酒精浓度监控装置.doc

内蒙古科技大学智能仪表综合训练设计说明书题 目：酒精浓度监控装置学生姓名：张春霞学 号：0867112218专 业：测控技术与仪器班 级：2008-2指导教师：孙采鹰 讲师摘要从工厂企业到居民家庭，酒精泄露的检测、监控以及对酒后驾车的监测，对居民的人生和财产安全都是十分重要且必不可少的。近年来，随着我国经济的高速发展，人民的生活水平迅速提高，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。为此，需要设计一智能仪器能够监测驾驶员体内酒精含量。此外，空气酒精浓度监测仪还能监测某一特定环境的酒精浓度如酒精生产车间可避免发生起火、爆炸及工业场地酒精中毒等恶性事故，确保环境安全。本课题设计的是一种以MQ-303A气敏传感器和AT89C52单片机为主，监测空气酒精浓度，并具有声光报警功能、电机控制及LCD显示功能的空气酒精浓度监控装置。其可监测出空气环境中酒精浓度值，并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最后通过电机吹风进行控制。本设计可用于车载监控及仓库等有防火要求的地方。关键字：AT89C52单片机；空气；酒精浓度；监控系统目录摘要I第一章 绪论11.1 酒精浓度监控装置的研究背景11.2 酒精浓度监控装置的发展历程11.3 酒精浓度监控装置设计意义2第二章 总体方案设计32.1酒精传感器32.2 STC89C52单片机42.3 ADC0832模数转换52.4 LCD1602液晶显示62.5编译软件介绍9第三章 硬件设计103.1 STC89C52单片机主控模块电路103.1.1 STC89C52单片机的晶振电路103.1.2 STC89C52单片机的复位电路113.1.3 STC89C52单片机的最小系统123.2酒精检测模块133.3 ADC0832模数转换电路设计133.4按键与指示灯电路143.5 LCD1602液晶显示设计153.6报警电路设计163.7直流电机控制电路173.8串行通信电路设计183.9外部电源供电电路19第四章 软件设计204.1编译语言的选择204.2主程序模块204.3 A/D转换模块214.4电压浓度转换的推导及程序设计234.5 1602显示程序设计25第五章 系统调试275.1系统硬件调试275.2软件调试275.3软、硬件联调27第六章 总结28参考文献29附录A 本设计原理图30附录B 本设计PCB图31附录C 本设计源程序32第一章 绪论1.1酒精浓度监控装置的研究背景酒精的重要作用，是逐渐使得脑部及神经系统反应迟钝这也是许多人喜欢适量饮酒的主要原因。喝一、两杯酒对人有镇定或松弛的作用。即使是少量的酒精，也没有刺激振奋的作用，这跟许多人的想法正好相反。然而，酒精有时会造成抑制力明显减弱，这会导致创造力的出现，或者是有时候会导致实际的侵略攻击性行为。在一些工厂的酒精生产车间有时会发生酒精泄露事故，可避免发生起火、爆炸及工业场地酒精中毒等恶性事故，所以需要设计一个酒精浓度监控装置来避免事故的发生。单片机是大规模集成电路技术发展的产物，属于第四代电子计算机。它是把中央处理单元CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时/计数器以及I/O输入输出接口电路等主要计算机部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。它的特点是：功能强大、运算速度快、体积小巧、价格低廉、稳定可靠、应用广泛。由此可见，采用单片机来对酒精浓度进行控制，具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点。因此，单片机对酒精浓度的控制问题是一个工业和生活中经常遇到的问题。1.2酒精浓度监控装置的发展历程以对气体中酒精含量进行检测的设备有五种基本类型，即：燃料电池型（电化学）、半导体型、红外线型、气体色谱分析型、比色型。但由于价格和使用方便的原因，目前常用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型两种。燃料电池是当前全世界都在广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染，酒精传感器只是燃料电池的一个分支。燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极，在燃烧室内充满特种催化剂，使进入燃烧室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在两个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上，此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比。