酒精测试仪项目设计报告

abstractIn recent years, with the development of our country economy, people's living standards improve, more and more people have their own private cars, and drunk driving cause traffic accident also occur frequently. Now national law on road traffic safety regulations, major traffic accident after drinking or drunk driving motor vehicle, if the case constitutes a crime, shall be investigated for criminal responsibility according to law, and by the traffic administrative department of the public security organ his motor vehicle driving license revoked, and to regain the motor vehicle driving license shall not be for life.In view of the people for drunk driving has gradually, alcohol testing issue has caused wide attention. Drunk driving cause traffic accident is caused by driver's excessive drinking alcohol concentration is too high, in the human body paralysis nerve, cause the brain slow response, the symptom such as uncontrolled body. For this topic research is a kind of gas sensor and MCU is given priority to, monitoring air alcohol concentration, alcohol and which has the function of the LCD display air concentration monitor. The need to design an intelligent instrument to monitor driver's alcohol content in the body. This topic research is a kind of gas sensor and MCU is given priority to, monitoring air alcohol concentration, and has the function of voice alarm and LCD display air alcohol concentration monitor. It can detect and breathe out the alcohol density in air environment, and according to the different environment set different threshold, to sound alarm, more than the threshold and displays a threshold. To prompt the hazards.So as to achieve the following objectives: conducive to social and public traffic safety; Improve people's legal consciousness; Make it convenient and safe, accurate, efficient, easy to improve family alcohol test is blossoming.This work is based on 51 single chip microcomputer control ADC0809 sampling on the alcohol concentration to reflect the human body blood alcohol concentration; As well as to the MQ - 3 electrochemical sensor for temperature alcohol.Key words: ADC0809; MQ - 3; 51 single chip microcomputer第3章 系统硬件3.1系统硬件设计原理图分析D 1D 2k 1k 2k 3LEDRLEDG12345678910111213141516R S L C D E N I N311223344556603.2 实物图图3.2.1图3.2.23.3液晶显示器介绍在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。

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。

图1 酒精浓度测试仪方框图2、乙醇信号检测及调理电路MQ-3乙醇气体传感器可以应用用于机动车驾驶人员及其他严禁酒后作业人员的现场检测，也用于其他场所乙醇蒸汽的检测。

其技术特点为：●对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择性●快速的响应恢复特性●长期的寿命和可靠的稳定性●简单的驱动回路主要技术指标：MQ-3乙醇气体传感器灵敏度曲线如图2所示，其传感原理为气敏电阻的输出阻值随乙醇气体等浓度变化而变化。

郑州轻工业学院课程设计任务书题目酒后驾车测试仪的设计专业、班级建筑电气与智能化 09-1 学号 31 姓名战猫主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容：（1）整体电路设计（画出电路组成框图）；（2）信号检测电路设计；（3）信号放大电路设计，电路参数选取、数据计算；（4）Ａ / Ｄ转换电路设计；（5）显示电路设计。

基本要求：（1）采用酒精传感器MQR2传感器组成酒精测试探头；（2）电路组成：测量探头、信号调整电路、Ａ / Ｄ转换、显示电路；（3）在实验装置上进行模拟实验，测量出酒精浓度与输出电压之间的关系；（4）写出5000字左右的工作原理说明，附系统图一张。

完成期限：指导教师签名：课程负责人签名：年月日摘要摘要本文经过查阅大量的资料，分析了很多酒精检测系统，总的来说，很大部分的的酒精检测器,系统在实现方案上大部分以单片机为基础,并借助相应的外围电路,将检测结果通过LED、LCD 等显示方式告知使用者。

