酒精報警器論文

1、酒精報警器【摘要】本設(shè)計實現(xiàn)了對不同濃度酒精的檢測和顯示并報警，通過適當改進可以用于檢測酒后駕車。本文用STC89C52單片機與MQ-3型氣體傳感器實現(xiàn)了對酒精濃度的測量，并對測量數(shù)據(jù)進行顯示，同時利用蜂鳴器，在設(shè)計允許值時發(fā)出報警。論文主要研究了（1）硬件方面，MQ-3氣體傳感器技術(shù)參數(shù)的檢測和將它接入到酒精濃度檢測模塊中，將采集到的模擬電壓信號通過單片機控制經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字電壓信號；用于顯示濃度的LCD顯示模塊并報警。（2）軟件方面，主要研究了電壓到濃度的線性轉(zhuǎn)換和最終濃度值的LCD顯示。（3）對設(shè)計的傳感器進行了標定。設(shè)計的傳感器對酒精氣體反應靈敏，能在有效范圍內(nèi)測量它的濃度值。并

2、且在檢測低濃度酒精時誤差較小，最大誤差為8.2%滿足設(shè)計要求。本文的特色在于標準的確定。對于流動空氣，樣品的穩(wěn)定性和水蒸氣的影響，提出了解決方案和驗證方法。對不同的區(qū)間濃度和電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系做線性化處理，簡化了硬件電路的設(shè)計。設(shè)計的傳感器可以檢測不同濃度的酒精氣體，改進之后對解決酒后駕車事故和特殊場合酒精檢測都可以使用?！娟P(guān)鍵詞】氣體傳感器 模數(shù)轉(zhuǎn)換 單片機目 錄引 言- 1第一章 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 - 31.1 酒精報警器的工作結(jié)構(gòu)和原理- 31.2 酒精傳感器的選型- 31.2.1 酒精傳感器的介紹-41.2.2 MQ-3半導體氣體酒精傳感器-71.3 單片機的選型- - 101.4 酒精報

3、警器的主要功能設(shè)計- 13第二章 系統(tǒng)的硬件電路 -142.1 STC89C52的時鐘電路和復位電路- 142.2 A/D轉(zhuǎn)換電路- 142.3 聲光報警電路- 172.4 字符顯示電路- 182.5 酒精報警器硬件總電路- 19第三章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計-203.1 整機系統(tǒng)流程圖-203.2 ADC程序流程圖-213.3 LCD程序流程圖-22第四章 系統(tǒng)調(diào)試- 234.1 硬件調(diào)試-234.2 軟件調(diào)試-234.3 成品調(diào)試-22結(jié) 論- 26致 謝- 27參考文獻- 28附 錄- 29引 言設(shè)計背景： 我國傳感器市場的增長率超過15%，2003年銷售額為186億元人民幣，2006年銷售額為

4、283億元人民幣，預計2007年為325億元人民幣，2008年為374億元人民幣。我國傳感器4大類中，工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品占市場份額的33.5%。近年來，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段，新型傳感器的特點是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它將不僅促進系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導致建立新型工業(yè)和軍事變革，是21世紀新的經(jīng)濟增長點。 由于氣體與人類的日常生活密切相關(guān)，對氣體的檢測已經(jīng)是保護和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少的手段，氣體傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。氣體傳感器是把氣體中的特定成分檢測出來，并轉(zhuǎn)化為電信號的一類器件，用來對有害氣體，易燃易爆氣體等進行安全檢測和報警，對生產(chǎn)

5、生活中需要了解的氣體進行檢測，分析，研究等。近年來，我國氣敏傳感器產(chǎn)業(yè)有了較快的發(fā)展，但與國外相比，從技術(shù)水平，產(chǎn)業(yè)化及應用等領(lǐng)域均存在著不小的差距。目前，氣敏傳感器領(lǐng)域還存在一些問題。一是元件的穩(wěn)定性差。由于元件電阻和靈敏度隨時間而不斷變化，漂移大給檢測結(jié)果的可靠性帶來不穩(wěn)定的因素。二是選擇性差。由于在檢測氣體時，往往還存在著其它的干擾氣體(如煙酒等)，使氣敏元件發(fā)生交叉響應，產(chǎn)生誤報。三是催化劑中毒。摻有催化劑的氣敏元件接觸某些氣體后，活性組分被毒化，將會改變元件的選擇性，降低其敏感度和穩(wěn)定性，另外催化劑本身也存在著不穩(wěn)定性問題。靈敏度問題。四是SnO2元件有時由于靈敏度過大導致誤報，但是

