酒精濃度超標報警器畢業(yè)設(shè)計說明書

畢業(yè)設(shè)計說明書題目：酒精濃度超標報警器產(chǎn)品設(shè)計工藝設(shè)計方案設(shè)計√類型：學(xué)生姓名：學(xué)號：學(xué)院：電子信息工程專業(yè)：班級：學(xué)校指導(dǎo)教師：企業(yè)指導(dǎo)教師：2016年3月25日摘要酒精濃度超標報警器是交警判定駕駛員是否飲酒的重要設(shè)備。本設(shè)計介紹了一種酒精濃度超標報警器的設(shè)計方法，利用MQ-3酒精傳感器設(shè)計了一款酒精濃度超標報警器，并對其結(jié)構(gòu)特點、工作原理及其調(diào)試方法進行了詳細的分析介紹。本設(shè)計實現(xiàn)了對不同濃度酒精的檢測和顯示，通過適當(dāng)改進可以用于檢測酒后駕車。本研究設(shè)計的酒精濃度測試儀是一款實用性強、安全可靠的氣體乙醇濃度檢測工具，采用高精度MQ-3乙醇氣體傳感器對空氣中的乙醇濃度進行檢測，利用高性能低成本單片機STC12C5A16AD對檢測信號進行A/D轉(zhuǎn)換和處理，最后通過液晶屏顯示輸出。本研究設(shè)計的酒精濃度測試儀還具有醉酒閾值設(shè)定功能，可以根據(jù)法律法規(guī)或用戶需要設(shè)定修改醉酒閾值，并進行保存。關(guān)鍵詞：MQ-3氣敏傳感器;STC12C5A16AD單片機;液晶顯示電路目錄1.緒論 緒論1.1設(shè)計背景我國傳感器2003年銷售額為186億元人民幣，2006年銷售額為283億元人民幣，預(yù)計2007年為325億元人民幣，2008年為374億元人民幣。據(jù)行業(yè)協(xié)會估算和預(yù)測，我國2014年敏感元件與傳感器銷售額突破1200億人民幣。2015年需求量可達約652.9億只，銷售額預(yù)計突破1300億。傳感器、通信及計算機被稱為現(xiàn)代信息系統(tǒng)的三大支柱。傳感器技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用也成為衡量一個國家信息化程度的重要標志。從產(chǎn)業(yè)技術(shù)特征看，傳感技術(shù)與其他信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)有很大不同：不是圍繞一個物理規(guī)律、技術(shù)方向來發(fā)展的，其典型特征是多樣化，無論是感知廣闊的宇宙、生物體的辨識，還是應(yīng)用于環(huán)境領(lǐng)域，遵循著不同的物理規(guī)律，沿著不同的方向發(fā)展。但目前國內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)化水平不能適應(yīng)市場快速變化和急劇增長的需求，導(dǎo)致我國傳感器行業(yè)發(fā)展較緩。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，氣敏傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。氣敏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)生活中需要了解的氣體進行檢測。X（正文內(nèi)容首行縮進2字符，小41.2設(shè)計意義2008年世界衛(wèi)生組織的事故調(diào)查顯示，大約50%-60%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。在中國，每年由于酒后駕車引發(fā)的交通事故達數(shù)萬起;而造成死亡的事故中50%以上都與酒后駕車有關(guān)，酒后駕車的危害觸目驚心，已經(jīng)成為交通事故的第一大"殺手"。酒后駕車發(fā)生事故的機率高達27%。隨著攝入酒精量的增加，選擇反應(yīng)錯誤率顯著增加，當(dāng)血液中酒精含量由0.5‰增至1‰，發(fā)生車禍的可能性便增加5倍，如果增至1.5‰，可能性再增加6倍。機動車駕駛?cè)藛T“酒后駕車”及“醉酒駕車”極易發(fā)生道路交通事故,嚴重危害了道路交通安全和人民生命財產(chǎn)安全。人飲酒后,酒精通過消化系統(tǒng)被人體吸收,經(jīng)過血液循環(huán),約有90%的酒精通過肺部呼氣排出,因此通過測量人呼出氣體所含酒精濃度，就能清楚人體所含酒精濃度，從而判斷該司機是否酒后駕車，避免事故的發(fā)生。呼氣中的酒精含量,就可判斷其醉酒程度，開車司機只要將嘴對著傳感器使勁吹氣。能夠很好的幫助駕駛員了解自身的酒精濃度，若濃度超標，則報警提醒，能夠有效的防止酒后駕駛，避免引發(fā)意外。2.硬件設(shè)計根據(jù)設(shè)計方案與設(shè)計目標，該設(shè)計的硬件包括傳感器模塊、單片機模塊及液晶顯示模塊。2.1傳感器模塊傳感器模塊由MQ-3型氣敏傳感器電路與電壓比較電路組成A1A1F2A3B4F5B6RLMQ-3R21kR35.1kC2104uFC1104uFOUT1IN2AC3GND4567VCC8LM393RT10kR110kGNDGND+5V+5V圖2.1傳感器模塊電路圖2.1.1MQ-3型氣敏傳感器本系統(tǒng)直接測量的是呼氣中的酒精濃度，考慮到周圍空氣中的氣體成分可能影響傳感器測量的準確性，所以傳感器只能對酒精氣體敏感，對其他氣體不敏感，故選用MQ3型氣敏傳感器。MQ-3型氣敏傳感器有很高的靈敏度、良好的選擇性、長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。