1、四川科技職業學院畢業設計畢業設計酒精濃度測試儀的設計學 院移動通信與軟件學院年 級2012級 1班專業通信學 號201201080115學生匡勝東姓名指導鄭運剛老師2年月014授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計第 I 頁畢業設計誠信承諾書題目酒精濃度測試儀的設計學生姓名匡勝東學號201201080115專業通信技術班級2012級 1班學生承諾我承諾在畢業設計活動中，遵守學校有關規定，恪守學術規范，本人畢業設計內容除特別注明和引用外，均為本人觀點， 不存在剽竊、抄襲他人學術成果，偽造、篡改實驗數據的情況，如果有違規行為和畢業設計抄襲率達到30%以上，我愿意承擔一切責任，接受學校的處理。學生

2、(簽名)：年月日指導教師承諾我承諾在畢業設計活動中，遵守學校有關規定，恪守學術規范，經過本人核查，該生畢業設計內容除特別注明和引用外，均為本人觀點，不存在剽竊、抄襲他人學術成果，偽造、篡改實驗數據的現象。指導教師 ( 簽名)：年月日授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計第II頁摘要2000 年以來，隨著中國經濟的高速發展，人民生活水平的迅速提高，中國逐漸步入“汽車社會”。此外，因為交通事故造成的經濟損失也相當驚人。在全國各地加強查處酒后駕駛的力度，以減少由酒后駕駛造成的惡性交通事故。要查處就涉及到檢測人體內的酒精含量和使用設備來進行檢測問題。本文以單片機設計了一個酒精濃度測試儀系統, 本論文

3、大體分為兩個部分： 硬件部分和軟件部分。硬件部分利用MQ3酒精濃度傳感器輸出信號通過A/D 轉換電路調理后，經由單片機進行數據處理，最后由LED顯示酒精濃度值。軟件部分用C 語言進行編程，程序采用模塊化設計思想。該測試儀器在于簡潔的硬件結構、高效的軟件設計和較高的性價不，從而讓駕車的人知道自己該在什么情況下可以開車，這是一個在現代生活很實用。關鍵字： 酒駕；單片機； MQ3傳感器； A/D 轉換器； LED授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計第III頁目錄第一章緒論1第二章酒精濃度測試儀總體方案設計22.1 酒精濃度測試儀設計要求分析22.2 酒精濃度測試儀設計方案2第三章硬件設計43.1

4、 傳感器的選擇43.2 A/D 轉換電路53.3 89C51 單片機系統63.4 LED 顯示電路7第四章軟件設計94.1 系統的主程序設計94.2 數據采集子程序程序框圖9第五章測試結果及結論11結論13致謝14參考文獻15附錄16附錄 1 原理圖16附錄 2 原程序17授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計第 1 頁第一章緒論近年來，我國越來越多的人有了自己的私家車， 而酒后駕車造成的交通事故也頻繁發生。世界衛生組織的事故調查顯示，大約 50%-60%的交通事故與酒后駕駛有關， 酒后駕駛已經被列為車禍致死的只要原因。在中國，每年由于酒后駕車引發的交通事故達數萬起；而造成死亡的事故中 50

5、%以上都與酒后駕車有關，酒后駕車的危害觸目驚心，已經成為交通事故的第一大“殺手”。喝酒時酒精的刺激使人興奮， 在不知不覺中就會喝多， 當酒精在人體血液內達到一定濃度時，麻痹神經，造成大腦反應遲緩，肢體不受控制等癥狀。人對外界的反應能力及控制能力就會下降，處理緊急情況的能力也隨之下降。對于酒后駕車者而言，其血液中酒精含量越高，發生撞車的幾率越大。為此，我國將酒駕列入刑法范圍內， 所以需要設計一智能儀器能夠檢測駕駛員體內酒精含量。本課程設計研究的是一種以氣敏傳感器和單片機 A/D 轉換器為主，檢測駕駛員呼出氣體的酒精濃度。其可檢測出空氣環境中酒精濃度值。本課題分為兩部分：硬件設計部分和軟件設計部分