6、在檢測某些低濃度氣體時靈敏度卻難以達到要求。氣敏傳感器的研究現(xiàn)狀：氣敏元件性能與敏感功能材料的種類、結(jié)構(gòu)及制作工藝密切相關(guān)。用金屬氧化敏感材料制作的半導體式氣敏元件具有靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，體小質(zhì)輕，堅固耐用等優(yōu)點而得到廣泛的應用，目前仍以SnO2材料為主。SnO2是一種廣普型的氣敏材料，圍繞SnO2為基體材料的氣敏材料的制備及其氣敏元件制備的研究課題十分活躍。純SnO2的氣敏特性不甚好，尤其是它的熱穩(wěn)定性不高。為改善其氣敏特性，常在SnO2基體中摻入貴金屬或其他金屬氧化物。盡管SnO2基傳感材料具有許多優(yōu)點，作為材料也存在一定缺點。通過控制氣敏材料微粒大小，顆粒納米化，摻雜其它添加劑或催化劑，

7、利用過濾設(shè)備或透氣膜來獲得選擇性，控制工作溫度及環(huán)境濕度影響，改進制備等方法可以改善SnO2傳感器的氣敏性能。納米科學技術(shù)(NanoST)是研究尺寸在0.1100nm的物質(zhì)組成體系的運動規(guī)律和相互作用以及可能的實際應用中的技術(shù)問題的科學技術(shù)。納米技術(shù)的發(fā)展，不僅為傳感器提供了優(yōu)良的敏感材料，而且為傳感器制作提供了許多新型方法。納米固體材料具有龐大的界面，提供了大量氣體通道，從而大大提高了靈敏度，工作溫度大大降低，大大縮小了傳感器的尺寸。當然，在己獲得明顯進展的納米傳感領(lǐng)域中尚存在很多問題，從敏感材料到制作技術(shù)都很不成熟，其性能也有不盡人意的地方。氣敏傳感器在家用電器中也有相當廣泛的應用。吸油煙

8、機等產(chǎn)品上常用MQ-3型半導體氣敏傳感器，它采用旁熱式結(jié)構(gòu)，陶瓷管內(nèi)裝有高阻抗加熱絲，管外涂有梳狀金屬電極，金屬電極之外涂有SnO2材料，使SnO2燒結(jié)體位于兩電極之間。氣敏傳感器工作時，加熱器通電加熱，若無被檢氣體侵入時，氣敏元件的阻值基本不變當氣敏元件表面產(chǎn)生吸附作用，其阻值將隨氣體濃度的變化變化。當被檢氣體濃度增大到一定值時，氣敏元件的阻值將隨之下降到某一值，使電壓比較器的狀態(tài)發(fā)生變化，輸出控制信號經(jīng)電流放大后，控制繼電器或雙向晶閘管接通電動機電源使吸排油煙機工作。第一章 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 1.1酒精報警器的工作結(jié)構(gòu)和原理 酒精報警器是能夠檢測環(huán)境中的酒精濃度，并具有報警功能的儀器。該

9、報警系統(tǒng)的最基本組成部分應包括：信號采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機控制電路、字符顯示電路、聲光報警電路等部分組成。為適應家庭和工業(yè)等場所對可燃性易爆酒精安全性要求，設(shè)計的酒精報警器具有顯示報警狀態(tài)等功能。報警器采用延時的工作方式，酒精檢測報警器以STC89C52單片機為控制核心，選用MQ-3半導體氣體酒精傳感器采集酒精濃度信息，配合外圍電路構(gòu)成酒精報警系統(tǒng)。報警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-1。圖1-1酒精報警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖該系統(tǒng)的工作由酒精信號采集及放大電路將采集到的酒精濃度信息轉(zhuǎn)化為模擬電信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路再將該模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機可識別的數(shù)字信號后送入單片機。單片機對該數(shù)字信號進行處理，并對處理后的數(shù)據(jù)

10、進行分析。設(shè)計中為了方便檢測與監(jiān)控，使儀器測試人員及用戶能夠間接知道環(huán)境中的酒精濃度，所以用LCD1602液晶屏顯示字符來指示報警狀態(tài)。系統(tǒng)采用蜂鳴器聲音報警和LED閃爍狀態(tài)作為警報信號。這種報警方法是在聲音報警基礎(chǔ)上，加入光閃報警。因為變化的光信號可以引起用戶和家庭鄰居的注意，彌補了在嘈雜環(huán)境中聲音報警的局限，使得報警裝置更加完善。1.2酒精傳感器的選型酒精傳感器是測量裝置和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。而酒精報警器的信號采集由酒精傳感器負責。酒精傳感器能夠?qū)怏w的種類及其濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換為電信號，根據(jù)這些電信號的強弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中存在的情況有關(guān)的信息，從而達到檢測、監(jiān)控、報警的功能。

