武汉理工大学
毕业设计（论文）
基于AT89S51单片机酒精浓度探测仪的
设计与实现
学院（系）：理学院物理系
专业班级：电子信息科学与技术0502班
学生姓名：黄制兵
指导教师：徐晓英易迎彦
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
年月日
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作者签名：年月日
导师签名：年月日
武汉理工大学
本科生毕业设计（论文）任务书
学生姓名黄制兵专业班级电子信息科学与技术0502
指导教师徐晓英易迎彦工作单位理学院物理系
设计（论文）题目：基于A T89S51单片机酒精浓度探测仪的设计与实现
设计（论文）主要内容：
要求设计并实现一个基于AT89S51单片机的酒精浓度探测仪系统，其中酒精传感器采用MQ-3型，利用该传感器将酒精气体浓度信号转化为电信号，选择适当的放大器放大其电压信号，驱动发光二极管显示酒精浓度的高度，同时利用模数转换芯片将模拟信号进行转化，并由单片机控制，最后用数码管显示。
要求完成的主要任务：
1、查阅不少于15篇的相关资料，其中英文文献不少于2篇，完成开题报告。
2、掌握C51系列单片机原理及编程技术，熟悉ADC0809的工作原理及特性；熟悉数码管显示技术。
3、用protel绘制其原理图，完成整体电路的安装与调试，并对实验结果进行分析。
4、完成不少于5000字的英文文献翻译。
5、完成不少于12000字的毕业论文。
必读参考资料：
[1]张培仁．基于汇编语言编程MCS-51单片机原理与应用[M]．北京：清华大学出版社，2003．
[2] 吴桂秀．传感器应用制作入门[M]．浙江科学技术出版社，2004．
指导教师签名系主任签名
院长签名（章）
武汉理工大学
本科学生毕业设计(论文)开题报告
1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）
从18世纪产业革命以来，到20世纪信息技术的快速发展，传感技术逐渐走向成熟，在现实生产生活中的应用也渐渐在普及。传感器应用广泛，在各个领域都有着举足轻重的作用，所以传感器不断向高精度，高可靠性，微型化，微功耗无源化和智能化数字化发展，以便更好的服务于我们的生产和生活。
气体与人类的日常生活密切相关，检测气体是保护和改善我们居住环境的必要工作，要检测气体就少不了用到气体传感器。本设计基于AT89S51单片机设计的酒精浓度探测仪，可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。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。
酒精浓度探测仪在生产中也有重要的应用，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要及时通风换气，做到安全生产。当然，依照同样的原理也可设计检测其他气体的探测仪，与我们的生活息息相关的是检测有毒气体。
传感头是酒精浓度探测仪中感受酒精的重要部分。目前，所设计的该类传感器多选用以二氧化锡为基本材料，添加不同物质制成的气敏传感器。本设计所选用的MQ-3气敏传感器的敏感部分是由二氧化锡的N型半导体微晶烧结层构成，灵敏度高，响应速度快，可靠性好。也有选择以其他氧化物为基本材料制成的传感器，如选二氧化钛作为气体传感材料。虽然目前的二氧化钛薄膜有电阻值高，工作温度高，敏感性差的缺点，但是二氧化钛薄膜具有良好的电学性能，优异的光学性能，化学稳定性高，机械强度高，且可用于多种气体的检测。单片机在整个传感器中起操作和相应数据处理并送显示的作用，是传感器的核心部分。
术的提高，有了高可靠性和低功耗的气体传感器。智能化数字化的气体传感器克服了目前气敏传感器人工测试带来的效率低，误差大和操作人员长时间工作等问题。
2、基本内容和技术方案
敏感部分由二氧化锡的N型半导体微晶烧结层构成的MQ-3型气敏传感器，当其表面吸附有被测气体酒精分子时，表面导电电子比例就会发生变化，从而其表面电阻会随着被测气体的浓度的变化而变化。由于这种变化是可逆的，所以能重复使用。MQ-3型气敏传感器灵敏度高，响应速度快。
AT89S51单片机是一般控制应用的8位单片机。芯片内部有时钟振荡器，只读存储器为4K字节，外部可扩充至64K字节，128字节的随机存储器，外部可扩充至64K字节。32条双向输入输出线，每条均可以单独做I/O的控制。5个中断向量源。2个独立的16位定时器。1个全双工串行通信端口。选用的开发平台为MedWin单片机集成开发环境。
发光二极管显示选用集成驱动器LM3914。内部有10个电压比较器，可驱动10个发光二极管。相邻分压端之间的电压差是0.12V。可选择点状显示也可选择条状显示。
ADC0809为8路8位的A/D转换器，具有转换起停控制端，转换时间为100μs，模拟输入电压值范围是0～+5V，+5V电压供电。三位数码管显示具体数值。
根据以上内容选定技术方案。
气体传感器遇到酒精气体后，阻值发生变化，所要测的电压发生相应的变化。变化的电压值送LM3914放大比较，驱动相应的发光二极管发光，显示酒精浓度的高低。单片机不断采集经ADC0809模数转换后的变化的电压值，经数据处理交数码管显示。
3、进度安排
第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需理论知识和设计所需的元器件。确定方案，完成开题报告。
第4-6周：画出流程图，编写程序。
第7-10周：建立系统模型，画出电路图，并对软件进行仿真调试。
第11-13周：完成硬件电路的安装，并进行硬件电路的调试。
第14-15周：完成并提交论文，对论文进行修改定稿。
第16周：完成并修改毕业论文。
第17周：准备论文答辩。
4、指导教师意见
指导教师签名：
年月日
目录
摘要..............................................................................................................................................I Abstract........................................................................................................................................... II 1 绪论 (1)
1.1 设计背景 (1)
1.2 气敏传感器的研究现状 (1)
1.3 设计酒精气体传感器的意义 (2)
1.4 本文主要研究工作 (2)
2 硬件电路设计与实现 (4)
2.1 单片机开发流程 (4)
2.2 硬件系统框图 (4)
2.3 信号采集电路 (5)
2.4 信号转换电路 (8)
2.5 发光二极管显示报警电路 (14)
2.6 数码管显示电路 (16)
2.7 系统整体电路图 (18)
3 软件编程 (20)
3.1 开发环境 (20)
3.2 程序流程 (20)
3.3 程序代码编写 (22)
4 电路调试与测试结果 (28)
4.1 电路调试 (28)
4.2 浓度与显示之间的关系 (29)
5 结束语 (33)
参考文献 (34)
附录 (35)
致谢 (38)
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AT89S51单片机与MQ-3型气体传感器实现了对酒精浓度的测量，并对测量数据进行显示，同时利用二极管简单显示浓度的高低，在设计允许值时发出报警。
论文主要研究了（1）硬件方面，MQ-3气体传感器技术参数的检测和将它接入到酒精浓度检测模块中；将模拟电压信号放大驱动发光二极管点亮报警；将采集到的模拟电压信号通过单片机控制经A/D转换，得到数字电压信号；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8.2%满足设计要求。
本文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
Abstract
Different concentrations of alcohol solution are detected and showed in the design. The design can be used to the detection of drunk driving through improvement. In this thesis, the concentration of alcohol can be measured and displayed by using the gas sensor based on AT89S51 MCU and MQ-3. At the same time the concentration is displayed by LED, and the system allow to alarm in the certain value.