MQ-3型氣敏傳感器由微型Al2O3，陶瓷管和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。圖2.2MQ-3的結(jié)構(gòu)傳感器的標準回路有兩部分組成。其一為加熱回路，其二為信號輸出回路，它可以準確反映傳感器表面電阻值的變化。MQ-3傳感器電路具有以下特點：1、具有信號輸出指示；2、模擬量輸出0-5V電壓，濃度越高電壓越高；3、對乙醇蒸汽具有良好的選擇性和很高的靈敏度；4、具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性；5、具有快速的響應(yīng)恢復(fù)特性。圖2.3傳感器電路2.1.2電壓比較電路電壓比較電路主要由LM393組成，LM393是高增益,寬頻帶器件，采用雙列直插8腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列8腳塑料封裝（SOP8）。圖2.4LM393引腳圖及內(nèi)部框圖LM393主要特點有：1、工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源：2～36V，雙電源:±1～±18V；2、消耗電流小，ICC=0.8mA；3、輸入失調(diào)電壓小，VIO=±2mV；4、共模輸入電壓范圍寬，Vic=0～Vcc-1.5V；5、輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS等兼容；6、輸出可以用開路集電極連接“或”門；圖2.5LM393電壓比較電路2.2單片機模塊單片機模塊包括STC12C5A16AD單片機、報警電路、按鍵電路。圖2.6單片機模塊電路2.2.1STC12C5A16AD單片機STC12C5A16AD是新一代8051單片機，包含有中央處理器（CPU）、程序存儲器（FLASH）、數(shù)據(jù)存儲器（SRAM）、定時/計數(shù)器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D轉(zhuǎn)換、SPI接口、PCA、看門狗、片內(nèi)R/C振蕩器等模塊，幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊。圖2.7STC12C2052AD單片機管腳圖STC12C5A16AD單片機采用40引腳的雙列直插封裝方式。40條引腳功能如下：1、主電源引腳VCC；2、外接晶振引腳XTAL1和XTAL2；3、控制或與其它電源復(fù)用引腳RST，ALE和NA；4、輸入/輸出引腳P0.0～P0.7，P1.0～P1.7，P2.0～P2.7，P3.0～P3.7；（1）P0口（P0.0～P0.7）是一個漏極開路型準雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，它是分時多路轉(zhuǎn)換的地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。（2）P1口（P1.0～P1.7）是有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。在EPROM編程和程序驗證時，它接收低8位地址。3）P2口（P2.0～P2.7）是一個有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，它送出高8位地址。在對EFROM編程和程序驗證期間，它接受高8位地址。（4）P3口（P3.0～P3.7）是一個有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，它送出高8位地址。在對EFROM編程和程序驗證期間，接受高8位地址。2.2.2按鍵電路本設(shè)計采用按鍵接地的方式來讀取按鍵，單片機初始時，因為為高電平，當(dāng)按鍵按下的時候，會給單片機一個低電平，單片機對信號進行處理。單片機鍵盤有獨立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種，根據(jù)本設(shè)計的需要這里選用了獨立式鍵盤接法。獨立式鍵盤的實現(xiàn)方法是利用單片機I/O口讀取口的電平高低來判斷是否有鍵按下。將常開按鍵的一端接地，另一端接一個I/O口，程序開始時將此I/O口置于高電平，平時無鍵按下時I/O口保持高電平。當(dāng)有鍵按下時，此I/O口與地短路迫使I/O口為低電平。按鍵釋放后，單片機內(nèi)部的上拉電阻使I/O口保持高電平。KK2HH-K1HH+GND圖2.8按鍵電路2.2.3報警電路本設(shè)計利用LED燈指示酒精是否超標，正常情況下LED燈不亮，當(dāng)酒精濃度超標時LED顯示為紅色。LED，發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光；它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場發(fā)光。LED的特點非常明顯，壽命長、光效高、輻射低與功耗低。作為目前全球最受矚目的新一代光源，LED因其高亮度、低熱量、長壽命、無毒、可回收再利用等優(yōu)點，被稱為是21世紀最有發(fā)展前景的綠色照明光源。LL1LEDR1L2LEDY+5VR62.2kR52.2k圖2.9報警電路2.3液晶顯示模塊本設(shè)計采用的是LCD1602液晶，LCD1602A是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。（16列2行）。