11、可以說，沒有精確可靠的傳感器，就沒有精確可靠的自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。酒精傳感器作為報警器中不可缺少的核心器件，它決定了所采集的酒精濃度信號的準確性和可靠性。 圖 1-2 酒精傳感器及其結(jié)構(gòu)圖1.2.1酒精傳感器的介紹酒精傳感器是模擬傳感器。它能將空氣中的酒精濃度變量轉(zhuǎn)換成有一定對應關(guān)系的輸出信號的裝置。酒精傳感器就是通過監(jiān)測環(huán)境中酒精的濃度來實現(xiàn)火災防范的。當酒精探頭碰到酒精或某些特定的氣體，酒精探頭內(nèi)部阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生一個模擬值，從而對其進行控制。酒精傳感器利用酒精敏感元件的電阻受酒精（主要是可燃顆粒）濃度影響阻值變化的原理向單片機發(fā)送酒精濃度相應的模擬信號。在智能建筑中對火災探測器的

12、應用主要以感煙火災探測器選用為主。隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得酒精探測器的體積也逐漸變小，提高了酒精探測器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運輸和市場推廣。目前，酒精傳感器廣泛應用在城市安防、小區(qū)、工廠、公司、學校、家庭、別墅、倉庫、資源、石油、化工、燃氣輸配等眾多領(lǐng)域。在國內(nèi)的產(chǎn)品中，無論哪家生產(chǎn)的酒精探測器，都可以探測到火災的發(fā)生，都具有比較高的靈敏度，而且在安裝中都比較簡單。但是，由于各生產(chǎn)的設(shè)備不可通用，獨立為正，不但不可彼此互相代替，更不可以互相通訊。使得用戶面對眾多廠家生產(chǎn)的酒精探測器感到不知所措。而這也正是國內(nèi)產(chǎn)品市場的一個重大缺陷。（1）酒精傳感

13、器的分類從構(gòu)成氣體傳感器材料的形態(tài)上通常將它們分為干式和濕式氣體傳感器。由于對不同氣體的檢測方法不盡相同，目前主要的方法有：利用半導體氣體器件檢測的電氣法；使用電極和電解液對氣體進行檢測的電化學法；利用氣體對光的折射率或光吸收等特性來檢測氣體的光學法。 （2）酒精傳感器應滿足的基本條件 一個酒精傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實體，也可以是由多個不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個完整的酒精傳感器都必須具備以下條件： (a)能選擇性地檢測某種單一酒精，而對共存的其它酒精不響應或低響應； (b)對被測酒精具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內(nèi)的酒精濃度；(c)對檢測信號

14、響應速度快，重復性好；(d)長期工作穩(wěn)定性好； (e)使用壽命長； (f)制造成本低，使用與維護方便。（3）常見的酒精探測器種類及工作原理 為了確保家庭環(huán)境的安全，需要對各種可燃性氣體、有毒性氣體進行檢測。但是，由于酒精的種類繁多，一種類型的酒精傳感器不可能檢測所有的氣體，通常只能檢測某一種或兩種特定性質(zhì)的酒精。例如氧化物半導體酒精傳感器主要檢測各種還原性酒精，如CO、H2、C2H5OH、CH3OH等。固體電解質(zhì)酒精傳感器主要用于檢測無機酒精，如O2、CO2、H2、Cl2、SO2等。因此目前使用的酒精傳感器有很多種，各自的檢測原理也各不相同，下面就對一些常用的酒精傳感器進行介紹。(a)半導體酒

15、精傳感器（半導體氣敏傳感器）半導體酒精傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作的酒精傳感器，以及用單晶半導體器件制作的酒精傳感器。半導體酒精傳感器是利用氣體在半導體表面的氧化和還原反應導致敏感元件阻值變化而制成的。按照敏感機理分類，半導體酒精傳感器可分為電阻式和非電阻式。當半導體接觸到氣體時，半導體的電阻值將發(fā)生變化，利用傳感器輸出端阻值的變化來測定或控制氣體的有關(guān)參數(shù)，這種類型的傳感器稱為電阻式半導體氣敏傳感器；當場效應管在接觸到氣體時，場效應管的電壓將隨周圍氣體狀態(tài)的不同而發(fā)生變化，利用這種原理制成的傳感器被稱為非電阻式半導體氣敏傳感器。 自1962年半導體金屬氧化物酒精傳感器問世以

