基于單片機(jī)的酒精濃度測(cè)試的設(shè)計(jì)與研究

畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目基于單片機(jī)的酒精濃度測(cè)試的設(shè)計(jì)與研究系別信息工程系班級(jí)電子信息工程姓名指導(dǎo)教師年6月10日基于單片機(jī)的酒精濃度測(cè)試的設(shè)計(jì)與研究摘要對(duì)于人體內(nèi)酒精濃度的高低的判斷主要依據(jù)于人酒后所呼出的氣體中酒精濃度的高低做出適當(dāng)?shù)呐袛唷ｋS著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，酒后駕駛所造成的交通事故頻頻發(fā)生。為防止此類事故的發(fā)生，交通執(zhí)法者檢測(cè)駕駛員是否酒后駕駛尤為重要。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，單片機(jī)作為主控芯片。MQK2酒精傳感器將檢測(cè)到的信息發(fā)送至芯片和設(shè)定的閾值比較后判斷是否報(bào)警，若報(bào)警GSM模塊實(shí)現(xiàn)了將報(bào)警信號(hào)發(fā)送至手機(jī)端，同時(shí)在液晶顯示屏上顯示測(cè)量結(jié)果。本次設(shè)計(jì)的檢測(cè)裝置將89C51作為主要控制芯片、MQ302A酒精傳感器、AD0804轉(zhuǎn)換器、AT89C51單片機(jī)控制器、聲光報(bào)警、LCD1602顯示器、GSM模塊等構(gòu)成。文中對(duì)酒精濃度檢測(cè)的原理做出具體的分析和設(shè)計(jì)方案，對(duì)各個(gè)子模塊進(jìn)行了論證和比較。硬件設(shè)計(jì)采用PROTELDXP軟件，完成了各個(gè)模塊的原理圖設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)采用KEILB編程軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)酒精濃度信號(hào)處理過(guò)程的編程和調(diào)試。關(guān)鍵字單片機(jī)酒精濃度傳感器LCD1602GSM模塊聲光報(bào)警DESIGNANDRESEARCHOFTHEALCOHOLCONCENTRATIONTESTBASEDONMCUABSTRACTMAKEAPROPERJUDGMENTONTHEALCOHOLCONCENTRATIONOFALCOHOLCONCENTRATIONTODETERMINETHEMAINBASISTODRUNKTHEEXHALEDGASINTHELEVELOFWITHTHEDEVELOPMENTOFECONOMY,PEOPLESLIVINGSTANDARDSIMPROVE,DRUNKENDRIVINGCAUSEDBYTRAFFICACCIDENTSHAPPENFREQUENTLYTOPREVENTTHISKINDOFACCIDENT,TRAFFICLAWENFORCEMENTDETECTWHETHERTHEDRIVERDRUNKDRIVINGISPARTICULARLYIMPORTANTTHISPAPERDESCRIBESTHEDESIGNOFANALARMSYSTEMFORDETECTINGALCOHOLCONCENTRATIONBASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTER,MICROCONTROLLERASTHEMAINCONTROLCHIPMQK2ALCOHOLSENSORWILLDETECTTHEINFORMATIONSENTTOTHECHIPANDTHESETTHRESHOLDCOMPARISONTODETERMINEWHETHERTHEALARM,THEALARMGSMMODULETOACHIEVETHEALARMSIGNALWILLBESENTTOTHEMOBILEPHONETERMINAL,ATTHESAMETIME,THEMEASUREDRESULTSAREDISPLAYEDONTHELCDSCREENTHEDETECTIONDEVICEDESIGNWILLFORMTHE89C51ASTHEMAINCONTROLCHIP,MQ302AALCOHOLSENSOR,AD0804CONVERTER,AT89C51CONTROLLER,ALARM,LCD1602DISPLAY,GSMMODULEETCPRINCIPLEOFALCOHOLCONCENTRATIONDETECTIONINTHISPAPERMAKESTHEANALYSISANDTHESPECIFICDESIGNOFEACHMODULE,AREDISCUSSEDANDCOMPAREDTHEHARDWAREDESIGNUSINGPROTELDXPSOFTWARE,COMPLETEDTHEDESIGNOFEACHMODULEPRINCIPLEDIAGRAMSOFTWAREDESIGNUSINGKEILUVISION2,THEREALIZATIONOFSIGNALPROCESSINGOFALCOHOLCONCENTRATIONDURINGPROGRAMMINGANDDEBUGGINGKEYWORDSSCMALCOHOLCONCENTRATIONSENSORLCD1602GSMMODULESOUNDLIGHTALARM目錄1引言12系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)221總體設(shè)計(jì)思路分析222總體設(shè)計(jì)框圖分析23系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)431STC89C5A60S2單片機(jī)電路設(shè)計(jì)4311