酒精浓度检测仪的设计1000

1.2.1.1.课程项目设计标题：酒精浓度检测仪的设计姓名：陈朵古志强李辛未陈浩森邓林海邱天培系部：电子信息工程系专业:应用电子技术班级：电子1001班指导老师：肖炎根株洲职业技术学院教务处制-i-目录一.摘要............................................................................................................................2二.引言...........................................................................................................................2三.设计方案.....................................................................................................................3四.硬件电路....................................................................................................................31.传感器的选择..................................................................................................................32.A/D转换电路..................................................................................................................43.LED显示电路..................................................................................................................44.报警电路...........................................................................................................................4五.酒精浓度检测仪的软件设计....................................................................................51.主程序............................................................................................................................52.数据采集子程序.............................................................................................................53.数据处理子程序.............................................................................................................54.报警子程序.....................................................................................................................6六.结论....................................................7-ii-摘要目前全世界大多数国家都采用呼气酒精测试仪来对驾驶人员进行现场检测,以确定被测量者体内酒精含量的多少,这样来确保驾驶员的生命财产安全。酒精浓度检测仪是一种由气敏传感器和单片机为主,用来监测空气酒精浓度,还具有声光报警功能的空气酒精浓度检测仪。其可监测出空气环境中酒精浓度值,可以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。此外,空气酒精浓度检测仪还能监测某一特定环境的酒精浓度如酒精生产车间，避免发生起火、爆炸及工业场地酒精中毒等恶性事故,确保环境安全。【关键词】单片机酒精浓度检测仪A/D转换声光报警一、引言随着经济高速发展,越来越多的人买了车,因为如此所以酒后驾车造成的交通事故也频繁发生。所以，我们需要设计一个智能仪器能够检测驾驶员体内酒精的含量。本论文研究的是一种以气敏传感器和单片机为主,检测空气酒精浓度,并具有声光报警功能的空气酒精浓度检测仪。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。-3-二、设计方案本设计分为两部分:硬件设计部分和软件设计部分。硬件部分是利用MQ3气敏传感器测量空气中的酒精浓度,并转换为电压信号经A/D转换后传给单片机系统,由单片机及其外围电路进行信号的处理,显示浓度值以及超阈值声光报警。软件部分是用汇编语言进行编程,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;程序的设计使用汇编语言编程。三、硬件电路在设计硬件电路时,首先应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伏的电压值并且电压值稳定,外部干扰小等。因此,可将传感器输出电压值经过ADC0809采集数据送入单片机进行处理。酒精浓度检测仪的硬件电路设计主要包括:传感器测量电路、89C51单片机系统、A/D转换电路、声光报警电路、LED显示电路。其电路如图1所示。1、传感器的选择由于本设计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,所以采用气敏传感器。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-4-其他气体不敏感,选用MQ213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。MQ213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,封装好的气敏元件有两只针管状的引脚,用于信号取出。2、A/D转换电路该设计中选用的是ADC0809属第二类,是8位A/D转换器。每采集一次需100μs。0809具有8路模拟信号输入端口,地址线(23-25脚)可决定那一路模拟信号进行A/D转换。22脚为地址锁存控制,当输入为高电平时,对地址信号进行锁存。6脚为测试控制,当输入一个2μs的高电平脉冲时,就开始A/D转换。7引脚为A/D转换结束标志,当A/D转换结束时,7脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许端,当OE脚为高电平时,A/D转换数据输出。10脚为0809的时钟输入端。3、LED显示电路该设计中采用了3位LED显示,第一个显示所测酒精度的个位数值,第二和第三个显示小数位数值,精确度为0.01度。4、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P2.6为低电平时,有电流通过蜂鸣器,蜂鸣器发出声音报警。而当-5-输入端为高电平时不报警。当输人端P2.4或P2.5为低电平时,LED点亮报警,反之输入端P2.0或P2.1为高电平则不报警。四、酒精浓度检测仪的软件设计1、主程序主程序流程如图2所示,首先对各模块进行初始化设置,然后调用各个子程序,酒精度采样子程序、A/D模数转换子程序、数据处理子程序、声光报警子程序、LED显示子程序,用循环查询来显示和检测酒精度。2、数据采集子程序数据采集子程序主要是采集检测传感器输出的模拟电压信号,并将其转换为单片机程序控制所需的数字量信号。首先对ADC0809进行初始化,然后将其0通道输入的0-5V的模拟信号转换为对应的数字量OOH-FFH,然后将对应数值存储到3FH内存单元。3、数据处理子程序数据处理子程序主要是系数调整和数制转换,将ADC0809采集的模拟电压值转换为8位二进制数。系数是由酒精浓度的最大测量值1500/255=5.88来确定。因为AT89C51为8位处理器,所以当ADC0809输入电压为5.00V时其输入数据对应为255,数据处理子程序中系数调整是为了使16进制与10进制转换方便,将转换系数放大取整后作-6-为转换系数。4、报警子程序系统设定的阈值保存在以50H开始的3个单元,是为了便于比较和显示,阈值的百位放入50H中,十位放入5lH,个位放人52H中。本电路中报警电路分为蜂鸣器报警电路和发光报警电路两部分,当输入端P2.6为低电平时,有电流通过蜂鸣器,蜂鸣器发出声音报警;而当输入端为高电平时不报警。当输人端P2.4为低电平时,LED点亮报警,反之输入端P2.4为高电平则不报警。报警子程序执行之前,将报警阈值转换为压缩的BCD码并存放在两个存储单元中。传感器输入值经A/D转换后,首先调用比较子程序,再进行数据处理、数据显示和测量值与阈值之间的比较运算,小于阈值则继续执行显示程序,若大于阈值则将单片机的P2.4、P2.5两端口清零进行声光报警。40H、4lH、42H单元存放A/D转换后,并进行十进制转换后的结果。40H和50H分别存放的是处理后的测量值与阈值的百位的压缩BCD码,41H和51H分别存放的是处理后的测量值与阈值的十位压缩的BCD码,42H和52H分别存放的是处理后的测量值与阈值的个位的压缩BCD码。程序首先对40H、50H中的值进行比较大小,如果40H中的值大于50H中的值,则进行报警。-7-五．结论本设计过程包括了硬件电路设计和软件程序的编写两部分。硬件电路部分结构简单,使用方便,适合大众化使用。软件部分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。由于时间和条件的限制,该系统还可以进一步完善,实现更多功能。参考文献[1]何道清编著,《传感器与传感器技术》,科学出版社,2001.[2]楼然苗编著,《51系列单片机设计实例》,北京航空航天大学出版社,2003.