基于單片機(jī)的數(shù)字酒精氣體傳感系統(tǒng)

1、 大連海事大學(xué)裝訂線畢 業(yè) 論 文二一四年六月基于單片機(jī)的數(shù)字酒精氣體傳感系統(tǒng) 專業(yè)班級(jí)： 電子信息科學(xué)與技術(shù)2班 姓 名： 劉天恒 指導(dǎo)教師： 劉劍橋 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院基于單片機(jī)的數(shù)字酒精氣體傳感系統(tǒng) 目 錄摘 要5第一章 緒論71.1 交通安全的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)71.2 精測(cè)試儀現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)81.3研究?jī)?nèi)容9第二章 硬件原理及設(shè)計(jì)102.1 硬件總體設(shè)計(jì)思路102.2 設(shè)計(jì)總體框架10總框架流程圖102.3 STC89C52單片機(jī)102.4 MQ3酒精傳感器122.4.1 MQ3工作條件14圖1.3 MQ3靈敏度特性曲線142.5 A/D轉(zhuǎn)換電路142.5.1 ADC0809性能的介紹15

2、2.5.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)162.5.3 外部特性（引腳功能）162.5.4 ADC0809的工作原理172.6 報(bào)警設(shè)計(jì)172.6.1 蜂鳴器172.7 LED顯示182.8 晶振電路202.9 復(fù)位電路21第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)223.1 主程序流程圖及設(shè)計(jì)223.2 設(shè)計(jì)電路及程序223.2.1 52單片機(jī)電路223.2.2 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路及程序233.2.3 報(bào)警電路及程序243.2.4 晶振及復(fù)位電路253.2.5 按鍵電路及程序263.2.6 數(shù)碼管電路及程序263.2.7 實(shí)驗(yàn)總電路273.3 仿真結(jié)果283.3.1 Proteus介紹283.3.2 仿真結(jié)果28第四章 實(shí)物調(diào)試及結(jié)果2

3、94.1系統(tǒng)硬件調(diào)試294.2 實(shí)物展示294.3 誤差及故障分析314.4 傳感器濃度校準(zhǔn)314.4.1 呼出酒精氣體濃度與血液酒精濃度關(guān)系324.4.2 檢測(cè)依據(jù)33總結(jié)34參考文獻(xiàn)36致謝37摘 要近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民的生活水平提高，越來越多的人有了自己的私家車，而酒后駕車造成的交通事故也頻頻發(fā)生。 鑒于人們對(duì)于醉酒駕駛的逐漸重視，酒精測(cè)試課題便引起了廣泛的關(guān)注。為本課題研究的是一種以氣敏傳感器和單片機(jī)為主，監(jiān)測(cè)空氣酒精濃度，并具有LED顯示功能的空氣酒精濃度監(jiān)測(cè)儀。此需要設(shè)計(jì)一智能儀器能夠監(jiān)測(cè)駕駛員體內(nèi)酒精含量。本課題研究的是一種以氣敏傳感器和單片機(jī)為主，監(jiān)測(cè)空氣酒精濃度，

4、并具有聲報(bào)警功能及LED顯示功能的空氣酒精濃度監(jiān)測(cè)儀。其可監(jiān)測(cè)出空氣環(huán)境中和呼氣中酒精濃度值，并根據(jù)不同的環(huán)境設(shè)定不同的閥值，對(duì)超過的閥值進(jìn)行聲報(bào)警，并顯示閥值來提示危害。關(guān)鍵詞：52單片機(jī)；ADC0809；LED顯示；MQ3酒精傳感器ABSTRACTIn recent years, as China's economic development, people's living standards improve, more and more people have their own private cars and traffic accidents caused by

5、drunk driving is also frequent. Given people's increasing emphasis on the drink driving, alcohol test subject has aroused widespread concern. Based research is a kind of gas sensor and microcontroller-based, monitoring of air alcohol concentration , and with LCD display monitor air alcohol conce

6、ntration. The need to design an intelligent instruments to monitor the driver's alcohol content. This research is a kind of gas sensor and microcontroller-based, monitoring of air alcohol concentration , and with sound alarm and LCD display monitors the air alcohol concentration. The environment

7、 can be monitored from the air and breath alcohol concentration, and according to different environments set different threshold than the threshold of the acoustic alarm, and display threshold. To prompt the hazard. Keyword：52MCU；ADC8090；LED；MQ3第一章 緒論 1.1 交通安全的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展很快,汽車擁有量猛增,自1978年以來我國(guó)汽車保

8、有量一直以兩位數(shù)的百分比率在增長(zhǎng),至2002年底我國(guó)汽車已達(dá)2141萬輛。與此同時(shí),每年因交通事故死亡的人數(shù)也在迅速增長(zhǎng),十年間翻了一番,1991年5.3萬人,2001年已達(dá)10.6萬人,2002年為10.9萬人,居世界第一位。更值得關(guān)注的是這種增長(zhǎng)勢(shì)頭至今尚未受到有效遏制和減弱,如不作重大的政策調(diào)整,未來十年間道路交通事故年死亡人數(shù)還會(huì)再翻一番。我國(guó)道路交通事故的致死率也很高,比工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家高出10倍。因此,我國(guó)道路交通安全形勢(shì)十分嚴(yán)峻,已經(jīng)引起全國(guó)各有關(guān)方面的重視。迄今為止全世界被汽車奪去的生命已超過者已超過75萬。在全球范圍內(nèi)，平均每萬輛汽車每年死亡人數(shù)在10人左右。由于占人口優(yōu)勢(shì)的發(fā)展