STC89C5A60S2單片機(jī)特性概述4312STC89C5A60S2引腳功能4313晶振電路5314復(fù)位電路632酒精濃度模塊設(shè)計(jì)7321酒精濃度傳感器MQ3的特點(diǎn)7322A/D轉(zhuǎn)換電路8323MAX3232電路933液晶顯示器LCD16029331LCD1602介紹9332系統(tǒng)LCD1602顯示說(shuō)明1034通信模塊設(shè)計(jì)11341GSM模塊介紹1235按鍵鍵盤設(shè)計(jì)12351按鍵鍵盤說(shuō)明12352按鍵電路設(shè)計(jì)1236報(bào)警電路設(shè)計(jì)12361蜂鳴器說(shuō)明12362發(fā)光二極管說(shuō)明13363聲光報(bào)警電路134系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1441軟件設(shè)計(jì)概述14411KEIL軟件介紹1442系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)14421主程序流程圖14422酒精濃度檢測(cè)子程序15423LCD顯示子程序15424無(wú)線通信子程序16425報(bào)警子程序20425串行口子程序215硬件焊接及調(diào)試2351概要說(shuō)明23511硬件焊接23512軟件調(diào)試23513軟硬聯(lián)調(diào)2352調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法246結(jié)論25謝辭26參考文獻(xiàn)27附錄281引言近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民的生活水平迅速提高，越來(lái)越多的人有了私家車，伴隨而來(lái)的酒后駕車造成的交通事故也頻頻發(fā)生。酒后駕車引起的交通事故是由于司機(jī)的過(guò)量飲酒造成人體內(nèi)酒精濃度過(guò)高，麻痹神經(jīng)，造成大腦反應(yīng)遲緩，肢體不受控制等造成的。多年前交通管理者判定駕駛?cè)藛T是否有飲酒只能靠主觀判斷、肉眼的觀察和去醫(yī)院進(jìn)行血液中酒精含量的檢測(cè)，這些不科學(xué)不及時(shí)的方法造成了很多不必要的誤會(huì)和麻煩；而現(xiàn)在伴隨著科技的發(fā)展酒精濃度測(cè)試儀已經(jīng)基本裝備了交通管理者的隊(duì)伍。為此，需要設(shè)計(jì)一款便攜式儀器能夠監(jiān)測(cè)駕駛員體內(nèi)酒精含量。本畢業(yè)設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)酒精濃度測(cè)試的研究和設(shè)計(jì)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)了解單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集分析的過(guò)程、方法與步驟，提高并鞏固學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)，結(jié)合課題的需要提高學(xué)生獲取新知識(shí)的能力。使學(xué)生能掌握單片機(jī)基本使用方法。力求使學(xué)生在收集資料，查閱文獻(xiàn)，調(diào)查研究，方案設(shè)計(jì)，外文應(yīng)用，計(jì)算機(jī)處理，撰文論證，文字表達(dá)等方面加強(qiáng)訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)所學(xué)知識(shí)向能力的轉(zhuǎn)化。能夠熟練使用設(shè)計(jì)所依賴的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。本文所述酒精濃度測(cè)試儀采用MQK2酒精濃度傳感器檢測(cè)人呼出氣體中酒精的濃度并且輸出電壓信號(hào),然后把信號(hào)輸出到高集成度的混合集成芯片C8051F040作處理,并完成數(shù)據(jù)采集、判斷處理、數(shù)據(jù)的傳輸?shù)裙δ?。測(cè)試儀進(jìn)行氣體測(cè)試的基本步驟是單片機(jī)采集酒精傳感器的響應(yīng)信號(hào)，并且進(jìn)行轉(zhuǎn)換，儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器SRAM中，然后單片機(jī)進(jìn)行氣體濃度的識(shí)別,并且將結(jié)果輸出到液晶顯示屏上，同時(shí)可發(fā)出濃度閾值的光聲警報(bào)信號(hào)也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將警報(bào)發(fā)送至手機(jī)。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)21總體設(shè)計(jì)思路分析本文所述的酒精濃度測(cè)試儀分為硬件部分和軟件部分。其中硬件部分利用MQ3氣敏傳感器采集空氣中酒精的濃度，并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后傳給單片機(jī)系統(tǒng)，由單片機(jī)及其外圍電路進(jìn)行信號(hào)的處理，顯示濃度值以及超閾值聲光報(bào)警；并且將報(bào)警信號(hào)經(jīng)過(guò)GSM模塊發(fā)送至所設(shè)定的手機(jī)。軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編程，程序采用模塊化設(shè)計(jì)思想。