【基于單片機的酒精濃度檢測儀設(shè)計7000字（論文）】

基于單片機的酒精濃度檢測儀設(shè)計摘要本文研究設(shè)計了一種用于酒駕的酒精濃度檢測儀。其設(shè)計方案是以酒精傳感器、單片機作為主控芯片、LCD1602作為顯示屏、蜂鳴器作為報警器來制作酒精濃度檢測系統(tǒng)。從而讓人們可以快速的知道是否在酒后駕車，更加方便的檢測出了酒精濃度?；趩纹瑱C的酒精濃度檢測儀比其他的酒精濃度檢測儀更加方便，具有更高的可靠性。基于單片機的酒精濃度檢測儀對現(xiàn)實具有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：酒精濃度傳感器；單片機；數(shù)模轉(zhuǎn)換；硬件設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u3775摘要 I22022第一章引言 1234811.1酒精濃度檢測儀的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 1140461.2酒精濃度檢測儀的背景 1146931.3研究的主要內(nèi)容和目標 211234第二章設(shè)計方案及元器件的選擇 311252.1設(shè)計方案 3205712.2元器件的選擇 3316552.2.1單片機簡介 3238462.2.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡介 470922.2.3液晶顯示模塊簡介 420313第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計 6238573.1時鐘電路設(shè)計 654453.2復(fù)位電路 6297923.3顯示電路設(shè)計 7318633.4電源模塊設(shè)計 7428第四章系統(tǒng)調(diào)試與總結(jié) 9124344.1主程序設(shè)計 9254724.2核心功能模塊設(shè)計 9231084.2.1數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計 971684.2.2數(shù)字濾波模塊設(shè)計 1098934.2.3數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計 1144424.3系統(tǒng)軟件設(shè)計 137004.3.1主程序設(shè)計 13260544.3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計 13296974.3.3液晶顯示子程序設(shè)計 1419576第五章系統(tǒng)調(diào)試 16322725.1硬件調(diào)試 16110095.2軟件調(diào)試 16181645.3總結(jié) 164862結(jié)語 1830374參考文獻 19第一章引言當(dāng)前的測試儀與傳統(tǒng)的酒精濃度檢測儀相比，基于單片機的酒精濃度檢測儀更方便、快捷、體積小、攜帶方便。它通過酒精傳感器快速采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模數(shù)轉(zhuǎn)換器，最后通過單片機處理進行檢測，檢測結(jié)果迅速。如果超出范圍，則會出現(xiàn)聲音報警和燈光報警。測試結(jié)果更符合實際情況。由此本課題的研究對于以單片機為核心的醉駕酒精含量檢測系統(tǒng)將會有很大的發(fā)展前景。1.1酒精濃度檢測儀的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢當(dāng)前，人們使用的酒精含量測定裝置大都采用了更換吹風(fēng)的方式。酒精含量檢測器最早是用單片機來完成，而目前則是以單片機為核心來測量酒精含量。對小型酒精含量檢測器的工作原理進行了改進。所設(shè)計的檢測器精度高，當(dāng)酒精濃度過高時自動報警。