本设计用的MQK2酒精传感器就是一种对气体敏感的化学传感器，它能随着外部气体浓度的不同而改变敏感膜的电阻。

系统选AT89S52单片机为控制核心，对检测到的气体状况进行相应的处理分析、处理和显示，并通过报警进行提示。

该系统分为检测酒精浓度模块、系统控制模块和显示报警模块，并分别对其进行方案分析，最终确定酒后驾车测试仪的系统构架和设计方案。

试验结果显示，该系统对在一定范围内的酒精浓度测试的测量具有较高的精度，实现了酒精检测功能，其主要技术指标达到了系统设计要求。

关键词：酒精传感器，MQK2 ，AT89S52单片机，报警目录摘要 (1)1 概述 (3)2 总体设计方案 (3)2.1 酒精浓度检测仪整体结构设计 (3)2.2 MQK2酒精传感器 (4)2.3 传感器信号采集电路 (5)2.4 A/D转换电路 (6)2.5 单片机系统 (7)2.6 系统的整体软件设计 (10)3 心得体会 (12)参考文献.....................................................错误！未定义书签。

酒精检测仪项目经营分析报告规划设计 / 投资分析第一章项目总体情况说明一、经营环境分析酒精检测仪是用来检测人体是否摄入酒精及摄入酒精多少程度的仪器。

它可以作为交通警察执法时检测饮酒司机饮酒多少的检测工具，以有效减少重大交通事故的发生；也可以用在其他场合检测人体呼出气体中的酒精含量，避免人员伤亡和财产的重大损失，如一些高危领域禁止酒后上岗的企业。

可以用于判断是否酒后驾车。

通常的酒后驾车的检测有两种方法：一是检测人体的血液酒精浓度，一种是检测呼气酒精浓度。

从理论上说，要判断是否酒后驾驶，最准确的方法应该是检查驾驶人员血液中的酒精含量。

但在违法行为处理或者公路交通例行检查中，要现场抽取血液往往是不现实的，最简单可行的方法是现场检测驾驶人员呼气中的酒精含量。

呼气式酒精检测仪是检测驾驶人员呼气中酒精含量的仪器。

使用检测时，要求被测者口含吹管呼气，如果被测者深吸气后以中等力度呼气达3秒钟以上，呼气中的酒精含量与血液中的酒精含量关系为：血液酒精浓度=呼气酒精浓度×2200。

上式中2200为系数。

由于各国的情况不同，系数取值不同，美国采用2000，欧洲多采用2100。

全世界几乎所有国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，以确定被测量者是否是酒后驾驶。

如果驾驶员呼出气体的酒精含量超过所规定的限量，仪器就会显示，交警将检测结果打印以书面形式通知被测者，并让被测者当场签字认可，作为对该驾驶员处罚的法律证据。

也可以使用在高危领域禁止酒后上岗的企业，企业用的酒精检测仪并非便携式，而是壁挂式的酒精检测仪，壁挂式较便捷式来说具有使用方便，检测速度加快，精准度高的好处，壁挂式为了更加适合企事业单位使用，增加刷卡考勤，语音报警，等一系列功能。

酒精检测仪是一种对气体中酒精含量进行检测的设备，其内部核心部件是酒精传感器，有燃料电池型（电化学）、半导体型、红外线型、气体色谱分析型等五种基本类型。

简单而言可以分为物理传感器及化学传感器。

海南师范大学酒精浓度测试仪设报告学院（系）：年级专业：学生姓名：指导教师：原创性声明（按照学校毕业论文要求写）本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本声明的法律结果由本人承担。

论文作者签名：日期：2014 年12 月1 日目录（字号放大，居中）绪论 (3)1总体设计 (4)1.1 酒精浓度测试仪的功能 (4)1.2 电路总体的工作原理 (5)1.3 主程序流程图 (6)2 硬件设计 (7)2.1 单片机 (7)2.2 气敏传感器 (9)2.3 继电器 (10)2.4 LCD1602液晶显示 (10)2.5 DS1302时钟 (11)2.6 24c02存储器 (12)2.7 ADC0804 (13)3 软件设计（把每部分的程序流程图画出，去掉） (14)3.1 时钟处理模块及程序 (14)3.2 LCD1602模块及程序 (16)3.3 A/D转换模块 (19)4 调试 (21)4.1 硬件电路调试 (21)4.2 软件调试 (22)总结 (25)参考文献 (26)8附录：硬件总原理图图与PCB图 (27)（前面加题目、作者、院系等）摘要酒精浓度检测仪可用来对饮酒司机进行酒精浓度检测，有效减少因酒驾引起的重大交通事故发生，也可以用在其他场合检测人体呼出气体中的酒精含量，避免人员伤亡和财产的重大损失。

