单片机的酒精浓度检测仪设计
单片机的酒精浓度检测仪设计[20200128191808]
摘 要
近年来,随着我国经济的发展,人民的生活水平提高,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频发生?机动车驾驶人员“酒后驾车”极易发生道路交通事故,严重危害了道路交通安全和人民生命财产安全?人饮酒后,酒精通过消化系统被人体吸收,经过血液循环,约有90%的酒精通过肺部呼气排出, 因此测量呼气中的酒精含量,就可判断其醉酒程度?
本设计实现了对不同浓度酒精的检测和显示,通过适当改进可以用于检测酒后驾车?本文用单片机与MQ-3型气体传感器实现了对酒精浓度的测量,并对测量数据进行显示,同时利用二极管简单显示浓度的高低,在设计允许值时发出报警?
摘 要 1
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:传感器;酒精探测仪;单片机;模-数转换
1、引言 3
1.1 课题来源背景 3
1.2 课题选题出发点与目的 3
1.3 设计意义 3
2、 硬件设计 4
2.1、设计框图 4
2.2、单片机电路 4
.2.3、单片机最小系统 5
2.3.1系统时钟电路 5
2.3.2复位电路 5
2.4键盘电路 5
2.5报警系统 5
2.6、乙醇信号检测及调理电路设计 6
2.7、阈值存储设计 9
2.8、供电及程序下载电路设计 9
2.9、显示电路设计 9
3、软件编程 10
3.1、软件流程图 10
3.2数据处理子程序设计 11
3.3按键扫描程序 12
3.4阈值设定子程序 13
3.5显示子程序 15
3.6报警子程序 16
4、仿真与调试 18
4.1USB转串口驱动安装 18
4.2下载程序 18
4.3实物的调试 19
5、心得体会 21
结 论 21
参 考 文 献 22
致 谢 23
附录1 系统硬件电路图 24
附录2 主程序 27
一 引言
（一）、 课题来源背景
近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能检测仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域。
随着居民生活水平的不断提高，汽车的使用越来越多、越来越频繁。汽车已成为人类最普通的运输、代步的工具。安全驾驶已是开车最基本的要求，醉酒驾车是当代每位驾驶员最大的隐患，做到防醉酒驾车是每位驾驶员义务。
（二）、 课题选题出发点与目的
本设计基于单片机设计的便携式酒精气体探测仪,可用来检测酒精气体浓度,最主要的用途是检测司机的酒精含量?酒后驾车发生事故的机率高达27%?随着摄入酒精量的增加,选择反应错误率显著增加,当血液中酒精含量由0.5‰增至1‰,发生车祸的可能性便增加5倍,如果增至1.5‰,可能性再增加6倍?机动车驾驶人员“酒后驾车” 及“醉酒驾车”极易发生道路交通事故, 严重危害了道路交通安全和人民生命财产安全?人饮酒后, 酒精通过消化系统被人体吸收, 经过血液循环, 约有90%的酒精通过肺部呼气排出, 因此测量呼气中的酒精含量, 就可判断其醉酒程度?开车司机只要将嘴对着传感头使劲吹气,仪器就能发上显示出酒精浓度的高低,从而判断该司机是否酒后驾车,避免事故的发生?当然,最好的办法是在车内安装这种测试仪,司机一进入车内检测仪就检测司机的酒精含量,如果超出允许值,系统控制引擎无法启动,这样就可从根本上解决酒后驾车问题?
（三 ）、设计意义
自《刑法修正案(八)》和修改后的《道路交通安全法》正式实施，“醉酒驾驶”正式入刑。不仅交警部门，而且很多车主都期盼能够有便携仪器方便地测量气体酒精浓度，为安全驾驶提供保障，有效减少重大交通事故的发生。
本研究设计的酒精浓度测试仪是一款实用性强、安全可靠的气体乙醇浓度检测工具，采用高精度MQ-3乙醇气体传感器对空气中的乙醇浓度进行检测，利用宏晶公司高性能低成本单片机STC12C5A16AD对检测信号进行A/D转换和处理，最后通过液晶屏显示输出。本研究设计的酒精浓度测试仪还具有醉酒阈值设定功能，可以根据法律法规或用户需要设定修改醉酒阈值，并进行保存。
二 硬件设计
（一）、设计框图
本研究设计的酒精浓度测试仪框图如图1-1所示。MQ-3乙醇气体传感器输出信号经信号调理电路处理，输出随乙醇浓度变化的电压信号，该电压信号送入单片机系统，经AD转换，与设定的醉酒阈值进行比较，并显示或报警。
图1-1 酒精浓度测试仪方框图
（二）、单片机电路
本设计选用宏晶公司高性能单片机STC12C5A16AD，其管脚如图2-1所示。
图2-1 STC12C2052AD单片机管脚图
该芯片为52内核8位单片机，内部集成了10位多路A/D转换模块，适用于常用检测电路。由STC12C5A16AD组成的单片机系统原理图如图7所示。图中AOUT为MQ-3传感器模块输出的检测电压信号，送入ADC7端口进行处理，DOUT为传感器模块输出的数字电平信号，该信号可以根据乙醇气体浓度直接输出报警信号，报警阈值通过模块上的电位器进行调节。
（三）、单片机最小系统
单片机也被称为微控制器，是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能。本课题采用较常用且较经济的STC12C5A16AD单片机，STC12C5A16AD是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程存储器。
1.系统时钟电路
