酒精浓度探测仪毕业设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 常常 州州 轻轻 工工 职职 业业 技技 术术 学学 院院 题 目 酒精浓度探测仪 姓 名 学 号 班 级 指导教师 职 称 日 期 毕业设计 (论文 )说明书 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 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。本文用对测量数据进行显示。 本设计主要研究了（ 1）硬件方面， 采集到的模拟电压信号通过单片机控制经 A/到数字电压信号；用 于显示浓度的数码管显示模块。（ 2）软件方面，主要研究了电压到浓度的线性转换和最终浓度值的数码管显示。（ 3）对设计的传感器进行了标定。设计的传感器对酒精气体反应灵敏，能在有效范围内测量它的浓度值。并且在检测低浓度酒精时误差较小，最大误差为 足设计要求。 本设计的特色在于标准的确定。对于流动空气，样品的稳定性和水蒸气的影响，提出了解决方案和验证方法。对不同的区间浓度和电压转换关系做线性化处理，简化了硬件电路的设计。设计的传感器可以检测不同浓度的酒精气体，改进之后对解决酒后驾车事故和特殊场合酒精检测都可以 使用。 关键词 ：气体传感器 ;模数转换 ;单片机 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of in be to of In of be by CU In (1) In it to a of to to , in 2)In of of 3) is of is to in of in of in is of of to of in is as of It an to A/D 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 0页 共 28 页 目录 第一章 引言 . 1 计背景 . 1 计酒精浓度探测仪的意义 . 1 文主要研究工作 . 1 第二章 元器件和开发工具介绍 . 3 . 3 . 3 . 3 脚功能） . 4 . 4 件介绍 . 5 . 6 . 6 第三章 硬件电路设计 . 8 设计框图 . 8 乙醇信号检测及调理电 路 . 8 单片机电路 . 11 显示电路 . 12 阈值存储 . 13 第四章 软件设计 . 14 第五章 调试 . 17 参考文献 . 20 致谢 . 21 附录 . 22 附附 录录 B 实实 物物 图图 . 23 附附 录录 C 程程 序序 . 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1页 共 28 页 第一 章 引言 计背景 我国传感器市场的增长率超过 15%， 2003年销售额为 186亿元人民币， 2006 年销售额为 283亿元人民币，预计 2007年为 325亿元人民币， 2008年为 374亿元人民币。我国传感器 4大类中，工业和汽车电子产品占市场份额的 近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段，新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它将不仅促进系统产业的改造，而且可导致建立新型工业和军事变革，是21世纪新的经济增长点 1。 由于气体与人类的日 常生活密切相关，对气体的检测已经是保护和改善生态居住环境不可缺少的手段，气体传感器发挥着极其重要的作用。气体传感器是把气体中的特定成分检测出来，并转化为电信号的一类器件，用来对有害气体，易燃易爆气体等进行安全检测和报警，对生产生活中需要了解的气体进行检测，分析，研究等。近年来，我国气敏传感器产业有了较快的发展，但与国外相比，从技术水平，产业化及应用等领域均存在着不小的差距。 目前，气敏传感器领域还存在一些问题。一是元件的稳定性差。由于元件电阻和灵敏度随时间而不断变化，漂移大给检测结果的可靠性带来不稳定的因素 。二是选择性差。由于在检测气体时，往往还存在着其它的干扰气体 (如烟酒等 )，使气敏元件发生交叉响应，产生误报。三是催化剂中毒。掺有催化剂的气敏元件接触某些气体后，活性组分被毒化，将会改变元件的选择性，降低其敏感度和稳定性，另外催化剂本身也存在着不稳定性问题。灵敏度问题。四是 是在检测某些低浓度气体时灵敏度却难以达到要求。 计酒精浓度探测仪的意义 本设计基于 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 增至 1 ，发生车祸的可能性便增加 5倍，如果增至 ，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。 酒精气体浓度探测仪在生产生活中也有重要的应用，比如，在一些环境要求严格的生产车间，用这种酒精浓度探测仪，可随时检测车间内的酒精气体浓度，当酒精气体浓度高于允许限定值时，发出警报，提醒人们及时通风换气，做到安全生产。 文主要研究工作 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2页 共 28 页 本文以 片机为核心，设计了用于测量酒精浓度 的探测仪，主要研究工作包括以下 3个方面。 （ 1）硬件电路方面，对气体传感器 检测电路，接上一定阻值的负载电阻，检测它的技术参数，确定 成信号采样电路的设计；采样到的模拟电压电信号通过 A/D 转换，得到可供单片机处理的数字信号，再由单片机作相应的数据处理； （ 2）软件方面，标准的确定是该部分要做的主要工作。因为原始的采样值是一个间接的负载分压值，需要将它转化为被测酒精浓度值。通过多个样品的测量确定多个浓度区间的转换标准，并将每个区间的转换关系近似线 性化处理，然后通过软件编程的方法来实现。 （ 3）为了尽量减少设计的气体传感器的测量误差，在测量酒精溶液样品时要考虑并解决 3 个主要问题。一是外界环境流动空气对传感器的影响和对气体样品的稀释，二是样品的稳定性对测量带来的误差，三是水蒸气对测量的影响。