基于单片机的酒精气体智能报警系统

1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业基于单片机的酒精气体智能报警系统基于单片机的酒精气体智能报警系统摘要：摘要：本设计实现了对不同酒精浓度的检测和测试，通过适当改变可以用于检测酒后驾车。本文利用了 AT89C52 和酒精传感器对酒精气体浓度检测进行模拟，并对测量值进行显示，同时利用数码管进行简单的显示，并利用数码管显示酒精浓度的数值，再设计的允许值时进行报警。论文主要研究了酒精传感器的检测和接入酒精浓度检测模块中，将模拟电压信号进行AD 转换后，得到数字电压信号，再利用显示浓度的数码管显示模块。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驶事故和特殊场合酒精检测都可以使用

2、。关键词：关键词：酒精传感器，数模转换，单片机0前言前言近年来，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。利用单片机上的可变电阻的改变并转换为电压信号，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

3、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。1、总体方案设计、总体方案设计1.1 设计要求分析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

4、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）超限给出报警信号。（5）软件设计简单易懂。其总体框图如图 1 所示：精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业单片机接好的可变电阻A/D 转换电路单片机声光报警电路LED 显示键盘图1 设计总框图1.21.2 设计方案设计方案设计时，考虑酒精浓度是由可变电阻模拟而来，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。2、硬件电路设计、硬件电路设计2.12.1传感器的模

5、拟传感器的模拟由于实验所用的单片机为 AT89C52，其上的 AD 转换器 ADC0804 直接与可变电阻连接，数据采集通过可变电阻来模拟，电阻值开始改变后，其输出的电压信号也随之改变，且改变的幅度与传感器的数据采集变化一致，因此可以模拟传感器数据采集的变化，则此外部电路可行。2.22.2 A/DA/D转换电路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

6、：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。ADC0804 是 8 位全 MOS 中速 A/D 转换器、它是逐次逼近式 A/D 转换器，片内有三态数据输出锁存器，可以和单片机直接接口。单通道输入，转换时间大约为 100us。ADC0804 转换时序是：当 CS0 许可进行 A/D 转换。WR 由低到高时，A/D 开始转换，一次转换一共需要 6673 个时钟周期。CS 与 WR 同时有效时启动 A/D 转换，转换结束产生 INTR 信号（低电平有效），可供查询或者中断信号。在 CS 和

7、 RD 的控制下可以读取数据结果。ADC0804 连线图：精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业图2 AD转换电路接法ADC0804 的结构框图如图 4。ADC0804 采用逐次比较的方法完成 A/D 转换的，由单一的+5V 电源供电。片内有锁存功能的 8 路选 1 的模拟开关，由 C、B、A 引脚的功能来决定所选的通道。0804 完成一次转换需 100s 左右，输出具有 TTL 三态锁存缓冲器，可直接连接到MCS-51 的数据总线上。通过适当的外接电路，0804 可对 0-5V 的模拟信号进行转换。2.32.3 AT89C52AT89C52 单片机系统电路单片机系统电路单片机是一种集成电

8、路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O 口)，可能还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD 或 LED 驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换器及 A/D 转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个虽小然而完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。2.32.31 1 单片机片内结构单片机片内结构51 单片机的片内结构如图 3-8 所示。它把那些作为控制应用所必需的基本内容都

9、集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。按功能划分，它有如下功能部件组成： 微处理器（CPU）。 数据存储器(RAM)。 程序存储器（ROM/EPROM）。 4 个 8 位并行 I/O 口（P0 口、P1 口、P2 口、P3 口）。 一个串行口。 2 个 16 位定时器、计数器。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 2 个 16 位定时器、计数器。 中断系统。 特殊功能寄存器（SFR）。PSEN88EOCXTAL1CPU（运算器）（控制器）数据存储器RAMP0P2程序存储器ROM/EPROMP1串行口定时器/计数器中断系 统特殊功能寄存器（SFR）P3ALEEAIN7.I0XTAL288RE

10、SET图 3 单片机内部结构上述功能部件都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是 CPU 加上外围芯片的传统结构模式。但 CPU 对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。从硬件角度来看，与 MCS-51 指令完全兼容的新一代 AT89CXX 系列机，比在片外加EPROM 才能相当的 8031 单片机抗干扰性能强，与 87C51 单片机技能相当，但功耗小。程序修改直接用+5V 或+12V 电源擦除，更显方便、而且其工作电压放宽至 2.7V-6V，因而受电压波动的影响更小，而且 4K 的程序存储器完全能满足单片机系统的软件要求，故 AT89C51 单片机是构造本检测系统的更理