16、來，由于具有靈敏度高、響應快、輸出信號強、耐久性強、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、維修方便、價格便宜等諸多優(yōu)點，得到了廣泛的應用。但是其最大的缺點就是選擇性較差。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的酒精傳感器之一。(b)接觸燃燒式傳感器 當易燃酒精接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時會發(fā)生氧化反應而燃燒。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲（也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時對鉑絲通以電流，保持300400的高溫，此時若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。使用接觸燃燒式傳

17、感器，其最大的缺點是探頭很容易發(fā)生阻緩和中毒現(xiàn)象。一般在連續(xù)使用兩個月后應對該傳感器進行維護。這無形中加大了工作人員的工作量，同時增加了報警器的維護成本。(c)電化學傳感器 電化學傳感器由膜電極和電解液封裝而成。電化學氣敏傳感器一般利用液體（或固體、有機凝膠等）電解質(zhì)，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還原產(chǎn)生的電流，也可以是離子作用于離子電極產(chǎn)生的電動勢。即酒精濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號傳出。它的優(yōu)點是：反映速度快、準確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測，但壽命較短(大約兩年)。它主要適用于毒性酒精檢測。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。 (d)高分子酒精傳感器 利用高分

18、子氣敏元件制作的酒精傳感器近年來得到很大的發(fā)展。高分子氣敏元件在遇到特定酒精時，其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速度和頻率、材料重量等物理性能發(fā)生變化。高分子氣敏元件由于具有易操作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性酒精和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。高分子酒精傳感器具有對特定酒精分子靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)簡單，能在常溫下使用，可以彌補其它酒精傳感器的不足。 （e）紅外吸收型傳感器 紅外傳感器通常用兩束紅外光進行酒精測量，主光束通過測量元件內(nèi)的目標酒精，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考酒精。在測量和比較元件中，紅外射線被酒精有選擇地吸收了。

19、未吸收的紅外光由光電探測器測量，產(chǎn)生一個正比于目標酒精濃度的差分信號。非擴散式紅外探測器NDIR (non-dispersive IR )是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴散和損耗被記錄下來。 由于不同的酒精吸收不同波長的IR，所以傳感器根據(jù)目標酒精而調(diào)整，典型應用包括測量CO和CO2、冷凍劑酒精和一些易燃氣。由于非碳氫化合物易燃酒精(如氫)不吸收電磁譜中IR部分的能量，所以這種傳感器可以精確地測量碳氫化合物，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其它酒精的腐蝕以及高濃度目標酒精的影響。 （f） 離子感煙傳感器離子感煙傳感器對于火災初起和陰燃階段的酒精氣溶膠檢測非常有效，可測酒精粒徑范圍為0

20、.03um-10um。它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅241。由于它能使兩極板間空氣分子電離為正、負離子，使電極之間原來不導電的空氣具有導電性。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。當火災發(fā)生時，酒精粒子進入電離室后，電力部分（區(qū)域）的正離子和負離子被吸附到酒精粒子上，使正、負離子相互中和的概率增加，從而將酒精粒子濃度大小以電流變化量大小表示出來，實現(xiàn)對火災參數(shù)的檢測。 （g）光電式感煙傳感器 光電式感煙傳感器由光源、光敏元件和電子開關(guān)組成。平常光源發(fā)出的光，通過透鏡射到光敏元件上，電路維持正常，如果有酒精從中阻隔，到達光敏元件上的光就顯著減弱，于是光敏元件就把光強的變化變成電的變化，

21、利用光散射原理對火災初期產(chǎn)生的酒精進行探測，并及時發(fā)出報警信號。按照光源不同，可分為一般光電式、激光光電式、紫外光光電式和紅外光光電式等4種。光電式感煙探測器發(fā)展很快，種類不斷增多，就其功能而言，它能實現(xiàn)早期火災報警，除應用于大型建筑物內(nèi)部外，還特別適用于電氣火災危險性較大的場所，如計算機房、儀器儀表室和電纜溝、隧道等處。根據(jù)報警器檢測酒精種類的不同要求，很多場合都會選擇使用半導體酒精傳感器。經(jīng)過對比眾多酒精傳感器的應用特性，發(fā)現(xiàn)半導體酒精傳感器的優(yōu)點更加突出。半導體酒精傳感器具有靈敏度高、響應快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護成本較低，因而得到