In the thesis Major researches are three points. (1) In the hardware, detecting the technology parameters MQ-3 gas sensor, and connecting it to a testing part of the alcohol gas concentration; Analog voltage signal amplification to drive light-emitting diode light to alarm; conversing the voltage signal through the A/D conversion at the control of the single-chip, obtaining the digital voltage signal; displaying the concentration in the digital tube display module.(2)In the Software, linear conversion between the concentration of the alcohol and the voltage and the digital display of the final concentration value.(3) The designed sensor is calibrated. The design of gas sensor is responsive to the alcohol, can measure concentration in the effective range of its concentration. And in the low concentration of alcohol in the test the error is small with the maximum error 8.2%, meeting requirements of the design.
The characteristics of the thesis are to determine the standard. The solutions and verification methods are proposed about the flow of air samples, the sample stability and water vapor. The conversion between voltage and concentration in different range is treated as linear relationship. The design of sensor can detect different the alcohol gas with different concentration. It plays an important role to solve the drunk-driving accidents and alcohol testing for special occasions after improvement.
Key Words: Gas sensor, A/D conversion,Single-chip Microcomputer
1 绪论
1.1 设计背景
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33.5%。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SnO2元件有时由于灵敏度过大导致误报，但是在检测某些低浓度气体时灵敏度却难以达到要求[2]。
1.2 气敏传感器的研究现状
气敏元件性能与敏感功能材料的种类、结构及制作工艺密切相关。用金属氧化敏感材料制作的半导体式气敏元件具有灵敏度高，结构简单，体小质轻，坚固耐用等优点而得到广泛的应用，目前仍以SnO2材料为主[3]。SnO2是一种广普型的气敏材料，围绕SnO2为基体材料的气敏材料的制备及其气敏元件制备的研究课题十分活跃。纯SnO2的气敏特性不甚好，尤其是它的热稳定性不高。为改善其气敏特性，常在SnO2基体中掺入贵金属或其他金属氧化物。尽管SnO2基传感材料具有许多优点，作为材料也存在一定缺点。通过控制气敏材料微粒大小，颗粒纳米化，掺杂其它添加剂或催化剂，利用过滤设备或透气膜来获得选择性，控制工作温度及环境湿度影响，改进制备等方法可以改善SnO2传感器的气敏性能[4]。
互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。纳米技术的发展，不仅为传感器提供了优良的敏感材料，而且为传感器制作提供了许多新型方法。纳米固体材料具有庞大的界面，提供了大量气体通道，从而大大提高了灵敏度，工作温度大大降低，大大缩小了传感器的尺寸。当然，在己获得明显进展的纳米传感领域中尚存在很多问题，从敏感材料到制作技术都很不成熟，其性能也有不尽人意的地方[5]。
气敏传感器在家用电器中也有相当广泛的应用。吸油烟机等产品上常用MQ-3型半导体气敏传感器，它采用旁热式结构，陶瓷管内装有高阻抗加热丝，管外涂有梳状金属电极，金属电极之外涂有SnO2材料，使SnO2烧结体位于两电极之间[6]。气敏传感器工作时，加热器通电加热，若无被检气体侵入时，气敏元件的阻值基本不变当气敏元件表面产生吸附作用，其阻值将随气体浓度的变化变化。当被检气体浓度增大到一定值时，气敏元件的阻值将随之下降到某一值，使电压比较器的状态发生变化，输出控制信号经电流放大后，控制继电器或双向晶闸管接通电动机电源使吸排油烟机工作[7]。
1.3 设计酒精浓度探测仪的意义
本设计基于AT89S51单片机设计的酒精气体浓度探测仪，可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0.5‰增至1‰，发生车祸的可能性便增加5倍，如果增至1.5‰，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。
1.4 本文主要研究工作
本文以AT89S51单片机为核心，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MQ-3按检测电路，接上一定阻值的负载电阻，检测它的技术参数，确定MQ-3所接负载电阻的大小，完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；发光二极管报警显示和3个单位8段共阴数码管浓度值显示。
（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MQ-3的影响很小，这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。
2 硬件电路设计与实现
2.1 单片机开发流程
（1）可行性调研。可行性调研的目的，是分析完成这个项目的可能性。进行这方面的工作，可参考国内外有关资料，看是否有人进行过类似的工作。如果有，则可分析他人是如何进行这方面工作的，有什么有点和缺点，有什么值得借鉴的；如果没有，则需要作进一步的调研，此时的重点应放在能否实现这个环节，首先从理论上进行分析，探讨实现的可能性，所需求的客观条件是否具备，然后结合实际情况，再决定能否立项的问题。
（2）系统总体方案的设计。在进行可行性调研后，如果可以立项，下一步工作就是系统总体方案的设计。工作的重点应放在该项目的技术难度上，此时可参考这一方面更详细、更具体的资料，根据系统的不同部分和要实现的功能，参考国内外同类产品的性能，提出合理而可行的技术指标，编写出设计任务书，从而完成系统总体方案设计。
（3）设计方案细化，确定软硬件功能。一旦总体方案确定下来，下一步的工作就是将该项目细化，即需明确哪些部分用硬件来完成，哪些部分用软件来完成。由于硬件结构与软件方案会相互影响，因此，从简化电路结构、降低成本、减少故障率、提高系统的灵活性与通用性方面考虑，提倡软件能实现的功能尽可能由软件来完成；但也应考虑软件代硬件的实质是以降低系统的实时性、增加处理进行为代价的，而且软件设计费用、研制周期也将增加，因此系统的软硬件功能分配应根据系统的要求及实际情况而合理安排，统一考虑。在确定软硬件功能的基础上，设计者的工作就开始涉及到具体的问题，如仪器的体积及与具体技术指标相对应的硬件实现方案，软件的总体规划等。在确定人员分工、安排工作进度、规定接口参数后，就比须考虑硬件软件的具体问题了。