因此醉酒驾驶越来越受到人们重视，酒精测试课题便引起了广泛的关注。

本次酒精浓度检测设计是一种以气敏传感器MQ-3和单片机（STC89C52）为主，用于监测出空气环境中和呼气中酒精浓度值，通过LCD1602来显示测试的酒精浓度值与时钟，而且能根据不同的环境设定不同的酒精阀值，对超过的阀值进行蜂鸣报警，来提示酒驾的危害，同时还能将记录的20组数据上传到电脑上保存。

实验项目报告项目名称：酒精测试仪实验组成员：张xx 李xx 杨xx 陆x 班级：11自动化x班一、实验项目名称：酒精测试仪二、实验目的：1、能利用书籍和网络获取当前流行相关资料和电子元器件的信息；2．能够读懂电子产品电路原理图，正确识别电子元器件；3．初步具备电子电路PCB设计和制作的能力；4．具备电子产品样机焊接技能；5．具备典型故障的分析、判断能力；6．对电子产品的样品进行质量检测并编写报告，形成相关技术文档；包括原理图、使用说明、元件清单、进程表、调试过程描述。

7．具备团结协作、耐心细致的职业素质。

三、实验工具：序号工具数量1 电烙铁1台2 焊锡丝1卷3 万能表1台4 导线若干5 酒精气体500ml6 稳压电流一台四、实验原件清单：序号元件名代号规格数量1 传感器RQ1 酒精气体传感器MQ3 12 发光二极管LED1 -5 绿色 5 LED6 -9 红色 43 三极管VT1 S8550 14 电阻R1 1.8KΩ 1 R2 300Ω 1 R3 2.7KΩ 1 R4 3.9KΩ 15 电位器RP 20KΩ 16 芯片IC1 LM3914 17 蜂鸣器FM1 18 基板万能焊接板 1五、实验原理：1、工作原理：设计采用5V电源供电，前端MQ3型酒精气体浓度传感器，利用电阻分压电路将酒精浓度由电阻量化为电压量，在通过驱动芯片LM3914按照电压的大小驱动输出相应的发光管，当达到一定的阀值时蜂鸣器被触发，发出警声。

2、实验原理图：VCC六、实验过程：1、实验任务：1)、所需元件的采购;2)、根据实验原理图，在万能板上布线并焊接元件；3)、调试电路；4)、写实验项目报告；2、任务分工及其工作过程：1）、陆xx：任务1（所需元件的采购）工作过程：由于已经有发光二极管（红LED1-5，绿LED6-9）、电阻（R1-4）、三极管S8550、基板，所以需要购买的有酒精气体传感器MQ3、芯片LM3914、电位器、蜂鸣器。

四川工程职业技术学院毕业综合实践项目设计报告鉴于单片机的酒精浓度检测仪专业：计算计应用技术（ IT 制造与售后服务）姓名：周姣、龙俊江指导老师：何晓龙目录一、序言 (3)3 二、酒精测试仪整体方案设计 .......................................................................................................2.1 酒精浓度检测仪设计要求剖析 (3)2.2 酒精浓度检测仪设计方案 (3)三、硬件设计 (4)3.1 传感器的选择 (4)3.2 A/D 变换电路 (5)A DC0809 的结构及变换原理 (6)A DC0809 连线图 (7)3.3 89C51 单片机系统 (7)7 单片机片内结构 ...................................................................................................89C51 芯片介绍 (8)9 晶振电路和复位电路 ...........................................................................................3.4 LCD1602 液晶显示电路 (11)3.5 键盘电路 (11)3.6 报警电路 (12)灯光提示电路 (12)声音报警电路 (12)四、软件设计 (13)4.1 主程序框图 (13)4.2 数据收集子程序程序框图 (14)酒精浓度检测仪的设计一、序言本课题分为两部分：硬件设计部分和软件设计部分。

