畢業設計說明書題目：酒精濃度超標報警器產品設計工藝設計方案設計√類型：學生姓名：學號：學院：電子信息工程專業：班級：學校指導教師：企業指導教師：2016年3月25日摘要酒精濃度超標報警器是交警判定駕駛員是否飲酒的重要設備。本設計介紹了一種酒精濃度超標報警器的設計方法，利用MQ-3酒精傳感器設計了一款酒精濃度超標報警器，并對其結構特點、工作原理及其調試方法進行了詳細的分析介紹。本設計實現了對不同濃度酒精的檢測和顯示，通過適當改進可以用于檢測酒后駕車。本研究設計的酒精濃度測試儀是一款實用性強、安全可靠的氣體乙醇濃度檢測工具，采用高精度MQ-3乙醇氣體傳感器對空氣中的乙醇濃度進行檢測，利用高性能低成本單片機STC12C5A16AD對檢測信號進行A/D轉換和處理，最后通過液晶屏顯示輸出。本研究設計的酒精濃度測試儀還具有醉酒閾值設定功能，可以根據法律法規或用戶需要設定修改醉酒閾值，并進行保存。關鍵詞：MQ-3氣敏傳感器;STC12C5A16AD單片機;液晶顯示電路目錄1.緒論 緒論1.1設計背景我國傳感器2003年銷售額為186億元人民幣，2006年銷售額為283億元人民幣，預計2007年為325億元人民幣，2008年為374億元人民幣。據行業協會估算和預測，我國2014年敏感元件與傳感器銷售額突破1200億人民幣。2015年需求量可達約652.9億只，銷售額預計突破1300億。傳感器、通信及計算機被稱為現代信息系統的三大支柱。傳感器技術發展與應用也成為衡量一個國家信息化程度的重要標志。從產業技術特征看，傳感技術與其他信息技術產業有很大不同：不是圍繞一個物理規律、技術方向來發展的，其典型特征是多樣化，無論是感知廣闊的宇宙、生物體的辨識，還是應用于環境領域，遵循著不同的物理規律，沿著不同的方向發展。但目前國內傳感器產業化水平不能適應市場快速變化和急劇增長的需求，導致我國傳感器行業發展較緩。氣體與人類的日常生活密切相關，對氣體的檢測已經是保護和改善生態居住環境不可缺少的手段，氣敏傳感器發揮著極其重要的作用。氣敏傳感器是把氣體中的特定成分檢測出來，并轉化為電信號的一類器件，用來對有害氣體，易燃易爆氣體等進行安全檢測和報警，對生產生活中需要了解的氣體進行檢測。X（正文內容首行縮進2字符，小41.2設計意義2008年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主要原因。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%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"。酒后駕車發生事故的機率高達27%。隨著攝入酒精量的增加，選擇反應錯誤率顯著增加，當血液中酒精含量由0.5‰增至1‰，發生車禍的可能性便增加5倍，如果增至1.5‰，可能性再增加6倍。機動車駕駛人員“酒后駕車”及“醉酒駕車”極易發生道路交通事故,嚴重危害了道路交通安全和人民生命財產安全。人飲酒后,酒精通過消化系統被人體吸收,經過血液循環,約有90%的酒精通過肺部呼氣排出,因此通過測量人呼出氣體所含酒精濃度，就能清楚人體所含酒精濃度，從而判斷該司機是否酒后駕車，避免事故的發生。呼氣中的酒精含量,就可判斷其醉酒程度，開車司機只要將嘴對著傳感器使勁吹氣。能夠很好的幫助駕駛員了解自身的酒精濃度，若濃度超標，則報警提醒，能夠有效的防止酒后駕駛，避免引發意外。2.硬件設計根據設計方案與設計目標，該設計的硬件包括傳感器模塊、單片機模塊及液晶顯示模塊。2.1傳感器模塊傳感器模塊由MQ-3型氣敏傳感器電路與電壓比較電路組成A1A1F2A3B4F5B6RLMQ-3R21kR35.1kC2104uFC1104uFOUT1IN2AC3GND4567VCC8LM393RT10kR110kGNDGND+5V+5V圖2.1傳感器模塊電路圖2.1.1MQ-3型氣敏傳感器本系統直接測量的是呼氣中的酒精濃度，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。MQ-3型氣敏傳感器有很高的靈敏度、良好的選擇性、長期的使用壽命和可靠的穩定性。MQ-3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。圖2.2MQ-3的結構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。MQ-3傳感器電路具有以下特點：1、具有信號輸出指示；2、模擬量輸出0-5V電壓，濃度越高電壓越高；3、對乙醇蒸汽具有良好的選擇性和很高的靈敏度；4、具有長期的使用壽命和可靠的穩定性；5、具有快速的響應恢復特性。