各個(gè)子程序的功能相對(duì)獨(dú)立，便于調(diào)試和修改。而硬件電路又大體可分為單片機(jī)小系統(tǒng)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、聲光報(bào)警電路、LED顯示電路，GSM模塊電路，各部分電路的設(shè)計(jì)及原理將會(huì)在硬件電路設(shè)計(jì)部分詳細(xì)介紹；程序的設(shè)計(jì)使C語(yǔ)言編程。22總體設(shè)計(jì)框圖分析本文的總體設(shè)計(jì)框圖如下酒精傳感器顯示語(yǔ)音報(bào)警A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)GSM模塊網(wǎng)絡(luò)手機(jī)各模塊說(shuō)明功能如下1MQ3酒精濃度傳感器是一種檢測(cè)裝置對(duì)乙醇蒸汽有很高的靈敏度和良好的選擇性。經(jīng)過(guò)MQ3檢測(cè)空氣中的酒精濃度后，檢測(cè)值經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器傳送至單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理與所設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷是否報(bào)警。2顯示部分是將采集到的酒精濃度進(jìn)行顯示。本設(shè)計(jì)采用LCD1602顯示屏對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示的。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器CGROM已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，完全可以滿足對(duì)溫濕度的顯示。3本設(shè)計(jì)為了更加便于使用，相比于普通的酒精濃度測(cè)試儀增加了GSM模塊。當(dāng)單片機(jī)判斷所檢測(cè)到的酒精濃度超出所設(shè)定的閾值時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警的同時(shí)并將報(bào)警信號(hào)發(fā)送至提前設(shè)定好的手機(jī)。4STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期1T的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代51單片機(jī)。指令代碼完圖21系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖全兼容傳統(tǒng)的51單片機(jī)，但是速度快812倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換。5GSM模塊內(nèi)有GSM射頻芯片、系帶處理芯片、存儲(chǔ)器、功放器件等。能夠發(fā)送手機(jī)短信。6設(shè)定值由接收端的按鍵控制，其中一個(gè)為設(shè)置鍵，另有兩個(gè)按鍵控制設(shè)定值的加減，比較報(bào)警選用蜂鳴器和LED電路表示報(bào)警信號(hào)。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)31STC89C5A60S2單片機(jī)電路設(shè)計(jì)311STC89C5A60S2單片機(jī)特性概述STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期1T的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代51單片機(jī)。指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的51單片機(jī)，但是速度快812倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換。增強(qiáng)型8051CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，工作頻率范圍035MHZ，相當(dāng)于普通8051的0420MHZ，片上集成1280字節(jié)RAM，有EEPROM功能STC12C5A62S2/AD/PWM無(wú)內(nèi)部EEPROM，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）；工作溫度范圍4085工業(yè)級(jí)/075商業(yè)級(jí)21。封裝PDIP40,LQFP44,LQFP48I/O口不夠時(shí)，可用2到3根普通I/O口線外接74HC164/165/595（均可級(jí)聯(lián)）來(lái)擴(kuò)展I/O口,還可用A/D做按鍵掃描來(lái)節(jié)省I/O口，或用雙CPU,三線通信，還多了串口。312STC89C5A60S2引腳功能P1ADCLKOUTEIRX4S5M679NWG_V排1增強(qiáng)型8051CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。2工作電壓STC12C5A60S2系列工作電壓55V33V（5V單片機(jī)）。TC12LE5A60S2系列工作電壓36V22V（3V單片機(jī)）。3工作頻率范圍035MHZ，相當(dāng)于普通8051的0420MHZ。