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• 本文标题：基于单片机的酒精浓度监测系统.doc
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• 内容摘要：基于单片机的酒精监测系统 摘要，近年来，车祸惨案频频发生，而绝大多数车祸的起因都是因为驾驶员醉酒驾驶。因此减少车祸的一大重要措施，就是对人们是否酒驾进行检测。本设计基于单片机的酒精浓度设计，是一款基于单片机的酒精浓度检测和显示含量及报警的仪器。其作用是，通过MQ3酒精浓度检测传感器检测驾驶员的呼气中酒精含量，利用仪器中核心控制器内的程序运行逻辑，来将酒精检测传感器测得的数据进行提取和转换，然后将读数显示在仪器的显示屏上，检测驾驶员呼出气体酒精含量超标，仪器会发出报警，以此提醒民警，该驾驶员酒后驾驶。基于单片机的酒精浓度测量仪的发明推广和普遍应用，不仅极大地降低了人们醉酒驾驶的几率，将车祸发生概率尽可能降低到最小，而且增加了人们的法律意识，加强了人们对法律的认知度和对法律的敬畏。本设计核心控制芯片是STC12C5A60S2单片机，在本设计中的作用是，对数字信号进行提取显示和比较，以此实现对MQ3气体酒精浓度检测传感器检测数据的提取通过LCD液晶屏的显示和超过范围时的声光报警。 STC12C5A60S2单片机 Alcoholconcentrationmonitoringsystembasedonsinglechipmicrocomputer Abstract，Inrecentyeaaccidentshappenfrequentlyandmostofthemarecausedbydrunkdrive。Thereforeanimportantmeasuretoreducetrafficaccidentsistotestwhetherpeopledrinkanddrive。Thedesignofalcoholconcentrationmeasurementsystembasedondetectioncontentdisplayandalarmbasedonsinglechipmicrocomputer。ItsfunctionistodetectthealcoholcontentinthebreathofthedriverthroughtheMQ3alcoholconcentrationdetectionseorextractandconvertthedatameasuredbythealcoholdetectionseorbyusingtheprogramrunninglogicinthecorecontrolleroftheitrumentandthendisplaythereadingonthedisplayscreenoftheitrument。WhenthealcoholcontentinthebreathofthedetecteddriverexceedsthestandardtheitrumentwillsendareportPoliceinordertoremindpolicethedriverdrunkdriving。Theinventionpopularizationandgeneralapplicationofalcoholconcentrationmeasuringitrumentbasedonsinglechipmicrocomputeotonlygreatlyreducetheprobabilityofdrunkdrivingreducetheprobabilityoftrafficaccidenttotheminimumbutalsoincreasepeopleslegalawarenessstrengthenpeoplesawarenessofthelawandaweofthelaw。Thisdesignisbasedonthedesignofalcoholconcentrationdetectionsystemofsinglechipmicrocomputer。ItscorecontrolchipisSTC12C5A60S2singlechipmicrocomputerwhichisapowerfulsinglechipmicrocomputer。ThefunctionofthissinglechipmicrocomputerinthisdesignistoextractdisplayandcomparedigitalsignalssoastorealizetheextractionofdetectiondataofMQ3gasalcoholconcentrationdetectionseorandthedisplaythroughLCDscreenAndtheaudibleandvisualalarmwhentherangeisexceeded。 Keywords，STC12C5A60S2singlechipLCDacoustoopticalarmMQ3alcoholconcentrationdetectionseor  酒精浓度监测的设计 一绪论 1。