【《基于单片机的酒精浓度测试仪设计》6800字（论文）】

基于单片机的酒精浓度测试仪设计目录TOC\o"1-3"\h\u30336摘要 11682第1章绪论 3144071.1研究背景及意义 318071.2研究内容 317899第2章系统整体方案设计 4171282.1酒精浓度检测仪设计目标 4116962.2系统整体框架设计 4237612.3系统总体流程图 5759第3章硬件电路设计 6123143.1主控电路的硬件设计 6233933.1.1AT89C52单片机 6197583.1.2ADC0832芯片 7147993.1.3传感器 758893.1.4LM016L液晶 868103.2单片机的最小系统 8289193.2.1时钟电路 8292683.2.2复位电路 8105123.2.3晶振电路 9153153.2.4A/D转换 9267113.3报警装置 9223573.4按键电路设计 109993.4.1按键开关 10194533.4.2按键的作用 1169193.5电源供电 11179123.6RESPACK 1249023.7LED指示灯 1216139第4章软件电路设计 13186264.1软件介绍 13277404.1.1Keil和Proteus软件 13175354.2主程序设计 1591374.3子程序设计 15322494.3.1A/D转换程序设计 15152284.3.2按键程序设计 1616912第5章系统仿真与调试 17175155.1Proteus仿真 17165835.1.1浓度检测仪不报警 17123755.1.2浓度检测仪报警 1999675.2仿真分析 1922978第6章结论 212599参考文献 22摘要生活水平越来越提高，交通安全便是人们担心的问题了，越来越多的人在购买汽车，交通事故正在变得更加严重。酒驾造成的交通事故是最具有危害性的，酒精测试仪可以检测出驾驶员内酒精浓度的大小。该设计是由AT89C52单片机、传感器、ADC0832芯片、按键、报警装置等模块组成的仪器[1]。对酒精测试仪进行吹气，能够检测驾驶员体内是否含有酒精以及酒精浓度的大小，传感器接收到浓度的大小之后，经过ADC0832芯片开始进行A/D转换，把转换后的信息通过单片机信息处理之后在液晶LM016L液晶上显示出来。若大于阈值时，报警指示灯会持续闪烁并报警；可以通过用户用按键来设置阈值的大小并进行保存数据。该设计的出现，可用于检测驾驶员是否为酒驾，会大大的减少了交通事故的发生。关键词：酒精浓度测试；52单片机；气敏传感器第1章绪论1.1研究背景及意义20世纪初，随着人口和汽车的增加，人们的酒后驾驶就成为了当时的热点话题。第一次颁布禁止酒驾驾驶法反映出早期运输条件，当时使用马车，牛车等作为运输车辆，酒后驾驶的判断依据基于主观评价。人们利用嗅觉来作为传感器来判断是否喝酒，后来，这种办法较为不科学，没有任何依据。之后，又用液体试剂对酒精的含量定量分析，这种做法较为麻烦；近年来，随着我国社会经济的快速发展，国民的生活水平逐步提高，个人差异也越来越大。现在娱乐活动不绝于耳，喝酒活动越来越频繁了。据统计，开车者引起交通死亡的概率是不饮酒时的16倍上下。给人们的生活和生命安全带来很大的损失和伤害，所以需要一个酒精含量的测量仪器，来测量开车者的人体酒精浓度，它可以直接测量人体酒精浓度的高低，再交通行驶过程中，不定时对开车者进行现场验酒，以确认开车者体内酒精的含量比列，减少伤心事的的发生。酒精测量仪是目前广泛用于交通事故中来检查人体体内是否含有酒精浓度的重要仪器，还可以避免人体内含有酒精而上岗上线的公司员工，以保证其安全。