（4）一个单片机应用系统经过调研、总体设计、硬件软件设计、制版、元件安装后，在系统的程序存储器中放入编制好的应用程序，系统即可运行。但一次性成功的几乎是不是不可能的。由于单片机在执行程序时人工是无法控制的，为了能够调试程序，检查硬件、软件运行情况，这就需要借助某种开发工具模拟用户实际的单片机，并且能随时观察运行的中间过程而不改变运行中有的数据性能和结果，从而进行模拟现场的真实调试。
2.2 硬件系统框图
基于AT89S51单片机用MQ-3型气体传感器实现酒精气体浓度的检测，需要信号采集模块用于对酒精浓度信号的采集，该信号是通过MQ-3气体传感器和负载电压得到分压电信号。信号转换模块用来把采集到得模拟电压信号转换位可以用单片机处理的数字信号。数码管显示模块是对单片机处理后的数字信号的显示，用来显示酒精的浓度。报警模块是对设定值提供报警功能，该功能用发光二极管显示。根据各功能模块的设计，可得到它的
系统总框图，如图1所示。
图1 系统总框图
2.3 信号采集电路
2.3.1 气体传感器的选择
根据被检测气体的不同，气敏传感器可分为以下三类:
（1）可燃性气体气敏传感器。目前该类气敏传感器需求量最大，包含各种无机和有机类气体检测，主要用于抽油烟机、泄露报警器和空气清新剂等方面，并已经形成生产规模，在油田、矿区、化工、企业及家庭等生产和生活领域广泛用作气体泄露报普，特别是用于家庭气体泄露报警，需求量不断增加，使该类传感器有着广泛的发展空间。
（2）CO 和H 2气敏传感器。CO 气敏元件可用于工业生产、环保、汽车、家庭等CO 泄露和不完全燃烧检测报警；H 2气敏元件除应用于工业等领域外，主要用于家庭管道煤气泄露报警。由于我国管道煤气中H 2含量很高，而氢敏元件较氧化碳元件价格低，灵敏度高，因此，用氢敏元件做城市管道煤气泄露报警更为适宜。
（3）毒性气体传感器。毒性气体传感器又称为环境有毒有害气体传感器，主要用于检测烟气、尾气、废气等环境污染气体，虽然SnO 2气敏传感器对CO ，H 2S 等有毒有害 气体敏感，但应用最多的仍是电解式化学传感器。 酒精
气敏传感器
LM3914 发光二极管 ADC0809
单片机
数码管
传感器的分类方式有很多种，以上是根据被检测气体的性质进行的分类，也有根据元件的物理特性进行分类的。
一个新型的气体检测系统应该包括：
（1）基于一种或几种传感技术的气体传感器。
（2）组合了气体传感器和采样调理电路的探头。
（3）配有人机接口软件的中心监测和控制系统。
（4）在一些应用中，与其它安全系统和仪器的接口。
本设计中的酒精气体传感器采用河南汉威电子有限公司的MQ-3型,它属于MQ系列气敏元件的一种。如图2所示：
图2 MQ-3
特点:检测范围为10ppm～2000ppm ；灵敏度高，输出信号为伏特级；响应速度快，小于10秒；功耗小于0.75W，尺寸：D17*H10。
MQ-3型气敏传感器的敏感部分是由金属氧化物（二氧化锡）的N型半导体微晶烧结层构成。当其表面吸附有被测气体酒精分子时，表面导电电子比例就会发生变化，从而其表面电阻会随着被测气体浓度的变化而变化。由于这种变化是可逆的，所以能重复使用。MQ-3的灵敏度特性曲线如图3所示。
图3 MQ-3灵敏度特性曲线
检测电路如图4所示，当电源开关S断开时，传感器加热电流为零，实测A，B之间电阻大于20MΩ。S接通，则f，f之间电流由开始时155mA降至153mA而稳定。加热开始几秒钟后A，B之间电阻迅速下降至10KΩ以下，然后又逐渐上升至120KΩ以上后并保持着。此时如果将酒精溶液样品靠近MQ-3传感器，我们立即可以看到数字万用表显示值马上由原来大于120KΩ降至10KΩ以下。移开小瓶过1分钟左右后，A，B之间电阻恢复至大于120KΩ。这种反应可以重复试验，但要注意使空气恢复到洁净状态。经实验的反复检测，MQ-3传感器可以正常工作使用，对不同浓度的酒精溶液有不同的变化，响应时间和恢复时间都正常，可以开始作信号采样模块电路的设计。
图4 MQ-3检测电路
2.3.2 信号采样电路
信号的采样模块电路如图5所示。MQ-3的加热电阻两端即H引脚接至+5V直流稳压电源，用于电阻丝对敏感体电阻的加热。MQ-3的两个A引脚相连，作为敏感体电阻的一个电极。MQ-3的两个B引脚也连接在一起，作为敏感体电阻的另一个电极。将电极断A 接到电源正极，电极端B接两个270Ω并联的电阻。
MQ-3型气敏传感器与电位器串联构成分压电路，采样点为电位器的分压。MQ-3型气敏传感器的敏感部分是由金属氧化物SnO2的N型半导体微晶烧结层构成。当其表面吸附有被测气体酒精分子时，表面导电电子比例就会发生变化，从而其表面电阻会随着被测气体浓度的变化而变化。由于这种变化是可逆的，所以能重复使用。当气敏传感器的敏感体电阻阻值发生改变时，对应的电位器的分压值也会发生相应的变化，即一个电压值对应着一个被测酒精气体浓度。对酒精气体浓度的采样就可以转化为对电位器分压的采样。
在采样硬件电路中实际要考虑到MQ-3的实际技术参数，即加热电阻和敏感体电阻的大小，该部分应与电源正极相连。负载电阻要根据MQ-3实际的技术参数而选择阻值合适
以负载电阻选用两个270Ω并联，构成采样部分的分压电阻。
图5 采样模块
2.4 信号转换电路
单片微机是单片微型计算机的译名简称，在国内也常称为“单片微机”或“单片机”。它包括中央处理器CPU，随机存储器RAM，只读存储器ROM，中断系统，定时器/计数器，串行口和I/O口等等。现在，单片微机已不仅指单片计算机，还包括微计算机，微处理器，微控制器和嵌入式控制器，单片微机已是它们的俗称[8]。
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4K的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器，既可在线编程也可以用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，可灵活应用于各种控制领域。AT89S51提供以下标准功能：4KBFlash闪存存储器，128B内部RAM，32个I/O口线，看门狗，两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
根据实际需要，本次设计选用的是以8051为核心单元Atmel公司的低耗A T89S51单片机。AT89S51芯片有40条引脚，采用双列直插式封装，如图6所示。下面说明各引脚功能。
图6 AT89S51芯片管脚
VCC：运行和程序校验时接电源正端。
GND：接地。
XTAL1：输入到单片机内部振荡器的反相放大器。
XTAL2：反相放大器的输出，输入到内部时钟发生器。
P0口：8位漏极开路的。使用片外存储器时，作低八位地址和数据分时复用，能驱动8个LSTTL上拉电阻。
P1口：8位、准双向I/O口。
P2口：8位、准双向I/O口。当使用片外存储器（ROM及RAM）时，输出高8位地址。可以驱动4个LSTTL负载。
P3口：8位、准双向I/O口，具有内部上拉电路，提供各种替代功能。P3.0——RXD串行口输入口，P3.1——TXD串行口输出口，P3.2——INT0外部中断0输入，P3.3——INT1外部中断1输入，P3.4——T0定时器/计数器0的外部输入，P3.5——T1定时器/计数器1的外部输入，P3.6——WR低电平有效，输出，片外存储器写选通，P3.7——RD低电
RST：复位输入信号，高电平有效。在振荡器工作时，在RST上作用两个机器周期以上的高电平，将器件复位。
EA/VCC：片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。高电平时选择片内程序存储器，低电平时程序存储器全部在片外而不管片内是否有程序存储器。
ALE/PROG：地址锁存允许信号，输出。ALE以1/6的振荡频率固定速率输出，可作为对外输出的时钟或用作外部定时脉冲。
单片机最小系统的设计包括电源，晶振和复位电路三个部分。这是使单片机正常工作的必要外围电路部分。针对不同型号的单片机在最小系统设计上会有一些差别。对于选用的AT89S51单片机，根据美国A TMEL公司提供的技术资料，可以对它的最小系统作恰当的设计，如图8所示[9]。