9、中國(guó)家的汽車總數(shù)在增加，全世界每年死于汽車事故的總?cè)藬?shù)也在增加交通事故，這場(chǎng)“和平時(shí)代的戰(zhàn)爭(zhēng)”還將無情地持續(xù)下去，全世界每年因道路交通事故造成的經(jīng)濟(jì)損失約為5180億美元。隨著全世界汽車擁有量的增加，全球道路交通事故的死亡人數(shù)也在增加。根據(jù)WHO數(shù)據(jù)，全球2003年的人均純酒精消費(fèi)量為6.2L，其中歐洲地區(qū)人均達(dá)11.9L，美洲地區(qū)人均為8.7L。俄羅斯及其周邊的東歐國(guó)家酒精消費(fèi)量最高，其次為歐洲其他國(guó)家。在人均國(guó)民生產(chǎn)總值低于7000美元的低收入國(guó)家，酒精消費(fèi)量與人均GDP相關(guān)，GDP越高酒精消費(fèi)量越高。而隨著我國(guó)近年來高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)水平和居民生活水平，酒精消費(fèi)量亦呈直線上升趨勢(shì)，隨之而來的

10、是因?yàn)轱嬀贫斐傻囊幌盗猩鐣?huì)問題，例如酒后駕駛造成的交通意外。當(dāng)酒精在人體血液內(nèi)達(dá)到一定濃度時(shí)，造成神經(jīng)麻痹，大腦反應(yīng)遲緩，肢體不受控制等癥狀。人對(duì)外界的反應(yīng)能力及控制能力就會(huì)下降，處理緊急情況的能力也隨之下降。對(duì)于酒后駕車者而言，其血液中酒精含量越高，發(fā)生撞車的幾率越大。而根據(jù)世界衛(wèi)組織的事故調(diào)查，大約50%69%的交通事故與酒后駕駛有關(guān)，酒后駕駛已經(jīng)被列為車禍致死的主要原因。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)人權(quán)的尊重，對(duì)生命的關(guān)愛，使更多人的生命權(quán)、健康權(quán)及幸福美滿的家庭能得到更好的保護(hù)，需要設(shè)計(jì)一智能儀器能夠檢測(cè)駕駛員體內(nèi)酒精含量。目前全世界絕大多數(shù)國(guó)家都采用呼氣酒精測(cè)試儀對(duì)駕駛?cè)藛T進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，以確定被測(cè)量

11、者體內(nèi)酒精含量的多少，以確保駕駛員的生命財(cái)產(chǎn)安全。酒精檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與使用有著不可替代的作用，也有著相當(dāng)?shù)那熬昂鸵饬x。隨著汽車制造業(yè)的發(fā)展，全球汽車擁有量的增加，據(jù)德國(guó)一家調(diào)研機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，全球汽車（包括個(gè)人用車和商用車）保有量最遲到 2010 年將突破10億量。隨著汽車保有量的增加，交通事故也在不斷的增加，全世界每年約有 120 萬人死于道路交通事故，受傷者多達(dá) 5000 萬人，同時(shí)全球道路交通事故每年造成的直接經(jīng)濟(jì)損失為 5180 億美元，可見道路交通安全問題已成為全球性的主題。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路建設(shè)也得到了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。隨著公路運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，公安部交管局透露，截至2011年8月

12、底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)到2.19億輛。其中，汽車保有量首次突破1億輛，占機(jī)動(dòng)車總量的45.88%，是機(jī)動(dòng)車的主要構(gòu)成部分。隨著汽車使用量的增加和道路交通事業(yè)的發(fā)展，也給社會(huì)帶來了負(fù)面影響。為了能夠有效的防止酒后駕駛造成的此類危害，研究一種酒精含量測(cè)試儀來測(cè)量駕駛員呼氣中酒精濃度是否超標(biāo)是非常必要的，降低交通事故的發(fā)生率。駕駛員酒后駕車就像一顆顆流動(dòng)的“炸彈”，隨時(shí)隨地都有可能爆炸，威脅著我們的安全。1.2 精測(cè)試儀現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)喝酒后，呼出的氣體會(huì)有酒味，表情行為會(huì)有反常。遠(yuǎn)古時(shí)代人們利用鼻子作為傳感器，進(jìn)行簡(jiǎn)單的呼出氣體酒精測(cè)量。19世紀(jì)末出現(xiàn)了用體液對(duì)酒精進(jìn)行定量分析。1927年，有科學(xué)家

13、建議使用呼出氣體做酒精濃度分析?，F(xiàn)在，肺泡氣中酒精的測(cè)量技術(shù)有了很大的進(jìn)步，有先進(jìn)微處理器的酒精測(cè)試儀已被商品化。越來越多的國(guó)家開始禁止酒后駕車。精確的呼出氣體酒精測(cè)試和傳統(tǒng)的法醫(yī)血液酒精分析相比有許多優(yōu)點(diǎn)，例如，進(jìn)行無毒的采樣，能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，這樣為交警節(jié)省了時(shí)間，使交通控制更高效，能避免運(yùn)輸和貯存有艾滋病病毒和肝炎病毒的血樣。由于最早使用BAC極限值來分辨酒后駕車 ，當(dāng)呼出氣體酒精濃度測(cè)量用于交通執(zhí)法時(shí)，情況就變得錯(cuò)綜復(fù)雜，要把所測(cè)量的呼出氣體酒精濃度換算成血液酒精濃度 。一般認(rèn)為，2100：1呼出氣體中所含的酒精和11血液中所含的酒精量 相等 。對(duì)于把結(jié)果轉(zhuǎn)化成BAC的呼出氣體酒精測(cè)量?jī)x