酒精浓度测试仪将来会有一定的市场，因为它轻盈，方便携带。因此，C2H5OH浓度测试器可以轻易地检测人体是否含有酒精以及酒精浓度的大小。1.2研究内容该系统研究的是显示屏上显示出的通过传感器测得的酒精浓度的大小，与阈值对比，并作出相应的动作，即安全指示灯亮或者报警指示灯亮且报警。阈值，是可以进行调节的，根据不同的场合，设定不同的阈值。该设计内容主要包括：AD转换、按键控制、显示屏数据显示、超阈值报警。该设计主要由AT89C52单片机为控制的核心，能够完成酒精浓度测试仪的功能。该设计由AT89C52单片机、时钟电路、复位电路、晶振电路、A/D转换器组成。该设计主要功能是传感器数据处理、按键控制、设置阈值、开始测量、超值报警等。需要的元器件是AT89C52单片机、ADC0832芯片、Q3传感器、按键开关、液晶显示、LED指示灯、报警器等。可以通过按键对阈值进行调整大小，以保证可以用于各种场合。酒精测试仪常用于是交警使用的一种便携式酒精测试仪，让驾驶员对准检测仪的前端口进行吹气，检测仪收到的气体浓度大小与原先规定的阀值进行对比，以检测是否为酒驾。

第2章系统整体方案设计2.1酒精浓度检测仪设计目标本设计是利用传感器来采集酒精浓度，把采集到的酒精浓度通过A/D转换给单片机，AT89C52单片机接收到信号进行处理，然后在LM016L液晶中显示其测得的数据。把测得的数据与阈值进行比较，看是否声光报警[2]。要求传感器灵敏度高，精确度很强。设置阈值，由检测仪检测出人体中酒精的浓度含量，与酒精检测仪的阈值进行比较，若大于阈值，则通过报警、LED一直闪烁及在LM106L液晶中显示出来当前的酒精浓度。酒精浓度测试仪不使用时，它会自动关机。2.2系统整体框架设计该系统主要控制器使用单芯片AT89C52芯片，通过按键控制，声光报警等来使酒精测试仪正常工作，以达到检测酒精浓度的大小。如图1系统框架所示A/D转换电路A/D转换电路呼气（被测环境）气敏传感器呼气（被测环境）气敏传感器 按键控制LCD显示单片机按键控制LCD显示单片机声光报警声光报警阈值储存阈值储存图1系统框架给单片机进行上电，LM016L液晶、按键开关、I/O口等数据进行初始化。ATC89C52单片机和单片机的最小系统电路进行工作，来保存采样、计算、分析结果数据等过程。酒精浓度测试仪是利用传感器的灵敏度来实现的，传感器的输出会随被测量的输入大小来改变。输出的电压大小是0至5V之间。打开酒精检测仪，重置数据。无设置阈值，则在LM016L液晶中显示初始值，没有任何的数据。在设置阈值之后，驾驶员对酒精检测仪吹气，传感器接收到之后，经过单片机发送命令，进行信息处理。计算出酒精浓度，然后会在LM016L中显示出数值的大小，然后再去和阈值比较大小。看是否大于阈值，若大于阈值，则酒驾。指示灯会一直闪烁，并报警。若小于阈值，则不属于酒驾，检测仪上的安全指示灯会常亮。阈值的大小可以通过按键来设置，以达到预想的结果，图2系统流程图所示图2系统流程图

第3章硬件电路设计3.1主控电路的硬件设计3.1.1AT89C52单片机AT89C52是整个电路的核心，所有的工作都是单片机指挥工作的。所有的电子产品中都会有微型单片机，单片机是由CPU、RAM、ROM、I/O口等组成[3]。AT89C52单片机的P0口和P2口接液晶显示，液晶显示模块指令被单片机调用并处理，把处理好的结果通过P0口传送给LM016L液晶中并显示出数据。AT89C52单片机P1口接ADC0832芯片和报警装置，酒精浓度大小是用MQ-3传感器来检测的，把测得的数据在ADC0832中进行模数转换，把转换后的数据通过P1口输入到AT89C52单片机中。