硬件部分为利用MQ3 气敏传感器丈量空气中酒精浓度，并变换为电压信号，经A/D 变换器变换成数字信号后传给单片机系统，由单片机及其相应外头电路进行信号的办理，显示酒精浓度值以及超阈值声光报警。

【关键字】报告酒精浓度检测仪开题报告篇一：酒精浓度检测仪的设计开题报告南昌工程学院级毕业（设计）论文开题报告信息工程学院系（院）电子信息工程专业题目酒精浓度检测仪的设计学生姓名李宁班级07电子信息工程学号指导教师余恒日期XX年12月28日南昌工程学院教务处订制篇二：基于单片机酒精浓度检测仪开题报告吉林建筑大学城建学院毕业设计开题报告所学专业：电气工程及其自动化学生姓名：于重阳指导教师：论文题目：基于单片机的酒精浓度监测仪设计开题报告日期：说明1、开题报告由毕业生本人在完成文献阅读、科研调查的基础上，并通过开题报告评议后填写。

2、本报告一式两份。

一份交学院作为论文检查的依据；一份答辩后作为档案材料归入学位档案。

3、开题报告用A4纸打印，不需标注页码。

报告内容字体一律使用宋体小四，行间距为1.25倍。

篇三：基于单片机酒精浓度检测仪的开题报告毕业设计开题报告专业：电子信息工程姓名：学号：课题名称：指导教师：论文起止日期：XX.5.28-XX.10.7一、引言.交通事故已成为对人类生命安全威协最大的“第一公害”。