14、，呼氣血液酒精轉(zhuǎn)換系數(shù)是決定測(cè)試精度的重要因素。在美國(guó)、加拿大、澳大利亞，定量分析呼出氣體酒精測(cè)試儀已用了十多年，轉(zhuǎn)化系數(shù)為2100：1。在美國(guó)許多州，0.102101BAC為飲酒駕駛處罰極限，2100：1的BAC/BAC的轉(zhuǎn)化系數(shù)直接體現(xiàn)在立法條例中，如果不這樣 ，立法確定大于等于0.47m1為犯罪極限，還得強(qiáng)調(diào) 2100：1的轉(zhuǎn)化系數(shù)。假設(shè)有這種可能，BAC是合法的，而BAC不合法 ，反之亦然。立法中存在 的這種進(jìn)退兩難的問題，至今沒有很好地解決 。BAC和BAC內(nèi)在轉(zhuǎn)化如下所述：BAC=BAC×BAC/BAC轉(zhuǎn)化系數(shù)1.3研究?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)結(jié)果用

15、LED或LCD顯示器顯示?；赟TC89C52單片機(jī)，MQ3酒精濃度傳感器，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一種具有檢測(cè)及超限報(bào)警功能的酒精濃度測(cè)試系統(tǒng)。 MQ3對(duì)酒精濃度的變化，其阻值產(chǎn)生相應(yīng)的變化，然后通過取樣電阻分壓的變化表現(xiàn)出來；人體血液酒精濃度的不同，其呼出的氣體中酒精濃度也不同。通過MQ3對(duì)呼出氣體中酒精濃度的反應(yīng)以取樣電壓的形式送入到ADC0809，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后并將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行分析處理，再通過液晶板顯示出來。第二章 硬件原理及設(shè)計(jì) 2.1 硬件總體設(shè)計(jì)思路思路從設(shè)計(jì)的要求出發(fā)，要求是測(cè)試究竟氣體的濃度，必然要用到酒精傳感器。設(shè)計(jì)出來的儀器要對(duì)酒精快速響應(yīng)，預(yù)熱時(shí)間短，這就對(duì)酒精傳感器的

16、性能指標(biāo)由一定的要求，首先這個(gè)酒精傳感器本身就有很好的靈敏度，和檢測(cè)到的酒精氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)快。測(cè)量直觀要求儀器有一個(gè)顯示器，能直接從顯示器上讀取測(cè)試結(jié)果，這時(shí)選擇一個(gè)數(shù)碼管做顯示器。又考慮到酒精傳感器采集到的電信號(hào)是微弱模擬信號(hào)，而單片機(jī)所能處理的事數(shù)字信號(hào)，所以還要運(yùn)用運(yùn)放和一塊A/D轉(zhuǎn)換芯片，把酒精傳感器采集到的模擬信號(hào)放大，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào)，再送到單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算處理的數(shù)字電信號(hào)最后送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示2.2 設(shè)計(jì)總體框架數(shù)碼管顯示52單片機(jī)ADC0809MQ3傳感器酒精氣體 總框架流程圖2.3 STC89C52單片機(jī)本系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心。單片機(jī)/MCU主要有51

17、基本型和52增強(qiáng)型，而相比之下52型比51型功能更為強(qiáng)大，ROM和RAM存儲(chǔ)空間更大，52還兼容51指令系統(tǒng)?；诒鞠到y(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容的需要，綜合考慮后，我們選擇單片機(jī)STC89C52為控制核心；主要基于考慮STC89C52是無法解密低功耗,超低價(jià)高速，高可靠強(qiáng)抗靜電，強(qiáng)抗干擾,功能強(qiáng)大的單片機(jī)。STC89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)STC89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)

18、數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)本。STC單片機(jī)有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 STC89C52單片機(jī)引腳如圖1.1：圖1.1 STC89C52引腳圖Vcc：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。

19、P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。P3口：P3口時(shí)一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE ：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。 ：程序儲(chǔ)存允許（）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)89C5X單片機(jī)由外部程序

20、存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在次期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次 信號(hào)。 /VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFH）， 端必須保持低電平（接地）。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端2.4 MQ3酒精傳感器 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

21、器表面電阻的變化。傳感器表面電阻RS 的變化，是通過與其串聯(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/RL=(VCVRL)/VRL，其中VC 為回路電壓10V。負(fù)載電阻RL 可調(diào)為0.5200K，加熱電壓Uh 為5V。上述這些參數(shù)使得傳感器輸出電壓為05V。MQ3 型氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)和外形如圖3.1所示，標(biāo)準(zhǔn)回路如圖四所示，傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度的關(guān)系如圖3.2所示。為了使測(cè)量的精度達(dá)到最高，誤差最小，需要找到合適的溫度，一般在測(cè)量前需要將傳感器預(yù)熱5分鐘。MQ3酒精傳感器對(duì)乙醇蒸氣有很高的靈敏度，并且響應(yīng)和恢復(fù)快速。另外，MQ3酒精傳感器簡(jiǎn)