单片机会收到浓度的大小，最后再判断是否报警。AT89C52单片机的P3口接调节阀值的按键开关和指示灯，单片机的P3.4和P3.5输出‘0’时，则指示灯会亮；当AT89C52单片机的P3.6和P3.7口输出高电平时，则按键开关开始工作。如图3AT89C52单片机所示图3AT89C52单片机3.1.2ADC0832芯片ADC0832芯片的4个引脚与单片机AT89C52的P1口相连，是对数模进行转换，是一个输入输出的A/D转换芯片。能够准确的检测芯片数据，分辨率高，ADC0832的第8个引脚连接的是高电平，进行输入高电平；第7引脚CLK连接的是AT89C52单片机的P1.0口，是时钟输入；第5引脚DI输入信号和第6引脚DO输出信号共同连接与单片机的P1.1脚相连，经过A/D转换给单片机。第1引脚连接的是单片机的P1.2口，输出低电平时ADC0832芯片开始工作，进行模数转换，分析是不是转换完成。ADC0832模拟信号输入电压是0-5V。如图4 ADC0832所示图4 ADC08323.1.3传感器传感器是一种电子设备，通常与其他元器件一起使用。传感器的灵敏度表示测得的输入值与输出值成正比，输入多少，则输出多少；酒精测试仪主要是通过传感器来感应酒精浓度的大小。因为饮酒之后。通过新陈代谢呼出的气体中，酒精的浓度高，这时就要求气敏传感器对酒精精确灵敏到，对其他没有更多的要求。MQ-3气敏传感器具有敏锐的敏感度，强烈的稳定性和对酒精的敏感度，还可以检测多种酒精的浓度，能够隔离汽油、烟雾。MQ-4气敏传感器对CH4、天然气的灵敏度高，而对酒精、烟雾的灵敏度较低。综合以上描述，故我们采取MQ-3型气敏传感器。如图5MQ-3传感器所示图5MQ-3传感器3.1.4LM016L液晶本系统由显示屏显示测得酒精浓度的大小，因此需要一个显示屏。本系统采用了一个LM016L液晶来显示酒精浓度，16列2行的ASC1码和中国汉字可以在LM016L液晶中显示出来。该液晶彩色鲜艳，便于携带，易于观察。如图6LM016L所示图6LM016L3.2单片机的最小系统3.2.1时钟电路两个33p的电容与晶振并联，与AT89C52单片机中的XTAL1和ATAL2连接，形成回路，构成了时钟电路。每一个芯片微型计算机电路都需要一个可起驱动作用的时钟电路[5]。如图7时钟电路所示图7时钟电路3.2.2复位电路酒精测试仪在使用时如果内部电路出现问题，则需要按下复位按键，使酒精检测仪重新启动。由晶振、按钮和电阻等构成了复位电路。当按钮按下时，AT89C52中的31脚会输出高电平，由于晶振上有一个高电平，则两个高电平会使单片机重新工作。复位电路如图8复位电路所示图8复位电路3.2.3晶振电路晶振振荡器和两个电容并联在一起,形成晶振振荡器回路。一般使用12MHZ的晶振振荡器使单芯片微型计算机正常工作，单芯片微型计算机提供脉冲信号。开始上电后,晶振电路会产生震荡使其频率更加稳定。3.2.4A/D转换A/D转换是由模拟转换成数字的,在转换为A/D之前,输入到A/D调试器信号会通过各种传感器转换为数字信号。A/D变换是把收集到的酒精浓度与模拟信号一起转换成数字信号，通过微控制器信号处理，液晶显示出其酒精浓度的数据。3.3报警装置报警装置是由两部分组成的，一是LED灯：安全指示灯和报警指示灯；二是报警器。酒精测试仪一旦发现酒精浓度大于阈值，报警指示灯持续闪烁且报警器报警。酒精测试仪一旦发现酒精浓度小于阈值，则安全指示灯常亮，报警器不报警。通过酒精测试仪测得的浓度大小，LM016L液晶显示屏会显示出酒精浓度的数据。