不僅在技術(shù)上有了很大的進步，而且測試結(jié)果方便，測試時間也縮短了。從而大大提高了勞動集中的檢測速度，提高了全社會的安全系數(shù)。隨著公安部五項嚴格命令的出臺，酒精濃度檢測儀的市場和社會都在不斷擴大，酒精濃度檢測儀也在不斷更新。測試時間更短。這不僅提高了酒精檢測的效率，而且使社會環(huán)境更加安全可靠。然而，我國大多數(shù)酒駕仍然使用普通的酒精濃度檢測器，大多數(shù)只能報警，無法給出濃度的數(shù)值。最終，只有通過血液測試才能確定血液中的酒精含量。所以，在酒精含量的測量中，應(yīng)當(dāng)采用更為廣泛的顯示器，既能判定出酒精的含量，又能在液晶顯示屏上顯示出其含量。然而，也會遇到一些問題。例如，大多數(shù)酒精濃度檢測器會與其他氣體重疊，導(dǎo)致檢測結(jié)果不準。因此，為了得到結(jié)果，我們需要解決這個問題。因此，本文研究的基于單片機的酒精濃度檢測儀具有重要的發(fā)展意義。1.2酒精濃度檢測儀的背景目前，檢測氣體中乙醇的方法有五種，即固體燃料電池型（包括電化學(xué)燃料型）、半導(dǎo)體型、氣相色譜法和紅外比色法。然而，由于產(chǎn)品價格和系統(tǒng)使用方便等原因，通常只需要液體燃料電池和半導(dǎo)體。燃料電池酒精濃度檢測器的穩(wěn)定性、抗干擾能力優(yōu)于半導(dǎo)體酒精濃度檢測器，因而，燃料電池乙醇濃度檢測器具有較好的性能。但是，乙醇的燃料電池濃度的檢測是非常困難和昂貴的。與現(xiàn)有的酒精檢測儀相比，現(xiàn)階段的檢測精度有了很大提高。然而，這些儀器不能很好地完成測試?，F(xiàn)在大多數(shù)酒精濃度檢測器會干擾其他氣體，導(dǎo)致結(jié)果不對。因此，為了得到更好的結(jié)果，我們需要解決這個問題。我們需要結(jié)合現(xiàn)有的測試工具來設(shè)計更好的測試結(jié)果、更快的測試時間和更有效的測試工具。1.3研究的主要內(nèi)容和目標本文主要完成了酒精濃度檢測儀的軟硬件設(shè)計。酒精含量的測量系統(tǒng)采用了酒精傳感器，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，單片機液晶顯示器、蜂鳴器等主要控制電路完成一系列工作。該儀器是酒精含量報警的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。對酒精濃度傳感器進行采樣時，酒精濃度傳感器的電阻和分壓將發(fā)生變化。由于人體血液中總酒精的濃度不同，呼氣中總酒精的濃度也不同。酒精濃度傳感器將人體呼出的酒精含量通過取樣電壓輸入到傳感器A/D。有了這樣的關(guān)注點，我們可以判斷是否飲酒和駕車。第二章設(shè)計方案及元器件的選擇2.1設(shè)計方案檢測器用于測量酒精濃度，氣體濃度計用于檢測氣體。壓電氣體質(zhì)量傳感器將改變氣體質(zhì)量的信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的壓電氣體信號。該探頭可以作為（大多數(shù)化學(xué)傳感器）處理大量不同的化學(xué)氣體樣品，甚至可以與其他化學(xué)氣體樣品一起處理，因此可以用于化學(xué)傳感器，可以快速地進行科學(xué)計算和數(shù)字測量。轉(zhuǎn)換輸出電壓信號。然后以單片機為核心控制器：各功能模塊定期進行故障診斷，并能快速處理外部環(huán)境的異常。對于那些沒有得到有效解決的問題，請迅速將其轉(zhuǎn)換為postmachinealarm或ALEMENT。具有全套模擬量輸入輸出通道的傳輸和實時控制能力：整個生產(chǎn)過程已被檢測和控制，許多信號需要在同步區(qū)傳輸，所有這些都是我們要求的。系統(tǒng)應(yīng)配備全套模擬量和數(shù)字量輸入輸出通道，全套數(shù)據(jù)中斷系統(tǒng)，微處理器和其他功能。信號采集處理，聲光報警控制電路，顯示接口控制電路，鍵盤，計算機等.采用單片機對酒精氣體進行測量，采用單片機對酒精傳感器的反饋信號進行采集，并將其進行變換。