22、單的驅(qū)動(dòng)回路和可靠的穩(wěn)定性是相比較于其他型號(hào)傳感器的優(yōu)點(diǎn)。MQ3酒精傳感器可用于機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T及其他嚴(yán)禁酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，也可用于其他場(chǎng)所乙醇蒸氣的檢測(cè)。MQ3酒精傳感器有6只針狀管腳，其中4個(gè)管腳（兩個(gè)A和兩個(gè)B）用于信號(hào)讀取，兩個(gè)H腳用于提供加熱電流。MQ3型氣敏傳感器與電位器串聯(lián)構(gòu)成分壓電路，采樣點(diǎn)為電位器的分壓。MQ3型氣敏傳感器的敏感部分是由金屬氧化物SnO2的N型半導(dǎo)體微晶燒結(jié)層構(gòu)成。當(dāng)其表面吸附有被測(cè)氣體酒精分子時(shí)，表面導(dǎo)電電子比例就會(huì)發(fā)生變化，從而其表面電阻會(huì)隨著被測(cè)氣體濃度的變化而變化。由于這種變化是可逆的，所以能重復(fù)使用。當(dāng)氣敏傳感器的敏感體電阻阻值發(fā)生改變時(shí)，對(duì)應(yīng)的

23、電位器的分壓值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，即一個(gè)電壓值對(duì)應(yīng)著一個(gè)被測(cè)酒精氣體濃度。對(duì)酒精氣體濃度的采樣就可以轉(zhuǎn)化為對(duì)電位器分壓的采樣。MQ3型氣敏傳感器技術(shù)指標(biāo)如下：使用氣體：酒精(乙醇）探測(cè)范圍：101000*10-6 特征氣體：100*10-6靈敏度：Rin air/Rin typical gas5敏感體電阻：4004000k（空氣中）響應(yīng)時(shí)間：10s（70% Response)恢復(fù)時(shí)間：30s（70% Response)加熱電阻：313加熱電流：180mA加熱電壓：5V0.2V加熱功率：900mW工作條件：環(huán)境溫度：1065攝氏度 濕度：95%RH貯存條件：溫度：2070攝氏度 濕度：70%RH

24、靈敏度調(diào)整：MQ3 型氣敏元件對(duì)不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。 因此，在使用此類型氣敏元件時(shí) ，靈敏度的調(diào)整是很重要的。 建議使用 200ppm 的乙醇蒸汽校準(zhǔn)傳感器。當(dāng)精確測(cè)量時(shí)，報(bào)警點(diǎn)的設(shè)定應(yīng)考慮溫濕度的影響。 電路圖如圖1.2： 圖1.2 MQ3傳感器電路圖2.4.1 MQ3工作條件使用溫度在-2055范圍；儲(chǔ)存溫度在-20-70范圍；相對(duì)濕度要求不大于95%RH；氧氣濃度在21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)。回路電壓要求15V（AC or DC），加熱電壓要求是5.0V±0.2 V，測(cè)量電壓不大于24V。負(fù)載電阻要可調(diào)，加熱電阻是31±3；加熱功耗900mW，屬于小功率；

25、探測(cè)空氣中酒精濃度范圍100ppm-2000ppm。為了使測(cè)量的精度達(dá)到最高，誤差最小，需要找到合適的溫度，一般在測(cè)量前需要將傳感器預(yù)熱5 分鐘。 MQ3靈敏度特性曲線資料如圖1.3： 圖1.3 MQ3靈敏度特性曲線本靈敏度曲線圖條件：溫度：20、相對(duì)濕度：65%、氧氣濃度：21% RL=5k Rs：元件在不同氣體，不同濃度下的電阻值。R0: 元件在潔凈空氣中的電阻值。2.5 A/D轉(zhuǎn)換電路 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的功能是將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量，是架起模擬系統(tǒng)跟數(shù)字系統(tǒng)之間連接的橋梁。對(duì)于本系統(tǒng)而言，就是用于快速、高精度地對(duì)輸入的酒精濃度信號(hào)進(jìn)行采樣編碼，將其轉(zhuǎn)換成單片機(jī)所能夠處理的數(shù)字量

26、。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路是本系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其性能的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量。所謂A/D轉(zhuǎn)換器就是模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），是將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。信號(hào)輸入端可以是傳感器或轉(zhuǎn)換器的輸出，而ADC的數(shù)字信號(hào)也可能提供給微處理器，以便廣泛地應(yīng)用。 CS 、RD 、WR 是數(shù)字控制輸入端，滿足標(biāo)準(zhǔn)TTL 邏輯電平。其中CS 和WR 用來控制A/D 轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)。CS 、RD 用來讀A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果，當(dāng)它們同時(shí)為低電平時(shí)，輸出數(shù)據(jù)鎖存器DB0DB7 各端上出現(xiàn)8 位并行二進(jìn)制數(shù)碼。ADC08010805 片內(nèi)有時(shí)鐘電路，只要在外部“CLKI”和“CLKR”兩端外接一對(duì)電阻電容即可產(chǎn)生A/D 轉(zhuǎn)

