基于单片机的酒精测试仪-毕业论文设计开题报告书

本科毕业设计(论文)开题报告题目：基于单片机的酒精测试仪课题类型：设计□实验研究□论文□学生姓名：学号：指导教师：开题时间：201年月日开题报告内容与要求一、毕业设计（论文）内容及研究意义（价值）二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势（文献综述）三、毕业设计（论文）研究方案及工作计划（含工作重点与难点及拟采用的途径）四、主要参考文献（不少于10篇，期刊类文献不少于7篇，应有一定数量的外文文献，至少附一篇引用的外文文献（3个页面以上）及其译文）一、毕业设计（论文）内容及研究意义（价值）设计的内容：此次设计是采用8051单片机作为主控芯片，设计一款酒精测试仪，用C语言编写主控芯片的控制程序，再结合外围电路，使酒精测试仪可键盘输入。通过酒精浓度的输入，进行响应的电路报警。研究意义：近年来随着经济迅速发展，人们的生活水平日夜提高。私家车也越来越多。各种应酬也越来越多酒这东西贴近了我们的生活。而酒后驾车也频频发生给人们的生活和生命安全带来了巨大的伤害。酒后驾驶引起的交通事故是由于司机饮酒过多造成酒精浓度较高。精神麻痹反应迟钝肢体不受大脑控制。人体酒精浓度低于一个特定值时就不出现上述症状从而可以避免发生危险。所以研究一个酒精测试是非常有必要和意义的事。目前世界上绝大数国家都在使用呼吸酒精测试仪对驾驶员进行现场检测来确定其体内酒精浓度的多少。确保其生命财产安全。此外酒精测仪还可以测定某一特定环境下的酒精浓度如酒精生产车间可以避免发生火灾。二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势（文献综述）研究现状：酒精测试仪的精度关键的一部就是对乙醇的检测。这就关系到传感器的制造与研发。目前气体传感器正在向着低功耗，多功能，集成化方向发展。同时还要增加其可靠性实现元件和应用电路集成化，多功能。发展MEMS技术。发展现场适用的变送器和智能化的传感器。发展趋势：目前对酒精测试的装置有燃料电池型，半导体型，红外线型，气体色谱分析性和比色型五种类型。但由于价格方面的原因目前市场上用的是燃料电池型和半导体型。燃料电池型是世界都在研究的环保型能源。它可以把气体直接转换为电能而不产生污染。酒精传感器只是它的一个分支。在燃烧室内充满特种催化剂。使进入燃烧室内的酒精能进行充分燃烧转换为电能。也就是在电极上产生电压消耗在外加负载上。使电压与燃烧室内的酒精浓度成正比。与半导体型相比，燃料电池型的呼吸酒精测试仪具有稳定性好、精度高、抗干扰性能好等优点。但由于其传感器结构要求特别高所以生产成本提别高，制造难度特别大所以只有少数国家能够生产。三、毕业设计（论文）研究方案及工作计划1、研究方案（软硬件的设计方法：系统框图、各个软件部分的主要功能）选用单片机AT89S51本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，实现基本的检测功能单片的外围电路外接输入键盘用于浓度标准值功能的控制，外接LCD1602显示器用于显示作用。发光二极管采用集成驱动器LM3914。其内部有十个电压比较器可以控制十个发光二极管。相邻电压为0.12V。可以采用点状显示也可采用条状显示。ADC0809为8路8位的A\D转换器具有起停控制端。转换时间为100us。输入电压为0-5V。供电电压为5V。三位数码显示具体数值。传感器遇到酒精气体后，阻值发生变化，所要测得电压发生变化，在经过LM3914的放大比较，驱动相应的二极管发光，显示酒精浓度的高低。单片机不断采集ADC0809模数转换后变化电压，经数据处理交数码管处理。结构方案图传感器——信号调制——A\D—单片机2、重点与难点(此部分要求条理清晰，分一，二，三……等小点描述清楚，以及解决途径)本次设计的酒精测试仪系统的关键问题是：1.使用LCD显示器来显示酒精浓度和输入的相关信息。2.传感器电路的设计。