圖2.3傳感器電路2.1.2電壓比較電路電壓比較電路主要由LM393組成，LM393是高增益,寬頻帶器件，采用雙列直插8腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列8腳塑料封裝（SOP8）。圖2.4LM393引腳圖及內部框圖LM393主要特點有：1、工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源：2～36V，雙電源:±1～±18V；2、消耗電流小，ICC=0.8mA；3、輸入失調電壓小，VIO=±2mV；4、共模輸入電壓范圍寬，Vic=0～Vcc-1.5V；5、輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS等兼容；6、輸出可以用開路集電極連接“或”門；圖2.5LM393電壓比較電路2.2單片機模塊單片機模塊包括STC12C5A16AD單片機、報警電路、按鍵電路。圖2.6單片機模塊電路2.2.1STC12C5A16AD單片機STC12C5A16AD是新一代8051單片機，包含有中央處理器（CPU）、程序存儲器（FLASH）、數據存儲器（SRAM）、定時/計數器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D轉換、SPI接口、PCA、看門狗、片內R/C振蕩器等模塊，幾乎包含了數據采集和控制中所需的所有單元模塊。圖2.7STC12C2052AD單片機管腳圖STC12C5A16AD單片機采用40引腳的雙列直插封裝方式。40條引腳功能如下：1、主電源引腳VCC；2、外接晶振引腳XTAL1和XTAL2；3、控制或與其它電源復用引腳RST，ALE和NA；4、輸入/輸出引腳P0.0～P0.7，P1.0～P1.7，P2.0～P2.7，P3.0～P3.7；（1）P0口（P0.0～P0.7）是一個漏極開路型準雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，它是分時多路轉換的地址(低8位)和數據總線，在訪問期間激活了內部的上拉電阻。（2）P1口（P1.0～P1.7）是有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。在EPROM編程和程序驗證時，它接收低8位地址。3）P2口（P2.0～P2.7）是一個有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，它送出高8位地址。在對EFROM編程和程序驗證期間，它接受高8位地址。（4）P3口（P3.0～P3.7）是一個有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，它送出高8位地址。在對EFROM編程和程序驗證期間，接受高8位地址。2.2.2按鍵電路本設計采用按鍵接地的方式來讀取按鍵，單片機初始時，因為為高電平，當按鍵按下的時候，會給單片機一個低電平，單片機對信號進行處理。單片機鍵盤有獨立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種，根據本設計的需要這里選用了獨立式鍵盤接法。獨立式鍵盤的實現方法是利用單片機I/O口讀取口的電平高低來判斷是否有鍵按下。將常開按鍵的一端接地，另一端接一個I/O口，程序開始時將此I/O口置于高電平，平時無鍵按下時I/O口保持高電平。當有鍵按下時，此I/O口與地短路迫使I/O口為低電平。按鍵釋放后，單片機內部的上拉電阻使I/O口保持高電平。KK2HH-K1HH+GND圖2.8按鍵電路2.2.3報警電路本設計利用LED燈指示酒精是否超標，正常情況下LED燈不亮，當酒精濃度超標時LED顯示為紅色。LED，發光二極管，是一種能夠將電能轉化為可見光的固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光；它改變了白熾燈鎢絲發光與節能燈三基色粉發光的原理，而采用電場發光。LED的特點非常明顯，壽命長、光效高、輻射低與功耗低。作為目前全球最受矚目的新一代光源，LED因其高亮度、低熱量、長壽命、無毒、可回收再利用等優點，被稱為是21世紀最有發展前景的綠色照明光源。LL1LEDR1L2LEDY+5VR62.2kR52.2k圖2.9報警電路2.3液晶顯示模塊本設計采用的是LCD1602液晶，LCD1602A是一種工業字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。（16列2行）。液晶顯示器在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產品中都可以看到，顯示的主要是數字、專用符號和圖形。