27、換所要求的時(shí)鐘，其振蕩頻率為fCLK1/1.1RC。其典型應(yīng)用參數(shù)為：R=10K，C=150PF，fCLK640KHZ，轉(zhuǎn)換速度為100。若采用外部時(shí)鐘，則外部fCLK 可從CLKI 端送入，此時(shí)不接R、C。允許的時(shí)鐘頻率范圍為100KHZ1460KHZ。 INTR 是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端，輸出跳轉(zhuǎn)為低電平表示本次轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，可作為微處理器的中斷或查詢信號(hào)。如果將CS 和WR 端與INTR 端相連，則ADC0804 就處于自動(dòng)循環(huán)轉(zhuǎn)換狀態(tài)。CS 0 時(shí)，允許進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。WR 由低跳高時(shí)A/D 轉(zhuǎn)換開始，8 位逐次比較需8×8=64 個(gè)時(shí)鐘周期，再加上控制邏輯操作，一次轉(zhuǎn)換需要6

28、673 個(gè)時(shí)鐘周期。在典型應(yīng)用fCLK640KHZ 時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為103114。當(dāng)fCLK 超過640KHZ，轉(zhuǎn)換精度下降，超過極限值1460KHZ 時(shí)便不能正常工作。被轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)從VIN（+）和VIN（-）輸入，允許此信號(hào)是差動(dòng)的或不共地的電壓信號(hào)。如果輸入電壓VIN的變化范圍從0V到Vmax，則芯片的VIN（-）端接地，輸入電壓加到VIN（+）引腳。由于該芯片允許差動(dòng)輸入，在共模輸入電壓允許的情況下，輸入電壓范圍可以從非零伏開始，即Vmin 至Vmas。此時(shí)芯片的VIN（-）端應(yīng)該接入等于Vmin 的恒值電碼墳上，而輸入電壓VIN仍然加到VIN（+）引腳上。A/D 轉(zhuǎn)換器一般都有這兩

29、個(gè)引腳。模擬地AGND 和數(shù)字地DGND 分別設(shè)置引入端，使數(shù)字電路的地電流不影響模擬信號(hào)回路，以防止寄生耦合造成的干擾。參考電壓VREF/2 可以由外部電路供給從“VREF/2”端直接送入，VREF/2 端電壓值應(yīng)是輸入電壓范圍的二分之一所以輸入電壓的范圍可以通過調(diào)整VREF/2 引腳處的電壓加以改變，轉(zhuǎn)換器的零點(diǎn)無調(diào)整。2.5.1 ADC0809性能的介紹根據(jù)A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理可將A/D 轉(zhuǎn)換器分成兩大類：一類是直接型A/D轉(zhuǎn)換器；另一類是間接型A/D 轉(zhuǎn)換器。在直接型A/D 轉(zhuǎn)換器中，輸入的模擬電壓被直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼，不經(jīng)任何中間變量。在間接型A/D 轉(zhuǎn)換器中，首先把輸入的模擬電

30、壓轉(zhuǎn)換成某種中間變量（時(shí)間、頻率、脈沖寬度等等），然后再把這個(gè)中間變量轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼輸出。 主要特性 （1）8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。（2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端。（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s。（4）單個(gè)+5V電源供電。（5）模擬輸入電壓范圍0+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。（6）工作溫度范圍為-40+85攝氏度。（7）低功耗，約15mW。2.5.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809由4部分邏輯結(jié)構(gòu)構(gòu)成，如圖1.4 所示。圖1.4 ADC0809工作原理圖ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖

31、存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與TTL兼容。2.5.3 外部特性（引腳功能）ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。下面說明各引腳功能。IN0IN7：8路模擬量輸入端。D0-D7：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。START： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。OE：數(shù)據(jù)輸出允許

32、信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。Vcc：電源，單5V。GND：地。2.5.4 ADC0809的工作原理ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入

33、高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。2.6 報(bào)警設(shè)計(jì) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，一般的工作狀態(tài)可以通過指示燈或數(shù)碼顯示來指示，供操作人員參考，了解系統(tǒng)的工作狀況。但對(duì)于某些緊急狀態(tài)，比如系統(tǒng)檢測(cè)到的錯(cuò)誤狀態(tài)等，為了使操作人員不至于忽視，及時(shí)采取措施，往往還需要有某種更能引人注意，提起警覺的報(bào)警信號(hào)。這種報(bào)警信號(hào)通常有三種類型：一是閃光報(bào)警，因?yàn)殚W動(dòng)的指示燈更能提醒人們注意；二是鳴音報(bào)警，發(fā)出特定的音響，作用于人的聽覺器官，易于引起和加強(qiáng)警覺；三是語音報(bào)警，不僅能起到報(bào)警作用，還能直接給出警報(bào)種類的信息。其中，前兩種報(bào)警裝置因硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軟件編程方便，常常在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中

34、使用；而語音報(bào)警雖然警報(bào)信息較直接，但硬件成本高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軟件量也增加。閃光報(bào)警實(shí)現(xiàn)單頻音報(bào)警的接口電路比較簡(jiǎn)單，只要當(dāng)值高于警報(bào)值的時(shí)候給一個(gè)低電頻就能驅(qū)動(dòng)二極管發(fā)光,簡(jiǎn)單易懂。2.6.1 蜂鳴器壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1.515V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.52.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片聲。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)他激蜂鳴器的方式有兩種：一種是PWM 輸出口直接驅(qū)動(dòng)，另一種是利用I/O 定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形對(duì)蜂鳴器