4用戶應(yīng)用程序空間8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字節(jié)5片上集成1280字節(jié)RAM。6通用I/O口（36/40/44個(gè)），復(fù)位后為準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置成四種模式準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開(kāi)漏每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20MA，但整個(gè)芯片最大不要超過(guò)55MA。7ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器可通過(guò)串口（P30/P31）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。8有EEPROM功能STC12C5A62S2/AD/PWM無(wú)內(nèi)部EEPROM。10內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）。11外部掉電檢測(cè)電路在P46口有一個(gè)低壓門檻比較器，5V單片機(jī)為132V，誤差為/5,33V單片機(jī)為130V，誤差為/3。12時(shí)鐘源外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器溫漂為/5到/10以內(nèi)1用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時(shí)鐘常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為50V單片機(jī)為11MHZ155MHZ，33V單片機(jī)為8MHZ12MHZ，精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn)。13共4個(gè)16位定時(shí)器，兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,16位定時(shí)器T0和T1，沒(méi)有定時(shí)器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器，做串行通訊的波特率發(fā)生器，再加上2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器。142個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由T0的溢出在P34/T0輸出時(shí)鐘，可由T1的溢出在P35/T1輸出時(shí)鐘。15外部中斷I/O口7路,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊，POWERDOWN模式可由外部中斷喚醒，INT0/P32,INT1/P33,T0/P34,T1/P35，RXD/P30，CCP0/P13也可通過(guò)寄存器設(shè)置到P42，CCP1/P14也可通過(guò)寄存器設(shè)置到P43。16PWM2路）/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列,2路），也可用來(lái)當(dāng)2路D/A使用也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器，也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)外部中斷上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持。17A/D轉(zhuǎn)換,10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S每秒鐘25萬(wàn)次18通用全雙工異步串行口UART，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時(shí)器或PCA軟件實(shí)現(xiàn)多串口。19STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標(biāo)志的才有雙串口，RXD2/P12可通過(guò)寄存器設(shè)置到P42，TXD2/P13可通過(guò)寄存器設(shè)置到P43。20工作溫度范圍4085工業(yè)級(jí)/075商業(yè)級(jí)21封裝PDIP40,LQFP44,LQFP48I/O口不夠時(shí)，可用2到3根普通I/O口線外接74HC164/165/595（均可級(jí)聯(lián)）來(lái)擴(kuò)展I/O口，還可用A/D做按鍵掃描來(lái)節(jié)省I/O口，或用雙CPU，三線通信，還多了串口。313晶振電路晶振是石英振蕩器的簡(jiǎn)稱，它是時(shí)鐘電路中最重要的部件，它的主要作用是向顯卡、網(wǎng)卡、主板等配件的各部分提供基準(zhǔn)頻率，它就像個(gè)標(biāo)尺，工作頻率不穩(wěn)定會(huì)造成相關(guān)設(shè)備工作頻率不穩(wěn)定，自然容易出現(xiàn)問(wèn)題。STC89C52片內(nèi)有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端XTAL1和輸出端XTAL2用于外接石英晶體和微調(diào)電容，構(gòu)成振蕩器，如圖32所示1MYPC4X電容C3和C4對(duì)頻率有微調(diào)作用，電容的選擇范圍一般為1212MHZ，晶振頻率越快，單片機(jī)指令周期越短，運(yùn)行越快。