与半导体型相比，燃料电池型呼气酒精测试仪具有稳定性好，精度高，抗干扰性好的优点。但是由于燃料电池酒精传感器的结构要求非常精密，制造难度相当大，目前只有美国、英国、德国等少数几个国家能够生产，加上材料成本高，因此价格相当昂贵，是半导体酒精传感器的几十倍。在应用方面，目前最广泛的是可燃性气体气敏元件传感器，已普及应用于气体泄漏检测和监控，从工厂企业到居民家庭，应用十分广泛。1.3酒精浓度监控装置设计意义近年来，随着我国经济的高速发展，人民的生活水平迅速提高，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。酒后驾车引起的交通事故是由于司机的过量饮酒造成人体内酒精浓度过高，麻痹神经，造成大脑反应迟缓，肢体不受控制等症状。少量饮酒并不会有上述症状，即人体内酒精浓度比较低时，而人体内酒精超过某一个值时就会引起危险。为此，需要设计一智能仪器能够监测驾驶员体内酒精含量。目前全世界绝大多数国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，以确定被测量者体内酒精含量的多少，以确保驾驶员的生命财产安全。此外，空气酒精浓度监测仪还能监测某一特定环境的酒精浓度如酒精生产车间可避免发生起火、爆炸及工业场地酒精中毒等恶性事故，确保环境安全。第二章 总体方案设计酒精浓度监控装置采用MQ303A气敏传感器，AT89C52单片机实现空气酒精浓度实时测量，通过LCD显示屏显示。超过设定阈值具有声光报警功能。该模块要有一个单片机最小系统，检测模块检测到的信号经过A/D转换经单片机的处理实现声光报警，通过键盘切换显示出相应的浓度、电压。并且驱使电机转动进行控制。该系统的硬件框图如图2.1。图2.1 酒精浓度监控装置系统框图2.1酒精传感器MQ-303A是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器。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。MQ3型气敏传感器的结构和外形如图2.2所示，MQ3酒精传感器如图2.3所示。 MQ3型气敏传感器对酒精具有高的灵敏度和快速的响应性，适于便携式酒精探测器和汽车燃火系统等。图2.2 MQ3的结构和外形图图2.3 MQ3酒精传感器2.2 STC89C52单片机控制主板采用STC89C52作为核心芯片。STC89C52是低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8K bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和256K bytes的随机存取数据存储器，器件采用高密度，非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8051产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，功能强大，STC89C52单片机适用于许多较为复杂控制应用场合。主要性能参数：增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期8051CPU工作电压：3.4V-5.5V工作频率范围：0-40MHZ,相当于普通单片机8051的0-80MHZ，实际工作频率可达48MHZ。通用I/O口（32/36个），复位后为：P1/P2/P3是准双向口（普通8051传统I/O口），P0是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。ISP（在系统可编程）/IAJ(在应用可编程)，无需专用编程器。可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒即可完成一片用户应用程序空间8K字节可重擦写FLASH闪存存储器时钟频率：0Hz24MHz256字节内部RAM32个可编程I/O口线 共3个16位定时/计数器 6个中断源可编程串行UART通道低功耗的空闲和掉电模式片内振荡器和时钟电路封装：PDIP-40，PLCC-44，PQFP-44。在本系统中，选择的是PDIP-40封装。STC89C52引脚图如图2.4所示。图2.4 STC89C52引脚图2.3 ADC0832模数转换ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。ADC0832 具有以下特点： （1）8 位分辨率； （2) 双通道 A/D转换； （3）输入输出电平与TTL/CMOS 相兼容； （4）5V 电源供电时输入电压在 05V 之间； （5）工作频率为 250KHZ，转换时间为 32S； （6）一般功耗仅为 15mW； （7）8P、14PDIP（双列直插）、PICC 多种封装；本设计中采用的是8PDIP封装的ADC0832，其引脚图如图2.5所示。