22、廣泛應用。因此，本設(shè)計中的酒精傳感器選用MQ-3半導體氣體酒精傳感器。圖1-3 MQ-3半導體氣體酒精傳感器結(jié)構(gòu)1.2.2 MQ-3半導體氣體酒精傳感器 MQ-3氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。 MQ-3氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。 圖1-4是傳感器典型的靈敏度特性曲線。 圖中縱坐標為傳感

23、器的電阻比（Rs/Ro），橫坐標為氣體濃度。 Rs 表示傳感器在不同濃度氣體中的電阻值 Ro 表示傳感器在1000ppm 氫氣中的電阻值 圖中所有測試都是在標準試驗條件下完成的。 靈敏度特性：圖1-4圖1-4是傳感器典型的溫度、濕度特性曲線。圖中縱坐標是傳感器的電阻比（Rs/Ro）。Rs表示在含1000ppm 丙烷、不同溫/濕度下傳感器的電阻值Ro表示在含1000ppm 丙烷、20/65%RH環(huán)境條件下傳感器的電阻值圖1-5溫/濕度的影響：基本測試回路：VcVHGNDRLVRL圖1-6 圖1-6是傳感器的基本測試電路。該傳感器需要施加2 個電壓：加熱器電壓（VH）和測試電壓（VC）。其中VH用

24、于為傳感器提供特定的工作溫度。VC 則是用于測定與傳感器串聯(lián)的負載電阻（RL）上的電壓（VRL）。這種傳感器具有輕微的極性，VC 需用直流電源。在滿足傳感器電性能要求的前提下，VC 和VH 可以共用同一個電源電路。為更好利用傳感器的性能，需要選擇恰當?shù)腞L值。規(guī)格：A. 標準工作條件符號參數(shù)名稱技術(shù)條件備注 Vc 回路電壓24VDC VH加熱電壓5.0V±0.2VACorDC RL負載電阻可調(diào) RH加熱電阻31±3室溫 PH加熱功耗900mW B. 環(huán)境條件符號參數(shù)名稱技術(shù)條件備注 Tao使用溫度-1050 Tas儲存溫度-2070 R相對濕度小于95% R O2氧氣濃度2

25、1%(標準條件)氧氣濃度會影響靈敏度特性最小值大于 C. 靈敏度特性 符號參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù) 備注 Rs敏感體表面電阻 2K-20K (2000ppm C3H8 )適用范圍：300-10000ppm丙烷、丁烷、氫氣 (R3000ppm/R1000ppm C3H8)濃度斜率 0.6標準工作條件 溫度： 20±2 Vc:5.0V±0.1V 相對濕度： 65%±5% VH: 5.0V±0.1V預熱時間 不少于48小時敏感體功耗（Ps）值可用下式計算： 傳感器電阻（Rs），可用下式計算：Ps=Vc2×Rs/(Rs+RL)2 Rs=(Vc/VRL-1)&

26、#215;RL 部件材料1氣體敏感層二氧化錫2電極金（Au）3測量電極引線鉑（Pt）4加熱器鎳鉻合金（Ni-Cr）5陶瓷管 三氧化二鋁6防爆網(wǎng)100目雙層不銹鋼（SUB316）7卡環(huán)鍍鎳銅材（Ni-Cu）8基座膠木或尼龍9針狀管腳鍍鎳銅材（Ni-Cu）圖1-7A、 D. 結(jié)構(gòu)，外形MQ-3/MQ-3S氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖1-7所示(結(jié)構(gòu) A 或 B), 由微型Al2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有只針狀管腳，其中個用于信號取出，個用于提供加熱電流。1.3單片機的選型單片機是酒

27、精自動報警系統(tǒng)的心臟，用來接收酒精信號并啟動報警裝置顯示和執(zhí)行相應動作。在單片機實現(xiàn)的控制功能中，需要單片機有較快的運算速度，使檢測人員和用戶在報警器系統(tǒng)正常工作時能夠及時地觀測到實時的酒精濃度等級，并進行相應處理。同時，在能夠滿足報警器系統(tǒng)設(shè)計的計算速度及接口功能要求的同類型單片機中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧的機型，在保證了報警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。單片機作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。由于其微小的體積和極低的成本，開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開發(fā)工具和編程語言也大大簡化，因此被廣泛應用于家用電器、機器人、儀器儀表、