首先设计一个基准电压2.5V,采用差动输入使得V输出=V酒精浓度-2.5V。从而使得传感器的输出范围符合AT89S51的范围。发光二极管点越亮，酒精浓度越高燃烧产生的电压值越大，超过设定值，电路报警。3、工作计划学生姓名专业起止日期（日/月）周次内容进程备注2.21-2.251接受设计的课题，查找相关参考文献和资料。2.25—2.282熟悉设计的课题，查阅、整理参考文献和资料2.28—3.013学习相关参考文献和资料。3.04—3.094理清思路，撰写开题报告3.23—3.295开题答辩，对设计课题的方案作初步论证3.30—4.056方案论证，方案改进，方案定稿4.06—4.127设计实现本课题的原理电路4.13—4.198设计实现本课题的原理电路4.20—4.269软件仿真调试4.27—5.0310软件仿真调试5.04—5.1011熟悉毕业论文格式、撰写论文初稿5.11—5.1712撰写论文初稿5.18—5.2413完成论文初稿，提交论文初稿5.25—5.3114修改毕业论文，用Protel画硬件原理图6.01—6.0715修改毕业论文，用Protel画硬件原理图6.08—6.1416总体完善6.15—6.2117完成论文终稿，提交论文终稿6.22—6.2818准备好自述讲稿，打印，参加论文答辩四、主要参考文献:【1】岳睿.呼吸式酒精传感器的研究进展【J】.化学传感器，2006（3）：6-9。【2】刘丰年.气体传感器测试系统【D】.硕士学位论文.吉林：哈尔滨理工大学，2003。【3】何希才.传感器技术与应用【M】.北京：北京航空航天大学出版社，2005。【4】张培仁.MCS-51单片机原理与应用【M】.北京：清华大学出版社，2003【5】王幸之.AT89系列单片机原理与接口技术【M】.北京：北京航空航天大学出版社，2004。【6】何立民.单片机高级教程应用与设计【M】.北京：北京航空航天大学出版社，2000.【7】魏英智.DS18B20在温度控制中的应用.煤炭机械。2005（3）：92-93【8】何希才《常用集成电路实用实例》电子工业出版社，2007【9】陈有卿《通用集成电路应用于实例分析》中国电力出版社，2007【10】马中梅《单片机C语言程序设计》北京航空航天大学出版社，2007外文文献中文译文AT89CX051微控制器的模拟-数字变换器应用AtmelAT89C1051和AT89C2051微控制器是具有低引脚数和宽工作电压范围的单片闪光器（Flash）和不可缺少的比较器。这篇应用手册描述了这两种低成本的数字化变换技术。它们被用于AtmelAT89C1051和AT89C2051微控制器的比较器中。RC模拟数字变换器这种变换方法组成简单，但准确性下降和变换时间长。在下列提到的例子中，分辨率超过50毫伏，准确性低于0.1volt或是更少。变换时间为7毫秒或是更少如图一所示，如果采用RC模拟数字转换方法只需要一个AT89CX051微控制器，两个电阻器和一个电容器。微控制器的输出（11脚）大约从零和VCC间变化。它交替为电容充放电。这个电容器与内部比较器的非反向输入相连（12脚）。微控制器计算电容器电压达到与内部变换比较器输入电压的时间。比较器电压要和未知输入电压相匹配（13脚）。未知电压是所测时间的函数。在图一中HP5082-7300LED所显示不需要变化，但是要用软件来实现简单二进制电压作用。模数变换器在两个显示屏上显示伏特和0.1伏特。电压分辨率不利用RC转换软件的判别，它在提供调试工具的同时也给出了一个方法。典型电容器充放电周期波形如图二所示。放电部分曲线和充电部分曲线相同，大约都在VC=VCC=2线上。除了已给出的说明的地方，放电部分周期运用了下面的方程和讨论：下列指数方程中，电容器的电压是时间的函数：/(1)tRCCCCVVe其中VC是t时刻的电容器电压，VCC是给定电压，RC是电容器和电阻器值的乘积。电压单位为伏，时间单位为秒。电阻为欧姆，电容为法拉。乘积RC为时间恒量，影响网络的波形。当电容器充放电开始时波形最陡，并随时间变化。