然后將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并存儲在數(shù)據(jù)存儲器中。單片機采用基于數(shù)組值的特殊算法，同時與數(shù)組值進行比較。如果報警濃度超過陣列值，則焦點值將同時顯示，且不能超過僅顯示的范圍值。并將結(jié)果數(shù)據(jù)從顯示屏發(fā)送到顯示屏。這樣我們很快就能知道測試結(jié)果了。2.2元器件的選擇2.2.1單片機簡介單片機AT89C51它的功耗非常小，并且性能非常高效。其具有較高的性價比，可靠性強，價格也比較低，所以單片機AT89C51在嵌入式系統(tǒng)中擁有廣闊應(yīng)用前景。MCS系列單片式主機均支持40引腳并行雙列總線直插端口封裝設(shè)計。下圖所示是一個引腳的達式排列過程示意圖，40條引腳及其描述中的表達式排列如下：主電源引腳VSS和VCC：VSS接地；VCC正常操作時的電源是正5伏；外接晶振的引腳為XTAL1和XTAL2；起控制或是其它電源復(fù)用引腳RST/VPD，ALE/VPP；RST/VPD引腳在電壓振蕩器穩(wěn)定的工作的時候，它們都會同時顯示出兩個不相同的運行周期，此周期會由很低到很高不停地去變動，將來就會直接導(dǎo)致掉電，使得整個單片機的高工作電壓水平復(fù)雜度位于T和VCC。VPD向內(nèi)部輸入的隨機存取存儲器電路提供新的備用數(shù)據(jù)電源，以便隨時保持內(nèi)部輸入隨機存取存儲器電路中的一切數(shù)據(jù)。每次跳過外部脈沖線時，我們必須注意，存儲線和TTL的所有外部脈沖都可以同時自動訪問。（主要用于吸收或控制最大輸出電流）在EPROM可編程微控制器中，引腳可應(yīng)用于EPROM可編程周期，即每個人都需要同時接收可編程脈沖信號（功能）。內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器，選擇示波器中的峰值端子電壓。當(dāng)峰值電壓較高時，可以訪問內(nèi)部程序存儲器。峰值電壓低時，訪問外部程序存儲器。2.2.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡介模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的轉(zhuǎn)換電路將模擬量連續(xù)轉(zhuǎn)換為離散變量數(shù)字量。該系統(tǒng)能夠快速對酒精濃度進行采樣、檢測和編碼，并將其轉(zhuǎn)換為單片機，實時處理各種酒精濃度的數(shù)字測量。模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是系統(tǒng)電路的重要組成部分。其穩(wěn)定的性能可以大大提高系統(tǒng)的效率。此轉(zhuǎn)換器的模擬輸入電壓將此電壓轉(zhuǎn)換為新的數(shù)字電壓源代碼。在此過程中，不要直接轉(zhuǎn)換為任何其他變量。另一個A/D信號轉(zhuǎn)換器是間接的。它將電壓轉(zhuǎn)換為其他中間變量，然后通過多次轉(zhuǎn)換將模擬輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字編程代碼。2.2.3液晶顯示模塊簡介1602字符型液晶顯示模塊一般要具有16條導(dǎo)軌式字型或者是14條引腳線，還有的2條導(dǎo)軌則為一條背光式移動電源線。VCC電纜（15英尺）和兩個接觸器通過接地導(dǎo)體連接到GND（16英尺）。VSS接地組件；VDD電源（+5V）；讀寫信號線R/S；高級讀寫（1）；低級別寫入（0）；LCD模塊中的點陣格式自動生成字符格式，即自動生成的數(shù)據(jù)存儲器，可存儲160個不同格式的點陣來生成字符圖。每個字符矩陣都有一個特定的點符號。例如，兩個大寫字母“a”出現(xiàn)在單元格符號中，一個小寫字母“a”可以出現(xiàn)在01000001b（41h）中。當(dāng)顯示此信息時，矩陣點符號的圖形特征將顯示在單元符號中。在資本項目代碼41h中，這可以讓你清楚地看到重要信息。