28、工業(yè)控制單元、辦公自動化設(shè)備以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。由于MCS系列單片機集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，這給我們利用單片機提供了極大的便利。由于單片機技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機，在單片機家族的眾多成員中，MCS系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應用的主要市場，成為國內(nèi)單片機應用領(lǐng)域中的主流。其中，51系列單片機的優(yōu)點是價錢便宜,I/O口多,程序空間大。因此，測控系統(tǒng)中，使用51系列單片機是最理

29、想的選擇，因此設(shè)計采用STC89C52。（1）STC89C52功能特性概述目前市面上使用的比較普遍的51系列單片機是STC89C52。STC89C52是STC公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用STC公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大STC89C52單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領(lǐng)域。其主要性能參數(shù)如下：(a) 與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完

30、全兼容(b) 4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器(c) 1000次擦寫周期(d) 全靜態(tài)操作：0Hz24MHz(e) 三級加密程序存儲器(f) 128×8字節(jié)內(nèi)部RAM(g) 32個可編程IO口線(h) 2個16位定時計數(shù)器(i) 6個中斷源(j)可編程串行UART通道(k)低功耗空閑和掉電模式 圖1-8 STC89C52的引腳排列圖 STC89C52單片機提供以下標準功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個IO 口線，兩個16位定時計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，STC89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯

31、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，定時計數(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它所有部件工作直到下一個硬件復位。T0 T1 時鐘源 系 統(tǒng) 總 線 CPU震蕩與定時電路外部中斷信號內(nèi)部中斷信號128BSFR 128BRAM4KBROM兩個16位定時0計數(shù)器總線控制 并行端口串行端口控制信號P0 P1 P2 P3TXD RXD 圖1-9 STC89C52單片機的基本組成圖（2）STC89C52的內(nèi)存空間1、內(nèi)部程序存儲器（FLASH）4K 字節(jié)。2、外部程序存儲器（ROM）64K 字節(jié)。3、內(nèi)部數(shù)據(jù)存

32、儲器（RAM）256 字節(jié)。4、外部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）64K 字節(jié)。表1-1 程序存儲器的6個特殊地址0000H上電或復位入口地址 0003H000BH0013H001BH0023H外部中斷0入口地址定時器T0中斷入口地址外部中斷1入口地址定時器T1中斷入口地址串口中斷入口地址在上述事件發(fā)生時，PC指針獲得固定的地址，然后CPU執(zhí)行PC指針所指地址單元內(nèi)的程序。 圖1-10 STC89C52的存儲器結(jié)構(gòu)1.4酒精報警器的主要功能設(shè)計（1）傳感器MQ-3的電壓模擬輸出范圍為0-5V；（2）模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0804采樣電壓范圍為0-5V，分辨率為8位，采樣精度為5/256V， 達到256個量化

33、級的數(shù)字電壓，其工作頻率為1MHz;（3） LCD顯示器用10K的可調(diào)電阻調(diào)節(jié)使其清晰顯示，消除“鬼影”顯示數(shù)據(jù)。（4） 根據(jù)檢測到的酒精溶度，控制報警系統(tǒng)。第2章 系統(tǒng)的硬件電路 2.1 STC89C52的時鐘電路和復位電路（1）時鐘電路：STC89C52單片機芯片內(nèi)部設(shè)有一個由反向放大器構(gòu)成的振蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入端和輸出端，時鐘可由內(nèi)部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引腳上外接晶體振蕩器Y，內(nèi)部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振頻率選擇12MHZ，C1、C2的電容值取30pF，電容的大小起頻率微調(diào)的作用。時

34、鐘電路如圖2-1。 圖2-1 時鐘電路和復位電路圖（2）復位電路：單片機有多種復位電路，本系統(tǒng)采用自動復位（上電復位）與手動復位方式，電路如圖3-3。當上電時，C3充電，電源經(jīng)過電容器C3加到RESET引腳，使單片機復位；在正常工作時，按下復位鍵時單片機復位。2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)與被測量對象的精度有關(guān)。一般情況下，電路設(shè)計中A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率要高于被測量對象的信號最低分辨率。假如要測量一級電源電壓，其電壓的輸出范圍是010V，如要求精確到0.1V，即分辨率為0.1/10=0.01=1%。實際中選擇8位的A/D轉(zhuǎn)換器便可滿足要求，8位A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率為1/256=0.4