全球每年有50万人因车祸丧生。

引起交通事故的基本因素有人、车、路、环境与管理等,其中驾驶员本身因素占70%。

而酒后驾车是驾驶员驾驶事故重要因素之一。

世界各国统计,30%～50%的交通事故由饮酒后驾车所至。

我国交通部门报道,酒后驾车的交通事故率比平常人高出至少5～6倍。

在1989～1990年中,因酒后驾车引起的交通事故平均每年高达3万余起。

我国交通法规规定：禁止酒后驾车。

在我们的调查中,驾驶员承认有酒后驾车者达11.99%,且有2.43%的驾驶员经常酒后驾车。

酒后驾车与车祸的关系是无可辩驳的。

美国近46%的交通事故与酒精有关,且酒后驾车是美国车祸的三种主要危险因素之一。

联邦德国有70%的交通事故与酒后开车有关。

美、日等国的研究表明,血液中酒精浓度为0.03%、0.09%、0.15%时,驾驶能力分别可下10%、25%、30%。

酒精测试仪总体方案设计一、要求1.1、基本要求（1）使用乙醇传感器检测酒精浓度。

（2）当酒精浓度高于35mg/100ml时用绿色指示灯提示饮酒。

（3）当酒精浓度高于80mg/100ml时用绿色指示灯熄灭红色指示灯点亮并响蜂鸣器报警提示醉酒。

1.2、发挥部分（1）利用单片机进行控制。

（2）通过LCD或者数码管进行显示当前酒精浓度。

（3）通过按键能够修改饮酒或醉酒标准。

二、酒精浓度检测仪设计方案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2-1系统设计方框图单片机酒精浓度测试仪用MQ3酒精传感器采集气体信号,并通过数模转换器将模拟信号转换成数字信号送至单片机,单片机对数字信号进行分析处理,并将所得的结果显示出来,可以通过键盘设置不同环境下酒精浓度的不同阀值,如果所检测出的酒精浓度超过了所设定的阀值,那么单片机就能控制蜂鸣器发出声音报警｡键盘采用3个独立键盘进行数据输入设定;显示部分用4个数码管显示当前数据,数码管分别用4个74LS47锁存器控制段选和位选｡三、酒精测试仪的硬件设计3.1 单片机模块电路的设计本硬件由五部分组成:单片机模块,模数转换模块,酒精传感器模块｡本系统由单片机AT89C51控制,其直接控制三个模块:数转换模块将酒精传感器采集到模拟电压信号转换成输送到单片机控制处理,LCD显示模块可以将经过单片机处理过的酒精气体浓度的具体量化值显示｡单片机是一种集成电路芯片,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｡3.1.1 单片机片内结构51单片机的片内结构如图3-1所示｡它把那些作为控制应用所必需的基本内容都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:（1）微处理器(CPU)｡（2）数据存储器(RAM)｡（3）程序存储器(ROM/EPROM)｡（4）4个8位并行I/O口(P0口､P1口､P2口､P3口)｡（5）一个串行口｡（6）2个16位定时器､计数器｡（7）中断系统｡（8）特殊功能寄存器(SFR)｡图3-1系统硬件设计原理图3.1.2单片机的选择AT89S51是低功耗､高性能､采用CMOS工艺的8位单片机,其片内具有8KB的可在线编程的Flash 存储器｡该单片机采用了ATMEL公司的高密度､非易失性存储器技术,与工业标准型80C51单片机的指令系统和引脚完全兼容;片内的Flash存储器可在线重新编程,或者使用通用的非易失性存储器编程;通用的8位CPU与在线可编程Flash集成在一块芯片上,从而使AT89S52 功能更加完善,应用更加灵活;具有较高的性能价格比,使其在嵌入式控制系统中有着广泛的应用前景｡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,如图3-2所示｡P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST(TXD) P3.1 (INT0) P3.2 (INT1) P3.3 T0 P3.4 T1 P3.5 (WR) P3.6 (RD) P3.7XTAL1XTAL2GNDVccP0.0 (AD0)P0.1 (AD1)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3-2 AT89C51芯片管脚图40只引脚按其功能来分,可分为如下3类:(1)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｡(2)控制引脚:PSEN､ALE､EA､RESET(RST)｡此类引脚提供控制信号,有的还具有复用功能｡①RST/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｡② ALE/PROG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ALE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端仍有正脉冲信号输出,此频率为时钟振荡器频率的1/6｡PROG为该引脚的第二功能｡