1作用及意义 近年来，车祸事故频频发生，而绝大部分车祸的起因都是驾驶员的醉酒驾驶。因此减少车祸的一大重要措施，就是对人们是否酒驾进行检测。本设计是依托在单片机的酒精浓度监测系统设计，是一种依托于单片机的酒精浓度监测与显示含量以及警报的设备装置。关于它作用是利用MQ3酒精浓度监测传感器来监测驾驶员呼出空气中的酒精含量，运行的思维部分是利用仪器中核心控制器内的程序，进一步获取和转化酒精监测传输感应器测得的数据，然后把数值通过仪器显示屏显示出来，如果驾驶员呼出的空气中，酒精浓度超出了阈值，它就会进行报警，以此来警醒民警，该驾驶员是酒后驾驶。基于单片机的酒精浓度监测系统的发明推广和普遍应用，不仅极大地降低了人们醉酒驾驶的概率，将车祸发生概率尽可能降低到最小，而且增加了广大司机群体的法律意识，加强了民族对法律法规的认识与对法律的敬畏程度。 1。2在全球的研究现状 全球研究现状 世界上最早的气体监测传感器是由外国科学家在1930年之后，开始进行研究的，到如今已经有着快一百年的历史了。尤其是21世纪之后，传感器的发展进入了迅猛期，市面上已经开始出现各式各样的传感器，且性能一代优于一代。其中的燃料电池型是在国内外市场销量最大的环保型的气体检测传感器。其原理是气体充分燃烧转化为电能，然后利用ad转换芯片，将酒精燃烧产生的电压检测出来，读取之后与实现编程好的数据表进行比较，然后显示屏上显示出气体的酒精浓度。这种检测方式成本较高，且仪器工艺制造要求很高，因此仪器较为昂贵。随着后来，半导体技术的越来越成熟和应用的普及，成为首选仪器[1]。 随着半导体酒精检测传感器性能的逐渐稳定和完善，酒精检测的精确度已经日渐平常。而且，随着单片机其中的核心控制芯片的飞速发展以及改进，其性能也必然会越来越优良。而MQ3气体酒精浓度检测传感器和单片机以及显示屏和蜂鸣器指示灯等元件组成的电路构成的酒精浓度检测仪器，其稳定性和可靠性已经越来越好。而因为私家车的普及，交通管制中为了极可能地减少车祸的发生，酒精检测仪的使用会越来越多，而且由于所有的仪器都有一定的保质期，为了仪器性能的更加稳定，国家定期就会更换一批设备，以保证马路秩序的井然有序。这样就会导致酒精检测仪的前景和市场极为广阔，需求量极大＠2 ，3，前两个问题的解决方法，可以有一个简易的解决方法，那就是使用一个精度较高的带ad转换功能的单片机芯片，这就可以不用外部搭建放大电路和ad转换芯片电路，而直接利用单片机自带的高精度ad转换功能，就可以实现。这个单片机自身带有的AD转化功能，能够达到对酒精测定数值的读取与转化，由此可以代替外接的ad转换芯片电路，节省精力和成本，并且简化了电路。同时这款单片机的ad转换具有高精度的特点，则可以将检测结果分成1024小份，来起到放大电路的作用。 ，4，单片机显示呼出气体的酒精浓度后，如何更加直观地让民警一下就知道此人是否酒驾，其方法是，先给单片机设一个酒驾范围临界值，如果驾驶员呼出的空气中酒精的浓度处于酒驾范围内，监测仪可通过蜂鸣器以及指示灯所发出的声光报警，以此来告诉民警，此人为酒后驾驶[3]。 二总方案设计 2。1分析 针对此设计，需要具有以下特点， ，1，核心采用单片机，构成数据采集系统，不需要任何其他计算机，数据的采样收集保存计算以及分析等过程就能完成。 ，2，低功率消耗微型化及超高性能价格比是本系统的特征。3，由此系统控制键盘和使用LCD显示实现人机交互。 2。2酒精浓度监测系统方案 系统设计过程中，需兼顾到酒精含量是把传输感应器的非电量部分转化为电量部分，这种传输感应器传出的是05V的电平数值，而且电平数值比较平稳，外部干扰小。图如图所示。 图21基本工作原理图 三硬件设计 3。1传感元件选用原则 监测系统重点直接监测呼出的空气中酒精所含量，接着再转变成血液当中所含有的酒精浓度，因此采取气敏传输感应器。周边空气当中包括的气体组分或许会影响到传输感应器的准确度，所以传输感应器仅对酒精气体敏感，不会对其它气体敏感，所以采取MQ3式的气敏传输感应器。高灵敏性，优良的选择性与长效应用周期，拥有较强的稳定性等均是其优势特征。MQ3式气敏感应器所包含的各类气敏器件有微型Al2O3，陶瓷管和二氧化锡敏感层，测定电极，加热器，气敏部件，为加热器提供了需要的条件。如图所示。 图31MQ3结构和外形图 图32MQ3结构图 图33传感器阻值变化率和相关条件关系图 3。2AD转换电路 系统中需经过传输感应器把各种非电量数据转变成电讯号才能够执行数据解析处理。将完成仿真量转变为数字量的元件称之为模数转化器，ADC，[4]。 此设计中选用的转换器是ADC0809。 3。2。1ADC0809的引脚及功能 此是逐一对比型模数转化器，它的精确度速率和价格方面都处于适中状态。系统采用的芯片是ADC0809。ADC0809的引脚和功能芯片如图34所示。 图34ADC0809引脚 START，数字电平从高电平变为低电平的那一瞬间启动AD转换。 EOC，。 OE，高电平有效输入。 为此可采用下述三种方式。 ，1，定时传送方式 ，，总线直接系统数据，通道选择表。 图35通道选择表 图36ADC0809的结构框图 3。2。3ADC0809连线图 ADC0809与单片机的连线图如图37所示。 图37ADC0809的连线图 3。