图2.5 ADC0832的引脚图2.4 LCD1602液晶显示LCD1602字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用161，162，202和402行等的液晶显示模块，模块组件内部主要由LCD显示屏、控制器、列驱动器和偏压产生电路构成。LCD1602液晶显示屏分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如图2.6所示：图2.6 LCD1602尺寸图1602液晶显示屏采用标准的16脚接口，其中各引脚的功能如下：第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会使屏幕显示不清晰，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为数据/命令选择端，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写选择端，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极2.5 编译软件介绍Keil软件简介：单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C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（uVision）将这些部份组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、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C来开发，体会更加深刻。Keil C51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Windows界面。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Keil C51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。第三章 硬件设计本设计的硬件部分按功能可分为以下几个部分：（1） STC89C52单片机主控模块电路（2） MQ-303A酒精传感器检测模块（3） ADC0832模数转换电路（4） 按键与指示灯电路（5） 1602液晶显示电路（6） 报警电路（7） 直流电机控制电路（8） 串行通信电路（9） 外部电源供电电路3.1 STC89C52单片机主控模块电路3.1.1 STC89C52单片机的晶振电路单片机工作的过程中各指令的微操作在时间上有严格的次序，这种微操作的时间次序称作时序，单片机的时钟信号用来为单片机芯片内部各种微操作提供时间基准，89C52的时钟产生方式有两种，一种是内部时钟方式，一种是外部时钟方式。内部时钟方式即在单片机的外部接一个晶振电路与单片机里面的振荡器组合作用产生时钟脉冲信号，外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内，此方式常用于多片89C52单片机同时工作，以便于各单片机的同步，这种方式适宜用来使单片机的时钟与外部信号保持同步。一般要求外部信号高电平的持续时间大于20ns.且为频率低于12MHz的方波。为了尽量降低功耗，所以采用内部时钟方式。STC89C52单片机的晶振电路如图3.1所示：图3.1 STC89C52单片机的晶振电路在89C52单片机的内部有一个震荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振）就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号，图中电容C1和C2的作用是稳定频率，电容值一般为20pF，晶振选择的是11.0592MHz。3.1.2 STC89C52单片机的复位电路单片机开始工作的时候，必须处于一种确定的状态，否则，不知哪是第一条程序和如何开始运行程序。端口线电平和输入输出状态不确定可能使外围设备误动作，导致严重事故的发生；内部一些控制寄存器（专用寄存器）内容不确定可能导致定时器溢出、程序尚未开始就要中断及串口乱传向外设发送数据。因此，任何单片机在开始工作前，都必须进行一次复位过程，使单片机处于一种确定的状态。当在89C52单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态）。