对于电源部分，技术资料中性能参数里给出的标准工作电压是4.0～5.5V。因此，单片机的引脚40对应的VCC接到+5V电源的正极，引脚10对应的GND接到+5V电源的接地端，为AT89S51单片机提供正常的工作电压。
对于晶振部分，AT89S51单片机中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚19对应的XTAL1和18对应的XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。如图8所示，石英晶体及电容C1和C2接在放大器的反馈回路中构成并联谐振电路。石英晶体的两端分别接到引脚XTAL1 和引脚XTAL2，同时石英晶体的两端分别接一个电容C1和C2，电容的另一端接地。对于外接电容C1和C2的大小虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小还是会对振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度和温度稳定性带来一定的影响。根据技术资料的推荐，使用石英晶体推荐电容容量为30pF±10pF，使用陶瓷谐振器推荐电容容量为40pF±10pF。因为电路中接的是石英晶体，所以设计中接的两个电容C1和C2的容量都为33pF。
对于复位电路部分，AT89S51技术资料给出，当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。复位是单片机的初始化操作，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，可以按复位键以重新启动，所以复位电路的设计很有必要。复位操作有上电自动复位、按键电平复位和外部脉冲复位三种方式，本设计选用按键电平复位方式。如图7所示，10μF的电容C3与270Ω的电阻并联后再与一个10KΩ的电阻串联，电容的正极端接到电源的正极，电容的另一端接至引脚RST。设计中选用的石英晶体大小为11.0952MHz,但复位键按下后，电容和电阻选用的参数值能够保证给复位端RST提供大于2个机器周期的高电平复位信号[10]。
图7 AT89S51单片机最小系统设计电路
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图8所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809可处理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TTL兼容。
图8 ADC0809内部结构
酒精浓度测试仪设计报告
目录 酒精浓度测试仪设计报告 (1) 一、设计意义 (3) 二、硬件设计 (3) 1、设计框图 (3) 2、乙醇信号检测及调理电路 (4) 3、单片机电路 (7) 4、显示电路 (8) 5、供电及程序下载电路 (9) 三、Protel 硬件开发软件 (10) 1． Protel 软件组成 (10) 2． PCB 板设计 (11) 四、软件编程 (13) 1、软件流程图 (13) 2、主程序 (14) 五、下载与调试 (20) 1、 USB 转串口驱动安装 (20) 2、下载程序 (21) 参考文献 (22) 程序 (22)
一、设计意义 自《刑法修正案 ( 八) 》和修改后的《道路交通安全法》正式实施，“醉酒驾驶”正式入刑。不仅交警部门，而且很多车主都期盼能够有便携仪器方便地测量气体酒精浓度，为安全驾驶提供保障，有效减少重大交通事故的发生。 本研究设计的酒精浓度测试仪是一款实用性强、安全可靠的气体乙醇浓度检测工具，采用高精度 MQ-3乙醇气体传感器对空气中的乙醇浓度进行检测，利用宏晶公司高性能低成本单片机 STC89C52对检测信号进行 A/D 转换和处理，最后通过液晶屏显示输出。本研究设计的酒精浓度测试仪还具有醉酒阈值设定功能，可以根据法律法规或用户需要设定修改醉酒阈值，并进行保存。 二、硬件设计 1、设计框图 本研究设计的酒精浓度测试仪框图如图1 所示。MQ-3 乙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 AD 转换，与设定的醉酒阈值进行比较，并显示或报警。
第一章研究内容 TGS822对酒精浓度的变化，其阻值产生相应的变化，然后通过取样电阻分压的变化表现出来；人体血液酒精浓度的不同，其呼出的气体中酒精浓度也不同。通过TGS822对呼出气体中酒精浓度的反应以取样电压的形式送入到ADC0809，进行A/D转换后并将转换的数据送入单片机进行分析处理，并判断是否醉酒驾车，再通过液晶板显示出来。 DS18B20其自身的温度传感器所产生的温度数字数据存入其自身的存储器，单片机对其控制读出温度数据，然后经过计算处理，将当前环境温度由液晶板输出。
第2章 总体设计 2.1 本课题的设计任务及要求 2.1.1 设计任务 设计并制作酒精测试仪，其组成如图2.1所示。TGS822对酒精浓度的变化，其阻值产生相应的变化，然后通过取样电阻分压的变化表现出来；人体血液酒精浓度的不同，其呼出的气体中酒精浓度也不同。通过TGS822对呼出气体中酒精浓度的反应以取样电压的形式送入到ADC0809，进行A/D 转换后并将转换的数据送入单片机进行分析处理，并判断是否醉酒驾车，再通过液晶板显示出来。 DS18B20其自身的温度传感器所产生的温度数字数据存入其自身的存储器，单片机对其控制读出温度数据，然后经过计算处理，将当前环境温度由液晶板输出。 图2.1系统设计方框图 2.1.2 设计要求 （1）传感器TGS822的电压模拟输出范围为0-5V ； （2）模数转换芯片ADC0809采样电压范围为0-5V ，分辨率为8位，采样精度为5/256V ，达到256个量化级的数字电压，其工作频率为1MHz; （3）单片机AT89C52工作频率为6 MHz ； 传感 器 LCD 显示输出 单片机 数字输出 控制输出 模数转换 模拟输出
1甲醇测试仪总体方案设计 1.1甲醇浓度检测仪设计要求分析 设计的甲醇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）软件设计简单易懂。 1.2甲醇浓度检测仪设计方案 设计时，考虑甲醇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。 其总体框图如图2.1所示。 图1.1基本工作原理图 2硬件设计 2.1传感器的选择 本系统采用气敏传感器直接测量的是空气中的甲醇浓度。传感器只能采对甲醇气体敏感，对其他气体不敏感，故选用MQ3型气敏传感器,这是考虑到周围空气中的气体成分可能影响传感器测量的准确性。MQ3型气敏传感器由微型Al2O3，陶瓷管和测量电极、SnO2敏感层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。传感器的标准回路有加热回路和信号输出回路两部分组成，它可以准确反映传感器表面电阻值的变化。传感器的表面电阻RS的变化，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号VRL输出面获得的。负载电阻RL可调为0．5-200K。加热电压Uh为5v。上述这些参数使得传感器输出电压为0-5V。MQ3型气敏传感器的结构和外形、标准回路、传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度的关系图如图3-3所示。一般在测量前需将传感器预热5分钟，这个样子是为了使测量的精度达到最高，误差最小，需要找到合适的温度。 图2.1MQ3结构和外形 图2.2MQ3结构图