在單片機系統中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優點：1、液晶顯示器在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發光，畫質高且不會閃爍。2、液晶顯示器都是數字式的，和單片機系統的接口更加簡單可靠，操作更加方便。3、液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態來達到顯示的目的，在重量上比顯示面積相同的傳統顯示器要輕得多。4、相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區域進行控制，有電就有顯示。本設計的灰度調節是采用10k電阻和1k電阻分壓的形式，灰度適中。圖2.10液晶顯示電路LCD1602液晶引腳說明：第1腳：VSS接地；第2腳：VDD接5V正電源；第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接電源正極時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度；第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器；第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作；第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令；第7～14腳：D0～D7為8位雙向數據線；第15腳：背光源正極；第16腳：背光源負極。3.軟件設計3.1主程序主程序的設計主要是綜合考慮本設計要達到的功能要求，要進行數據、定時器、A/D轉換等的初始化，實時采集MQ-3酒精傳感器模塊輸出的數據信息，并采集閥值存儲模塊的數據，進行的相應的處理，實現實時顯示被測氣體中的酒精濃度和報警閥值，濃度超過閥值會發光報警提示。圖3.1主程序流程圖4.調試過程軟硬件設計制作完成后，酒精濃度測試儀上電。傳感器第一次上電預熱時間比較長，需等待預熱完成（開機通電5小時以上，因為MQ傳感器需要老化）。當預熱完成后，液晶屏顯示空氣中測得的乙醇氣體濃度，因為是清潔空氣，所以濃度比較低，沒有達到事先設定的報警閾值(80mg/L)，故報警燈不亮。然后做正常人的測試。未飲酒人對酒精濃度測試儀傳感器探頭吹氣，液晶屏顯示的乙醇氣體濃度值出現變化，但不會超過報警閾值，報警燈不亮。吹氣完畢后顯示值緩慢回落。接著做醉酒測試。飲酒者對酒精濃度測試儀傳感器探頭吹氣，液晶屏顯示的乙醇氣體濃度值迅速上升，很快超過報警閾值，報警燈亮，吹氣完畢后顯示值緩慢回落。調試完成。5.結論本次設計基本達到了預期目標，設計作品可以對呼吸氣體中的酒精濃度進行實時采集，顯示，報警。成品可用于交警對汽車駕駛者測試與監督，也可以用于司機駕車前的自我檢測，能夠幫助司機及時了解自身所含酒精濃度，對避免酒后駕車有很好的作用。但由于設計者水平有限，這個設計還不能從根本上解決酒后駕車，還有許多不足之處有待完善，此設計還可繼續深入拓展，比如將此設計中的報警電路，換成汽車的引擎電路，如酒精濃度超標則引擎不能發動，或可從根本上解決酒后駕車問題。參考文獻朱志偉，劉紅兵.傳感器原理與檢測技術.南京：南京大學出版社,2012.[2]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.[3]李慶亮.C語言程序設計實用教程[M].北京:機械工業出版社,2010.[4]楊志忠.數字電子技術[M].北京:高等教育出版社,2008.[5]汪文.陳林.單片機原理及應用[M].湖北:華中科技大學出版社,2013.[6]王金花.電工技術.北京:人民郵電出版社,2013.致謝本次畢業設計是在我的指導老師謝沙天老師的親切關懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我，在此謹向謝老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。感謝學校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。感謝在整個畢業設計期間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，才讓我順利的完成了此次畢業設計。