实际应用中，复位操作有两种基本形式：一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位，上电复位，要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。常用的上电复位，上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容C1的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。本设计中复位电路采用的是开关复位电路，开关S9未按下是上电复位电路，上电复位电路在上电的瞬间，由于电容上的电压不能突变，电容处于充电（导通）状态，故RST脚的电压与VCC相同。随着电容的充电，RST脚上的电压才慢慢下降。选择合理的充电常数，就能保证在开关按下时是RST端有两个机器周期以上的高电平从而使STC89C52内部复位。开关按下时是按键手动复位电路，RST端通过电阻与VCC电源接通，通过电阻的分压就可以实现单片机的复位。电路图见图3.2：图3.2 STC89C52单片机的复位电路RST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。该电路典型的电阻和电容参数为：晶振为11.0592MHz时，C8为10uF。 3.1.3 STC89C52单片机的最小系统结合以上单片机的电路可知STC89C52单片机的最小系统电路图如图3.3所示：图3.3 STC89C52单片机的最小系统电路3.2酒精检测模块酒精检测模块的作用是把酒精浓度转换为模拟电压，为此设计了图3.4的原理图：图3.4 酒精检测模块原理图0.9VDC是MQ-3加热电压，模块从CH0、CH1引出检测电压。设计思路是可调电阻于MQ-3串联，MQ-3的电阻随着CO浓度的变化而变化，根据串联的电阻分压的原理，从可调电阻里引出的电压也会随着CO浓度的变化而变化。3.3 ADC0832模数转换电路设计 模数转换电路的作用是将传感器电路输出的模拟量信号转换为适合单片机处理的数字信号，并输入给单片机。本课题采用的是ADC0832 A/D转换芯片。ADC0832可对0-5V的模拟信号进行转换。其电路如图3.5所示：图3.5 ADC0832转换电路图图中CH0、CH1为模拟量输入通道。正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示起始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能.3.4按键与指示灯电路本设计使用了三个按键和三个指示灯，它们与单片机的连接如图3.6。由于设计中没有要求输入数字等操作，它只要求有数据切换的功能，故设计了图3.6简单的键盘与指示灯电路，共占用了单片机六个I/O引脚，K1显示浓度，K2显示电压，K3显示A/D转换后的数字量。当K1按下时指示灯D4点亮，K2按下时指示灯D3点亮，K3按下时指示灯D2点亮。图3.6 按键与指示灯电路3.5 LCD1602液晶显示设计LCD1602液晶显示模块与计算机的接口电路有两种方式。它与单片机的接口方法分为直接访问方式和间接控制方式。直接访问方式是把液晶模块作为存储器或I/O设备直接接在单片机的总线上，单片机以访问存储器或I/O设备的方式操作液晶显示模块的工作。间接控制方式则不使用单片机的数据系统，而是利用它的I/0口来实现与显示模块的联系。即将液晶显示模块的数据线与单片机的P0口连接作为数据总线，另外三根时序控制信号线通常利用单片机的P2口中未被使用的I/O口来控制。这种访问方式不占用存储器空间，它的接口电路与时序无关，其时序完全靠软件编程实现。本系统采用间接控制方式：图3.7为液晶显示电路接线原理图:图3.7 液晶电路图在单片机系统中应用液晶显示器作为输出器件有以下几个有点：显示质量高：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。数字式接口：液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。体积小、重量轻：液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻的多。在主电路图中接在P0口处有一个排阻，由于P0口没有内接上拉电阻，为了使P0口外接线路有确定的高电平，所以要接上排阻，使用的是10K的排阻，以确保P0口有稳定的电平。LCD按其显示方式通常可以分为断式、点字符式、点阵式等。还有黑白、多灰度、彩色显示等。液晶显示原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就显示黑色，这样就可以显示出图形。3.6报警电路设计在单片机应用系统中，一般的工作状态可以通过指示灯或数码显示来指示，供操作人员参考，了解系统的工作状况。