在对片内EPROM型单片机编程写入时,此引脚作为编程脉冲输入端｡③PSEN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)｡④EA/VPP引脚:EA功能为片内程序存储器选择控制端｡当EA引脚为高电平时,单片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EA引脚为低时,单片机只访问外部程序存储器,不论是否有内部程序存储器｡(3)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RAM ｡本电路EA接高电平,没有扩展片外ROM和RAM｡MCS单片机都采用40引脚的双列直插封装方式｡40条引脚说明如下:主电源引脚Vss和Vcc(1)Vss接地(2)Vcc正常操作时为+5伏电源外接晶振引脚XTAL1和XTAL2(1)XTAL1内部振荡电路反相放大器的输入端,是外接晶体的一个引脚｡当采用外部振荡器时,此引脚接地｡(2)XTAL2内部振荡电路反相放大器的输出端｡是外接晶体的另一端｡当采用外部振荡器时,此引脚接外部振荡源｡控制或与其它电源复用引脚RST/VPD,ALE/和/Vpp(1)RST/VPD 当振荡器运行时,在此引脚上出现两个机器周期的高电平(由低到高跳变),将使单片机复位在Vcc掉电期间,此引脚可接下图8051引脚排列图上备用电源,由VPD向内部提供备用电源,以保持内部RAM中的数据｡(2) ALE/正常操作时为ALE功能(允许地址锁存)提供把地址的低字节锁存到外部锁存器,ALE 引脚以不变的频率(振荡器频率的)周期性地发出正脉冲信号｡因此,它可用作对外输出的时钟,或用于定时目的｡但要注意,每当访问外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲,ALE 端可以驱动(吸收或输出电流)八个LSTTL 电路｡对于EPROM型单片机,在EPROM编程期间,此引脚接收编程脉冲(功能)｡(3)外部程序存储器读选通信号输出端,在从外部程序存储取指令(或数据)期间, 在每个机器周期内两次有效, 同样可以驱动八LSTTL输入｡(4)/Vpp ､/Vpp为内部程序存储器和外部程序存储器选择端｡当 /Vpp为高电平时,访问内部程序存储器,当/Vpp为低电平时,则访问外部程序存储器｡对于EPROM型单片机,在EPROM编程期间,此引脚上加21伏EPROM编程电源(Vpp)｡输入/输出引脚P0.0 - P0.7,P1.0 - P1.7,P2.0 - P2.7,P3.0 - P3.7｡(1)P0口(P0.0 - P0.7)是一个8位漏极开路型双向I/O口,在访问外部存储器时,它是分时传送的低字节地址和数据总线,P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载｡(2)P1口(P1.0 - P1.7)是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口｡能驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载｡(3)P2口(P2.0 - P2.7)是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口,在访问外部存储器时,它输出高8位地址｡P2口可以驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载｡(4)P3口(P3.0 - P3.7)是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口｡能驱动(吸收或输出电流)四个LSTTL负载｡3.1.3单片机最小系统的实现单片机主要擅长系统控制,而不适合做复杂的数据处理,在设计单片机最小系统时通常选用AT89C5l､AT89C52､AT89S51､AT89S52(S系列芯片支持ISP功能)等型号的8位DIP-40封装的单片机作为MCU,一个典型的单片机最小系统一般由时钟电路､复位电路､键盘电路､显示电路部分组成,有时也外扩片外RAM 和ROM以及外部扩展接口等电路｡3.1.3.1系统时钟电路单片机内部具有一个高增益反相放大器,用于构成振荡器｡通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器,系统时钟电路结构如图2所示,可以根据情况选择6MHz､8MHz或12MHz等频率的石英晶体,补偿电容通常选择20-30pF左右的瓷片电容｡3.1.3.2复位电路单片机小系统采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作｡上电复位要求接通电源后,自动实现复位操作｡手动复位要求在电源接通的条件下,在单片机运行期间,用按钮开关操作使单片机复位｡上电自动复位通过电容C3充电来实现｡手动按键复位是通过按键将电阻R2与VCC接通来实现｡3.1.3.3键盘电路系统利用P1口的P1.0-P1.3设置了4个独立按键S2~S5,当键按下时,P1口相应的引脚置为低电平,且与此键相连的发光二极管点亮｡