针对这 3 个主要问题提出以下解决方案和验证方法。 测量样品时，将探头尽量放入塑料瓶内，可以在一定程度上消除流动空气的影响，同时应选择空气流动较小的室内环境来测量。水蒸气对 一点可以通过对只装有纯净水的塑料瓶的多次测量来验证。用相同容量的塑料瓶配制好 不同浓度的酒精溶液后，将它密封并放置一段时间，待其稳定后再测量。再通过反复多次测量多组数据，求其平均值的方法来缩小测量误差。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3页 共 28 页 第二章 元器件和开发工具介绍 ） 8路 8位 A 分辨率 8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为 100 s 4）单个 5V 电源供电 5）模拟输入电压范围 0 5V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为 85摄氏度 7）低功耗，约 15 部结构 部结构如图 2由 8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、 8位开关树型 D 次逼近 部结构框图 寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此， 处理 8 路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 4页 共 28 页 部特性（引脚功能） 片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，下面 说明各引脚功能。 8路模拟量输入端。 228位数字量输出端。 3位地址输入线，用于选通 8路模拟输入中的一路。 址锁存允许信号，输入，高电平有效。 A 入，高电平有效。 A 出，当 A 端输出一个高电平（转换期间一直为低电平） 据输出允许信号，输入，高电平有效。当 A 端输入 一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于 640 +）、 -）：基准电压。 源，单一 5V。 。 先输入 3位地址，并使 ，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通 8路模拟输入之一到比较器。 升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A 后 示转换正在进行。直到 A ，指示 A 果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 纸张与页面设置：（ 1） 向、单面打印。（ 2）页边距：上 侧 3侧 2 3）装订线 0眉 脚 称页边距。 页眉：常州轻工职业技术毕业设计；页脚：页码，右侧。 片机 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 5页 共 28 页 该单片机为 装，该单片机内置 8 位 A/D 转换器，可以将酒精传感器输出电压转变成数字量处理。外型管脚与 特点： 1、具有信号输出指示。 2、双路信号输出（模拟量输出及 3、 当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机） 4、模拟量输出 05度越高电压越高。 5、对乙醇蒸汽具有很高的灵敏度和良好的选择性。 6、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性 7、快速的响应恢复特性 应用：用于机动车驾驶人员及其他严禁酒后作业人员的现场检测，也 用于其他场所乙醇蒸汽的检测 。 件介绍 电路设计软件使用的是 9 9 司开发的基于 境下的电路板设计软件。该软件功能强大，人机界面友好，易学易用，仍然是大中院校电学专业必学课程，同时也是业界人士首选的电路板设计工具。 9 两大部分组成：电路原理图设计和多层印刷电路板设计。其中由两部分组成：电路图编辑器和元件库编辑器。 一、电路图编辑器（ （ 1）、概述 进入 9 在 通过右键 “建立 “件，打开后即可进行电路原理图的编辑。先按照已画好的电路草图将所有元件找到拖放到编辑框里。将编辑框缩小，将元件照电路的样子搭好，整体上排列匀称。接下来就可以进行局部的连线了。或者可以先将电路的各个模块先搭好，再通过框定各模块平移组合成完整的电路，取消框定要通过 再用鼠标框定以前选中的模块，就可以解除，表现为模块由黄色变成普通颜 色。对某个工程的操作是对一个数据库的操作，因此不同的数据库会在不同的窗口中打开，通过最小化可看各个数据库的窗口。 （ 2）、常用操作 1、调用画图工具 2、在移动元件时按空格可旋转元件 。 3、一个工程数据库中最好不要将所有文件都放在文件夹 ,因为这样会产生一些小问题。而将文件直接放在数据库根目录下则不会出现这些问题。 二、元件库编辑器（ （ 1）、概述 虽然 但在实际应用中总会遇到找不到元件的情况，这时就需要根据元件资料自己动手在元件库中制作这个元件。还有一种情况是各种元件分散在各个公司的元件库中，不便于使用，所以要把常用元件集中到一个元件库中，这就要自己动手制作，将经常用到的元件复制到这个元件库中，方便以后的使用。 （ 2）、基本操作 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 6页 共 28 页 元件库文件（ 是基于数据库文件（ 的操作，同一个数据库下元件库中的元件才可以通过 互复制，不同数据库时可先用右键的整个元件库复制到当前数据库，再在 该数据库中进行单个元件的复制。在放置芯片引脚时大头指的是引脚外侧，引脚名称会嵌到芯片框里，引脚号在外侧。 1、在画芯片图时，如果用到画线的功能，则应将 能打开，可增加画线时的定位精度。 2、不同设计文件之间拷贝模块时，操作如下：先选中要拷贝的部分拷贝，鼠标变成十字线后在选定的区域中间点击左键，切换到另一个设计文件，粘贴即完成了操作。 