內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)由振蕩器輸出的振蕩脈沖經(jīng)2分頻得到，用來(lái)控制單片機(jī)內(nèi)部各功能部件按照順序協(xié)調(diào)工作，其周期稱為時(shí)鐘周期。一個(gè)機(jī)器周期由6個(gè)時(shí)鐘周期構(gòu)成，指令周期以機(jī)器周期為單位，所以晶振頻率越快，單片機(jī)指令周期越短，運(yùn)行越快。本設(shè)計(jì)晶振選擇頻率為110529MHZ，電容選擇30PF。經(jīng)計(jì)算得單片機(jī)工作機(jī)器周期約為1S。314復(fù)位電路為確保單片機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。所謂上電復(fù)位，是指在計(jì)算機(jī)上電瞬間，要在RST引腳上產(chǎn)生寬度大于10MS的正脈沖，使計(jì)算機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。等待系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，復(fù)位信號(hào)停止。當(dāng)系統(tǒng)在工作中受到干擾后，容易出現(xiàn)程序“跑飛”而盲目運(yùn)行甚至出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。此時(shí)復(fù)位信號(hào)有效，使微機(jī)系統(tǒng)重新恢復(fù)正常運(yùn)行。目前為止，單片機(jī)復(fù)位電路主要有四種類型1微分型復(fù)位電路；2積分型復(fù)位電路；3比較器型復(fù)位電路；4看門狗型復(fù)位電路7。在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)電源VCC上電時(shí)，因電容C3兩端電壓不能突變，所以RES在上電時(shí)會(huì)有一段時(shí)間為高電平，電容中的電流越來(lái)越小，R1上的電壓就越來(lái)越小，呈指數(shù)變化。過(guò)一段時(shí)間后，電容逐漸充電完畢，RST端恢復(fù)高電平，復(fù)位有效。持續(xù)一段時(shí)間后，復(fù)位撤除，微機(jī)開(kāi)始工作。該電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用按鍵結(jié)合上電復(fù)位，當(dāng)電源連接后，按下按鍵則系統(tǒng)復(fù)位，單片機(jī)程序從頭開(kāi)始執(zhí)行，具體的復(fù)位電路如圖33所示S3WPB120UCRVTK632酒精濃度模塊設(shè)計(jì)321酒精濃度傳感器MQ3的特點(diǎn)MQ3酒精濃度傳感器是一種檢測(cè)裝置對(duì)乙醇蒸汽有很高的靈敏度和良好的選擇性，快速的反應(yīng)和恢復(fù)速度，長(zhǎng)期的壽命和可靠的性能，并且所需要的驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。MQ3酒精濃度傳感器的探測(cè)濃度范圍為001MG/L10MG/L。適合用于檢測(cè)機(jī)動(dòng)車駕駛員是否為酒后駕駛也可用于其他場(chǎng)合乙醇濃度的檢測(cè)。MQ3型氣敏傳感器由微型AL2O3、陶瓷管和SNO2敏感層、測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或者不銹鋼的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件。傳感器的標(biāo)準(zhǔn)回路有兩部分組成其一為加熱回路；其二為信號(hào)輸出回路，它可以準(zhǔn)確反映傳感器表面電阻的變化。傳感器表面電阻RS的變化，是通過(guò)與其串聯(lián)的負(fù)載電阻RL上的有效電壓信號(hào)VRL出面獲得的。二者之間的關(guān)系表述為RS/RLVCVRL/VRL，其中VC為回路電壓，10V。負(fù)載電阻RL可調(diào)為05200K，加熱電壓UH為5V。MQ3的結(jié)構(gòu)和外形為了更好地使用酒精傳感器MQ3，現(xiàn)將MQ3的標(biāo)準(zhǔn)工作條件和環(huán)境條件進(jìn)行介紹，如表一和表二所示。表一標(biāo)準(zhǔn)工作條件MQ3標(biāo)準(zhǔn)回路傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度之間的關(guān)系表二酒精傳感器MQ3的環(huán)境條件322A/D轉(zhuǎn)換電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，被測(cè)量對(duì)象的有關(guān)變化量，如溫度、壓力、流量、速度等非電物理量，須經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的模擬電信號(hào)（電壓或電流），這些模擬電信號(hào)必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能在單片機(jī)中用軟件進(jìn)行處理。實(shí)現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱為A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）。