攀枝花学院本科毕业设计（论文）ABSTRACT 摘要 由于经济的快速发展，人们的生活水平越来越高，私家车也越来越多，酒后驾车行为所造成事故也就越来越普遍，对社会的安定和经济发展也造成了很大的影响，酒精正在成为越来越凶残的“马路杀手”。为此，我国将酒驾列入了刑法范围内，那么就需要设计一个智能仪器能够检测驾驶员体内酒精含量。 本课题设计的是一种以酒精浓度传感器、单片机和A/D转换器为主的，检测驾驶员呼出气体的酒精浓度的，而且还带有声光报警功能的酒精浓度检测仪。这种检测仪不仅可以检测出空气环境中酒精浓度值，还可以由不同的环境来设定不同的阈值，当空气中酒精浓度超过设定的阈值时进行声光报警。我的这个毕业设计分主要为两部分：硬件设计部分和软件设计部分。硬件设计部分是利用MQ3气敏传感器先测量空气中的酒精浓度，然后转换为电压信号，再通过A/D转换器转换成数字信号后再传给单片机系统，最后由单片机系统和相应外围电路进行信号处理，并由LCD显示酒精浓度值并且对超过的阈值进行报警。软件设计部分的程序采用的是模块化设计思想，各个子程序的功能相对独立，便于调试和修改。电路可分为单片机小系统电路、A/D转换电路、声光报警电路、LCD显示电路，按键电路。各部分电路的设计及原理图将会在硬件电路设计部分作出详细的介绍。 关键词酒精浓度传感器（MQ3），A/D转换器，软件设计，硬件设计 ABSTRACT Due to the rapid development of economy, people's standard of living is higher and higher, more and more private cars, the accident caused by drunken driving behavior are increasingly common, social stability and economic development also caused great influence, alcohol is becoming increasingly violent "road killer".To this end, China will drunk driving into the scope of criminal law, you will need to design a intelligent instrument can detect driver's alcohol content in the body. This topic design is A kind of to alcohol concentration sensor and single chip microcomputer A/D converter, A driver exhaled gas alcohol concentration, alcohol concentration monitor with sound and light alarm is and air. it can detect the alcohol density in the air environment, also can according to the different environment set
邮电大学 毕业设计（论文） 基于AT89C51单片机酒精浓度检测器 学院（系）： 专业班级： 学生： 指导教师：
学位论文原创性声明 本人重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年月日 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于1、囗，在年解密后适用本授权书 2、不囗。 （请在以上相应方框打“√”） 作者签名：年月日 导师签名：年月日
邮电大学 本科生毕业设计（论文）任务书 学生专业班级 指导教师工作单位 设计（论文）题目：基于AT89C51单片机酒精浓度检测器 设计（论文）主要容： 本课题的主要功能是设计一个采用AT89C51单片机的酒精浓度探测仪，酒精传感器采用MQ-3型，传感器的作用是将酒精气体浓度信号转化为可以让ADC采集的电信号，同时让电信号驱动LED，LED亮度代表酒精浓度，ADC采集的数据传输给51单片机，并由51单片机控制，采用液晶显示器LCD1602显示酒精的浓度。 要求完成的主要任务： 1、查阅不少于15篇的相关资料，其中英文文献不少于3篇，并完成开题报告。 2、掌握51系列单片机原理及编程技术，熟悉ADC0809的工作原理及特性；LCD1602显示技术。 3、用altium designer绘制其原理图，由于资金有限，没有打印出PCB板，用面包板焊接实物。 4、完成不少于5000字的英文文献翻译。 5、完成不少于14000字的毕业论文。 必读参考资料： [1] 何立民．MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M]．：航天航空大学版社，2009． [2] 吴建平．传感原理及器应用第二版[M]．科学技术，2011． 指导教师签名系主任签名 院长签名（章）
毕业论文声明 本人郑重声明： 1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。 3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。 4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。 学位论文作者（签名）： 年月
关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属华北电力大学。本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版或电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权大学可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存或编汇本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。本人毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为大学。本人完全了解大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存或汇编本学位论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到《中国学位论文全文数据库》进行信息服务。在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 论文作者签名：日期： 指导教师签名：日期：
实验三——基于气敏传感器的驾驶员酒精浓度测试仪 一．设计要求 （1）测试浓度：安全浓度≤0.25mg/L，0.4mg/L＜酒驾浓度＞0.25mg/L，醉驾浓度≥ 0.4mg/L （2）显示方式：LCD显示 （3）供电电压：3VDC （4）控制方式：单片机控制 二．电路设计方框图： 三．电路设计图
四．程序流程图 五．电路设计原理 1.各单元电路原理 （1）模数转换电路 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ADC0809 A／D转换芯片。ADC0809是8路8位逐次比较式A/D转换器，它能分时地对8路模拟量信号进行A／D转换，结果为8位2进制数据。其由+5V电源供电，片内有带锁存功能的8路选1的模拟开关，由A，B，C的编码来决定选择通道。0809完成一次转换需要1001xS左右。输出具有TTI三态锁存缓冲器，可以直接连到MCS一5l单片机数据总线上。ADC0809可对0-5V的模拟信号进行转换。 （2）键盘电路 8279对键盘部分提供一种扫描工作方式，能对64个按键键盘阵列不断扫描，自动消抖，自动识别出闭合的键并得到键号，能对双键或N键同时按下进行处理。显示部分为显示器提供了按扫描方式工作的显示接口，可以显示多达16位的字符或数字。传感器输出的信号经ADC0809和单片机采集、处理后输出的信号为BCD码形式，它经过8279及显示电路处理后送入LCD显示。 （3）显示电路 LJDl28X64液晶显示模块是128X64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字(16X16点阵)、128个字符(8X16点阵)及64X256点阵显示RAM(GDRAM)。可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8一位并行及串行两种连接方式。 （4）声光报警电路 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，