但对于某些紧急状态，比如系统检测到的错误状态等，为了使操作人员不至于忽视，及时采取措施，往往还需要有某种更能引人注意，提起警觉的报警信号。这种报警信号通常有三种类型：一是灯光报警，因为点亮的指示灯更能提醒人们注意；二是蜂鸣器报警，发出特定的音响，作用于人的听觉器官，易于引起和加强警觉；三是语音报警，不仅能起到报警作用，还能直接给出警报种类的信息。其中，前两种报警装置因硬件结构简单，软件编程方便，常常在单片机应用系统中使用；而语音报警虽然警报信息较直接，但硬件成本高，结构较复杂，软件量也增加。闪光报警实现单频音报警的接口电路比较简单，只要当值高于警报值的时候给一个低电频就能驱动二极管发光,简单易懂。报警电路分为蜂鸣器报警电路和LED发光报警电路组成。当输入端P1.0为低电平时，有电流通过蜂鸣器，蜂鸣器发出声音报警。而当输入端为高电平时不报警。当输人端P2.4为低电平时，LED点亮报警，反之输入端P2.4为高电平则不报警。图3.8报警电路图3.7直流电机控制电路当酒精浓度超过设定值时具有声光报警，同时驱动鼓风机鼓风（电机转动）降低浓度，实现浓度的控制。本设计采用继电器直接控制电机的转动与停止。图3.9为直流电机控制电路图3.9 直流电机控制电路3.8串行通信电路设计单片机在应用中往往要与其他的设备通讯，最常见的通讯方式就是串行通讯。 EIA RS-232C是美国电子工业协会正式公布的串行总线标准，也是目前最常用的串行接口标准，用来实现计算机与计算机之间、计算机与外设之间的数据通信，RS-232C串行接口总线适用于设备之间的通信距离不大于15米，传输速率最大为20kb/s。一个完整的RS-232C接口有22根线，采用标准的25芯插头座，简化的接口有9根线，通常计算机所用的串行口都是9芯的插座，其中只有RXD、TXD是数据通信信号，其余基本是实现控制目的握手信号或互锁信号。单片机在与PC的通讯中，由于电脑的串口信号线为负逻辑关系，即逻“1”为-5 -15V，逻辑“0”为+5 +15V，这与单片机的逻辑信号电压定义不同，这样就需要对两者之间信号进行电平转换。最简单的电平转换方法可以利用几个三极管，但是出于稳定性和可靠性的考虑，本设计使用了电平转换专用芯片MAX232，MAX232A外接0.1uF的电容。图3.10为串行通信接口电路。图3.10 串行通信接口电路串行接口的第2引脚为串行发送，接MAX232的12引角，3引脚为串行接收，接MAX232的13引角，5引角接地，这样就完成了RS232串行通讯端口的设计。3.9外部电源供电电路要想使整个硬件系统板进行工作，必须给硬件电路供电，图3.11所示为外部电源供电电路：图3.11 外部电源供电电路第四章 软件设计在设计了硬件电路的基础上，本设计中的软件主要采用KEIL编译器进行编写，该程序的主要任务是：对传感器的输出信号进行采集、转换、计算处理，并能够通过按键切换显示相应的输出信号，并能够在该信号超过规定限值时，产生声光报警。软件总体设计主要包括主程序设计和各个子程序的设计。画出主程序及每一子程序的详细流程图，选择合适语言编写程序。软件编写的主体思路是将系统按功能模块化划分，然后根据模块要实现的功能写各个子程序。最后，将各程序模块连接成一个完整的程序。4.1编译语言的选择对于单片机的开发应用中，逐渐引入了高级语言，C语言就是其中的一种。汇编语言的可控性较高级语言来说更具优越性。程序编写语言比较常见的有C语言、汇编语言。汇编语言的机器代码生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。C语言编写的程序比用汇编编写的程序更符合人们的思考习惯。还有很多处理器都支持C编译器，这样意味着处理器也能很快上手。且具有良好的模块化、容易阅读、维护等优点，且编写的模块程序易于移植。基于C语言和汇编语言的优缺点，本系统采用C语言编写方法。4.2主程序模块主程序实现的功能：与硬件相结合实现酒精浓度监控装置的各个功能。图4.1为主程序流程图。图4.1主程序流程图4.3 A/D转换模块模数转换模块的主要功能是将传感器模块检测到的模拟电压信号转换为单片机能够处理的数字信号，并传送给MCU。ADC0832转换的流程图见下图4.2。图4.2 ADC0832转换流程图A/D芯片的数据CS口，连接51单片机的P2.0口，CLK接P3.6，D1和D0接P3.7口。工作时序如图4.3所示： ADC0832有8只引脚，CH0和CH1为模拟输入端，CS为片选引脚，只有CS置低才能对ADC0832进行配置和启动转换。CLK为ADC0832的时钟输入端。CS在整个转换过程中都必须为低，当CS为低时，在数据输入端DI（数据输入端）加一个高电平，接着在CLK上加一个时钟，DI上的逻辑1就会使ADC0832的DI脱离高阻态，然后通道配置数据伴随着时钟通过DI端移入多路器，当最后一位数据移入多路器时，DI变为高阻态，在这以前DO（数据输出端）都为高阻态。