模块一般要具有16条导轨式字型或者是14条引脚线，还有的2条导轨则为一条背光式移动电源线。VCC电缆（15英尺）和两个接触器通过接地导体连接到GND（16英尺）。VSS接地组件；VDD电源（+5V）；读写信号线R/S；高级读写（1）；低级别写入（0）；LCD模块中的点阵格式自动生成字符格式，即自动生成的数据存储器，可存储160个不同格式的点阵来生成字符图。每个字符矩阵都有一个特定的点符号。例如，两个大写字母“a”出现在单元格符号中，一个小写字母“a”可以出现在01000001b（41h）中。当显示此信息时，矩阵点符号的图形特征将显示在单元符号中。在资本项目代码41h中，这可以让你清楚地看到重要信息。第三章系统硬件设计3.1时钟电路设计AT89C51单片机中有一个高增益的内部反向振荡信号，用来构成内部反向振荡器。其中，xtal1引脚为19引脚，代表振荡器芯片内部的输入，与振荡器时钟电路的放大器反转。引脚xtal2有18个引脚，代表芯片上的振荡器，对应于放大器的时钟振荡器电路输出。本实用新型涉及一种自激光振荡器，包括功率放大器、外部石英陶瓷电子晶体或外部激光振荡器作为自动反馈元件。振荡电路如图3-1所示：图3-1时钟振荡电路外接的两个石英陶瓷晶体(或者统称为陶瓷晶体振荡器)和内接电容器的C2、C3连接于信号放大器当中，组合完成一个并联振荡电路。3.2复位电路复位控制电路是微机系统中重要的一个环节，以确保其稳定可靠。重置控制回路的首要作用是重置功率。采用单片机对酒精气体进行测量，采用单片机对酒精传感器的反馈信号进行采集，并将其进行变换。这些数据会被转化成数字，并被储存到一个数据存储器里。在单片机中，使用了一种基于数组的数值计算方法，并将其与数据组的数值进行了对比。当警报浓度超出阵列数值时，该聚焦数值会在同一时间内被显示，并且只会被显示。并且从显示屏幕向显示屏幕传送所得到的数据。3.3显示电路设计数据采集器具有液晶显示器的接口，16×2字型液晶显示器，液晶显示器的背光可控，不需要时自动关闭，降低了系统的能耗。以1602显示采集到的电压值或者温度值。其电路如图3-2所示：图3-2LCD1602显示电路3.4电源模块设计本论文主要研究的是一种便携式酒精气体检测装置，它是一种便携式的，需要单独的电源。安全可靠、高效的动力系统是方便酒精检测仪器能否正常工作的先决条件。由于所需处理的信号很弱，为了确保电路能实现对弱信号的放大、采集，因此，必须要有良好的供电线路。针对便携式酒精气体检测装置的供电要求，设计了一种便携式酒精气体检测装置的供电线路，如图3-3所示。图3-3电源电路图因为该数字电路中所有的电压都是5V，所以在下面的5V电源中，特别抽取了一根用于数字电路的供电。在印制电路板的过程中，只有一个共用位置的数字电路与模拟电路，以避免彼此的干扰。第四章系统调试与总结4.1主程序设计便携式酒精快速检测仪设计的软件总体流程图如图4-1所示。图4-1软件总体流程图从图表可以看出，在建立酒类快速检测仪的软件时，首先要进行初步的设计，初始化的时候，主要是设定系统所用的定时和标记，然后对温度传感器、LCD、A/D转换器、时钟等外部设备进行初始化。启动欢迎界面会在系统启动后立即出现，外存的状态值被读取，并设定了便携式酒精快速检测仪的各种参数，并在键盘上扫描，等待输入气体的浓度。4.2核心功能模块设计4.2.1数据采集模块设计数据收集程序的设计与编制，其流程如下。图4-2数据采集流程图在计时器中呼叫资料收集程式。以下是初始化程序：CONVST=0；SCLK=0:4.2.2数字滤波模块设计在实现设计函数时，所设计的软件过滤算法流程如下。图4-3软件滤波的算法流程图在数字滤波中，主要是把10个数据按一定的顺序排列并放到一个条形阵列a中，经过运算，得出比C2更大、比C1更小的数字，然后用a中的其余值作为此次采集值，求取平均值，由此得出最后的值。4.2.3数据处理模块设计数据处理模块的程序是按照先前的分析编制的，如图4-4所示。图4-4数据处理模块程序在图形数据处理模块中，主要实现二值变换后的二进制数字值到待显示的十进制数据。由于该系统不存在两个16位数字相乘指令，因此必须采用程序实现。首先要处理的八个高阶数据，有两个unsignedchar类型的变量，datahi和datalo。然后，将数据的低位8位数据与比例常数的8位CONLO相乘，并将其存储在中间变量data2中的8位。然后，将8比特的datalo和比data2高8个比特的CONHI乘以比data2高8个比特的data3。然后，将高8比特的datahi和比比率常数低的CONLO乘以data3，并将其存储到data2中。然后，把高8位的datahi和高8位的CONHI乘以一个进位标记的CY，存储在一个中间变量data3中。