液晶顯示器在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：1、液晶顯示器在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，畫質(zhì)高且不會閃爍。2、液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。3、液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比顯示面積相同的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。4、相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示。本設(shè)計的灰度調(diào)節(jié)是采用10k電阻和1k電阻分壓的形式，灰度適中。圖2.10液晶顯示電路LCD1602液晶引腳說明：第1腳：VSS接地；第2腳：VDD接5V正電源；第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接電源正極時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度；第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器；第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作；第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令；第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線；第15腳：背光源正極；第16腳：背光源負極。3.軟件設(shè)計3.1主程序主程序的設(shè)計主要是綜合考慮本設(shè)計要達到的功能要求，要進行數(shù)據(jù)、定時器、A/D轉(zhuǎn)換等的初始化，實時采集MQ-3酒精傳感器模塊輸出的數(shù)據(jù)信息，并采集閥值存儲模塊的數(shù)據(jù)，進行的相應(yīng)的處理，實現(xiàn)實時顯示被測氣體中的酒精濃度和報警閥值，濃度超過閥值會發(fā)光報警提示。圖3.1主程序流程圖4.調(diào)試過程軟硬件設(shè)計制作完成后，酒精濃度測試儀上電。傳感器第一次上電預(yù)熱時間比較長，需等待預(yù)熱完成（開機通電5小時以上，因為MQ傳感器需要老化）。當(dāng)預(yù)熱完成后，液晶屏顯示空氣中測得的乙醇氣體濃度，因為是清潔空氣，所以濃度比較低，沒有達到事先設(shè)定的報警閾值(80mg/L)，故報警燈不亮。然后做正常人的測試。未飲酒人對酒精濃度測試儀傳感器探頭吹氣，液晶屏顯示的乙醇氣體濃度值出現(xiàn)變化，但不會超過報警閾值，報警燈不亮。吹氣完畢后顯示值緩慢回落。接著做醉酒測試。飲酒者對酒精濃度測試儀傳感器探頭吹氣，液晶屏顯示的乙醇氣體濃度值迅速上升，很快超過報警閾值，報警燈亮，吹氣完畢后顯示值緩慢回落。調(diào)試完成。5.結(jié)論本次設(shè)計基本達到了預(yù)期目標，設(shè)計作品可以對呼吸氣體中的酒精濃度進行實時采集，顯示，報警。成品可用于交警對汽車駕駛者測試與監(jiān)督，也可以用于司機駕車前的自我檢測，能夠幫助司機及時了解自身所含酒精濃度，對避免酒后駕車有很好的作用。但由于設(shè)計者水平有限，這個設(shè)計還不能從根本上解決酒后駕車，還有許多不足之處有待完善，此設(shè)計還可繼續(xù)深入拓展，比如將此設(shè)計中的報警電路，換成汽車的引擎電路，如酒精濃度超標則引擎不能發(fā)動，或可從根本上解決酒后駕車問題。參考文獻朱志偉，劉紅兵.傳感器原理與檢測技術(shù).南京：南京大學(xué)出版社,2012.[2]陳權(quán)昌,李興富.單片機原理及應(yīng)用[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2007.[3]李慶亮.C語言程序設(shè)計實用教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2010.[4]楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2008.[5]汪文.陳林.單片機原理及應(yīng)用[M].湖北:華中科技大學(xué)出版社,2013.[6]王金花.電工技術(shù).北京:人民郵電出版社,2013.致謝本次畢業(yè)設(shè)計是在我的指導(dǎo)老師謝沙天老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴肅的科學(xué)態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我，在此謹向謝老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。感謝學(xué)校給予我這樣一次機會，能夠獨立地完成這樣一個設(shè)計，作為檢驗這些年來學(xué)習(xí)的成果,在這個過程當(dāng)中，學(xué)校給予我們各種方便，使我們在即將離校的最后一段時間里，能夠更多學(xué)習(xí)一些實踐應(yīng)用知識，增強了我們實踐操作和動手應(yīng)用能力，提高了獨立思考的能力。感謝在整個畢業(yè)設(shè)計期間在各個方面給予過我?guī)椭幕锇閭?