6、。硬件部分為利用MQ3氣敏傳感器測量空氣中酒精濃度，并轉換為電壓信號，經 A/D 轉換器轉換成數字信號后傳給單片機系統，由單片機及其相應外圍電路進行信號的處理，顯示酒精濃度值。程序采用模塊化設計思想，各個子程序的功能相對獨立，便于調試和修改。而硬件電路又大體可分為單片機小系統電路、 A/D 轉換電路、 LED顯示電路，各部分電路的設計及原理將會在硬件電路設計部分詳細介紹。授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計第 2 頁第二章酒精濃度測試儀總體方案設計2.1酒精濃度測試儀設計要求分析設計的酒精濃度測試儀應具有如下特點：（ 1）數據采集系統以單片機為控制核心，外圍電路帶有LED顯示電路，無需要其

7、他計算機，用戶就可以與之進行交互工作，完成數據的采集、存儲、計算、分析等過程。（ 2）系統具有低功耗、小型化、高性價比等特點。（ 3）從便攜式的角度出發， 系統成功使用了數碼管顯示器以及小鍵盤。 由單片機系統控制鍵盤和 LED顯示來實現人機交互操作，界面友好。2.2酒精濃度測試儀設計方案設計時，考慮酒精濃度是由傳感器把非電量轉換為電量，傳感器輸出的是0-5 伏的電壓值且電壓值穩定， 外部干擾小等。因此，可以直接把傳感器輸出電壓值經過A/D轉換器轉換得到數據送入單片機進行處理。此外，還需接人LED數碼管顯示電路等。其總體框圖如圖 2-1 所示。被測環境氣敏傳感器A/D 轉換器單片機顯示LED顯示

8、圖 2-1 基本工作原理圖酒精濃度測試儀包括以下幾個模塊：1、被測環境：在喝酒的情況下，喝酒的人所呼出的氣。2、氣敏傳感器：用于呼氣中酒精濃度檢測，檢測到酒精為電信號，將電信號出入 A/D 轉換器中。3、A/D 轉換器：接收氣敏傳感器中輸入的電信號，將電信號轉換成模擬信號，最后將電信號輸入單片機中進行信號處理。授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計第 3 頁4、單片機：單片機處理模擬轉換器中輸入的電信號， 將處理過后的酒精濃度送入 LED中顯示。5、LED顯示：將單片機處理過后的酒精濃度電信號送入LED內顯示。授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計第 4 頁第三章硬件設計3.1傳感器的選擇

9、本系統直接測量的是呼氣中的酒精濃度，再轉換為血液中的酒精含量濃度，故采用氣敏傳感器。考慮到周圍空氣中的氣體成分可能影響傳感器測量的準確性，所以傳感器只能對酒精氣體敏感，對其他氣體不敏感，故選用MQ3型氣敏傳感器。其有很高的靈敏度、良好的選擇性、長期的使用壽命和可靠的穩定性。 MQ3型氣敏傳感器由微型 Al2O3，陶瓷管和 SnO2敏感層、測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼的腔體內，加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件。傳感器的標準回路有兩部分組成。其一為加熱回路，其二為信號輸出回路，它可以準確反映傳感器表面電阻值的變化。 傳感器的表面電阻 RS的變化，是通過與其串聯的負載電

10、阻 RL上的有效電壓信號 VRL輸出面獲得的。負載電阻 RL 可調為 05-200K。加熱電壓 Uh 為 5v。上述這些參數使得傳感器輸出電壓為 0-5V。MQ3型氣敏傳感器的結構和外形、標準回路、傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度的關系。為了使測量的精度達到最高，誤差最小，需要找到合適的溫度，一般在測量前需將傳感器預熱 5 分鐘。 MQ3電路圖如圖 3-1 所示RA2N220IRA1RL122016ABGND25+5FFGND34ABMQ-3圖3-1 MQ3 電路圖授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計第 5 頁3.2 A/D轉換電路在單片機應用系統中，被測量對象的有關變化量，如溫度、壓