35、進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。PWM 輸出口直接驅(qū)動(dòng)是利用PWM 輸出口本身可以輸出一定的方波來直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。在單片機(jī)的軟件設(shè)置中有幾個(gè)系統(tǒng)寄存器是用來設(shè)置PWM 口的輸出的，可以設(shè)置占空比、周期等等，通過設(shè)置這些寄存器產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形之后，只要打開PWM 輸出，PWM 輸出口就能輸出該頻率的方波，這個(gè)時(shí)候利用這個(gè)波形就可以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器了。比如頻率為2000Hz 的蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)，可以知道周期為500s，這樣只需要把PWM 的周期設(shè)置為500s，占空比電平設(shè)置為250s，就能產(chǎn)生一個(gè)頻率為2000Hz 的方波，通過這個(gè)方波再利用三極管就可以去驅(qū)動(dòng)這個(gè)蜂鳴器了。而利用I/O 定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形的

36、方式會(huì)比較麻煩一點(diǎn)，必須利用定時(shí)器來做定時(shí)，通過定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形，這個(gè)波形就可以用來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器了。比如為2500Hz 的蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)，可以知道周期為400s，這樣只需要驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的I/O 口每200s 翻轉(zhuǎn)一次電平就可以產(chǎn)生一個(gè)頻率為2500Hz，占空比為1/2duty 的方波，再通過三極管放大就可以驅(qū)動(dòng)這個(gè)蜂鳴器了。蜂鳴器電路圖如圖1.5。圖1.5蜂鳴器工作電路圖2.7 LED顯示led數(shù)碼管（LED Segment Displays）由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7

37、段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于3位“+1”型。本次用到的的七段數(shù)碼管為共陰型，段碼采用同相驅(qū)動(dòng)，輸入端加高電平，選中的數(shù)碼管亮，位碼加反相驅(qū)動(dòng)器，位碼輸入端高電平選中，S1=1選中十位，S01選中個(gè)位。引腳都是對(duì)應(yīng)一個(gè)字母表示 DP是小數(shù)點(diǎn)。A、靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O埠進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)位器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O口來驅(qū)動(dòng)。故實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬體電路的復(fù)雜性。 B、動(dòng)態(tài)顯示

38、驅(qū)動(dòng)： 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，單片機(jī)對(duì)位元選通COM端電路的控制，所以只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。透過分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口

39、，而且功耗更低。引腳圖如1.6。圖1.6位共陰數(shù)碼管引腳圖圖1.7 數(shù)碼管電路圖2.8 晶振電路單片機(jī)工作的過程中各指令的微操作在時(shí)間上有嚴(yán)格的次序，這種微操作的時(shí)間次序稱作時(shí)序，單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來為單片機(jī)芯片內(nèi)部各種微操作提供時(shí)間基準(zhǔn)，STC89C52的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，一種是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式即在單片機(jī)的外部接一個(gè)晶振電路與單片機(jī)里面的振蕩器組合作用產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)，此方式常用于多片STC89C52單片機(jī)同時(shí)工作，以便于各單片機(jī)的同步，一般要求外部信號(hào)高電平的持續(xù)時(shí)間大于20ns.且為頻率低于12MHz的方波

40、。對(duì)于CHMOS工藝的單片機(jī)，外部時(shí)鐘要由XTAL1端引入，而XTAL2端應(yīng)懸空。本系統(tǒng)中為了盡量降低功耗的原則，采用了內(nèi)部時(shí)鐘方式。在STC89C52單片機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)震蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱晶振）就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，圖中電容器C1和C2穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在530pF，典型值是22pF，晶振CYS選擇的是12MHz。STC89C52單片機(jī)中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳19對(duì)應(yīng)的XTAL1和18對(duì)應(yīng)的XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一

41、起構(gòu)成自激振蕩器。石英晶體及電容C1和C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。石英晶體的兩端分別接到引腳XTAL1 和引腳XTAL2，同時(shí)石英晶體的兩端分別接一個(gè)電容C1和C2，電容的另一端接地。對(duì)于外接電容C1和C2的大小雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小還是會(huì)對(duì)振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度和溫度穩(wěn)定性帶來一定的影響。根據(jù)技術(shù)資料的推薦，使用石英晶體推薦電容容量為30pF±10pF，使用陶瓷諧振器推薦電容容量為40pF±10pF。因?yàn)殡娐分薪拥氖鞘⒕w，所以設(shè)計(jì)中接的兩個(gè)電容C1和C2的容量都為30pF。2.9 復(fù)位電路單片機(jī)開始工作的時(shí)

42、候，必須處于一種確定的狀態(tài)，否則，不知哪是第一條程序和如何開始運(yùn)行程序。端口線電平和輸入輸出狀態(tài)不確定可能使外圍設(shè)備誤動(dòng)作，導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生；內(nèi)部一些控制寄存器（專用寄存器）內(nèi)容不確定可能導(dǎo)致定時(shí)器溢出、程序尚未開始就要中斷及串口亂傳向外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù).因此，任何單片機(jī)在開始工作前，都必須進(jìn)行一次復(fù)位過程，使單片機(jī)處于一種確定的狀態(tài)。當(dāng)在STC89C52單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。對(duì)于復(fù)位電路部分，STC89C52技術(shù)資料給出，當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。