word格式文档 酒精浓度检测仪的设计 目录 一、前言 (4) 二、酒精测试仪总体方案设计 (4) 2.1 酒精浓度检测仪设计要求分析 (4) 2.2 酒精浓度检测仪设计方案 (4) 三、硬件设计 ....................................................... ..5 3.1 传感器的选择 ............................................... .. 5 3.2 A/D转换电路 (6) 3.3 89C51单片机系统 (9) 3.4 LED显示电路 (12) 3.5 键盘电路 (13) 3.6 报警电路 (13) 四、软件设计 (14) 4.1 主程序框图 (14) 4.2 数据采集子程序程序框图 (15) 4.3 报警子程序程序框图 (15) 五、课程设计系的心得体会 (17) 六、参考文献 (17) 附图整体电路图 (18)
酒精浓度检测仪的设计 一、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。 本课题分为两部分：硬件设计部分和软件设计部分。硬件部分为利用MQ3气敏传感器测量空气中酒精浓度，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。 二、酒精测试仪总体方案设计 2.1 酒精浓度检测仪设计要求分析 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）软件设计简单易懂。 2.2 酒精浓度检测仪设计方案 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经过A/D转
摘要 随着经济的快速发展，私家车数量增长迅速，但酒后驾驶、醉酒驾驶导致的交通事故比例在不断增加，给人民的生命财产造成巨大的损失。为了预防和减少交通事故的发生，设计了一种基于单片机的酒精浓度检测系统，本设计采用MQ-3气敏传感器采集气体相关数据，经过酒精浓度传感器模块进行调制和数据转化处理，最后将数据传送给单片机进行A/D转换和执行相应的功能。具有液晶实时显示气体中酒精浓度，通过按键进行阀值设定，超过设定的阀值会发光报警等功能。 关键词：单片机；酒精浓度检测系统；气敏传感器
Abstract With the rapid economic development, the number of priva te cars is growing rapidly, but the proportion of traffic accidents of drunk driving, drunk driving cause is increasin g, causing huge losses to the lives and property of the p eople. In order to prevent and reduce the occurrence of tr affic accidents, designed a kind of alcohol concentration de tection system based on single chip, using the relevant dat a of MQ-3 gas sensors collect gas in this design, modulati on and data conversion treatment after alcohol concentration sensor module, the data is transmitted to the MCU A/D co nversion and executes the corresponding function. A liquid c rystal display the alcohol concentration in air, for thresho ld set by the key, more than the set threshold value will be luminous alarm function. Keywords: single chip microcomputer; alcohol concentration det ection system; gas sensor
基于单片机的酒精浓度测试仪设计毕业设计 目录 第1章绪论 (1) 1.1酒精测试仪现状和发展趋势 (1) 1.2酒精浓度检测仪设计的意义 (1) 1.3 研究内容 (2) 1.4系统总体思路 (2) 第2章系统总体方案设计 (3) 2.1总体设计 (3) 2.2控制模块方案论证 (3) 2.3显示模块方案论证 (4) 第3章硬件电路设计 (5) 3.1单片机电路设计 (5) 3.1.1 单片机介绍 (5) 3.1.2 STC89C52的功能特性 (6) 3.1.3 STC89C52的原理说明 (6) 3.2MQ3气体传感器 (7) 3.2.1 MQ-3主要技术指标 (8) 3.2.2 MQ-3结构、外形、测试电路 (8) 3.2.3 MQ-3传感器调理电路 (10) 3.3电源电路 (11) 3.4ADC0809 (11) 3.5LCD液晶显示模块 (12) 3.5.1 LCD1602显示模块技术参数 (12) 3.5.2 LCD602显示模块功能 (13) 3.6发光二极管显示报警电路 (15) 3.7阈值存储电路 (15)
3.8系统硬件设计原理图分析 (16) 第4章软件系统的设计与实现 (18) 4.1主程序设计 (18) 4.2分部分软件设计 (19) 4.2.1 ADC程序流程图 (19) 4.2.2 LCD程序流程图 (20) 第5章系统的调试及实验结果 (21) 5.1 调试步骤 (21) 5.1.1 按键修改酒精阈值程序 (21) 5.1.2 模数转换测试 (21) 5.1.3 液晶显示程序设计 (22) 5.1.4 声光报警测试 (25) 5.1.5 整体功能调试程序 (25) 5.2实验结果 (25) 结论 (27) 致谢 (28) 参考文献 (29) 附录A 译文 (30) STC89C51RC/ RD+系列MCU (30) 附录B 外文原文 (38) STC89C51RC/RD+ SERIES MCU (38) 附录C (50) 附录a：全局变量头文件和延时模块 (50) 附录b：AD转化模块 (52) 附录c：24c08存储模块 (52) 附录d：LCD显示模块 (57) 附录e：主函数 (63)
学 生 毕 业 设 计 课题名称 酒驾酒精浓度检测仪的设计 姓 名 费海波 学 号 101220223 学 院 通信与电子工程学院 专 业 电子信息工程 指导教师 杨冰 讲师 2014年06月10日 ※※※※※※※※※ ※※ ※※ ※ ※ ※※※※※※※※※ 2014届学生 毕 业 设 计 材 料
毕 业 设 计 任 务 书 课题名称 酒驾酒精浓度检测仪的设计 姓 名 费海波 学 号 101220223 学 院 通信与电子工程学院 专 业 电子信息工程 指导教师 杨冰 讲师 2014年03月05日 ※※※※※※※※ ※ ※※ ※※ ※※ ※ ※※※※※※※ ※ 2014届学生 毕 业 设 计 材 料 （一）
一、设计的教学目的 1、提高学生运用所学知识分析问题和解决问题的能力； 2、培养学生知识应用能力、动手能力、创新能力、文字表达能力等，为今后的学习和工作打下良好的基础； 3、培养学生认真负责的工作态度； 4、熟悉ATmega8单片机C语言编写方法，能熟练操作A VR Studio 4和Altium Designer10.0等软件。 二、设计的主要内容 1、以单片机ATmega8为核心，结合蜂鸣器报警模块、液晶显示模块和酒精传感器模块等硬件来实现酒精浓度检测仪的设计； 2、画出酒驾酒精浓度检测仪的原理图并编写程序； 3、初步调试原理图和程序达到要求后生成PCB图； 4、做出PCB板，焊接元器件； 5、对酒驾酒精浓度检测仪进行调试。 三、设计的基本要求 1、酒驾酒精浓度检测仪具有酒精浓度检测能力，可以大概判断出酒精浓度，具有超出提示等功能； 2、设计结构合理，层次分明，数据准确； 3、设计文档格式符合本科毕业设计的要求； 4、设计文档字数不少于6000。 四、进度安排