11、想的选择。2.32.32 2 89C5189C51 芯片介绍芯片介绍掌握 MCS-51 单片机，应首先了解 MCS-51 的引脚，熟悉并牢记各引脚的功能，MCS-51系列中各种型号芯片的引脚是互相兼容的。制作工艺为 HMOS 的 MCS-51 的单片机都采用 40只引脚的双列直插封装方式。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST(TXD) P3.1(INT0) P3.2(INT1) P3.3T0 P3.4T1 P3.5(WR) P3.6(RD) P3.7XTAL1XTAL2GNDVccP0.0 (AD0)P0.1 (AD1

12、)P0.2 (AD2)P0.3 (AD3)P0.4 (AD4)P0.5 (AD5)P0.6 (AD6)P0.7 (AD7)EA/VPPPSENP2.7 (A15)P2.6 (A14)P2.5 (A13)P2.4 (A12)P2.3 (A11)P2.2 (A10)P2.1 (A9)P2.0 (A8)PDIP (RXD) P3.0ALE/PROG图 4 51 单片机引脚图40 只引脚按其功能来分，可分为如下 3 类： 电源及时钟引脚：Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。电源引脚接入单片机的工作电源。Vcc 接+5V 电源，Vss 接地。时钟引脚 XTAL1、XTAL2 外接晶体与片内的反相放大

13、器构成了 1 个晶体振荡器，它为单片机提供了时钟控制信号。2 个时钟引脚也可外接独立的晶体振荡器。XTAL1 接外部的一个引脚。该引脚内部是一个反相放大器的输入端。这个反相放大器构成了片内振荡器。如果采用外接晶体振荡器时，此引脚接地。XTAL2 接外部晶体的另一端，在该引脚内部接至内部反相放大器的输出端。若采用外部时钟振荡器时，该引脚接受时钟振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。 控制引脚：、ALE、RESET（RST）。此类引脚提供控制信号，有的还具有PSENEA复用功能。 RST/VPD引脚：RESET（RST）是复位信号输入端，高电平有效。当单片机运行时，在此引脚加上持

14、续时间大于 2 个机器周期（24 个振荡周期）的高电平时，就可以完成复位操作。在单片机工作时，此引脚应为0.5V 低电平。VPD为本引脚的第二功能，即备用电源的输入。当主电源发生故障，降低到某一规定值的低电平时，将+5V 电源自动接入 RST 端，为内部 RAM 提供备用电源，以保证片内 RAM 的信息不丢失，从而使单片机在复位后能正常进行。 ALE/ 引脚：ALE 引脚输出为地址锁存允许信号，当单片机上电正常工作后 ALEPROG引脚不断输出正脉冲信号。当单片机访问外部存储器时，ALE 输出信号的负跳沿用于单片机发出的低 8 位地址经外部锁存器锁存的锁存控制信号。即使不访问外部锁存器，ALE

15、 端仍有精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业正脉冲信号输出，此频率为时钟振荡器频率的 1/6。 为该引脚的第二功能。在对片内PROGEPROM 型单片机编程写入时，此引脚作为编程脉冲输入端。 引脚：程序存储器允许输出控制端。在单片机访问外部程序存储器时，此引脚PSEN输出脉冲负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。此引脚接外部程序存储器的 OE（输出允许端）。 /VPP引脚：功能为片内程序存储器选择控制端。当引脚为高电平时，单片EAEAEA机访问片内程序存储器，但在 PC 值超过 0FFFH 时，即超出片内程序存储器的 4KB 地址范围时将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当引脚为低时，

16、单片机只访问外部程序存EA储器，不论是否有内部程序存储器。 I/O 口引脚：P0、P1、P2、P3，为四个 8 位 I/O 口的外部引脚。P0 口、P1 口、P2口、P3 口是 3 个 8 位准双向的 I/O 口，各口线在片内均有固定的上拉电阻。当这 3 个准双向 I/O 口作输入口使用时，要向该口先写 1，另外准双向口 I/O 口无高阻的“浮空”状态。由于单片机具有体积小、质量轻、价格便宜、耗电少等突出特点，所以本系统采用89C51 单片机，硬件设计电路图如图 1 所示。89C51 内部有 4KB 的 EPROM，128 字节的 RAM，所以一般都要根据所需存储容量的大小来扩展 ROM 和