因此，data3中的数据是在16比特上的乘法运算的8比特，而在data3中，则是比16比特更高的8比特。得到了数据，再加上四舍五入的数字，就可以将最终的数据上传到云端。4.3系统软件设计4.3.1主程序设计主程序设计流程如图4.1。主程序的系统软件的设计是和硬件设计一起去实现酒精浓度检测仪器的功能。它的作用是从检测到酒精气体开始，到液晶显示器上显示出酒精浓度的数值后结束。整机系统如图4-5所示：开始开始系统初始化系统初始化酒精传感器信息采集酒精传感器信息采集模数转换模数转换计算出酒精浓度并显示计算出酒精浓度并显示结束结束图4-5整机系统流程图4.3.2模数转换子程序设计用单片机对ADC进行初始化，保证ADC的工作状态。通过对ADC的分析，可以判断出角色的EOC，从而判断出角色的切换是否完成。如果没有，继续进行判定，那么ADC变换后的数据就会被单片机自动读出并进行运算。接着，点击下一页。图4-6中显示了流程方框图：开始开始初始化初始化判断ADC是否转换完毕判断ADC是否转换完毕否读出数据是读出数据计算计算结束结束图4-6模数转换流程图通过对ADC相关数据的分析，可以直接判定ADC是否为EOC，从而判断出ADC的数据是否已完成，如果没有，主机可以继续进行转换判定，如果没有，则由一台单片机自动读取要转换ADC的所有有关数据信息，并进行一次运算，然后自动进行下一步的运算。4.3.3液晶显示子程序设计本设计软件的主要要求是将LCD显示模块应用于一种新的LCD显示，该软件的液晶显示设计程序结构设计主要要求是在采用C-NETD等语言的显示技术设计基础之上的，可以将其划分出作为两大主要设计模块，分别主要采用的协议是：(1)IIC显示协议；(2)LCD液晶显示。程序总体框图如图4-7所示：图4-7总程序框图第五章系统调试5.1硬件调试我们要去进行系统的调试，需要我们去完成调试后才能够很好的去工作。我们把这个调试分为三步。第一个步骤是在看到电源后，首先对控制电路进行供电，再看控制设备有无烟、无火焰、无其它气体、无外部集成电路无发热等。如果有这种问题，我们必须马上把线路关掉。我们检测完这些不正常，再把电源插好，再重复上面的程序，这样就可以在我们进行调试前进行了。第二个步骤是完成静态调试，在输入信号上添加一个等电平的信号，进行全直流试验，再利用万用表对各个点进行测量，并与实测数据进行对比。理论值，在这个状态下，判定线路工作和元器件的损坏。如果出现故障，则要正确调整电路的参数，以确保电路的设计。在高效率的工作环境中，能满足全部电路的设计需求。5.2软件调试软件的调试，就是将我们编写的代码，通过我们自己的操作，或者是在网上对这些代码进行编辑，来修正我们的语法和逻辑。同时，这也是保证微处理器工作的关键。我们在编辑好了源代码之后，就会将它发送到MCU进行测试，看看它是否还能工作，如果它不能工作的话，我们就必须要对它进行修改，如果它还能工作的话，那么就必须要进行多次的修改，这样才能避免出现意外。通常软件调试的过程有两步，首先我们要把我们编辑好的得程序去进行编译，这样的运算就能够直接去彻底消除基本语法上的错误，再直接去充分地利用系统软件设计中所带的调试工具去完成我们一定要完成的都有调试。5.3总结本章主要测试了仪器的基本功能和其所使用的技术要求，并且对单片机的报警，酒精检测，独立按键，相关的模块和显示模块进行了对应的测试，仪器所必要的控制功能均以实现，并且达到课题要求的量程和精度。结语从我开始这篇论文到现在结束，我用了很长的时间，因为我的专业知识没有那么牢固，很多地方需要去求助于别人，经历了许多困难。通过自己撰写这篇论文，让我在工作中学习和运用到了许多，不管是掌握了相关的专业知识，还是提高了自己的动手技巧，我都觉得自己还有许多的不足之处，我还需要去提升自己的这些能力，为自己以后的工作生活和学习生活做一些好的铺垫。现在，人们的生活水准在不断地提升，很多人都有了自己个人的私家车，因此醉酒驾驶事故在我们的生活中越来越多。因此，我们确定了研究目标和方向，并且为自己制订一个有效的计划和执行方案。研究了酒精传感器、模数转换器和传感器的工作原理。此外，我们还应该在网上查阅一些有关酒后驾驶安全的标准，查阅大量相关技术资料，并与同学进行协商。为了做好这项研究，让我们的生活更现实，我已经是做了比较充分的准备。为了能够更好地去努力完成这次的作品，我遇到了很多困难，在之前的教学和课程中尽管我们已经掌握了C语言应用程序的设计和应用相关的知识，但是一直都还处于自己的理论和实践学习阶段，对于应用程序的控制和运行等各个方面没有什么实战性的经验，所以刚刚开始时十分困难，我不断地去找相关的资料，去请教同学，最后才得以解决问题。在我们现有的基础上都进行了改善，一定能够使用到检测得的数据，让我们的作品更加符合预期的目标。使其成为日常生活中的必