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1時鐘電路設(shè)計AT89C51單片機中有一個高增益的內(nèi)部反向振蕩信號，用來構(gòu)成內(nèi)部反向振蕩器。其中，xtal1引腳為19引腳，代表振蕩器芯片內(nèi)部的輸入，與振蕩器時鐘電路的放大器反轉(zhuǎn)。引腳xtal2有18個引腳，代表芯片上的振蕩器，對應(yīng)于放大器的時鐘振蕩器電路輸出。本實用新型涉及一種自激光振蕩器，包括功率放大器、外部石英陶瓷電子晶體或外部激光振蕩器作為自動反饋元件。振蕩電路如圖3-1所示：圖3-1時鐘振蕩電路外接的兩個石英陶瓷晶體(或者統(tǒng)稱為陶瓷晶體振蕩器)和內(nèi)接電容器的C2、C3連接于信號放大器當(dāng)中，組合完成一個并聯(lián)振蕩電路。3.2復(fù)位電路復(fù)位控制電路是微機系統(tǒng)中重要的一個環(huán)節(jié)，以確保其穩(wěn)定可靠。重置控制回路的首要作用是重置功率。采用單片機對酒精氣體進行測量，采用單片機對酒精傳感器的反饋信號進行采集，并將其進行變換。這些數(shù)據(jù)會被轉(zhuǎn)化成數(shù)字，并被儲存到一個數(shù)據(jù)存儲器里。在單片機中，使用了一種基于數(shù)組的數(shù)值計算方法，并將其與數(shù)據(jù)組的數(shù)值進行了對比。當(dāng)警報濃度超出陣列數(shù)值時，該聚焦數(shù)值會在同一時間內(nèi)被顯示，并且只會被顯示。并且從顯示屏幕向顯示屏幕傳送所得到的數(shù)據(jù)。3.3顯示電路設(shè)計數(shù)據(jù)采集器具有液晶顯示器的接口，16×2字型液晶顯示器，液晶顯示器的背光可控，不需要時自動關(guān)閉，降低了系統(tǒng)的能耗。以1602顯示采集到的電壓值或者溫度值。其電路如圖3-2所示：圖3-2LCD1602顯示電路3.4電源模塊設(shè)計本論文主要研究的是一種便攜式酒精氣體檢測裝置，它是一種便攜式的，需要單獨的電源。安全可靠、高效的動力系統(tǒng)是方便酒精檢測儀器能否正常工作的先決條件。由于所需處理的信號很弱，為了確保電路能實現(xiàn)對弱信號的放大、采集，因此，必須要有良好的供電線路。針對便攜式酒精氣體檢測裝置的供電要求，設(shè)計了一種便攜式酒精氣體檢測裝置的供電線路，如圖3-3所示。圖3-3電源電路圖因為該數(shù)字電路中所有的電壓都是5V，所以在下面的5V電源中，特別抽取了一根用于數(shù)字電路的供電。在印制電路板的過程中，只有一個共用位置的數(shù)字電路與模擬電路，以避免彼此的干擾。第四章系統(tǒng)調(diào)試與總結(jié)4.1主程序設(shè)計便攜式酒精快速檢測儀設(shè)計的軟件總體流程圖如圖4-1所示。圖4-1軟件總體流程圖從圖表可以看出，在建立酒類快速檢測儀的軟件時，首先要進行初步的設(shè)計，初始化的時候，主要是設(shè)定系統(tǒng)所用的定時和標記，然后對溫度傳感器、LCD、A/D轉(zhuǎn)換器、時鐘等外部設(shè)備進行初始化。啟動歡迎界面會在系統(tǒng)啟動后立即出現(xiàn)，外存的狀態(tài)值被讀取，并設(shè)定了便攜式酒精快速檢測儀的各種參數(shù)，并在鍵盤上掃描，等待輸入氣體的濃度。4.2核心功能模塊設(shè)計4.2.1數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計數(shù)據(jù)收集程序的設(shè)計與編制，其流程如下。圖4-2數(shù)據(jù)采集流程圖在計時器中呼叫資料收集程式。以下是初始化程序：CONVST=0；SCLK=0:4.2.2數(shù)字濾波模塊設(shè)計在實現(xiàn)設(shè)計函數(shù)時，所設(shè)計的軟件過濾算法流程如下。圖4-3軟件濾波的算法流程圖在數(shù)字濾波中，主要是把10個數(shù)據(jù)按一定的順序排列并放到一個條形陣列a中，經(jīng)過運算，得出比C2更大、比C1更小的數(shù)字，然后用a中的其余值作為此次采集值，求取平均值，由此得出最后的值。