在经过一个时钟，DO脱离高阻态，从而启动转换。接着从处理器接收时钟信号，每经过一个时钟，转换后的数据就会从高位到低位依次从DO移出，经过8个时钟后，数据又以从低位到高位的形式从DO移出（也是每个时钟移一位）。当最后一位数据移出时转换完成。当CS从低变为高时，ADC0832内部所有寄存器清零。如想要进行下一次转换，CS必须做一个从高到低的跳变，后跟着地此配置数据重复上面的过程。图4.3 ADC0832的工作时序4.4 电压浓度转换的推导及程序设计根据CO传感器MQ-3的说明书，气敏电阻阻值与CO浓度的关系必须由双对数曲线图得出，而检测电压则会随着MQ-3电阻值的变化而变化，所以必须分析检测电路图得到检测电压与MQ-3电阻值的关系。浓度上升，气敏电阻阻值却减小。气体检测浓度单位ppm，表示一百万体积的空气中所含污染物的体积数。大部分气体检测仪器测得的气体浓度都是体积浓度（ppm），这里测量的是101000ppm的CO浓度。图4.4是它的检测电路和Rs/Rs0CO浓度图，分析该检测电路：气敏电阻由两部分组成，如式（41）。 Rh=Rh1+Rh2 式（41）图4.4 检测电路和电阻CO浓度图由电阻分压的关系得到式（42）。 VRL=Vc*(RL/(Rh2+Rs+RL) 式（42）对双对数图进行求解：双对数图x轴为lgx（ppm），y轴为lg（Rs/Rs0）。由坐标（lg10，lg0.6）和坐标（lg1000,lg0.1）求k： lg0.6-lg0.1=k(lg10-lg1000) 式（43）解得得k=-0.389。知道lgy求lgx： lgy-lg0.1=-0.389*(lgx-lg1000) 式（44）解得lgx=(lgy-lg0.1)/(-0.389)+lg1000。验证：代入lgy=lg0.4求得lgx=lg28，对照双对数图证明计算正确，由lgx=lg28得到浓度x=28ppm。也就是说，当Rs/Rs0=0.4时，浓度x=28ppm。由于单片机做对数运算比较困难，这里利用查表的方法显示浓度，由上面的推导以及配合MQ-3技术资料得到浓度(ppm)（Rs/Rs0）值：100.6，200.5，300.4，400.37，500.35，600.32，700.30，800.28，900.26，1000.25，2000.20，3000.18，4000.17，5000.15，6000.13，7000.12，8000.11，9000.10，10000.10由Rs/Rs0的比值得到Rs，比如由Rs/Rs0=0.6得到Rs=0.6Rs0。由式（42）并代人Vc=5.0V，RL=30千欧，Rh=5欧太小可以忽略，简化得VRL=5(30/(Rs+30)）。代入Rs0=360千欧，浓度(ppm)电压值(V)如下：00.38，100.60，200.71，300.86，400.91，500.96，601.03.，701.08，801.14，901.21，1001.25，2001.47，3001.58，4001.64，5001.78，6001.95，7002.04，8002.15，9002.27，10002.27。这样就得到了电压与浓度的关系。得到了它们之间的关系，就可以画出程序流程图了，如图4.5。由流程图得知，这个函数的功能可以由条件语句实现。图4.5 电压转换浓度流程图如果电压2.27V，则浓度=1000ppm，否则判断下一条语句。如果所有判断语句的执行都是N，则浓度=0ppm。4.5 1602显示程序设计LCD模块在本系统中的作用是显示各控制效果。液晶显示的初始化流程图见下图4.6。图4.6 LCD1602程序流程图液晶显示D0到D7口接P0.0到 P0.7，单独使用一个口，为了避免数据的干扰，由于P0口没有上拉电阻，所以需要一个排阻进行电压的扩大.1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表4.1所示。表4.1 1602指令表指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清显示0000000001光标返回000000001*置输入模式00000001I/DS显示开/关控制0000001DCB光标或字符移位000001S/CR/L*置功能00001DLNF*置字符发生存储器地址0001字符发生存储器地址（AGG）置数据存储器地址001显示数据存储器地址（ADD）读忙标志或地址01BF计数器地址（AC）写数到CGRAM或DDRAM10要写的数从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置指令2：光标复位，光标返回到地址00H指令3：光标和显示模式设置 I/D。光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效 。