35、%。并行接口的A/D芯片目前仍占多數(shù)，流行的有ADC0804、ADC0809、AD574等等。本系統(tǒng)使用ADC0804來完成模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。ADC0804主要技術(shù)指標如下： (1) 高阻抗狀態(tài)輸出（2）分辨率：8 位(0255) (3) 存取時間：135 ms (4) 轉(zhuǎn)換時間：100 ms (5) 總誤差：-1+1LSB (6) 工作溫度：ADC0804C為0度70度；ADC0804L為-40 度85 度 (7) 模擬輸入電壓范圍：0V5V (8) 參考電壓：2.5V (9) 工作電壓：5V (10) 輸出為三態(tài)結(jié)構(gòu)ADC0804芯片介紹圖2-2 ADC0804規(guī)格及引腳分布圖本設(shè)

36、計采用的A/D芯片為ADC0804，它是CMOS 8位單通道逐次漸近型的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其規(guī)格及引腳圖如圖3-2所示，各個引腳的大致功能如下：/CS：芯片片選信號，低電平有效，即/CS=0,該芯片才能正常工作，在外接多個ADC0804芯片時，該信號可以作為選擇地址使用，通過不同的地址信號使能不同的ADC0804芯片，從而可以實現(xiàn)多個ADC通道的分時復用。/WR:啟動ADC0804進行ADC采樣，該信號低電平有效，即/WR信號由高電平變成低電平時，觸發(fā)一次ADC轉(zhuǎn)換。/RD:低電平有效，即/RD=0時，可以通過數(shù)據(jù)端口DB0DB7讀出本次的采樣結(jié)果。UIN（+）和UIN（-）：模擬電壓輸入端，模擬

37、電壓輸入接UIN（+）端，UIN（-）端接地。雙邊輸入時UIN（+）、UIN（-）分別接模擬電壓信號的正端和負端。當輸入的模擬電壓信號存在“零點漂移電壓”時，可在UIN（-）接一等值的零點補償電壓，變換時將自動從UIN（+）中減去這一電壓。VREF/2：參考電壓接入引腳，該引腳可外接電壓也可懸空，若外界電壓，則ADC的參考電壓為該外界電壓的兩倍，如不外接，則Vref與Vcc共用電源電壓，此時ADC的參考電壓即為電源電壓Vcc的值。CLKR和CLKIN：外接RC電路產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的時鐘信號，時鐘頻率CLK = 1/1.1RC，一般要求頻率范圍100KHz1.28MHz。AGND和DGND：分

38、別接模擬地和數(shù)字地。 /INT:中斷請求信號輸出引腳，該引腳低電平有效，當一次A/D轉(zhuǎn)換完成后，將引起/INT=0，實際應用時，該引腳應與微處理器的外部中斷輸入引腳相連（如51單片機的INT0,INT1腳），當產(chǎn)生/INT信號有效時，還需等待/RD=0才能正確讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，若ADC0804單獨使用，則可以將/INT引腳懸空。DB0DB7：輸出A/D轉(zhuǎn)換后的8位二進制結(jié)果。圖2-3 ADC0804轉(zhuǎn)換器的工作時序表2-1：ADC0804模擬轉(zhuǎn)數(shù)字對照表十六進制二進制碼與滿刻度的比率相對電壓值VREF=2.560V高四位字節(jié)低四位字節(jié)高四位電壓低四位電壓F111115/1615/2564.8

39、000.300E111014/1614/2564.4800.280D110113/1613/2564.1600.260C110012/1612/2563.8400.240B101111/1611/2563.5200.220A101010/1610/2563.2000.200910019/169/2562.8800.180810008/168/2562.5600.160701117/167/2562.2400.140601106/166/2561.9200.120501015/165/2561.6000.100401004/164/2561.2800.080300113/163/2560.960

40、0.060200102/162/2560.6400.040100011/161/2560.3200.0200000000例：VIN=3V.由上表可知2.880+0.120=3V 為10010110=96H2.3聲音報警電路 圖2-4 聲音報警電路圖 2.4字符顯示電路1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣，其中：引腳 符號 功能說明1 VSS 一般接地2 VDD 接電源（+5V）3 V0 液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)

41、生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。4 RS RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。5 R/W R/W為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。6 E E(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。7 DB0 底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）8 DB1 底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位9 DB2 底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位10 DB3 底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位11 DB4 高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位12 DB5 高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位13 DB6 高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總

42、線 6位14 DB7 高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是busy flang）15 BLA 背光電源正極16 BLK 背光 電源負極寄存器選擇控制表即為ASCII碼表RS R/W 操作說明0 0 寫入指令寄存器（清除屏等）0 1 都busy flag（DB7），以及讀取位址計數(shù)器（DB0DB6）值1 0 寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）1 1 從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01