11、力、流量、速度等非電物理量，須經傳感器轉換成連續變化的模擬電信號（電壓或電流），這些模擬電信號必須轉換成數字量后才能在單片機中用軟件進行處理。實現模擬量轉換成數字量的器件稱為A/D 轉換器（ ADC）。A/D 轉換器大致分有三類：一是雙積分A/D 轉換器，優點是精度高，抗干擾性好，價格便宜，但速度慢；二是逐次逼近型A/D 轉換器，精度、速度、價格適中；三是 - A/D 轉換器。該設計中選用的是ADC0809屬第二類，是 8 位 A/D 轉換器。 0809 具有 8 路模擬信號輸入端口，地址線（23-25 腳）可決定那一路模擬信號進行A/D 轉換。 22 腳為地址鎖存控制，當輸入為高電平時，對地

12、址信號進行鎖存。 6 腳為測試控制，當輸入一個 2 s 的高電平脈沖時， 就開始 A/D 轉換。7 引腳為 A/D 轉換結束標志，當 A/D 轉換結束時， 7 腳輸出高電平。 9 腳為 A/D 轉換數據輸出允許端，當 OE腳為高電平時， A/D 轉換數據輸出。 10 腳為 0809 的時鐘輸入端。 ADC0809與單片機的連線圖如圖 3-2 所示ADC08091In228In3272In1In4263In0In5IN4ADDA25In6245ADDBIn7GNDST6ADDC23START22EOC7ALEEOCSTD38D721D3D7OE9D620OED6CLK10D519CLOCKD51

13、1D418VccD4+512D017Vref+D013Vref-16GND1514D2D1ADC11ADC08092DDGND圖 3-2 ADC0809 的連線圖授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計第 6 頁3.3 89C51 單片機系統單片機是一種集成電路芯片， 采用超大規模技術把具有數據處理能力 ( 如算術運算，邏輯運算、數據傳送、中斷處理 ) 的微處理器 (CPU)，隨機存取數據存儲器 (RAM)，只讀程序存儲器 (ROM)，輸入輸出電路 (I/O 口) ，可能還包括定時計數器，串行通信口 (SCI) ，顯示驅動電路 (LCD 或 LED驅動電路 ) ，脈寬調制電路 (PWM)，模擬

14、多路轉換器及 A/D 轉換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構成一個雖小然而完善的計算機系統。這些電路能在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設計者事先規定的任務。從硬件角度來看， 與 MCS-52指令完全兼容的新一代 89CXX系列機，比在片外加EPROM才能相當的 8031 單片機抗干擾性能強， 與 87C52單片機技能相當，但功耗小。程序修改直接用 +5V 或+12V電源擦除，更顯方便、而且其工作電壓放寬至 2.7V-6V ，因而受電壓波動的影響更小， 而且 4K的程序存儲器完全能滿足單片機系統的軟件要求，故 89C52 單片機是構造本檢測系統的更理想的選擇。 87C52 單片機圖如圖 3

15、-3 所示授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計第 7 頁圖 3-3 87C52 單片機圖3.4 LED 顯示電路LED數碼管（ LED Segment Displays ）是由多個發光二極管封裝在一起組成“ 8”字型的器件，引線已在內部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。數碼管分為動態顯示和靜態顯示驅動兩種，靜態驅動也稱直流驅動。靜態驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O 端口進行驅動，或者使用如BCD碼二 - 十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態驅動的優點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅動5 個數碼管靜態顯示則需要5×8=40 根 I/O 端

16、口來驅動，要知道一個STC89C52的 I/O 端口才 32 個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。數碼管動態顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態驅動是將所有數碼管的8 個顯示筆劃 "a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數碼管授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計第 8 頁的公共極COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼

17、管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的COM 端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為1 2ms，由于人的視覺暫留現象及發光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示數據，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的I/O 端口，而且功耗更低。本設計利用三極管驅動數碼管，用 4.7k 電阻起到限流作用，使得數碼管亮度適中。數碼管顯示電路圖如圖3-4 所示+5R1R2R3R44.7k4.7k4.7k4.7kQ1Q2Q