单片机各功能部件运行以时钟控制信号为基准工作。因此时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量直接影响单片机的稳定性。常用的时钟电路设计有两种方式，一种是外部时钟方式，另一种是内部时钟方式。此电路采用内部时钟电路方式（如图2-2所示）。
晶体振荡器的简称晶振。单片机是一种时序电路必须提供脉冲信号才能正常工作在单片机内部已集成了振荡器使用晶体振荡器接18、19脚。如图2-2所示．晶振可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分较低的频率为串联谐振，较高的频率为并联谐振。由于晶振自身的特性致使这两个频率非常接近在这个较窄的频率范围内，晶振等效成一个电感，晶振两端并上合适的电容就组成了并联谐振。由于晶振等效成电感的频率范围很窄，所以即使其他元件参数变化很大，这个振荡器的频率变化也不会很大。
对外部C1、C2的取值虽然没有严格的要求但电容的大小会影响到振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性。C1、C2通常取值C1=C2=30PF单片机的外部晶振最高频率可到24M。
2.复位电路
单片机复位是使CPU和系统中其他功能部件恢复为初始状态，就像计算机重启，并从这个状态开始工作。上电复位RC构成微分电路，在上电瞬间，产生一个微分脉冲，宽度大于两个机器周期，就将复位。一般电容C取10u，电阻R取1K。该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需给单片机一个高电平，R1、C2仍构成微分电路，使RST端产生一个微脉冲复位，复位完毕C1经R2放电，等待下一个高电平。
（四）、键盘电路
按键K2和K3为醉酒阈值调整键，其中K2为“增加”，K3为“减小”按键。按键调节阀值，设置报警参数，与输入的信号值做比较。
（五）、报警系统
如图所示，报警电路由发光二极管L2、L3，R5、R6组成的，当给一个信号值时，信号值进入单片机和设定的阀值做比较，当信号值比阀值大时L2灯亮，当信号值比阀值大很多时L3灯亮。
摘 要
近年来,随着我国经济的发展,人民的生活水平提高,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频发生?机动车驾驶人员“酒后驾车”极易发生道路交通事故,严重危害了道路交通安全和人民生命财产安全?人饮酒后,酒精通过消化系统被人体吸收,经过血液循环,约有90%的酒精通过肺部呼气排出, 因此测量呼气中的酒精含量,就可判断其醉酒程度?
本设计实现了对不同浓度酒精的检测和显示,通过适当改进可以用于检测酒后驾车?本文用单片机与MQ-3型气体传感器实现了对酒精浓度的测量,并对测量数据进行显示,同时利用二极管简单显示浓度的高低,在设计允许值时发出报警?
摘 要 1
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:传感器;酒精探测仪;单片机;模-数转换
1、引言 3
1.1 课题来源背景 3
1.2 课题选题出发点与目的 3
1.3 设计意义 3
2、 硬件设计 4
2.1、设计框图 4
2.2、单片机电路 4
.2.3、单片机最小系统 5
2.3.1系统时钟电路 5
2.3.2复位电路 5
2.4键盘电路 5
2.5报警系统 5
2.6、乙醇信号检测及调理电路设计 6
2.7、阈值存储设计 9
2.8、供电及程序下载电路设计 9
2.9、显示电路设计 9
3、软件编程 10
3.1、软件流程图 10
3.2数据处理子程序设计 11
3.3按键扫描程序 12
3.4阈值设定子程序 13
3.5显示子程序 15
3.6报警子程序 16
4、仿真与调试 18
4.1USB转串口驱动安装 18
4.2下载程序 18
4.3实物的调试 19
5、心得体会 21
结 论 21
参 考 文 献 22
致 谢 23
附录1 系统硬件电路图 24
附录2 主程序 27
一 引言
（一）、 课题来源背景
近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能检测仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域。
随着居民生活水平的不断提高，汽车的使用越来越多、越来越频繁。汽车已成为人类最普通的运输、代步的工具。安全驾驶已是开车最基本的要求，醉酒驾车是当代每位驾驶员最大的隐患，做到防醉酒驾车是每位驾驶员义务。
（二）、 课题选题出发点与目的
本设计基于单片机设计的便携式酒精气体探测仪,可用来检测酒精气体浓度,最主要的用途是检测司机的酒精含量?酒后驾车发生事故的机率高达27%?随着摄入酒精量的增加,选择反应错误率显著增加,当血液中酒精含量由0.5‰增至1‰,发生车祸的可能性便增加5倍,如果增至1.5‰,可能性再增加6倍?机动车驾驶人员“酒后驾车” 及“醉酒驾车”极易发生道路交通事故, 严重危害了道路交通安全和人民生命财产安全?人饮酒后, 酒精通过消化系统被人体吸收, 经过血液循环, 约有90%的酒精通过肺部呼气排出, 因此测量呼气中的酒精含量, 就可判断其醉酒程度?开车司机只要将嘴对着传感头使劲吹气,仪器就能发上显示出酒精浓度的高低,从而判断该司机是否酒后驾车,避免事故的发生?当然,最好的办法是在车内安装这种测试仪,司机一进入车内检测仪就检测司机的酒精含量,如果超出允许值,系统控制引擎无法启动,这样就可从根本上解决酒后驾车问题?