A/D轉(zhuǎn)換器大致分有三類一是雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，優(yōu)點(diǎn)是精度高，抗干擾性好，價(jià)格便宜，但速度慢；二是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，精度、速度、價(jià)格適中；三是并行A/D轉(zhuǎn)換器，速度快，價(jià)格也昂貴。本設(shè)計(jì)中采用的A/D轉(zhuǎn)換器是STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部所帶的A/D轉(zhuǎn)換器。此單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換為10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S每秒鐘25萬(wàn)次。323MAX3232電路MAX3232收發(fā)器采用專有的低壓差發(fā)送器輸出級(jí)，具有一個(gè)完整的串口3路驅(qū)動(dòng)器/5路接收器。利用雙電荷泵在30V至55V電源供電時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)真正的RS232性能。器件僅需四個(gè)01F的外部小尺寸電荷泵電容。MAX3222確保在120KBPS數(shù)據(jù)速率下維持RS232輸出電平。MAX3232具有2路接收器和2路驅(qū)動(dòng)器。MAX3232電路如下圖所示1234567890JCVTINROUGDMAXP33液晶顯示器LCD1602331LCD1602介紹LCD1602分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，不帶背光的比帶背光的薄，在應(yīng)用中是否帶背光并無(wú)差別。LCD1602的主要技術(shù)參數(shù)1顯示容量一行16個(gè)字符，共32字符；2芯片工作電壓4555V；3芯片工作電流20MA50V；4模塊最佳工作電壓5V；5每個(gè)字符尺寸295435MMLCD1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，分別為指令1清屏。指令碼0X01H，光標(biāo)復(fù)位到0X00H這個(gè)地址的位置。指令2光標(biāo)復(fù)位。光變應(yīng)該回到地址0X00H。指令3設(shè)置輸入模式。I/D它表示光標(biāo)應(yīng)該移動(dòng)的方向，高電平的時(shí)候右移，低電平的時(shí)候左移；S它控制屏幕上所有的文字方向是左移或右移，高電平有效，而低電平此位無(wú)效。指令4用于顯示的開(kāi)關(guān)控制。D它表示整體的顯示開(kāi)與關(guān)，高電平時(shí)顯示為開(kāi)，低電平時(shí)顯示為關(guān)；C它表示了光標(biāo)開(kāi)與關(guān)，有光標(biāo)時(shí)是高電平，無(wú)光標(biāo)時(shí)是低電平。B它表示光標(biāo)的閃爍，閃爍時(shí)高電平，不閃爍時(shí)低電平。指令5光標(biāo)以及顯示的移位。S/C若移動(dòng)顯示的文字則是高電平，若移動(dòng)光標(biāo)則是低電平；R/L右移時(shí)高電平，左移時(shí)低電平。指令6設(shè)置功能的命令。D/L4位總線時(shí)高電平，8位總線時(shí)低電平；D高電平時(shí)，雙行顯示，低電平時(shí)，單行顯示；F若為高電平，則顯示510，若為低電平，則顯示57。指令7設(shè)置RAM的地址。指令8設(shè)置DDRAM的地址。指令9讀光標(biāo)地址以及忙信號(hào)。BF為忙標(biāo)志位，忙的時(shí)候是高電平，這時(shí)其不收命令或數(shù)據(jù)，不忙的時(shí)候是低電平。MAX323電路指令10寫數(shù)據(jù)。指令11讀數(shù)據(jù)。332系統(tǒng)LCD1602顯示說(shuō)明LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳無(wú)背光或16腳帶背光接口，本設(shè)計(jì)選用16引腳的帶背光接口，LCD1602引腳接口說(shuō)明如表32所示表32LCD1602引腳接口說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令控制12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫控制13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源電源端8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源接地端在該設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，單片機(jī)將DHT11溫濕度傳感器送入的40位數(shù)據(jù)按照5個(gè)8位字節(jié)存入不同的變量中，然后通過(guò)變換形式轉(zhuǎn)換為字符形式在LCD1602上顯示。