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁 指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标 指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符 指令7：字符发生器RAM地址设置 指令8：DDRAM地址设置 指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 指令10：写数据 指令11：读数据 第五章 系统调试5.1系统硬件调试首先把MQ3型气敏传感器模块按照说明书介绍，接上+5V工作电源，由于气敏传感器里已经集成了放大电路，而用万用表测量可证实其输出是一稳定的0-5V的电压信号，符合ADC0832及单片机的输入条件，因此此信号可以直接接人进行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。经试验可知电路板的蜂鸣器和LED能正常工作并且只有在低电平工作。5.2软件调试硬件调试完成以后，系统软件调试时也要分模块来进行调试。首先，检查LCD1602液晶显示屏。LCD1602显示屏上电后，检查是否可以正常显示。其次，调试单片机与模数转换模块，在LCD模块调试成功之后，就可以调试模数转换模块，在模拟的测试一个电压，若LCD1602能够正常显示记录的数据，则调试成功。最后调试传感器模块，根据传感器的要求，给单片机上电后，则传感能通过A/D的转换，在LCD1602显示正常的电压，则调试成功，之后进行程序的运算，使LCD实现酒精浓度数值。5.3软、硬件联调在软件和硬件的分别调试成功后，然后进行程序的烧入单片机中，进行整块系统的调试，并把传感器接人电路，看LCD显示器是否显示设定界面。然后通过按键进行下一步操作。看键盘是否能够切换显示界面。用浸有酒精的棉签靠近气敏传感器，并对着棉签缓缓吹气观察LCD显示的数值。当酒精浓度超过设定的阀值700PPM时，蜂鸣器发声、LED被点亮及电机转动。当过了一两分钟后，LCD显示器上数值下降，当小于阈值时蜂鸣器停止发声、LED熄灭、电机也停止转动。整体调试成功。第六章 总结经过五个星期的查阅资料、做板和调试程序，我的智能仪器课程设计得以顺利完成。通过这次的锻炼，让我对电子制作有了更深的体会。 回想做课设的整个过程，艰辛同时又充满乐趣。通过这次亲自体验发现课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。本次设计让我学到了许多书本上学不到的东西，增强了我的分析理解能力，也对智能仪器乃至我们专业有了进一步的了解。同时我也学会了一些软件的应用，如：Protel2004、Protus仿真、Visio等。这次自选设计为酒精浓度监控装置，设计系统主要针对上学期所学的智能仪器和前面所学几门专业课进行的。从课题分析开始，再进行硬件设计、软件设计、系统整体调试。最后到系统实现。每一步都让我将理论学习的知识应用到实践中去，也使我掌握了一整套规范的设计操作流程。我的课程设计能够顺利完成，首先要感谢学校和老师能给予我们这次课程设计的机会。其次要感谢我的指导老师孙老师，在设计的过程当中孙老师给予了我热情的帮助和悉心的指导，在此我要向她说声谢谢。通过这次理论与实际结合的学习，加深了我对专业知识的学习，更重要的是锻炼了我的能力，这次设计在不断的复习、学习中度过，使我受益匪浅，也使我对单片机的运用有了进一步的了解和掌握，也为今后的学习生活和工作打下良好的基础。参考文献1 赵茂泰.智能仪器原理及应用M.北京：电子工业出版社，20042 潘新民.微型计算机控制技术实用教程M.北京：电子工业出版社，20063 郭天祥.51单片机C语言教程M.北京：电子工业出版社，20094 潘永雄.新编单片机原理与应用M.西安：西安电子科技大学出版社，20075 何立民.单片机应用技术选编M.北京：北京航空大学出版社，19986 赵景波.Protel 2004电路设计M.北京：电子工业出版社,20077 霍亮生.电子技术基础M.北京：清华大学出版社,20068 李维提，郭强液晶显示应用技术 北京：电子工业出版社，20009 王东锋.单片机C语言应用100例M 北京：电子工业出版社，200910 张立科.单片机典型外围器件及应用实例M.北京：人民邮电出版社，200611 周慈航.朱兆优.智能仪器原理与设计.北京：北京航空航天大学出版社，200512 李广弟.单片机基础M. 北京：北京航空航天大学出版社，200113 陈明义.电工电子技术课程设计指导M. 长沙：中南大学出版社，200214 万胜前.基于KeilC51软件的设计与制作J. 鄂周大学学报，200715 王振营.Protel 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