如图9报警流程图所示图9报警流程图3.4按键电路设计3.4.1按键开关输入设备有很多种，按键开关就是其中的一种。按键开关也是分为好几种：传统按键、直接按键和仿真按键等，在不同电路中起着不同的作用[8]。按键一般有4个脚，接入单片机的电路中引脚只需要两个脚即可。按键被按下，即按键接通。用按键输入向单片机发送指令，单片机接收到命令，然后单片机控制按键工作。按键被按下时，会出现按键抖动，长时间按下按键检测，松手检测。发现按键被按下时会出现按键抖动，对按键多次检测后，我们可以用软件程序来进行消除抖动，当我们每次按下按键时，按键向单片机发送指令，单片机收到指令之后，单片机会随即调用按键子程序。如图10按键开关所示图10按键开关3.4.2按键的作用为了实现按键可以调节阀值的大小，电路中设置两个按键；一是增大按键，二是减小按键。酒精测试仪进行上电后，通过这两个按键来控制阀值的大小及随时调整阀值。增加按钮开关的一侧连接AT89C52微控制器的P3.6脚，另一侧连接到地。减小按键开关的一边用AT89C52微控制器连接P3.7口，另一边连接到地。当按下增大按键时，微控制器的P3.6口输出高电平，阈值就会加一[9]。每按下一次增大按键，阈值就会加一。当按下减小按键时，微控制器的P3.7口输出高电平，然后减小按键就会开始工作，每按下一次较小按键，阈值就会减一。如果在微控制器运行过程中出现问题，请按重置按钮重新启动并恢复初始状态。如图11调节阈值所示图11调节阈值3.5电源供电+5V电压驱动是本设计的电源模块，因电压恒定，可用USB进行供电[11]，如图12电源电路图所示图12电源电路图3.6RESPACKRESPACK是一个排阻，一共有9个引脚。内部含有若干电阻，既可以串联又可以并联。RESPACK的1脚接高电平，2脚至9脚接LM016L液晶上的D0-D7脚和单片机AT89C52的P0口连接，用5V进行供电。以达到液晶正常使用[12]。图13RESPACK所示图13RESPACK3.7LED指示灯由半导体构成的发光LED灯具有多种颜色，可用于各种电子产品中。由于材料不同，则LED灯发出的光也是不同的。在酒精检测仪电路中，有两个LED灯来显示安全指示灯和报警指示灯。绿灯亮代表安全指示灯，红灯亮代表报警指示灯。报警指示灯一端接AT89C52单片机的P3.4脚，另外一端接高电平。当P3.4输出低电平时，报警指示灯会一直闪烁并报警。安全指示灯一端接AT89C52单片机的P3.5脚，另外一端接高电平。当P3.5输出低电平时安全指示灯会常亮。如图14指示灯所示图14指示灯第4章软件电路设计该酒精检测仪设计软件电路主要由A/D转换、阈值、I/O口、声光报警等数据初始化开始及结束，主程序调用子程序进行循环，完成软件电路设计[13]。如图15程序流程所示图15程序流程图4.1软件介绍4.1.1Keil和Proteus软件本设计用到两个软件，一是Keil，二是Proteus。Keil是一种用于编写程序的编译器，被广泛使用；在Keil界面中编写程序并编译。在主程序运行的过程中，通过按键输入和传感器收到的信息变化来调用各个子程序。单芯片微型计算机中下程序，打开电路电源后，AT89C52单芯片微型计算机就可以正常运行了。如图16KEIL界面所示图16KEIL界面Proteus是英国出版的EDA仿真工具，它可以在Proteus界面中进行电路布图、PCB自动或手动布线等功能，对电路进行仿真、以达到想要的结果[14]。如图17Proteus界面所示图17Proteus界面4.2主程序设计单片机主程序的执行过程是单片机正常工作，之后在液晶上显示出酒精浓度数据的程序[13]。