附錄程序//#include"reg52.H"#include"STC12c5A.h"#include"1602.h"#include"2402.h"#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//聲明常量#defineALCH80//醉駕標準80mg/L//K_MG_MV和K_ZERO為傳感器校準系數，要根據每個MQ-3模塊校準#defineK_MG_MV160/66//傳感器靈敏度系數，每毫克/L對應的10毫伏數#defineK_ZERO15//傳感器零點漂移，約130mV//定義按鍵SbitKey_Up=P3^6;sbitKey_Down=P3^7;//定義LED報警燈SbitLed_Warn1=P3^4;SbitLed_Warn2=P3^5;//定義乙醇傳感器TTL電平輸出引腳SbitDOUT=P1^4;//定義標識volatilebitFlagStartAL=0;//開始轉換標志volatilebitFlagKeyPress=0;//有鍵彈起標志//全局變量定義UcharThreshold; //酒精濃度上限報警值uintALCounter;//酒精轉換計時器longALValue;//酒精測量值floatAltemp;//計算臨時變量uintkeyvalue,keyUp,keyDown;//鍵值char*pSave;//EEPROM存盤用指針//函數聲明VoidData_Init();VoidTimer0_Init();voidPort_Init();voidADC_Init();ucharGetADVal();voidKeyProcess(uint);//數據初始化VoidData_Init(){ALCounter=0;ALValue=0;Led_Warn1=1;Led_Warn2=2;Keyvalue=0;KeyUp=1;keyDown=1;}//定時器0初始化，中斷時間約2毫秒//計算：晶振11.0592MHz，定時器時鐘11059200/12=921600，每毫秒922個脈沖//16位定時器初值65536-1844=63692=0xf8ccvoidTimer0_Init(){ ET0=1;//允許定時器0中斷 TMOD=1;//定時器工作方式選擇 TL0=0xcc;// TH0=0xf8;//定時器賦予初值，大約為2毫秒中斷1次 TR0=1;//啟動定時器}//定時器0中斷voidTimer0_ISR(void)interrupt1using0{ TL0=0xcc; TH0=0xf8;//定時器賦予初值 //每1秒鐘啟動一次AD轉換ALCounter++;if(ALCounter>=500){FlagStartAL=1; ALCounter=0;}}voidPort_Init(){P1M0=0x80;//10000000，P1.7作為AD輸入P1M1=0x80;//}voidADC_Init(){UIntI;P1ASF=0x80;//設P1.7為AD輸入ADC_RES=0;//清先前的結果ADC_CONTR|=0x80; //POWER=1,打開ADC電源for(I=5000;i>0;i--);//延時ADC_CONTR=ADC_CONTR&0xE0;//1110,0000清ADC_FLAG,ADC_START位和低3位ADC_CONTR=ADC_CONTR&0xf8|0x07;//設置當前通道號為P1.7for(I=2500;i>0;i--);//延時}//進行AD轉換，得到當前酒精值UcharGetADVal(){UintIADC_CONTR&=0xf7;for(I=250;i>0;i--);//待輸入電壓穩定后開始轉換//ADC_RES=0;ADC_CONTR|=0x08;//ADC_Start=1,啟動轉換while((ADC_CONTR&0x10)==0);//等待轉換結束ADC_FLAG=1ADC_CONTR&=0xe7; //清ADC_FLAG和ADC_START位，停止轉換returnADC_RES;}//存入設定值voidSave_Setting(){PSave=(char*)&Threshold; //地址低位對應低8位，高位對應高8位Wrteeprom(0,*pSave); //存醉酒閾值低8位DELAY(300);PSave++;Wrteeprom(1,*pSave); //存醉酒閾值高8位DELAY(300);}//載入設定值VoIdLoad_Setting(){PSave=(char*)&Threshold;*pSave++=rdeeprom(0);*pSave=rdeeprom(1);If((Threshold>=255)||(Threshold<0))Threshold=80;}//按鍵處理程序，參數為鍵值，1為Up鍵，2為Down鍵voidKeyProcess(uIntnum){switch(num){case1: if(Threshold<255)Threshold++; break; case2: if(Threshold>1)Threshold--; break; default: 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