基于单片机酒精超标自动报警器.doc

基于ATMega 16单片机课程设计报告酒精超标自动报警器 冯艳涛 胡夫 李大伟摘要: 该设计作品基于AVRmega16单片机，利用酒精传感器，实现空气周围环境中的酒精浓度实时测量，通过LED数码管实时显示，一旦超过阈值即蜂鸣器报警，可用于车载监控及仓库等有防火要求的地方。关键字ATmega16单片机 酒精传感器 自动报警一、 目的、功能及用途：目的：当今社会，汽车已经成为主要的交通用具。随之带了交通问题，然而，酒后驾车酒后驾驶问题已成为造成交通事故最主要的原因。为了避免交通悲剧的发生，一种有效地提醒民众防止酒后驾驶的系统的出现就成了现实中的迫切要求。而本课题正是要利用单片机知识制作一种报警器，用于杜绝酒后驾车问题。功能：此报警器利用酒精传感器，测量空气中酒精浓度，通过LED数码管实时显示，一旦超过阈值即蜂鸣器报警，并能强行制止司机打火，从而，杜绝酒后驾车。用途：基于以上功能，可将酒精超标自动报警器设计于汽车构造中，用来防止酒后驾车，减少交通事故。二、 硬件设计原理与内容：1、 硬件设计思想和原理图：采用MQ303将酒精信号转换成敏感体电阻的变化，外接电源和负载电阻，把电阻变化转换成电压信号，利用Mega16单片机的模数转换功能采样电压变化，转换成酒精浓度用七段数码管显示出来，当达到预定报警浓度时，蜂鸣器报警，并接通开关时，Led灯不再显示。硬件设计时，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送入单片机进行处理。此外，还需接入LED数码管显示，声光报警电路等。其总体框图如图所示：2、 如何使用硬件单元;将MQ303预留引脚接电源，预热3秒以上。接通单片机电源，七段数码管闪烁显示周围酒精浓度。一旦酒精浓度超过阈值，蜂鸣器报警。 与门和非门以及开关组成打火系统，蜂鸣器信号和开关决定是否导通。开关模拟打火系统电源开关，接通开关时，Led灯亮表示打火成功，反之则表示打火系统被强行制止。单片机选择：AVRmega16单片机是一款功能十分强大，集成度非常高的数字处理系统。它集成了ADC与DAC的模块，因而此作品设计中可以直接将MQ3型酒精气敏传感器的探测信号输入单片机中，然后在单片机内进行A/D模数转换，数据处理。其引脚图如下图:下图1为选择4位共阳极数码管，型号为SR410561k。该数码管具有工作稳定，亮度高，反应灵敏，质量可靠等特点。图表 1图二为蜂鸣器报警部分:图表 2图三为传感器回路图:图表 33、 硬件原理图:三、软件设计思想、流程与功能软件方案主要包括数据采集、数据处理、显示、声光报警等子程序。仪器开机后经初预热阶段后测量结果。测量时数据采集程序把数据送入到AVRmega16单片机中的A/D转换器，进行A/D转换。由数据处理程序完成数据间的转换和数制间转换。当测量数据超过阈值时报警子程序启动，发出声光报警。软件主程序流程图如右图所示：1端口初始化部分 PORTA用于传感器信号输入和蜂鸣器输出； PORTB用于控制LED显示； PORTC用于LED位选。2传感器采集部分：采用ADC差分输入，因为传感器输出电压可以达到0-5v，单片机可以直接处理，故使用1倍增益。3 ADC转换部分：使用7.3728M晶振，32分频，T0比较匹配中断，定时2ms，转换结果右对齐。4 七段数码管显示部分 动态扫描显示，间隔2ms。 2、数据采集及处理子程序流程：图表 43、数据采集及处理函数关系图如下：图表 54、LED显示子程序：本作品显示为LED显示。显示子程序分为预热阶段显示程序，测量结果显示程序。流程如图6：图表 65、蜂鸣器报警子程序：传感器输入值经A/D转换后，调用比较程序，再经过数据处理后显示的测量值与程序中设定的报警阈值比较，小于等于阈值则继续执行显示程序，大于阈值则将单片机PA5端口输出高电平进行报警。 