17、RAM。本电路接高电平，没有扩展EA片外 ROM 和 RAM。 2.42.4 LEDLED 显示电路显示电路LED 显示有静态显示和动态显示两种显示方式。本设计使用并行输入硬件译码静态显示电路，静态显示电路中，各位可独立显示，只要在该位的段码线上保持段码电平，该位就能保持相应的显示字符。电路中采用了锁存译码器 74HC573 将 P0 口位输出的 BCD 码译成七段字型码，利用 P0 口输出信号，实现稳定显示。LED 使用的是 7 段数码管。图 5 单片机与显示连接电路精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业2.52.5 键盘电路键盘电路键盘有两种工作方式：编码式键盘和非编码式键盘。处理方式

18、有扫描法和线反转法。本设计采用的是非编码键盘，并利用扫描法处理按键，消抖由软件实现。本次课设采用键盘扫描模式进行按键识别，此种方法简便准确，易于简单电路中键盘扫描。键盘扫描电路图如下图：图6 键盘系统与单片机连接电路2.62.6 报警电路报警电路 本次设计采用 AT89C51 单片机内部的蜂鸣器和二极管来发生报警。达到声光报警的设计要求。报警电路如下图：图 7 蜂鸣器报警电路3 3、软件设计软件设计精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业3.13.1 主程序框图主程序框图主程序流程图如下图 8 所示。图 8 主程序框图3.23.2 数据采集子程序程序框图数据采集子程序程序框图A/D 转换子程

19、序流程图如下图 9 所示。ADC0804 初始化后，把 0 通道输入的 0-5V 的模拟信号转换为对应的数字量 OOH-FFH，然后将对应数值存储到内存单元。程序框图如图 9：图 9 AD 转换子程序图初始化LCD 显示子程序数据处理子程序键盘扫描子程序序A/D 转换子程序序大于阈值？声光报警N开始Y开始启动 ADC0804 通道，并延时转换完？读出 A/D 转换结果结果存入内存单元返回YN精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业3.33.3 报警子程序报警子程序本课设采用采集的数据电压同手动设置的电压阈值进行比较，并按下键进行触发，如果超限就进行报警，没有超限则不报警，且正常显示。报警系统

20、方框图如下按输入数据先后采集数据对采集到的数据显示手动输入阈值采集数据与阈值比较大于阈值报警小于则不变开始结束图10 报警子程序框图4、结论及课设体会、结论及课设体会经过二周的努力，终于完成了智能仪器的课程设计。这是我第一次基于单片机独立设计一个东西，并且老师只给出了大致要求。这对于我来说是很有挑战性的。首先这是一个基于单片机的课程设计，单片机是这学期学习的课程，虽然不陌生，但是用起来还发现很多的问题。硬件方面还好解决，弄明白就可以了，但软件方面就非常困难了，虽然以前还做过这方面的实验，但那都是是些简单应用。这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序

21、算法，有好多的东西，只有我们去试着做了，才能真正的掌握，只学习理论有些东西是很难理解的，更谈不上掌握。其次，就是使用到的各种元器件。这次我使用的基本上都是已经学过的元件，但真正用起来才发现自己还差的很多，所以我又重新对所用到的器件仔仔细细，认认真真的研究了一遍从引脚，到时序，再到最后的电路整体构成，下了非常大的功夫才最后弄出来。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业回顾起此次单片机课程设计，我仍感慨颇多。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立

22、思考的能力。这让我学到了很多课本上没有的东西，扩展了自己的视野，增强了自己的动手能力，清醒的认识到自己的不足，培养了小心谨慎的作风，使自己对课题设计了解进一步加深。总之，此次的课程设计使我收获颇丰，也是我上大学来难忘的一次经历。5、参考文献、参考文献1 程德福,王君.传感器原理及应用.北京：机械工业出版社，20072 赵广林. protel99 电路设计与制版.北京：电子工业出版社，20053 王洪君.单片机原理及应用.济南：山东大学出版社.20094 王祁.智能仪器设计基础.北京：机械工业出版社.2009精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业附录（一）附录（一） 表 1 电子元器件清单原

