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基于51单片机的酒精检测仪课程设计
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更新于2023-03-03
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本课题分为两部分:硬件设计部分和软件设计部分。硬件部分为利用MQ3气敏传感器测量空气中酒精浓度,并转换为电压信号,经A/D转换器转换成数字信号后传给单片机系统,由单片机及其相应外围电路进行信号的处理,显示酒精浓度值以及超阈值声光报警。程序采用模块化设计思想,各个子程序的功能相对独立,便于调试和修改。而硬件电路又大体可分为单片机小系统电路、A/D转换电路、声光报警电路、LED显示电路,按键电路,各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍。
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目 录
一、前言..................................................................................................4
二、酒精测试仪总体方案设计.................................................................4
2.1 酒精浓度检测仪设计要求分析.........................................................4
2.2 酒精浓度检测仪设计方案................................................................4
三、硬件设计...........................................................................................5
3.1 传感器的选择............................................................................... 5
3.2 A/D 转换电路................................................................................6
3.3 89C51 单片机系统........................................................................9
3.4 LED 显示电路..............................................................................12
3.5 键盘电路....................................................................................13
3.6 报警电路....................................................................................13
四、软件设计.........................................................................................14
4.1 主程序框图.................................................................................14
4.2 数据采集子程序程序框图..............................................................15
4.3 报警子程序程序框图.....................................................................15
五、课程设计系的心得体会...................................................................17
六、参考文献.........................................................................................17
附图 整体电路图....................................................................................18
酒精浓度检测仪的设计
一、前言
近年来,我国越来越多的人有了自己的私家车,而酒后驾车造成的交通事故也频
繁发生。为此,我国将酒驾列入刑法范围内,所以需要设计一智能仪器能够检测驾驶
员体内酒精含量。本课程设计研究的是一种以气敏传感器和单片机 A/D 转换器为主,
检测驾驶员呼出气体的酒精浓度,并具有声光报警功能的空气酒精浓度监测仪。其可
检测出空气环境中酒精浓度值,并可根据不同的环境设定不同的阈值,对超过的阈值
进行声光报警来提示危害。
本课题分为两部分:硬件设计部分和软件设计部分。硬件部分为利用 MQ3 气敏传
感器测量空气中酒精浓度,并转换为电压信号,经 A/D 转换器转换成数字信号后传给
单片机系统,由单片机及其相应外围电路进行信号的处理,显示酒精浓度值以及超阈
值声光报警。程序采用模块化设计思想,各个子程序的功能相对独立,便于调试和修
改。而硬件电路又大体可分为单片机小系统电路、A/D 转换电路、声光报警电路、
LED 显示电路,按键电路,各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介
绍。
二、酒精测试仪总体方案设计
2.1 酒精浓度检测仪设计要求分析
设计的酒精浓度测试仪应具有如下特点:
(1)数据采集系统以单片机为控制核心,外围电路带有LED显示以及键盘响应电
路,无需要其他计算机,用户就可以与之进行交互工作,完成数据的采集、存储、计
算、分析等过程。
(2)系统具有低功耗、小型化、高性价比等特点。
(3)从便携式的角度出发,系统成功使用了数码管显示器以及小键盘。由单片机
系统控制键盘和LED显示来实现人机交互操作,界面友好。
(4)软件设计简单易懂。
2.2 酒精浓度检测仪设计方案
设计时,考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量,传感器输出的是0-5伏的
电压值且电压值稳定,外部干扰小等。因此,可以直接把传感器输出电压值经过A/D转
换器转换得到数据送入单片机进行处理。此外,还需接人LED显示,4*4键盘,报警电
路等。
其总体框图如图2-1所示。
2
图2-1 基本工作原理图
三、硬件设计
3.1 传感器的选择
本系统直接测量的是呼气中的酒精浓度,再转换为血液中的酒精含量浓度,故采
用气敏传感器。考虑到周围空气中的气体成分可能影响传感器测量的准确性,所以传
感器只能对酒精气体敏感,对其他气体不敏感,故选用 MQ3 型气敏传感器。其有很高
的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。MQ3 型气敏传感器由微
型 Al2O3,陶瓷管和 SnO2 敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或
不锈钢的腔体内,加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。传感器的标准回
路有两部分组成。其一为加热回路,其二为信号输出回路,它可以准确反映传感器表
面电阻值的变化。传感器的表面电阻 RS 的变化,是通过与其串联的负载电阻 RL 上的
有效电压信号 VRL 输出面获得的。负载电阻 RL 可调为 0.5-200K。加热电压 Uh 为
5v。上述这些参数使得传感器输出电压为 0-5V。MQ3 型气敏传感器的结构和外形、
标准回路、传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度的关系图如图 3-3 所示。为了使
测量的精度达到最高,误差最小,需要找到合适的温度,一般在测量前需将传感器预
热 5 分钟。
被测
环境
气敏
传感器
A/D 转换
电路
单片机
声光报警电路
LED 显示
键盘
3
图3-1 MQ3 结构和外形
图3-2 MQ3 结构图
图3-3 传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度之间的关系
3.2 A/D转换电路
在单片机应用系统中,被测量对象的有关变化量,如温度、压力、流量、速度等
非电物理量,须经传感器转换成连续变化的模拟电信号(电压或电流),这些模拟电
信号必须转换成数字量后才能在单片机中用软件进行处理。实现模拟量转换成数字量
的器件称为 A/D 转换器(ADC)。
A/D 转换器大致分有三类:一是双积分 A/D 转换器,优点是精度高,抗干扰性好,
价格便宜,但速度慢;二是逐次逼近型 A/D 转换器,精度、速度、价格适中;三是∑-
△A/D 转换器。
该设计中选用的是 ADC0809 属第二类,是 8 位 A/D 转换器。0809 具有 8 路模
拟信号输入端口,地址线(23-25 脚)可决定那一路模拟信号进行 A/D 转换。22 脚为
4
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