43、復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為了擺脫困境，可以按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)，所以復(fù)位電路的設(shè)計(jì)很有必要。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種方式，本設(shè)計(jì)選用按鍵電平復(fù)位方式。10F的電容C3與一個(gè)10K的電阻串聯(lián)，電容的正極端接到電源的正極，電容的另一端接至引腳RST。設(shè)計(jì)中選用的石英晶體大小為11.0952MHz,但復(fù)位鍵按下后，電容和電阻選用的參數(shù)值能夠保證給復(fù)位端RST提供大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平復(fù)位信號(hào)。第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 主程序流程圖及設(shè)計(jì) 主程序流程圖如下圖。首先系統(tǒng)上電后要求對(duì)系統(tǒng)各模塊進(jìn)行初始化設(shè)置。之后是數(shù)據(jù)采集，轉(zhuǎn)

44、換，計(jì)算等過程，單片機(jī)對(duì)傳感器檢測(cè)的酒精其一濃度輸出信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過計(jì)算處理后，將呼出氣體酒精濃度值與報(bào)警限設(shè)定值進(jìn)行比較，判斷是否發(fā)出聲音警報(bào)。同時(shí)送入LED顯示屏模塊顯示酒精氣體的濃度值。開始系統(tǒng)各模塊初始化A/D轉(zhuǎn)換器酒精濃度顯示報(bào)警是否超過報(bào)警閥值酒精濃度計(jì)算3.2 設(shè)計(jì)電路及程序3.2.1 52單片機(jī)電路如圖1.8 圖 1.8 單片機(jī)電路 void ADC()/ADC轉(zhuǎn)換程序START=0;START=1;START=0; /ad 開始轉(zhuǎn)換while(EOC=0); /等待轉(zhuǎn)換結(jié)束OE=1;3.2.2 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路及程序 時(shí)鐘信號(hào) void timer() inter

45、rupt 1/給ADC產(chǎn)生50K的時(shí)鐘信號(hào)CLK=CLK;/取反，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)中斷初始化EA=1; /開總中斷 TMOD=0x02;/設(shè)定定時(shí)計(jì)數(shù)工作方式為2TH0=0xf6;TL0=0xf6;/提供50kHZ時(shí)鐘輸入信號(hào)，由定時(shí)器計(jì)算公式得出TH0，TL0ET0=1;/開定時(shí)器0中斷TR0=1;/定時(shí)計(jì)數(shù)器0開始運(yùn)行 LED1=1; LED2=1; LED3=1; LED4=1; beep=0; 電路如圖1.9 圖 1.9 A/D轉(zhuǎn)換電路3.2.3 報(bào)警電路及程序如圖2.0 圖2.0 報(bào)警電路if(b0*1000+b1*100+b2*10+b3>x) beep=1;delay();be

46、ep=0;/高于報(bào)警值響3.2.4 晶振及復(fù)位電路如圖2.1 圖2.1 晶振及復(fù)位電路3.2.5 按鍵電路及程序如圖2.2 圖2.2 按鍵電路if(key1=0)/鍵盤掃描 delay();/去抖 if(key1=0) set+; if(set=5)set=0; while(key1=0); 3.2.6 數(shù)碼管電路及程序 圖2.3 數(shù)碼管電路int code LedData=0x5f,0x06,0x3b,0x2f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/四位共陰極數(shù)碼管09 if(set!=0)/顯示調(diào)整報(bào)警值 b0=x/1000; P0=LedDatab0|0x80;L

47、ED1=0;delay() ;LED1=1; b1=x/100%10;P0=LedDatab1; LED2=0;delay() ;LED2=1; b2=x/10%10;P0=LedDatab2;LED3=0; delay() ;LED3=1; b3=x%10;P0=LedDatab3; LED4=0; delay() ;LED4=1; if(set=0)/顯示濃度值 3.2.7 實(shí)驗(yàn)總電路如圖2.4 圖2.4 設(shè)計(jì)總電路3.3 仿真結(jié)果3.3.1 Proteus介紹本設(shè)計(jì)選擇用Proteus環(huán)境進(jìn)行，Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)

48、同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多種編譯器。Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：原理布圖；PCB自動(dòng)或人工布線；SPICE電路仿真。革命性的特點(diǎn)：互動(dòng)的電路仿真，用戶甚至

49、可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。仿真處理器及其外圍電路，可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。3.3.2 仿真結(jié)果仿真結(jié)果如圖2.5 圖2.5 仿真結(jié)果第四章 實(shí)物調(diào)試及結(jié)果4.1系統(tǒng)硬件調(diào)試先做出PCB板，焊接前應(yīng)對(duì)整個(gè)電路板進(jìn)行檢查。首先，用萬用表對(duì)印制的電路板線路進(jìn)行檢查，該過程是在焊接元器件之前的必要工作，主要是檢查印制的電路