18、3Q4PNPPNPPNPPNP9999D0 1aVCCD0 1aVCCD0 1aVCCD0 1aVCCD1 2baD1 2baD1 2baD1 2baD2 3D2 3D2 3D2 3cbcbcbcbD3 4D3 4D3 4D3 4ffffD4 5dgD4 5dgD4 5dgD4 5dgececececD5 6D5 6D5 6D5 6eeeeD6 7fdD6 7fdD6 7fdD6 7fdgdpgdpgdpgdpD7 8D7 8D7 8D7 8dpdpdpdpDS1DS2DS3DS4REDCAREDCAREDCAREDCA圖 3-4數碼管顯示電路授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計第 9 頁

19、第四章軟件設計4.1系統的主程序設計主程序是系統的轉換程序，在程序運行的過程中必須先經過初始化，包括中斷程序，以及各個端口的初始化工作。 系統在初始化完成后就進入酒精濃度測量程序，實時的測量當前的酒精濃度并通過顯示電路在數碼管上顯示。根據硬件設計完成對酒精濃度的測試。系統軟件流程圖如圖 4-1 所示開始初始化讀取 AD 轉換酒精值顯示當前的酒精濃度結束圖 4-1軟件流程圖4.2數據采集子程序程序框圖A/D 轉換子程序流程圖如下圖 4-2 所示。 ADC0809初始化后，把 0 通道輸入的 0-5V 的模擬信號轉換為對應的數字量，然后將對應數值存儲到內存單元。授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業

20、設計開始啟動 ADC0809 通道，并延時100N轉換Y讀出 A/D 轉換結果結果存入內存單元返回圖 4-2數據采集子程序框圖第 10頁授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計第五章測試結果第 11頁調試過程中首先要檢測的就是硬件電路的設計原理是否正確、能否達到預期效果以及實現方法是否簡便等等；其次在焊接好難有線電路之后，認真檢查電路的焊接情況。這次采用的是分塊調試的方法，酒精探測電路，控制電路以及單片機控制電路進行調試。在對每個模塊的進行調試過程中又采用了由局部到整體，由簡單到復雜的調試方法，最后再將各個模塊總和成一個整體。調試過程：（1）插上電源。（2）打開開關將顯示調為零。（3）將酒精放

21、到傳敏器旁，檢測酒精濃度。授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計第 12頁在調試過程中遇到的問題有：（1）由于在焊電路之前沒有認真的查看89C51 的管腳，使得管腳的順序全部焊錯了，最后只好重新買器件重焊；（ 2）酒精值一直顯示很高，經過查閱資料和換元件測試發現，酒精傳感器初次使用得通電幾小時以上才可以正常使用，要做老化試驗。（ 3）在解碼程序的編寫過程中，隨著理解的深入也作了相應的修改。授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計第 13頁結論經過一周的努力，終于完成了智能儀器的課程設計。這是我第一次基于單片機獨立設計一個東西。這對于我來說是很有挑戰性的。首先這是一個基于單片機的課程設計，單片

22、機是這學期學習的課程，雖然不陌生，但是用起來還發現很多的問題。硬件方面還好解決，弄明白就可以了，但軟件方面就非常困難了，雖然以前做過這方面的實驗，但那都是些簡單應用。這次設計真的讓我長進了很多，單片機課程設計重點就在于軟件算法的設計，需要有很巧妙的程序算法，有好多的東西，只有我們去試著做了，才能真正的掌握，只學習理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。其次，就是使用到的各種元器件。這次我使用的基本上都是已經學過的元件，但真正用起來才發現自己還差的很多，所以我又重新對所用到的器件仔仔細細，認認真真的研究了一遍從引腳，到時序，再到最后的電路整體構成。回顧起此次單片機課程設計，我仍感慨頗多。通過這次

23、課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。這讓我學到了很多課本上沒有的東西，擴展了自己的視野，增強了自己的動手能力，清醒的認識到自己的不足，培養了小心謹慎的作風，使自己對課題設計了解進一步加深。總之，此次的課程設計使我收獲頗豐，也是我上大學來難忘的一次經歷。授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計致謝第 14頁這次畢業設計得到了很多人的幫助，其中 * 老師對我的關心和支持尤為重要，每次遇到難題，我首先想到的就是向金老師尋求幫助。另外，他嚴謹的作風使我的論文即使在謹小