本設(shè)計(jì)中LCD1602與單片機(jī)連接圖如圖35所示0PVCLDNRSW從圖中可以看出1引腳為接地端，與單片機(jī)的地相連；2引腳接5V電源，連接單片機(jī)的5V電源；3引腳為液晶顯示偏壓，連接一個(gè)最大阻值為10K的電位器，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器的阻值可以調(diào)節(jié)液晶屏的顯示清晰度，使酒精濃度的圖35LCD1602顯示電路數(shù)值清晰地顯示在液晶屏上；4引腳RS為寄存器選擇，為高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器，設(shè)計(jì)時(shí)RS接單片機(jī)的P20引腳，通過(guò)程序?qū)ζ錉顟B(tài)進(jìn)行控制；5引腳RW為讀/寫信號(hào)選擇線，為高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作，設(shè)計(jì)時(shí)RW接單片機(jī)的P21引腳，通過(guò)編程控制其狀態(tài)變化；6引腳E或EN端為模塊使能控制端，編程時(shí)結(jié)合RS和RW控制液晶屏完成顯示任務(wù)，硬件連接時(shí)接單片機(jī)的P22引腳；714腳P0P7為8位雙向數(shù)據(jù)端，和單片機(jī)的P0口相連，程序中對(duì)LCD1602進(jìn)行寫命令和寫數(shù)據(jù)都通過(guò)這8個(gè)數(shù)據(jù)端進(jìn)行傳輸；15腳為背光源正極，必須和電源的正極相連；16腳為背光源負(fù)極，必須和電源的負(fù)極相連。在使用液晶模塊之前要先進(jìn)行初始化，首先要設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的，不需要重新設(shè)置。在每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。34通信模塊設(shè)計(jì)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線通信已經(jīng)滲透到人們的生活，工作，和學(xué)習(xí)當(dāng)中。在智能家居、車輛監(jiān)控防盜、機(jī)器人控制、無(wú)線抄表、門禁系統(tǒng)、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等方面都廣泛的使用無(wú)線傳輸模塊。現(xiàn)今無(wú)線通信技術(shù)已經(jīng)十分成熟，無(wú)線通信模塊可以實(shí)現(xiàn)短時(shí)間、長(zhǎng)距離、低功耗、高靈敏度、抗干擾性、高集成度，從而節(jié)省了人力、物力，并且還能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)狀況。因此本設(shè)計(jì)選用無(wú)線傳輸模塊GSM模塊作為酒精濃度測(cè)試的通信模塊。341GSM模塊介紹GSM模塊是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲(chǔ)器、功放器件等集成在一塊電路板上，具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)、GSM射頻處理、基帶處理并提供標(biāo)準(zhǔn)接口的功能模塊。因此，GSM模塊具有發(fā)送SMS短信，語(yǔ)音通話，GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)然贕SM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的所有基本功能。簡(jiǎn)單來(lái)講，GSM模塊加上鍵盤、顯示屏和電池，就是一部手機(jī)。在本設(shè)計(jì)中單片機(jī)處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)MAX3232處理后經(jīng)過(guò)串口將報(bào)警數(shù)據(jù)傳輸?shù)紾SM模塊，然后GSM模塊將報(bào)警信號(hào)發(fā)送至所設(shè)定的手機(jī)終端。35按鍵鍵盤設(shè)計(jì)351按鍵鍵盤說(shuō)明按鍵是單片機(jī)系統(tǒng)中常用的信息輸入部件，同時(shí)也是人機(jī)對(duì)話中不可缺少的輸入設(shè)備。在和單片機(jī)構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)，按鍵通常有兩種接法，一種叫獨(dú)立式按鍵，另一種叫矩陣式按鍵。用口線較多時(shí)，可以將鍵盤接成矩陣的形式，這種形式節(jié)省口線。本設(shè)計(jì)中采用的是獨(dú)立式按鍵。352按鍵電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中的按鍵主要完成對(duì)酒精濃度閾值的設(shè)定。其電路圖如下S123P45本設(shè)計(jì)中，S1按鍵為對(duì)酒精濃度控制的選擇鍵，S2和S3酒精濃度的調(diào)節(jié)鍵，S2控制設(shè)定值的增加，S3控制酒精濃度的減小。36報(bào)警電路設(shè)計(jì)361蜂鳴器說(shuō)明蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器分為有源與無(wú)源兩種。有源蜂鳴器直接接額定電源就可連續(xù)發(fā)聲，而無(wú)源蜂鳴器則和電磁揚(yáng)聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才能發(fā)聲。有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器的主要差別是對(duì)輸入信號(hào)的要求不一樣，有源蜂鳴器工作的理想信號(hào)是直流電，無(wú)源蜂鳴器工作的理想信號(hào)是方波。無(wú)源蜂鳴器接直流電是不會(huì)工作的。本設(shè)計(jì)采用一個(gè)有源蜂鳴器進(jìn)行聲音報(bào)警。