50、板線路是否有斷路的情況，如果檢查沒有問題，則可以對(duì)元器件進(jìn)行焊接。焊接前對(duì)電阻、電容的量值要進(jìn)行測(cè)量、篩選，選擇與電路中參數(shù)值一致的元器件，在選擇芯片時(shí)，要注意芯片與設(shè)計(jì)要求的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否一致。在焊接時(shí)，應(yīng)將印制的電路板認(rèn)真對(duì)照原理圖，查看元器件的引腳焊接是否正確。電路板焊接完成后，需要對(duì)每個(gè)元器件的引腳逐個(gè)進(jìn)行檢查，一方面是檢查有沒有引腳虛焊或與其他信號(hào)線短路，另一方面是對(duì)器件引腳功能的再檢查，查看設(shè)計(jì)是否正確。檢查電路焊接沒有問題后，則可以進(jìn)行上電測(cè)試。上電測(cè)試是調(diào)試的關(guān)鍵部分，按照系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的模塊化思想，應(yīng)該分模塊測(cè)試系統(tǒng)。首先還是應(yīng)該測(cè)試電源部分，系統(tǒng)上電以后，測(cè)試各個(gè)電源端

51、口和器件的電源部分是否工作正常，同時(shí)應(yīng)注意系統(tǒng)中有無器件過熱情況，如果有的話，可能是相應(yīng)的器件損壞或電路中有短路，需要認(rèn)真檢查之后再加電。如果沒有問題，則可以進(jìn)行功能的檢測(cè)。在調(diào)試的時(shí)候有以下問題及解決方法：（1） 由于本圖是由PCB板焊的，在畫PCB圖中，有些電源線和接地線沒有畫出來，造成有些功能不能實(shí)現(xiàn)。經(jīng)仔細(xì)檢查，找到少焊的電源線和接地線。焊好后實(shí)現(xiàn)了應(yīng)有的功能。（2） 在選擇元器件的時(shí)候，由于酒精傳感器模塊的分壓電阻的大小沒有選的適當(dāng)，使得在酒精測(cè)試時(shí)候酒精傳感器反應(yīng)不太靈敏。經(jīng)過多次嘗試換分壓電阻，使得酒精傳感器靈敏度大大提高。4.2 實(shí)物展示 圖 2.6 成品 圖 2.7 MQ3酒

52、精傳感器 圖 2.8 空氣狀態(tài)下示數(shù)減小增大設(shè)置復(fù)位 圖 2.9 設(shè)置報(bào)警閥值紅燈亮起表示MQ3開始工作 圖 3.0 酒精示數(shù)測(cè)量4.3 誤差及故障分析在調(diào)試過程中，出現(xiàn)以下故障：（1）單片機(jī)不能下載程序；可能是檢查晶振不工作或單片機(jī)線路故障；經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)是晶振有一腳虛焊，重新焊上解決了這個(gè)問題。（2）用萬用表測(cè)傳感器輸出電壓，變化范圍不大。原因可能是滑動(dòng)變阻器阻值不夠大，導(dǎo)致傳感器電路靈敏度。經(jīng)調(diào)試，換一個(gè)適當(dāng)?shù)?、更大的滑?dòng)變阻器，再去測(cè)輸出電壓，電壓變化范圍就變大了，達(dá)到了測(cè)試要求。（3）傳感器輸出電壓不穩(wěn)定，在同濃度酒精情況下測(cè)試電壓，測(cè)試值也不同?？赡苁莻鞲衅鳑]有預(yù)熱充分以及測(cè)試儀電源

53、不穩(wěn)定導(dǎo)致。檢查調(diào)節(jié)電源電壓，保證供電電壓穩(wěn)定，同時(shí)使傳感器預(yù)熱5分鐘，等傳感器充分預(yù)熱以及系統(tǒng)功能穩(wěn)定后，在進(jìn)行電壓測(cè)試。（4）LED無顯示，可能是程序不對(duì)或者是LED硬件電路問題。經(jīng)檢查，有一根數(shù)據(jù)線插錯(cuò)了了，重新連接即可。（5）LED亮度不夠，可能是因?yàn)殡娮柽^大，經(jīng)調(diào)試，解決問題4.4 傳感器濃度校準(zhǔn)在網(wǎng)上和圖書館查閱資料，了解到一種校準(zhǔn)方法：密閉容器中，一定溫度下，酒精溶液揮發(fā)到容器空氣中后，酒精水溶液濃度與空氣中酒精濃度是有一定關(guān)系的。利用這個(gè)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，配置出標(biāo)準(zhǔn)的酒精溶液，就能對(duì)測(cè)試儀進(jìn)行校準(zhǔn)。當(dāng)要是用來校準(zhǔn)空氣中0.25mg/L和0.40mg/L兩個(gè)點(diǎn)時(shí)，根據(jù)資料中的數(shù)據(jù)，計(jì)算出要分別配置0.64g/L和1.02g/L的酒精水溶液，由于條件限制，這個(gè)是比較難達(dá)到精度要求的，而且還要在一定溫度下密閉容器里進(jìn)行校準(zhǔn)，操作比較困難。資料中的數(shù)據(jù)時(shí)通過實(shí)驗(yàn)得到的，而且在于國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程誤差范圍內(nèi)的，以下為資料數(shù)據(jù)：表1酒精水溶液濃度與空氣中酒精濃度的關(guān)系酒精水溶液/g·L-1空氣中的酒精含量/mg·L-10.370.1430.610.2380.930.3564.4.1 呼出酒精氣體濃度與血液酒精濃度關(guān)系表2 血