基于单片机的防酒驾系统 Anti-Alcohol Drunk Drive System Based on SCM 学生姓名： 所在学院： 所在专业： 指导教师： 职称： 所在单位： 论文提交日期： 论文答辩日期： 学位授予单位：
目录 摘要...................................................................... I Abstract................................................................. II 第1章绪论. (1) 1.1 论文研究背景 (1) 1.2 国内外研究现状 (2) 1.2.1 国内酒精检测现状 (2) 1.2.2 国外酒精检测现状 (4) 1.3 本文研究内容 (4) 第2章硬件系统设计 (6) 2.1 系统功能设计 (6) 2.2 硬件系统概述 (6) 2.3 气体传感器 (7) 2.4 单片机控制系统 (9) 2.5 继电器模块 (10) 2.6 电源模块 (10) 2.7 硬件电路原理图 (11) 3.7.1 开发环境介绍 (11) 3.7.2 硬件原理图设计 (11) 第3章软件程序 (12) 第4章电路仿真 (14) 结论 (17) 参考文献................................................. 错误！未定义书签。攻读学士学位期间发表的论文和取得的科研成果............... 错误！未定义书签。致谢..................................................... 错误！未定义书签。
基于51单片机的酒精测试仪设计
第一章研究内容 TGS822对酒精浓度的变化，其阻值产生相应的变化，然后通过取样电阻分压的变化表现出来；人体血液酒精浓度的不同，其呼出的气体中酒精浓度也不同。通过TGS822对呼出气体中酒精浓度的反应以取样电压的形式送入到ADC0809，进行A/D转换后并将转换的数据送入单片机进行分析处理，并判断是否醉酒驾车，再通过液晶板显示出来。 DS18B20其自身的温度传感器所产生的温度数字数据存入其自身的存储器，单片机对其控制读出温度数据，然后经过计算处理，将当前环境温度由液晶板输出。
第2章 总体设计 2.1 本课题的设计任务及要求 2.1.1 设计任务 设计并制作酒精测试仪，其组成如图2.1所示。TGS822对酒精浓度的变化，其阻值产生相应的变化，然后通过取样电阻分压的变化表现出来；人体血液酒精浓度的不同，其呼出的气体中酒精浓度也不同。通过TGS822对呼出气体中酒精浓度的反应以取样电压的形式送入到ADC0809，进行A/D 转换后并将转换的数据送入单片机进行分析处理，并判断是否醉酒驾车，再通过液晶板显示出来。 DS18B20其自身的温度传感器所产生的温度数字数据存入其自身的存储器，单片机对其控制读出温度数据，然后经过计算处理，将当前环境温度由液晶板输出。 图2.1系统设计方框图 2.1.2 设计要求 （1）传感器TGS822的电压模拟输出范围为0-5V ； （2）模数转换芯片ADC0809采样电压范围为0-5V ，分辨率为8位，采样精度为5/256V ，达到256个量化级的数字电压，其工作频率为1MHz; （3）单片机AT89C52工作频率为6 MHz ； 传感器 LCD 显示输出 单片机 数字输出 控制输出 模数转 模拟输出
摘要 由于经济的快速发展，人们的生活水平越来越高，私家车也越来越多，酒后驾车行为所造成事故也就越来越普遍，对社会的安定和经济发展也造成了很大的影响，酒精正在成为越来越凶残的“马路杀手”。为此，我国将酒驾列入了刑法范围内，那么就需要设计一个智能仪器能够检测驾驶员体内酒精含量。 本课题设计的是一种以酒精浓度传感器、单片机和A/D转换器为主的，检测驾驶员呼出气体的酒精浓度的，而且还带有声光报警功能的酒精浓度检测仪。这种检测仪不仅可以检测出空气环境中酒精浓度值，还可以由不同的环境来设定不同的阈值，当空气中酒精浓度超过设定的阈值时进行声光报警。我的这个毕业设计分主要为两部分：硬件设计部分和软件设计部分。硬件设计部分是利用MQ3气敏传感器先测量空气中的酒精浓度，然后转换为电压信号，再通过A/D转换器转换成数字信号后再传给单片机系统，最后由单片机系统和相应外围电路进行信号处理，并由LCD显示酒精浓度值并且对超过的阈值进行报警。软件设计部分的程序采用的是模块化设计思想，各个子程序的功能相对独立，便于调试和修改。电路可分为单片机小系统电路、A/D转换电路、声光报警电路、LCD显示电路，按键电路。各部分电路的设计及原理图将会在硬件电路设计部分作出详细的介绍。 关键词酒精浓
度传感器（MQ3），A/D转换器，软件设计，硬件设计
ABSTRACT Due to the rapid development of economy, people's standard of living is higher and higher, more and more private cars, the accident caused by drunken driving behavior are increasingly common, social stability and economic development also caused great influence, alcohol is becoming increasingly violent "road killer".To this end, China will drunk driving into the scope of criminal law, you will need to design a intelligent instrument can detect driver's alcohol content in the body. This topic design is A kind of to alcohol concentration sensor and single chip microcomputer A/D converter, A driver exhaled gas alcohol concentration, alcohol concentration monitor with sound and light alarm is and air. it can detect the alcohol density in the air environment, also can according to the different environment set different threshold, the threshold value of more than audible and visual alarm.This topic is divided into two parts: hardware design and software design part. the hardware part is using MQ3 gas sensors measure the alcohol concentration in the air, and converted into voltage signal, after A/D converter converted into A digital signal to the -chip microcomputer and its corresponding peripheral circuit for signal processing, display the alcohol density and ultra audible and visible alarm threshold. program adopts modular design thought, function of each subroutine is relatively independent, easy to debug and modify. The hardware circuit can be divided into the singlechip processor system circuit, A/D conversion circuit, sound and light alarm circuit, LED display circuit, key circuit. The principle diagram of the circuit design of each part and will be in the hardware circuit design part make a detailed introduction. Keywords Alcohol concentration sensor (MQ3)，A / D converter，Software design，Hardware design