蜂鸣器报警大于阈值 图表 76、全部程序编译环境Icc avr/ICC-AVR application builder : 2009-5-8- 21:45:59/ Target : M16/ Crystal: 7.3728Mhz#include #include flash unsigned char led_710=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90;flash unsigned char position4=0x01,0x02,0x04,0x08;unsigned char dis_buff4=0,0,0,0,posit;int time_2ms_ok;unsigned long int value; unsigned long int middle_1,middle_2,middle_3;unsigned long density;void port_init(void) PORTA = 0x00; DDRA = 0xF0; PORTB = 0x00; DDRB = 0xFF; PORTC = 0x00; DDRC = 0xFF; PORTD = 0x00; DDRD = 0xFF;/ADC initialize/ Conversion time: 112uSvoid adc_init(void) ADCSR = 0x00; /disable adc ADMUX = 0x50; /select adc avcc ACSR = 0x80; SFIOR&=0x1F; SFIOR|=0x60; ADCSR = 0xAD;void density_dis_buff()unsigned char i; for(i=0;i=3;i+) dis_buffi=density%10;density/=10; #pragma interrupt_handler adc_isr:iv_ADCvoid adc_isr(void) /conversion complete, read value (int) using. value=ADCL; /Read 8 low bits first (important) value|=(int)ADCH=4 ) posit = 0; if (dis_buff3=3) PORTA|=0x20; else PORTA|=0x00; /ADCSR=0x00; void main(void)init_devices();TCCR0=0x0B;TCNT0=0x00;OCR0=0xE6;while(1) if(time_2ms_ok) sound(); time_2ms_ok=0;四、测试过程与测试数据调试分析包括硬件调试分析和软件调试分析及软、硬件联调。由于硬件调试分析和软件调试分析是独立进行的，所以可以先调硬件再调软件。在调试中找出错误、缺陷，判断各种故障，并做出软硬件的修改，直至设计作品能够正确体现其功能。1、硬件调试硬件调试包括传感器电路、显示电路、单片机外围电路、报警电路等。下面主要介绍传感器电路、报警电路的调试。首先把MQ303A酒精传感器，接1.5v左右电压上由于电压预热3秒以上，酒精传感器里已经集成了放大电路，而用万用表测量可证实传感器输入电路中输出是一稳定的0-5V的电压信号，符合单片机的输入条件，因此此信号可以直接接人单片机进行A/D转换而不需要放大、滤波等。其次对于声光报警电路的调试分为蜂鸣器和LED的调试。经试验可知蜂鸣器在高电平时正常工作，LED为共阳极。2、软件调试软件调试为利用ICCAVR，CVAVR，AVR Studio软件进行模块化调试。调试过程中观察各个变量的变化，查找所写程序的错误，并改正。3、软、硬件联调利用AVR Studio软件和硬件电路板进行软硬件联合仿真，首先将软件程序下载到AVR Studio中，然后运行一下，确认无误后，再把程序写入硬件之中。对调试过程中出现的错误要仔细分析，然后不断修正，直至达到理想效果为止。在软硬件联调时，根据在程序中设定的阈值，用酒精渐渐接近传感器来模仿酒精浓度的增大，显示结果良好，报警结果十分精确，在到达阈值时能够准确发出报警声。测试数据:1、在距离一定距离内对着传感器吹浓度56%的白酒，成功报警。