此外,通过8279键盘显示控制芯片还可以扩展编码键盘和显示,利用8279扩展的一个2×8=16键编码键盘及 8个LED电路｡3.1.3.4显示电路系统设置了8个共阳极LED数码管LED1-LED2,单片机P0口提供段码信号,低电平有效,P0口输出端通过限流电阻R00~R07与数码管的段码数据线相连,用来送出LED数码管的段码数据信号｡单片机P2口提供位选信号,当P2口某位输出低电平时,与此相连的开关三极管导通,对应的数码管点亮,使用三极管用来增强信号的驱动能力｡此外,为了扩展LCD显示,系统设置了两个LCD 接口,如图7,一个用于40点矩阵LCD显示,一个用于128×64点阵式LCD 显示｡3.2酒精传感器模块的选择与设计3.2.1气敏传感器工作原理气敏电阻是一种半导体敏感器件,它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的｡人们发现某些氧化物半导体材料如SnO2､ZnO､Fe2O3､MgO､NiO､BaTiO3等都具有气敏效应｡气敏传感器是一种检测特定气体的传感器｡它主要包括半导体气敏传感器､接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等,其中用的最多的是半导体气敏传感器｡它的应用主要有:一氧化碳气体的检测､瓦斯气体的检测､煤气的检测､氟利昂(R11､R12)的检测､呼气中乙醇的检测､人体口腔口臭的检测等等｡它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号,根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息,从而可以进行检测､监控､报警;还可以通过接口电路与计算机组成自动检测､控制和报警系统｡半导体气敏传感器对于低浓度气体具有很高的灵敏度,具有嗅觉功能,能自动检测瓦斯浓度｡一旦瓦斯超限,气敏传感器即可自动报警,然后采取先抽后采的原则,即可防止瓦斯爆炸事故的发生｡半导体气敏传感器是利用待测气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化来检测气体的种类和浓度的｡当半导体器件被加热到稳定状态,在气体接触半导体表面而被吸附时,被吸附的分子首先在表面自由扩散,失去运动能量,一部分分子被蒸发掉,另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处时,如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能,吸附分子将向器件释放电子,而形成正离子吸附｡如H2､CO､碳氢化合物等,被称为还原型气体｡当还原型气体吸附到N型半导体上时,载流子增多,使半导体电阻值下降｡3.2.2气敏传感器简介气敏传感器是酒精检测系统的核心,通常安装在探测头内｡从本质上讲气敏传感器是一种将某种气体的体积分数转化成对应电信号的转换器｡探测头通过气敏传感器对气体样品进行调理,通常包括滤除杂质和干扰气体､干燥或制冷处理､样品抽吸,甚至对样品进行化学处理,以便化学传感器进行更快速的测量｡目前普遍使用的气敏传感器有燃料电池型(电化学型)和半导体型两种｡他们能够制造便携型呼气酒精浓度测试器,适合于现场使用｡与半导体传感器相比,燃料电池酒精传感器具有稳定性好､精度高､抗干扰性好等优点｡由于燃料电池酒精传感器的结构要求很精密,制造难度大,目前世界上只有美国､德国､英国等少数几个国家能够生产｡本测试器采用MQK2酒精浓度传感器,检测人体呼出气体中酒精浓度并且输出电压信号｡MQK2酒精浓度传感器主要由气敏元件和电阻丝组成, MQK2传感器外接+5V电压时,能将电阻丝加热到270℃~300℃｡,电路将MQK2传感器的阻值变化转化成输出电压的变化,从而可以通过A/D转换成数字量供单片机处理｡根据分析,乙醇浓度增加时元件电阻R减小反之异亦反,所以呼出气体中的气态乙醇逐渐扩散后元件电阻R敏感的变化｡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｡一是气体传感器向低功耗､多功能､集成化方向发展国外气体传感器发展很快｡二是增强可靠性,实现元件和应用电路集成化,多功能化,发展MEMS技术,发展现场适用的变送器和智能型传感器｡3.2.3 气体传感器向低功耗､多功能､集成化方向发展国外气体传感器发展很快,一方面是由于人们安全意识增强,对环境安全性和生活舒适性要求提高;另一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动｡因此,国外气体传感器技术得到了较快发展,据有关统计猜测,美国1996年—2002年气体传感器年均增长率为(27~30)%｡目前,气体传感器的发展趋势集中表现为:一是提高灵敏度和工作性能,降低功耗和成本,缩小尺寸,简化电路,与应用整机相结合,这也是气体传感器一直追求的目标｡如日本费加罗公司推出了检测(0.1~10)×10-6硫化氢低功耗气体传感器,美国IST提供了寿命达10年以上的气体传感器,美国FirstAlert公司推出了生物模拟型(光化反应型)低功耗CO气体传感器等｡