362發(fā)光二極管說(shuō)明50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識(shí)，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于1960LED是英文LIGHTEMITTINGDIODE（發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部電路的效果，所以LED的抗震性能很好。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放按鍵圖出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。363聲光報(bào)警電路本設(shè)計(jì)中采用的是聲光同事報(bào)警，在采集到的酒精濃度的值超過(guò)報(bào)警值時(shí)，電路同事發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。聲光報(bào)警電路如下圖Q1SPKR423VCD5LE76由上圖可以看出，蜂鳴器通過(guò)一個(gè)PNP型三極管放大連接。三極管選擇9012型三極管，它的發(fā)射極直接連接5V電源，基極通過(guò)1K的電阻和單片機(jī)的P23引腳相連，集電極連接蜂鳴器的正極，蜂鳴器的負(fù)極接地。發(fā)光二極管的樣機(jī)與單片機(jī)的P16引腳相連，陰極接一個(gè)1K的電阻與放大器的發(fā)射極相連同事接在5V的電源上，電路的主要作用是用9012三極管將基極電流放大以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和發(fā)光二極管工作。工作過(guò)程為當(dāng)酒精濃度值大于設(shè)定的上限值，程序會(huì)將對(duì)應(yīng)三極管基極連接的單片機(jī)引腳置為低電平，這樣三極管就可以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和發(fā)光二極管工作，發(fā)出聲光報(bào)警。聲光報(bào)警電路4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)41軟件設(shè)計(jì)概述系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要的組成部分，軟件部分設(shè)計(jì)的好壞，直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行的可靠性。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)也在不斷向前發(fā)展，用來(lái)描述程序的語(yǔ)言也在不斷地進(jìn)步完善，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言也從初期的機(jī)器語(yǔ)言到用符號(hào)表示的匯編語(yǔ)言以至發(fā)展到高級(jí)語(yǔ)言。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，人們也開(kāi)始擺脫進(jìn)行程序設(shè)計(jì)必須先熟悉機(jī)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的桎梏，把精力集中于解決思路和方法上。本設(shè)計(jì)使用KEIL軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。發(fā)送端、接收端和通信設(shè)備使用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)。411KEIL軟件介紹隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，KEILC51軟件是一個(gè)基于32位WINDOWS環(huán)境的應(yīng)用程序，支持C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編程，其60以上的版本將編譯和仿真軟件統(tǒng)一為UVISION2通常稱為UV2。KEIL提供包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案。利用KEIL軟件編程流程1建立一個(gè)新工程單擊PROJECT菜單，在彈出的下拉菜單中選中NEWPROJECT選項(xiàng)；2選擇單片機(jī)的型號(hào),根據(jù)所使用的單片機(jī)來(lái)選擇,本設(shè)計(jì)所使用的是STC89C52，選擇STC89C52之后,然后點(diǎn)擊確定設(shè)置工程的配置參數(shù)，選中創(chuàng)建HEX文件；3打開(kāi)/建立程序文件。創(chuàng)建的文件用C形式保存；4編譯和連接工程。在進(jìn)行編譯和鏈接前，需要將創(chuàng)建的源代碼文件添加到工程中，在SOURCEGROUP1處單擊右鍵然后點(diǎn)ADDGROUP；5糾正程序中的書寫和語(yǔ)法錯(cuò)誤并重新編譯連接。在編譯窗口中把需要編譯的程序輸入，然后點(diǎn)編譯按鈕，即可對(duì)所寫程序編譯。42系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為C語(yǔ)言程序。C語(yǔ)言編寫的程序又由主程序流程和子程序流程組成，子程序流程分為酒精濃度檢測(cè)子程序，LCD顯示子程序，無(wú)線通信子程序，按鍵設(shè)定上限值子程序和串行子程序。421主程序流程圖本設(shè)計(jì)發(fā)送端與接收端分別使用一個(gè)單片機(jī)作為控制芯片，發(fā)送端主程序包括酒精濃度檢測(cè)子程序、顯示子程序、無(wú)線通信子