绍 从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持 。 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（ 这些部份组合在一起。运行 件需要 以上的 16更多 20M 以上空闲的硬盘空间、 下面介绍 51开发系统基本知识 51 开发系统基本知识 51是美国 1 系列兼容单片机 汇编相比 ， 构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用 会更加深刻。 51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到 51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍 51开发系统各部分功能和使用。 51单片机软件开发系统的整体结构 具包的整体 结构，其中 别是 可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用 身或其它编辑器编辑 C 或汇编源文件。然后分别由 译器编译生成目标文件 (目标文件可由 建生成库文件，也可以与库文件一起经 接定位生成绝对目标文件 ( 件由 换成标准的 件，以供调试器用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直 接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如 意事项 （ 1） 仿真器标配 晶振，但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。 （ 2） 仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统。 （ 3） 仿真芯片的 31脚（ /接至高电平，所以仿真时只能使用片内 能使用片外 仿真器外引插针中的 31 脚并不与仿真芯片的 31脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部 目标系统中使用。 绍 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 7页 共 28 页 英国 司开发的 具软件。除了其具有和其他 中一个重要的功能是，电路仿真是互动的，针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试。 合模式 真， 一、 用户口可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。用户甚至可以实时采用诸如 端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。其功能模块有一个易用而又功能强大的 理布图工具， 软件具有以下特点。 (1)支持许多通用的微控制器，如 051。 (2)交互的装置模型包括： 用键盘，开关，按钮等。 (3)强大的调试功能，知访问寄存器与内存 ，设置断点和单步运行模式。 (4)支持如 c 源码和汇编的调试。 (5)内置超过 6000 标准 全兼容制造商提供的 (6) (7)基于工业标准的 i“ 路仿真器。 (8) 14种虚拟仪器：示波器、逻辑分析仪、信号发生器、规程分析仪等。 (9)高级仿真包括强大的基于图形的分析功能：模拟、数字和混合瞬时图形，频率，转换，噪声，失真，傅立叶，交流、直流和音频曲线。 (10)模拟信号发生器包 括直流、正弦、脉冲、分段线性、音频、指数、单频 字信号发生器包括尖脉冲、脉冲、时钟和码流。 (11)集成 计形成完整的电子设计系统。 二、 统的中心，它远不仅是一个图表库。它是具有控制原理图画图的外观的超强设计环境。无论是实现复杂设计的仿真以及 是设计精美的原理图 双击桌面上的 始”一“程序”一“ “ 单启动了 工作界面是一种标准的 面。包括：标题栏、主菜单、工具栏、预览窗口、挑选元件按钮、库管理按钮、原理图编辑窗口。元件列表、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真控制按钮、状态栏。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 8页 共 28 页 第三章 硬件电路设计 设计框图 本研究设计的酒精浓度测试仪框图如图 3示。 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 设定的醉 酒阈值进行比较，并显示或报警。 M Q - 3 气 体 传 感 器信 号 调 理 电 路M Q - 3 传 感 器 模 块模 / 数 转 换电 压 / 酒 精 浓 度转 换阈 值 比 较 外 部 E E P R O 阈 值模 拟 电 压 信 号酒 精 浓 度 显 示 过 阈 报 警S T C 1 2 C 5 A 1 6 A D 单 片 机图 3精浓度测试仪方框图 乙醇信号检测及调理电路 醇气体传感器可以应用用于机动车驾驶人员及其他严禁酒后作业人员的现场检测，也用于其他场所乙醇蒸汽的检测。其技术特点为： 1：对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择性 2：快速的响应恢复特性 3：长期的寿命和可靠的稳定性 4：简单的驱动回路 醇气体传感器灵敏度曲线如图 3示，其传感原理为气敏电阻的输出阻值随乙醇气体等浓度变化而变化。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 9页 共 28 页 图 3 (a) 管脚图 (b) 测试电路 图 3醇气体传感器管脚及测试电路 醇气体传感器及其调理电路原理如图 3示。其外形如图 3示。经过调理，检测信号由电阻值转变成电压值，便于后续电路进行 A/D 转换和处理。