二是增强可靠性,实现元件和应用电路集成化,多功能化,发展MEMS技术,发展现场适用的变送器和智能型传感器｡如美国GeneralMonitors公司在传感器中嵌入微处理器,使气体传感器具有控制校准和监视故障状况功能,实现了智能化;还有前已涉及的美国IST 公司的具有微处理器的“MegaGas”传感器实现了智能化､多功能化｡3.2.4传感器的选择传感器千差万别,即便对于相同种类的测定量也可采用不同工作原理的传感器,因此,要根据需要选用最适宜的传感器｡(1)测量条件如果误选传感器,就会降低系统的可靠性｡为此,要从系统总体考虑,明确使用的目的以及采用传感器的必要性,绝对不要采用不适宜的传感器与不必要的传感器｡测量条件列举如下,即测量目的,测量量的选定,测量的范围,输入信号的带宽,要求的精度,测量所需要的时间,过输入发生的频繁程度｡(2) 传感器的性能选用传感器时,要考虑传感器的下述性能,即精度,稳定性,响应速度,模拟信号或者数字信号,输出量及其电平,被测对象特性的影响,校准周期,过输人保护｡(3) 传感器的使用条件传感器的使用条件即为设置的场所,环境(湿度､温度､振动等),测量的时间,与显示器之间的信号传输距离,与外设的连接方式,供电电源容量｡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H2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;H2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H2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SnO2气敏传感器对CO,H2S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｡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3-3所示:图3-3 MQ-3外形特点: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｡本系统直接测量的是呼气中的酒精浓度,再转换为血液中的酒精含量浓度,故采用气敏传感器｡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,所以传感器只能对酒精气体敏感,对其他气体不敏感,故选用MQ-3型气敏传感器｡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｡MQ-3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｡传感器的标准回路有两部分组成｡其一为加热回路,其二为信号输出回路,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｡MQ-3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3-4所示｡图3-4 MQ3 原理图MQ-3的灵敏度特性曲线如图3-5所示:灵敏度特性曲线图3-5灵敏度特性曲线3.2.5 MQ-3的检测如图 3-6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>20M欧｡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1M欧以下,然后又逐渐上升至20M欧以上后并保持着｡此时如果将内盛酒精棉花的小瓶瓶口靠近传感器,我们立即可以看到数字万用表显示值马上由原来大于20M欧降至1M欧以下｡移开小瓶过15-40s 后,A,B之间电阻恢复至大于20M欧｡这种反应可以重复试验,但要注意使空气恢复到洁净状态｡图3-6 MQ-3检测图3.3酒精传感器的工作原理3.3.1传感器性能分析QM3气体传感器的敏感材料是金属氧化物,最具代表性的是SnO2｡金属氧化物晶体如SnO2在空气中被加热到一定高的温度时,氧被吸附在的带一个负电荷的晶体表面｡然后,晶体表面的供与电子被转移到吸附的氧上,结果在一个空间电荷层留下正电荷｡这样,表面势能形成一个势垒,从而阻碍电子流动｡在传感器的内部,电流流过SnO2微晶的结合部位(晶粒边界)｡在晶粒边界,吸附的氧形成一个势垒阻止载流子自由移动,传感器的电阻即缘于这种势垒｡还原性气体出现时,带有负电荷的氧的表面浓度降低,导致晶粒边界的势垒降低｡降低了的势垒使传感器的阻值减小了｡传感器阻值和还原性气体浓度之间的关系可由下面的一定范围气体浓度方程表示:Rs=A[C]-α这里:Rs=传感器电阻 A=常数 [C]=气体浓度α=Rs曲线的斜率费加罗气体传感器的气敏素子,使用在清洁空气中电导率低的SnO2｡当存在检知对象气体时,传感器的电导率随空气中气体浓度增加而增大｡使用简单的电路即可将电导率的变化,转换为与该气体浓度相对应的输出信号｡TGS822 传感器对酒精､有机溶剂灵敏度高,在酒精检测器等方面得到广泛使用｡相同特性的 TGS823,采用了陶瓷底座,可以在200℃的高温气氛中使用｡表3-1 QM3性能参数一览表。