不能用浮点计算和超函数来求解指数方程是RC变换方法的首要问题。在一个压缩的时间范围里，指数曲线呈现远远超出其宽度的陡升趋势，近似为垂线。曲线在横向的持续变化超过了横向变化，产生了很大的误差。是这种方法失败的原因。而且它不能解决曲线在渐近线VCC附近剧烈震动的问题。如果每一次取样时间间隔里使用查表绘出计算初值，微型控制器不需要适时解决指数方程。这种方法在简化变换软件时，可以根据应用需要把数据编码和格式化。可能使数据对称以减小表的大小。RC转换方法的第二个问题是方程各项值变化引起的固有误差。图三是电阻电容积值的变化导致电压变化的放大图。如图所示，随着电容电阻乘积中电压减小，电容电压随之减小。电容器充放电周期的对称减小了电容电阻乘积值变化带来的影响，提高了变换准确性。这是通过周期充电部分的计算电压小于VCC/2而放电部分的计算电压大于VCC/2。误差在VCC/2达到最小。在RC被赋值之前，比较器输出采样时间间隔必须确定。采样间隔应尽可能小以缩短变换时间和增大变换分辨率。采样间隔受执行必要编码所需时间限制。编码时间由微控制器的时钟速度决定。在伏特计应用中，由于微控制器在12MHZ时钟下运行，每五微秒为一个采样间隔。时间恒量RC影响着电容器充放电的波形。时间恒量必须选择合适的值以使波形最陡部分达到所需的分辨水平。充电部分的波形最陡出现在原点附近，而放电部分则出现在VCC附近。由于波形的对称，两个部分的波形可能用同一时间恒量来计算。图四是电压和原点附近采样时间关系放大图。在图中，V是变换器达到所需分辨率的所需电压。t是先前所定的采样间隔。曲线坐标VC表示电容电压，在曲线中呈直线。在图中，由于采样在电压间隔中心进行，所以曲线的斜面是理想的。实际可能要小一些。也有可能大。或者分辨率会减小。将采样时间间隔从原点偏移1/2t以后，其中心点对应第一次电压间隔采样点。为了求得第一次采样所需斜面，要获得时间恒量的最小值，解方程一得RC/ln(1/)CCCRCtVV然后设V为所需分辨率得最小值（0.05volt）,时间为先前确定的采样间隔（5毫秒）。在第一个采样点V＝1/2计算RC。其中VC=1/2V,t＝1/2t84minmin(1/2)(1/2)(510)4.9910ln[1(1/2)/[1(1/2)(0.05)/CCCCtRCVVInVR和C的乘积不能小于计算出的时间恒量最小值。用带1％公差电阻和5％公差的电容：（Rnorm-1%）(Cnorm-5%)4.99*10-4在伏特计中，R和C的值选择分别为267欧姆和2毫微法。得到一个最小时间恒量大约5.02*10-4另外一个约束条件是R的值。再提到图一，5.1欧上拉电阻连接微控制器的11脚。这个电阻是微控制器内部上拉。但是在电容器充放电周期的充电过程中对网络RC的时间恒量有决定性影响。它产生不对称的充放电波。能造成变换误差。为减小电容器充放电通道差异的影响，R的值应选得比上拉内阻值大得多。在伏特计应用中，R的值选择为267欧姆，此值远远大于上拉内阻。时间恒量（RC）决定了电容器充放电周期的持续时间。它是所需变换分辨率的函数。电容器充放电所需时间越多，在计算周期所需的采样量越多，查找表个数越多。电容器充放电所需的时间通过计算电容电压从渐近线上升到最小可晰电压间隔一半所需的时间来近似得到。波形的充电部分，渐近线在VCC。由于波形的对称，定值同时用在周期充电和放电部分。解方程1得到时间：(1/)CCCtRCInVV设VCC为0.05。所需电压为:VC=VCC-(1/2)(0.05)=VCC-0.025由方程三:maxmaxmax39(1(0.025)/(1%)(5%)(0.026/)(1.01)(26710)(1.05)(2.10)(0.025/5.0)3CCCCnormnormCCtRCInVVRCInVInms所需测量回路采样最小值通过计算电容器电压达到VCC/2得到，根据不同采样间隔划分。如果电容电压上升缓慢，而电容电阻值很大，时间常数用最大值计算。由于电容器充放电波形的对