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 10页 共 28 页 ：+5感器及调理模块原理图 图 3该传感器模块具有如下特点，方便与单片机系统接口组成检测仪器。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 11页 共 28 页 具有信号输出指示。 双路信号输出（模拟量输出及 (当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机 ) 模拟量输出 05度越高电压越高。 单片机电路 本设计选用高性能单片机 管脚如图 3 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 成的单片机系统原理图如图 7所示。图中 感器模块输出的检测电压信号，送入 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。 图 3片机系统原理图 图 3键 中 加”， 小”按键。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 12页 共 28 页 3 为报警指示灯，分别可以进行酒后和醉酒两级报警。 显示电路 显示部分采用 602液晶屏进行数据显示，其主要技术参数为： 表 3液晶屏技术指标 接口信号说明如表 3示。 表 3液晶屏接口信号说明 与单片机接口电路如图 3中 3脚为背光引脚， 10电阻用于调节背光亮度。 、 5、 6引脚分别接液晶的 E/W 和 7 14引脚为数据引脚。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 13页 共 28 页 图 3阈值存储 醉酒阈值存储在 片 ，并可以通过 “增加”、“减少”按键调节并保存。 口的 片，可以用于掉电不易失数据的存储。 其电路如图3中 2为芯片的地址引脚，一般接地即可。 图 3买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 14页 共 28 页 第四章 软件设计 1、软件流程图 本设计软件主程序流程图如图 4 数 据 初 始 化A / D 转 换 初 始 化定 时 器 初 始 化显 示 初 始 化进 入 后 台 w h i l e 循 环触 发 A / D 转 换换 算 酒 精 浓 度酒 精 浓 度 显 示超 过 阈 值 吗 ？有 键 按 下 吗 ？ 按 键 处 理酒 精 浓 度 显 示报 警是是否否图 4程序流程图 # /头文件 # /宏定义无符号字 符型 # /宏定义无符号整型 0= 0 /显示段码 数码管字跟 =0 /位的控制端 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 15页 共 28 页 /位控制码 T=; /A/E=; /数据输出允许信号 32; /A/33; /时钟脉冲 z,x,c,v,(t) i,j; i=0;i0; ; 数码管动态扫描 /显示函数 z,x,c,v; z=000; /求千位 x=000/100; /求百位 c=00/10; /求十位 v=0; /求个位 P0=z&0P2=; 0); P0=x; P2=; 0); P0=c; P2=; 0); P0=v; P2=; 0); 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 16页 共 28 页 ) /定时器 0工作方式 1 65536256; /重装计数初值 65536256; /重装计 数初值 /取反 主函数 /定时器中断 0 ; /脉冲信号初始值为 0 65536256; /定时时间高八位初值 65536256; /定时时间低八位初值 ; /开 ; /开 T/; ) /无限循环 ; /使采集信号为低 ; /开始数据转换 ; /停止数据转换 /等待数据转换完毕 ; /允许数据输出信号 1; /读取数据 ; /关闭数据输出允许信号 251) /电压显示不能超过 5V 50; 0; /数码管显示的数据值，其中 20 为采集数据的毫安值 ; /数码管显示函数 当测量浓度大于设定浓度时，单片机 # /库文件 #宏定义无符号字符型 #， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 17页 共 28 页 第五章 调试 当程序在 境下编写完成，并编译生成 件后，就可以下载并进行调试了。 一、 打开 件，按提示安装 装完成后，插入 载线后，在 开始 -控制面板 -打印机和其他硬件 -设备管理器 ，在“端口”分支下有（ 果没有说明 重新安装。记住括号里的 图 5功安装 二、下载程序 打开 击运行 现如下界面。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 18页 共 28 页 图 5载软件 正确选择 型， 刚才安装的 一致），最高波特率和最低波特率都选 2400者 1200下载线内 片所限，没办法！），并打开正确的 据文件。 点击“ 载”按纽，窗口出现提示： 在尝试与 片机 握手连接 . is n is or 接失败，请尝试以下操作： 下载按钮，再给单片机上电 新选择 口 , 接好电缆 接到地 换座引线过长而引起时钟不振荡，请 调整参数 件 能 片机内无 统引导码， 或需退回升级，或 损坏 口线下载，可能会遇到不兼容 的问题，可以让我们帮助购买兼容的 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 19页 共 28 页 串口线 仍在连接中 , 请给 电 . 按下电路板上的电源按纽，保证其有个失电至上电 的过程，则窗口显示开始烧录芯片。 芯片烧录成功后，程序开始运行，酒精浓度测试仪正常工作。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 20页 共 28 页 参考文献 1 张毅刚 M2 黄惠媛 M3 徐新民 M4 何道清 M5 电子制作 期 J电子制作编辑部 ,42 43 6 电子制