，正是因為有了你們的幫助，才讓我順利的完成了此次畢業(yè)設(shè)計。附錄程序//#include"reg52.H"#include"STC12c5A.h"#include"1602.h"#include"2402.h"#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//聲明常量#defineALCH80//醉駕標準80mg/L//K_MG_MV和K_ZERO為傳感器校準系數(shù)，要根據(jù)每個MQ-3模塊校準#defineK_MG_MV160/66//傳感器靈敏度系數(shù)，每毫克/L對應(yīng)的10毫伏數(shù)#defineK_ZERO15//傳感器零點漂移，約130mV//定義按鍵SbitKey_Up=P3^6;sbitKey_Down=P3^7;//定義LED報警燈SbitLed_Warn1=P3^4;SbitLed_Warn2=P3^5;//定義乙醇傳感器TTL電平輸出引腳SbitDOUT=P1^4;//定義標識volatilebitFlagStartAL=0;//開始轉(zhuǎn)換標志volatilebitFlagKeyPress=0;//有鍵彈起標志//全局變量定義UcharThreshold; //酒精濃度上限報警值uintALCounter;//酒精轉(zhuǎn)換計時器longALValue;//酒精測量值floatAltemp;//計算臨時變量uintkeyvalue,keyUp,keyDown;//鍵值char*pSave;//EEPROM存盤用指針//函數(shù)聲明VoidData_Init();VoidTimer0_Init();voidPort_Init();voidADC_Init();ucharGetADVal();voidKeyProcess(uint);//數(shù)據(jù)初始化VoidData_Init(){ALCounter=0;ALValue=0;Led_Warn1=1;Led_Warn2=2;Keyvalue=0;KeyUp=1;keyDown=1;}//定時器0初始化，中斷時間約2毫秒//計算：晶振11.0592MHz，定時器時鐘11059200/12=921600，每毫秒922個脈沖//16位定時器初值65536-1844=63692=0xf8ccvoidTimer0_Init(){ ET0=1;//允許定時器0中斷 TMOD=1;//定時器工作方式選擇 TL0=0xcc;// TH0=0xf8;//定時器賦予初值，大約為2毫秒中斷1次 TR0=1;//啟動定時器}//定時器0中斷voidTimer0_ISR(void)interrupt1using0{ TL0=0xcc; TH0=0xf8;//定時器賦予初值 //每1秒鐘啟動一次AD轉(zhuǎn)換ALCounter++;if(ALCounter>=500){FlagStartAL=1; ALCounter=0;}}voidPort_Init(){P1M0=0x80;//10000000，P1.7作為AD輸入P1M1=0x80;//}voidADC_Init(){UIntI;P1ASF=0x80;//設(shè)P1.7為AD輸入ADC_RES=0;//清先前的結(jié)果ADC_CONTR|=0x80; //POWER=1,打開ADC電源for(I=5000;i>0;i--);//延時ADC_CONTR=ADC_CONTR&0xE0;//1110,0000清ADC_FLAG,ADC_START位和低3位ADC_CONTR=ADC_CONTR&0xf8|0x07;//設(shè)置當(dāng)前通道號為P1.7for(I=2500;i>0;i--);//延時}//進行AD轉(zhuǎn)換，得到當(dāng)前酒精值UcharGetADVal(){UintIADC_CONTR&=0xf7;for(I=250;i>0;i--);//待輸入電壓穩(wěn)定后開始轉(zhuǎn)換//ADC_RES=0;ADC_CONTR|=0x08;//ADC_Start=1,啟動轉(zhuǎn)換while((ADC_CONTR&0x10)==0);//等待轉(zhuǎn)換結(jié)束ADC_FLAG=1ADC_CONTR&=0xe7; //清ADC_FLAG和ADC_START位，停止轉(zhuǎn)換returnADC_RES;}//存入設(shè)定值voidSave_Setting(){PSave=(char*)&Threshold; //地址低位對應(yīng)低8位，高位對應(yīng)高8位Wrteeprom(0,*pSave); //存醉酒閾值低8位DELAY(300);PSave++;Wrteeprom(1,*pSave); //存醉酒閾值高8位DELAY(300);}//載入設(shè)定值VoIdLoad_Setting(){PSave=(char*)&Threshold;*pSave++=rdeeprom(0);*pSave=rdeeprom(1);If((Threshold>=255)||(Threshold<0))Threshold=80;}//按鍵處理程序，參數(shù)為鍵值，1為Up鍵，2為Down鍵voidKeyProcess(uIntnum){switch(num){case1: if(Threshold<255)Threshold++; break; case2: if(Threshold>1)Threshold--; break; default: 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