主程序是整个程序的核心，是由一个显示程序和主芯片中的CPU要执行程序指令，可以调用其他子程序。如图18主程序所示图18主程序4.3子程序设计子程序是各个模块的程序，主要是由主程序调用。子程序之间是可调换位置的[14]。本设计中主要包含A/D转换程序和按键程序等。4.3.1A/D转换程序设计ADC0832性能有功耗低,转换时间短等优点,给单片机开始上电后，通过酒精测试仪去检测酒精浓度的大小，分析A/D转换是否已经转换完成，如果是，则读出AD转换结果,否则重新进行判断[15]。之后再把处理后的结果给AT89C52单片机中，单片机接收到之后会去执行，之后在LM016L液晶中显示出测得的酒精浓度大小。如图19A/D转换程序所示图19A/D转换程序4.3.2按键程序设计按键子程序是当按键被按下时，通过AT89C52单片机发送命令[16]。单片机AT89C52接收到按键子程序，则单片机AT89C52会调用按键子程序来执行当前按键来处理。按键子程序分为两种：一是调整阈值大小的按键；二是复位按键。如图20按键子程序所示图20按键子程序

第5章系统仿真与调试5.1Proteus仿真根据酒精浓度测试仪设计的原理图中，在Proteus仿真软件里仿真，连接好电路图，以实现在酒精浓度测试仪的正常工作。如图21电路连接图所示图21电路连接图5.1.1浓度检测仪不报警当仿真图做好之后，把编译好的酒精浓度测试仪的程序加入到在AT89C52单片机中，一切准备就绪之后。点击运行，电路开始工作。在没有设置阈值之前（即阈值为零）和酒精浓度为零时。即没有检测到酒精浓度的大小，安全指示灯常亮。图22仿真初始值所示图22仿真初始值酒精测试仪会检测到酒精浓度比阈值小，则安全指示灯常亮。设置阈值为30，测得的酒精浓度为25时，图23安全灯指示灯亮所示图23安全灯指示灯亮5.1.2浓度检测仪报警通过MQ-3传感器感知酒精浓度，若大于阈值，则报警指示灯闪烁且报警。设置阈值大小为30，测得的酒精浓度为57时，如图24报警指示灯亮所示图24报警指示灯亮5.2仿真分析为了确保酒精测试仪是否准确、灵敏，则经过多次仿真之后，得到以下数据仿真结果。如表1所示：表1仿真数据经过多次仿真之后，发现酒精浓度测试仪能够很好的测量酒精浓度。当测得的酒精浓度与阈值都为零时，酒精浓度测试仪不报警且安全指示灯常亮；当测得的酒精浓度小于阈值时，则酒精浓度测试仪不报警且安全指示灯常亮；当测得的酒精浓度大于阈值时，则酒精浓度测试仪报警指示灯持续闪烁且报警。经表1仿真数据所示，本设计酒精浓度测试仪仿真成功。

第6章结论利用AT89C52单片机来作为主芯片控制电路，实验了设计的功能和结果。采用的是模块整合优化，调用各个模块来完成其工作的原理，最终完成了本次设计。酒驾、工厂生产、居民住处、施工现场等都需要酒精浓度测试仪，具有一定的市场需求。本设计对酒精测试仪有很高的精度标准、为人们出行及工作带来了巨大的人身安全。在本设计中，完成了酒精测试仪的主要工作：采用MQ-3传感器使酒精测试仪更加的精确使用；完成各模块之间的工作，使酒精测试仪更加很好的运行；本设计由硬件和软件相结合，利用Proteus仿真软件在电脑上模拟酒精测试仪的使用。最终仿真结果完成了设计目标，但是仍有一些不足：比如酒精测试仪过于精确；一些食品或水果中也含有酒精浓度，如榴莲、龙眼、葡萄干、蛋黄派、豆腐乳等。用酒精测试仪检测时不知道是饮酒原因还是吃这些水果的缘故。酒精检测仪在不使用时会在4分钟内关机，但酒精检测仪也是需要提供电量；则充电问题是较为麻烦的。对于上述完成酒精浓度测试仪的设计，目前还