4.2.3數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計數(shù)據(jù)處理模塊的程序是按照先前的分析編制的，如圖4-4所示。圖4-4數(shù)據(jù)處理模塊程序在圖形數(shù)據(jù)處理模塊中，主要實現(xiàn)二值變換后的二進制數(shù)字值到待顯示的十進制數(shù)據(jù)。由于該系統(tǒng)不存在兩個16位數(shù)字相乘指令，因此必須采用程序?qū)崿F(xiàn)。首先要處理的八個高階數(shù)據(jù)，有兩個unsignedchar類型的變量，datahi和datalo。然后，將數(shù)據(jù)的低位8位數(shù)據(jù)與比例常數(shù)的8位CONLO相乘，并將其存儲在中間變量data2中的8位。然后，將8比特的datalo和比data2高8個比特的CONHI乘以比data2高8個比特的data3。然后，將高8比特的datahi和比比率常數(shù)低的CONLO乘以data3，并將其存儲到data2中。然后，把高8位的datahi和高8位的CONHI乘以一個進位標記的CY，存儲在一個中間變量data3中。因此，data3中的數(shù)據(jù)是在16比特上的乘法運算的8比特，而在data3中，則是比16比特更高的8比特。得到了數(shù)據(jù)，再加上四舍五入的數(shù)字，就可以將最終的數(shù)據(jù)上傳到云端。4.3系統(tǒng)軟件設(shè)計4.3.1主程序設(shè)計主程序設(shè)計流程如圖4.1。主程序的系統(tǒng)軟件的設(shè)計是和硬件設(shè)計一起去實現(xiàn)酒精濃度檢測儀器的功能。它的作用是從檢測到酒精氣體開始，到液晶顯示器上顯示出酒精濃度的數(shù)值后結(jié)束。整機系統(tǒng)如圖4-5所示：開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化酒精傳感器信息采集酒精傳感器信息采集模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換計算出酒精濃度并顯示計算出酒精濃度并顯示結(jié)束結(jié)束圖4-5整機系統(tǒng)流程圖4.3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計用單片機對ADC進行初始化，保證ADC的工作狀態(tài)。通過對ADC的分析，可以判斷出角色的EOC，從而判斷出角色的切換是否完成。如果沒有，繼續(xù)進行判定，那么ADC變換后的數(shù)據(jù)就會被單片機自動讀出并進行運算。接著，點擊下一頁。圖4-6中顯示了流程方框圖：開始開始初始化初始化判斷ADC是否轉(zhuǎn)換完畢判斷ADC是否轉(zhuǎn)換完畢否讀出數(shù)據(jù)是讀出數(shù)據(jù)計算計算結(jié)束結(jié)束圖4-6模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖通過對ADC相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，可以直接判定ADC是否為EOC，從而判斷出ADC的數(shù)據(jù)是否已完成，如果沒有，主機可以繼續(xù)進行轉(zhuǎn)換判定，如果沒有，則由一臺單片機自動讀取要轉(zhuǎn)換ADC的所有有關(guān)數(shù)據(jù)信息，并進行一次運算，然后自動進行下一步的運算。4.3.3液晶顯示子程序設(shè)計本設(shè)計軟件的主要要求是將LCD顯示模塊應(yīng)用于一種新的LCD顯示，該軟件的液晶顯示設(shè)計程序結(jié)構(gòu)設(shè)計主要要求是在采用C-NETD等語言的顯示技術(shù)設(shè)計基礎(chǔ)之上的，可以將其劃分出作為兩大主要設(shè)計模塊，分別主要采用的協(xié)議是：(1)IIC顯示協(xié)議；(2)LCD液晶顯示。