43、000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。因為1602識別的是ASCII碼，試驗可以用ASCII碼直接賦值，在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如'A。圖2-5 LCD1602外部引腳圖2.5酒精報警器硬件總電路把上述各個部分電路結(jié)合到一起，就是所設(shè)計的酒精報警器總電路。通過各自分工，最終實現(xiàn)聲光報警、字符顯示等功能。 圖3-8 酒精報警器硬件電路設(shè)計圖第三章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 3.1整機系統(tǒng)流程圖3.2 ADC程序流程圖單片機對ADC進行初始化，使其能進入正常工作狀態(tài)，通過判斷ADC轉(zhuǎn)換判斷標志EOC,看其是否轉(zhuǎn)換完畢，如

44、果沒有，則繼續(xù)判斷，如若完成則將ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)由單片機讀取并計算，然后進入下一環(huán)節(jié)。3.3 LCD程序流程圖單片機對LCD進行初始化，使其能進入正常工作狀態(tài),然后判斷LCD是否處于忙碌狀態(tài)，如果是則繼續(xù)判斷，如若不是則將從ADC轉(zhuǎn)換后計算出來的結(jié)果通過輸出指令輸出。第四章 系統(tǒng)調(diào)試4.1 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器（萬用表、示波器等），檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩步進行。 靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。 第一步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點。 第二步：萬用表測試。先用萬用表復核目測中有疑問的連接點

45、，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。 第三步：加電檢測。給板加電，檢測所有的插座或是器件的電源端是否符合要求的值 。 第四步：聯(lián)機檢查。因為只有用單片機開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。 動態(tài)調(diào)試 動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下，發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠、由分到合。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊。當調(diào)試電路時，與該元件無關(guān)的器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。當各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，再對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進

46、行調(diào)試，由分到合的調(diào)試就可完成。由近及遠是將信號流經(jīng)的各器件按照距離單片機的邏輯距離進行由近及遠的分層，然后分層調(diào)試。4.2 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試是通過對用戶程序、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。 (1) 實驗平臺 軟件調(diào)試在KEIL編譯器下進行，運行在Windows XP操作系統(tǒng)下。源程序編譯及仿真調(diào)試應分段或以子程序為單位一個一個進行，最后可結(jié)合硬件實時調(diào)試。 (2) 實驗步驟 1) 按照系統(tǒng)硬件連線圖連好。 2) 把編寫好的程序?qū)懭雴纹瑱CSTC89C52仿真器和對其進行初始化。 3) 先按下復位鍵，觀察點陣能否正常顯示，再觀察點陣形成的上升下降信號和點陣

47、顯示的數(shù)字變化是否一致，當這些都符合指標后,再按下任意按鍵,看其是否能達到預想目的。4.3 成品調(diào)試 圖4-1 成品正面圖 圖4-2 成品背面圖圖4-3 成品調(diào)試結(jié) 論本作品針對酒精傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等器件原理。為制作出滿足實際要求的作品，做好充分的準備。在此期間所遇到的問題，通過最有效、最準確的渠道進行解決，為成功掃清障礙。完成本作品的主要困難有：（1）在課程中雖然我們學過C語言程序設(shè)計，但是始終處于理論階段，對于程序控制運行方面無任何實戰(zhàn)經(jīng)驗；（2）開始對單片機、ADC0804、LCD顯示器一無所知，必需從頭學習，而且在時間的分配上也要把握好；（3）對于遇到非人為因素所帶來的問題，導致的解

48、決問題效率低下，使我們的時間更感急迫。隨著對單片機、ADC0804、LCD顯示器的加深了解，對信號采集和數(shù)據(jù)算法處理的進一步學習；加入溫度、濕度和氣壓的影響，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進行改進，一定會使測得的數(shù)據(jù)更加準確，使作品與預期目標更接近。使其能成為商品，進入家庭，實現(xiàn)我們以此為課題的最終目的。致 謝轉(zhuǎn)眼間大學就要過去，對于我來說這也結(jié)束了我的校園生活，但真正的學習才剛剛開始。在這三年的學習生活中，讓我明白和了解了很多道理，在此過程中也有走了很多彎路，但更增添了我的記憶。在完成作品期間如果沒有同學的幫助，有很多事情處理起來就不會比較順暢。例如在遇到單片機得不到ADC0804采集的數(shù)據(jù)這一難題，且始終停滯不前導致心情低落時，能有他們這樣的同學、朋友和我共進退，比孤軍奮戰(zhàn)來得何止好上百倍。還有在最后關(guān)頭如果不是老師幫我如何測試參數(shù)，對于最重要的數(shù)據(jù)處理方面