24、細微處也給予了糾正，讓我的論文無論是結構還是內容變得更加公整、緊湊，感謝金老師對我的悉心指導。感謝校方給予我這樣一次機會，能夠獨立地完成這樣一個設計，作為檢驗這些年來學習的成果 , 在這個過程當中， 學校給予我們各種方便， 使我們在即將離校的最后一段時間里，能夠更多學習一些實踐應用知識，增強了我們實踐操作和動手應用能力，提高了獨立思考的能力。再一次對我的母校表示感謝。感謝在整個畢業設計期間和我密切合作的同學，和曾經在各個方面給予過我幫助的伙伴們，正是因為有了你們的幫助，才讓我不僅學到了本次課題所涉及的新知識，更讓我感覺到了知識以外的東西，那就是團結的力量。在論文即將完成之際， 我的心情無法平靜

25、， 從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們!授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計參考文獻第 15頁1 陳權昌 , 李興富 . 單片機原理及應用 M. 廣州 : 華南理工大學出版社 ,2007.8 2 李慶亮 .C 語言程序設計實用教程 M. 北京 : 機械工業出版社 ,2005.33 楊志忠 . 數字電子技術 M. 北京 : 高等教育出版社 ,2003.12.4及力 .Protel99 SE原理圖與 PCB設計教程 M. 北京 : 電子工業出版社 ,2007.8.5 徐江海 .

26、 單片機實用教程 M. 北京 : 機械工業出版社 ,2006.126 胡宴如 . 模擬電子技術 M. 北京 : 高等教育出版社 ,2008.67 劉寧 . 單片機多功能時鐘的設計 M. 浙江 : 浙江海洋學院 ,2009.8 汪文，陳林 . 單片機原理及應用 M. 湖北 : 華中科技大學出版社 ,2007.9 康華光 . 電子技術基礎數字部分 M. 北京 : 高等教育出版社 ,2008.授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計第 16頁附錄附錄 1 原理圖NIRA1RL1220+516R1R2ABGND252.2k2.2k+5FFGND3 4ABQ1Q2MQ-3PNPPNP99D01aVCCD

27、0 1aVCCD12baD1 2baD23D2 3ccD34fbD3 4fbddD45gD4 5geeceecD56D5 6ffD67dD6 7dgdpgdpD78D7 8dpdpDS1DS2REDCAREDCAU11STC89C5240+5J110KD0P1.0VCC1ADC0809239D0D1P1.1P0.02128+5338D1In3In2D2P1.2P0.13227437D2In4In1D3P1.3P0.24326536D3In5In0IND4P1.4P0.35425+ C3635D4In6ADDAD5P1.5P0.4652410uf734D5In7ADDBGNDD6P1.6P0.5

28、7623833D6STSTARTADDCD7P1.7P0.68722932D7EOCEOCALESTRESTP0.798211031D3D3D7D7P3.0/RXDEA+59201130OEOED6D6P3.1/TXDALECLK1019R11229CLKCLOCKD5D5OEP3.2/INT0SPEN111810K1328VccD4D4STP3.3/INT1P2.712171427+5Vref+D0D0EOCP3.4/T0P2.613161526GNDVref-k1P3.5/T1P2.514151625D1D2k2P3.6/WRP2.41724k3P3.7/RDP2.3ADC1GND Y11

29、823XTAL2P2.2ADC0809192212XTAL1P2.12021DD12MHZGNDP2.0C1C2STC89C5230P30PGNDGNDR32.2kQ3PNP9D0 1aVCCD1 2baD2 3cD3 4fbdD4 5geecD5 6fD6 7dgdpD7 8dpDS3REDCAR42.2kQ4PNP9D0 1aVCCD1 2baD2 3cD3 4fbdD4 5geecD5 6fD6 7dgdpD7 8dpDS4REDCAP1+5213135GNDPOWE RS1135246246授人以漁能力為本四川科技職業學院畢業設計第 17頁附錄 2 原程序/ 程序頭函數#include <reg52.h>/ 宏定義#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define Data_ADC0809 P1/ 管腳聲明/ADC0809sbit ST=P33;sbit EOC=P34;sbit OE=P32;/ 顯示數組0-9+Fuchar Data_=0