23、件名称原件型号数量矩阵键盘Button20AD 转换器ADC08041单片机AT89S521锁存器74HC5731数码管7SEG-MPX4-CC3蜂鸣器Buzzer1精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业附录（二）附录（二）源程序：#include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit adrd = P37; /AD 读引角 /IO 口定义sbit adwr = P36;/AD 写引角sbit dula = P26;/数码管段选锁存sbit wela = P27;/数码管位选锁存sbit cloc

24、k = P23;sbit ledflash=P25;/p1 口到发光二极管的控制段uchar adval, temp,temp1, key, m=0;uint shang13 = 4, 9, 9;uint shang3=10,10,10;uchar bai, shi, ge, flag=0;int t1;float t;/数码管编码uchar code table=0 xbf, 0 x86, 0 xdb, 0 xcf, 0 xe6, 0 xed, 0 xfd, 0 x87, 0 xff, 0 x6f,0 x00;uchar code table2=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f

25、,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x00;/延时程序void Delay(uint tt) uchar i, j ;for(i = tt; i 0; i-)for(j = 125; j 0; j-); /一微秒/显示程序void Show(uchar bai1, uchar shi1, uchar ge1) /显示百位P0 = tablebai1; dula = 1; dula = 0; P0 = 0 xfe; wela = 1; wela = 0; Delay(10);/显示十位 P0 = table2shi1; dula = 1; dula =

26、0; wela = 0; P0 = 0 xfd; wela = 1; wela = 0; Delay(10);/显示个位 P0 = table2ge1; dula = 1;精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 dula = 0; P0 = 0 xfb; wela = 1; wela = 0; Delay(10);/A/D 转换试验void ADZHUANHUAN()uchar i; wela = 1;/数码管位选打开 P0 = 0; /打开 ADCS P0.7 adwr = 0;/启动 AD 转换 _nop_(); adwr = 1;for(i = 0; i 20; i+) Show(b

27、ai, shi, ge); P0=0 xff; /关闭 ADCS Delay(10); wela = 0; /数码管位选关闭 wela = 1; /重新打开 AD 片选信号锁存器P1 = 0 xff; P0 = 0; /打开 ADCS adrd = 0; /打开 AD 读 adval = P1; /AD 数据读取赋给 P1 口 adrd = 1;/关闭 AD 读P0=0 xff; ledflash=1; P1 = adval; /同时把 AD 的值送八个发光二极显示/转化成 10 进制t = adval;t = t/255*500;t1 = t; bai = t1/100;/分出百，十，和个位

28、 shi = (t1%100)/10; ge= (t1%100)%10;void Input() /输入dula=0; wela=0; m=0;P3=0 xfb; /设置键按下吗 temp1=P3; temp1=temp1&0 xf0; if(temp1!=0 xf0) 精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 Show(bai,shi,ge);/ Delay(10); temp1=P3;/ temp1=temp1&0 xf0;/ if(temp1!=0 xf0) temp1=P3; if( temp1=0 xbb) flag=1; shang0=10;shang1=10;s

29、hang2=10; Show(shang0,shang1,shang2); else flag=0; while(temp1!=0 xf0) /键释放 temp1=P3; temp1=temp1&0 xf0; while (flag) Show(shang0, shang1, shang2);while(m =4)shang0=4;/给 shang 这个数组赋值，保存依次输入的三个数，m 自增到 break; case 0 xde: key=1;shangm=key;if (shang0=4)shang0=4;精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 m=m+1;/给 shang 这

30、个数组赋值，保存依次输入的三个数，m 自增到 break; case 0 xbe: key=2;shangm=key; if (shang0=4)shang0=4; m=m+1;/给 shang 这个数组赋值，保存依次输入的三个数，m 自增到 break; case 0 x7e: key=3;shangm=key; if (shang0=4)shang0=4; m=m+1;/给 shang 这个数组赋值，保存依次输入的三个数，m 自增到 break; /m+;Show(shang0, shang1, shang2);Delay(10); while(temp!=0 xf0) temp=P3; temp=temp&0 xf0; /第二行 P3=0 xfd; temp=P3; temp=temp&0 xf0; if(temp!=0 xf0) Delay(10); temp=P3;/ temp=temp&0 xf0;/ if(temp!=0 xf0) temp=P3; switch(temp) case 0 xed:精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 key=4; shangm=key; if (shang0=4)shang0=4; m=m+1;/给 shan