（三 ）、设计意义
自《刑法修正案(八)》和修改后的《道路交通安全法》正式实施，“醉酒驾驶”正式入刑。不仅交警部门，而且很多车主都期盼能够有便携仪器方便地测量气体酒精浓度，为安全驾驶提供保障，有效减少重大交通事故的发生。
本研究设计的酒精浓度测试仪是一款实用性强、安全可靠的气体乙醇浓度检测工具，采用高精度MQ-3乙醇气体传感器对空气中的乙醇浓度进行检测，利用宏晶公司高性能低成本单片机STC12C5A16AD对检测信号进行A/D转换和处理，最后通过液晶屏显示输出。本研究设计的酒精浓度测试仪还具有醉酒阈值设定功能，可以根据法律法规或用户需要设定修改醉酒阈值，并进行保存。
二 硬件设计
（一）、设计框图
本研究设计的酒精浓度测试仪框图如图1-1所示。MQ-3乙醇气体传感器输出信号经信号调理电路处理，输出随乙醇浓度变化的电压信号，该电压信号送入单片机系统，经AD转换，与设定的醉酒阈值进行比较，并显示或报警。
图1-1 酒精浓度测试仪方框图
（二）、单片机电路
本设计选用宏晶公司高性能单片机STC12C5A16AD，其管脚如图2-1所示。
图2-1 STC12C2052AD单片机管脚图
该芯片为52内核8位单片机，内部集成了10位多路A/D转换模块，适用于常用检测电路。由STC12C5A16AD组成的单片机系统原理图如图7所示。图中AOUT为MQ-3传感器模块输出的检测电压信号，送入ADC7端口进行处理，DOUT为传感器模块输出的数字电平信号，该信号可以根据乙醇气体浓度直接输出报警信号，报警阈值通过模块上的电位器进行调节。
（三）、单片机最小系统
单片机也被称为微控制器，是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能。本课题采用较常用且较经济的STC12C5A16AD单片机，STC12C5A16AD是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程存储器。
1.系统时钟电路
单片机各功能部件运行以时钟控制信号为基准工作。因此时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量直接影响单片机的稳定性。常用的时钟电路设计有两种方式，一种是外部时钟方式，另一种是内部时钟方式。此电路采用内部时钟电路方式（如图2-2所示）。
晶体振荡器的简称晶振。单片机是一种时序电路必须提供脉冲信号才能正常工作在单片机内部已集成了振荡器使用晶体振荡器接18、19脚。如图2-2所示．晶振可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分较低的频率为串联谐振，较高的频率为并联谐振。由于晶振自身的特性致使这两个频率非常接近在这个较窄的频率范围内，晶振等效成一个电感，晶振两端并上合适的电容就组成了并联谐振。由于晶振等效成电感的频率范围很窄，所以即使其他元件参数变化很大，这个振荡器的频率变化也不会很大。
对外部C1、C2的取值虽然没有严格的要求但电容的大小会影响到振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性。C1、C2通常取值C1=C2=30PF单片机的外部晶振最高频率可到24M。
2.复位电路
单片机复位是使CPU和系统中其他功能部件恢复为初始状态，就像计算机重启，并从这个状态开始工作。上电复位RC构成微分电路，在上电瞬间，产生一个微分脉冲，宽度大于两个机器周期，就将复位。一般电容C取10u，电阻R取1K。该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需给单片机一个高电平，R1、C2仍构成微分电路，使RST端产生一个微脉冲复位，复位完毕C1经R2放电，等待下一个高电平。
（四）、键盘电路
按键K2和K3为醉酒阈值调整键，其中K2为“增加”，K3为“减小”按键。按键调节阀值，设置报警参数，与输入的信号值做比较。
（五）、报警系统
如图所示，报警电路由发光二极管L2、L3，R5、R6组成的，当给一个信号值时，信号值进入单片机和设定的阀值做比较，当信号值比阀值大时L2灯亮，当信号值比阀值大很多时L3灯亮。
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