程序總體框圖如圖4-7所示：圖4-7總程序框圖第五章系統(tǒng)調(diào)試5.1硬件調(diào)試我們要去進行系統(tǒng)的調(diào)試，需要我們?nèi)ネ瓿烧{(diào)試后才能夠很好的去工作。我們把這個調(diào)試分為三步。第一個步驟是在看到電源后，首先對控制電路進行供電，再看控制設(shè)備有無煙、無火焰、無其它氣體、無外部集成電路無發(fā)熱等。如果有這種問題，我們必須馬上把線路關(guān)掉。我們檢測完這些不正常，再把電源插好，再重復(fù)上面的程序，這樣就可以在我們進行調(diào)試前進行了。第二個步驟是完成靜態(tài)調(diào)試，在輸入信號上添加一個等電平的信號，進行全直流試驗，再利用萬用表對各個點進行測量，并與實測數(shù)據(jù)進行對比。理論值，在這個狀態(tài)下，判定線路工作和元器件的損壞。如果出現(xiàn)故障，則要正確調(diào)整電路的參數(shù)，以確保電路的設(shè)計。在高效率的工作環(huán)境中，能滿足全部電路的設(shè)計需求。5.2軟件調(diào)試軟件的調(diào)試，就是將我們編寫的代碼，通過我們自己的操作，或者是在網(wǎng)上對這些代碼進行編輯，來修正我們的語法和邏輯。同時，這也是保證微處理器工作的關(guān)鍵。我們在編輯好了源代碼之后，就會將它發(fā)送到MCU進行測試，看看它是否還能工作，如果它不能工作的話，我們就必須要對它進行修改，如果它還能工作的話，那么就必須要進行多次的修改，這樣才能避免出現(xiàn)意外。通常軟件調(diào)試的過程有兩步，首先我們要把我們編輯好的得程序去進行編譯，這樣的運算就能夠直接去徹底消除基本語法上的錯誤，再直接去充分地利用系統(tǒng)軟件設(shè)計中所帶的調(diào)試工具去完成我們一定要完成的都有調(diào)試。5.3總結(jié)本章主要測試了儀器的基本功能和其所使用的技術(shù)要求，并且對單片機的報警，酒精檢測，獨立按鍵，相關(guān)的模塊和顯示模塊進行了對應(yīng)的測試，儀器所必要的控制功能均以實現(xiàn)，并且達到課題要求的量程和精度。結(jié)語從我開始這篇論文到現(xiàn)在結(jié)束，我用了很長的時間，因為我的專業(yè)知識沒有那么牢固，很多地方需要去求助于別人，經(jīng)歷了許多困難。通過自己撰寫這篇論文，讓我在工作中學(xué)習(xí)和運用到了許多，不管是掌握了相關(guān)的專業(yè)知識，還是提高了自己的動手技巧，我都覺得自己還有許多的不足之處，我還需要去提升自己的這些能力，為自己以后的工作生活和學(xué)習(xí)生活做一些好的鋪墊?，F(xiàn)在，人們的生活水準在不斷地提升，很多人都有了自己個人的私家車，因此醉酒駕駛事故在我們的生活中越來越多。因此，我們確定了研究目標和方向，并且為自己制訂一個有效的計劃和執(zhí)行方案。研究了酒精傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和傳感器的工作原理。此外，我們還應(yīng)該在網(wǎng)上查閱一些有關(guān)酒后駕駛安全的標準，查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并與同學(xué)進行協(xié)商。為了做好這項研究，讓我們的生活更現(xiàn)實，我已經(jīng)是做了比較充分的準備。為了能夠更好地去努力完成這次的作品，我遇到了很多困難，在之前的教學(xué)和課程中盡管我們已經(jīng)掌握了C語言應(yīng)用程序的設(shè)計和應(yīng)用相關(guān)的知識，但是一直都還處于自己的理論和實踐學(xué)習(xí)階段，對于應(yīng)用程序的控制和運行等各個方面沒有什么實戰(zhàn)性的經(jīng)驗，所以剛剛開始時十分困難，我不斷地去找相關(guān)的資料，去請教同學(xué)，最后才得以解決問題。在我們現(xiàn)有的基礎(chǔ)上都進行了改善，一定能夠使用到檢測得的數(shù)據(jù)，讓我們的作品更加符合預(yù)期的目標。使其成為日常生活中的必