2、指标参数的分析MQ303说明书上说在0.9-1.0v下预热时间大于48小时，在2.20.2V下预热510秒钟，实测不需这么长的时间，也不需2v以上的电压，5号干电池提供1.5v左右电压预热3秒以上即可。五、系统设计所需资源：MQ303A酒精传感器1个，AVR单片机芯片，ATmega16单片机实验板1个，印刷电路板一块，七段数码管4个，Led灯一个，电感一个，104电容一个，蜂鸣器一个，10k欧电阻两个，360欧电阻8个，插线若干，与门和非门各一个。总开销：60元六、成员分工与工作情况：冯艳涛： 0.4 负责部分程序设计、电路焊接，论文撰写、心得总结胡夫： 0.3 负责网页设计、PPT设计、部分论文材料写作。李大伟： 0.3 部分程序设计、参数测试。七、系统设计总结报告1、团队管理的心得体会。对于每一个小组成员，我们都应明确他所善长和能胜任的方面，并且每一成员都应自发地承接自己所擅长的工作，遇到问题时要与大家一起商量讨论，找出切实可行的方案，这样才能发挥每一个成员的作用，发回出小组真正的能力，更好的完成课题。我们小组在本此课题中正是这样做的。我们首先共同商讨，根据小组成员能力和一些技术上的问题，发挥自己的创新意识和对现实的应用价值，一起选定了“酒精超标自动报警器”这一课题，进而，一起确定了设计思想。小组成员根据自己能力提出自己想成接的任务，最后再根据实际情况，大家一起均衡分配工作任务。并在各自完成任务的同时，周期地一起讨论课程的进程，并对遇到的一些问题，提出来一起解决，这样我们小组成员可以对整个项目有一个全面的了解，这倒自己下一步该如何做，最重要的是解决遇到的问题，不致因一个小方面的问题而使整个项目无法完成，与此同时还要善于与其他小组交流，并一起对所交流问题一起研讨。这样才能从中找出最好的方法。这就是我们小组在本次课题中的基本过程，虽然我们遇到了很多问题和困难，但我们合作得很愉快，很团结，直到项目完全结束。2、课程设计的心得体会：在通过本次课程中，我们遇到很多问题，但是与此同时，我们也学到了很多，对于本次课题的心得体会，我们觉得有以下几点:1、不管做什么事,计划是很重要的。没有一个完好的计划，做事情就会没有一个好的顺序，做事情会比较乱，很难成功。而有一个好的计划，不管做什么事都会事半功倍，做事心中有数，明确重点和缓急，不会有疏漏。这样才能提高成功率。2、做事要多动脑,选出最好的方法。一件事往往有多种解决方法，一个好的方法，不仅能使事情事半功倍，而且往往决定最后的成与败，所以做事时一定要多动一下脑筋，想出最好的方法。3、要注意细节。细节决定成败，这句话在这次课题中不仅一次得到了印证，特别是在软件的编程过程中，一点点的错误就会使你整个程序不能运行。因此我们不仅仅要有整体意识，也要注意细节，不要因一个关键地方的一个细节而导致满盘皆输。4、团队合作很重要。团队做一件事时，要发挥出门一个人的长处。人无完人，但一个团队可以互相帮助，互相补充，只要互相合作，个人完成各自专长的，离成功就只有一步之遥。人人总是有疏漏的方面，但是只要互相合作，互相交流，就会考虑问题更全面化，在本次课题中，我们组团结合作不仅事半功倍，而且发现了一些好的有趣的构想，是我们对单片机有了更浓的兴趣。5、最后，也是最重要的一点，通过这次课题，我们学到了很多有关单片机方面的知识，也对单片机有了更深入的了解。使我们受益匪浅。3、课程改革的建议： 1、 此作品还可以加入键盘设定阈值，使之应用更广泛。2、 还可以将酒精传感器换做其他气体传感器，检测其他气体浓度。以上就是关于这次AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践课程我们组所做项目的全部内容。附录：1实物照片：2、酒精传感器参数：符号参数技术条件备注V H加热电压0.9V 0.1VAC or DCV C回路电压 6 VDCR L负载电阻可调P S 10 mWR H加热电阻4.5W 0.5 W室温IH加热电流12020mAPH加热功率 140 mWPS元件功率10 mWB.环境条件符号参数技术条件备注Tao使用温度-20 o C +50 o C推荐使用范围20ppm-1000ppm乙醇Ta