基于单片机酒精浓度测试仪 硬件设计 一、选用ADC0832模数转换器 ADC0832模数转换器具有8位分辨率、双通道A/D转换、输入输出电平与TTL/CMOS相兼容、5V电源供电时输入电压在0～5V之间、工作频率为250KHZ 、转换时间为32 微秒、一般功耗仅为15MW等优点，适合本系统的应用，所以我们采用ADC0832为模数转换器件。 ADC0832 具有以下特点： ? 8位分辨率； ?双通道A/D转换； ?输入输出电平与TTL/CMOS相兼容； ? 5V电源供电时输入电压在0~5V之间； ?工作频率为250KHZ，转换时间为32μS； ?一般功耗仅为15mW； ? 8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 多种封装； ?商用级芯片温宽为0度 to +70度，工业级芯片温宽为?40度 to +85度；芯片接口说明： ? CS_ 片选使能，低电平芯片使能。 ? CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。 ? CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。 ? GND 芯片参考0 电位（地）。 ? DI 数据信号输入，选择通道控制。 ? DO 数据信号输出，转换数据输出。 ? CLK 芯片时钟输入。 ? Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。 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，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输
论文（设计） 基于单片机的酒精浓度检测仪设计 所在学院 专业名称 年级 学生姓名、学号 完成日期
摘要 摘要 近年来，随着我国经济发展，越来越多的私家车进入了人们的视野，而酒后驾车造成的交通事故也屡屡攀升。本文研究了一种用于公共场所具有检测及超限报警功能的酒精浓度检测仪设计。设计方案基于STC89C52 单片机和MQ3酒精浓度传感器，系统先将传感器输出的信号通过A/D转换电路处理后，再经单片机进行数据处理，最后由LCD显示酒精浓度值，从而告知驾驶人在合理安全的情况下才能驾车行驶。 经过大量实验，基于单片的酒精浓度测试仪比传统的机械检测仪或酒精计灵敏，扩展简单，准确方便，可靠性好，检测精度高，控制功能强大，对超出阀值进行声光报警，直观准确。所以基于单片机的酒精浓度监测仪的研究对社会公共安全的提高具有很大促进作用。 关键词：酒精浓度传感器，单片机，数模转换，硬件设计，报警 I
ABSTRACT ABSTRACT In recent years, along with our country economy development, more and more private cars have come into the vision. While drunk driving traffic accidents caused by the repeated.This paper used for public inspection and overrun with the functions of alcohol concentration intelligent tester. Design scheme based on STC89C52 and MQ3 alcohol concentration sensor, the system will be the first sensor output signal through the A/D converter circuit after treatment, then the MCU data processing, and finally by LCD display alcohol leel. Thus told people in the safety of reasonable driving can drive. Refined over a large number of experiments, using the alcohol concentration test instrument than traditional mechanical detector or alcohol gauge, extended simple, accurate and convenient, good reliability, high precision, strong control function, to go beyond threshold alarm, intuitive and accurate.So based on SCM alcohol concentration monitor research for social public security increase of great value. Keywords: Alcohol, concentration sensor, microcontroller analog-to-digital conversion , hardware design, alarm II
测控电路课程设计 专业：测控电路与仪器 班级：12050342 姓名：李天照 学号：1205034219
目录 一、前言 (4) 二、酒精测试仪总体方案设计 (4) 2.1 酒精浓度检测仪设计要求分析 (4) 2.2 酒精浓度检测仪设计方案 (4) 三、硬件设计 ....................................................... ..5 3.1 传感器的选择 ............................................... .. 5 3.2 A/D转换电路 (6) 3.3 89C51单片机系统 (9) 3.4 LED显示电路 (12) 3.5 报警电路 (13) 四、软件设计 (14) 4.1 主程序框图 (14) 4.2 数据采集子程序程序框图 (15) 4.3 报警子程序程序框图 (15) 五、课程设计系的心得体会 (17) 六、参考文献 (17) 附图整体电路图 (18) 酒精浓度检测仪的设计
一、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。 本课题分为两部分：硬件设计部分和软件设计部分。硬件部分为利用MQ3气敏传感器测量空气中酒精浓度，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，，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。 二、酒精测试仪总体方案设计 2.1 酒精浓度检测仪设计要求分析 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显示器。由单片机系统控制LED 显示来实现人机交互操作，界面友好。 （4）软件设计简单易懂。 2.2 酒精浓度检测仪设计方案 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，报警电路等。 其总体框图如图2-1所示。 图2-1 基本工作原理图 三、硬件设计