389C51单片机系统 89c51实际上是种集成线路的芯片，它采取的是大规模技术，把拥有数据处理的性能，例如数学计算逻辑计算与信息传输与中断操作，的这类微型处理器，及脉冲宽度调制线路，用来仿真多路的转化器及模数转化器之类的线路，把其集中到一块芯片上，组成1个虽小但完备的一款计算机系统。上述线路能够在程序软件的调控下执行精确快速且高效的实现预设的工作任务[5]。 图3851单片机片内结构 元件都是经过内部单总线相连组成，其基础架构是处理器外加外部芯片这里固有的架构形式。但是处理器对各类功能的元件的调控均是采取这类独特功能的存储器，用于集中调控模式。 从硬件的层面来剖析，其和MCS51命令能完全兼容全新的AT89CXX型号机型，和外增EPROM才能够与8031单片机对比，抗干扰特性比较强，和87C51单片机技能匹配，但功耗更小[6]。 3。3。289C51芯片介绍 熟悉而且谨记各个管脚的相应功能，它的直插封装方式如图39所示。 图39单片机芯片管脚图 40只引脚按照各自功能来划分，可以分如下3类， 电源和时钟引脚，Vcc。Vss。XTAL1。XTAL2。 管脚一样能够外联到独立晶振器上。XTAL1连接外围1个管脚。此管脚的内部自身是反相放大器传入端。假如XTAL2连接外围晶体另一个接口，则在此管脚的内部连接反相的放大器的传出接口。假如运用外围时钟震荡器，则此管脚接收到时钟振荡器讯号，就把此讯号接收至内部时钟形成器的传入接口。 2控制引脚，这类管脚供应了调控讯号，其它的还拥有部分复用功能。 3。3。3晶振电路和复位电路 89C51单片机最大的特点是内置ROM或者EPROM，因此89C51单片机具有可靠的储存性能。89C51单片机经常应用于基础的电路系统，在使用时仅将89C51和时钟复位电路相连就能够组成最小的单片机单元模块。基于89C51单片机的最小系统原理图如图310所示＠78和19引脚与晶振电路相连时，单片机内部的自激振荡器就引发具有一定的频率波动区间，通常是在1。212MHz之间波动。 图31189C51内部时钟电路 (2)复位电路除了能够自动复位的功能还有着手动复位的功能。此次系统便是使用的按键手动复位功能。 图31289C51复位电路 ，3，89C51中断技术概述 中断需求通过中断响应来实现单片机的实时管理与监控。这种是通过片内的中断系统来进行实现的。出现中断需求且允许中断时，则单片机主程序接受到中断运行的信号并暂停工作。随后中断程序接手单片机主程序的工作，当中断程序处理结束之后则返回中断节点同时让主程序依然运作。中断响应和处理过程如图313。 图313中断响应和处理过程 3。4LCD1602液晶显示电路 工业显示模块，LCD1602A可以展示32个字符并且展示方式为16列2行。显示的东西主要是数字和专用符号和图形，以下优点。 当系统显示器接收到信号时就会发出稳定的光，这种光以多样的色彩和稳定的亮度形式出现。相比CRT而言，液晶显示器不需要被不间断的刷新，从而稳定的显示。 2。液晶显示器具有很多优势，一方面，液晶显示器的展示方式为阿拉伯数字。 3。液晶显示器更加的轻便，且容易携带。不仅如此还有低功耗特性。 ，1，引脚说明， 第1脚VSS 第2脚VDD 第3脚VL 第4脚RS 第5脚RW，高电平状态时显示忙，低电平状态时则能够输入数据。 第6脚E端，使能端，E端发生。 ，2，1602LCD的RAM地址映射以及标准字库表 LCD1602含160个不同的字符图，其中包括常用的符号数字26个英文字母日语片假名日语平假名等等。不同字符有其相应的代码。 指令，屏幕上文字是左移右移。指令，显示开关控制。D，指令，移SC位指令，10点阵字符，而低电平则对应5x7点阵字符。，部分模块DL，低电平和高电平对应的总线位数恰好相反，高电平对应8位总线，低电平对应4位总线，指令，F代表忙，如果高电平显示忙标注则显示模块暂停工作信号接收。如果低电平状态则代表不忙的信号，接收工作信号[8]。 1602内部显示地址如图314所示。 图3141602内部显示地址 液晶显示模块已经广泛的应用于各类电子设备和通信工具之中。 此设计灰度调节采用的是10k的电阻以及1k的电阻进行分压的形式，且灰度适中。液晶显示电路如图315所示。 图315液晶显示电路 3。5键盘电路 该设计选择低电平为数据读取按键，且单片机初始对应高电平的状态。 单片机键盘共有两种不同的接法，独立式和矩阵式。根据本次设计的要求使用独立式单片机键盘。 把按键端和地相连，另外一端与IO口相连。当程序启动时调节IO口为高电平的状态。如果按下按键则该IO口和地连通，从而把IO的高电平状态转换为低电平。当按键松开后，IO口继续保持高电平的状态。通过IO的状态就可以判断按键被按下还是被释放。 图316按键电路 3。6报警电路 3。6。1灯光提示电路如图317所示。 图317灯光提示电路 本设计利用LED指示酒精是否超标。 3。6。2声音报警电路如图318所示。 图318声音报警电路 在通电源后，振荡器音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。四软件设计 4。1软件介绍 KeilC51为微软公司出品的开发系统，C语言易学易用。KeilC51开发系统各部分功能使用。Keil_cKeil_c51软件界面 Protel99SE的软件页面如图42所示。 Protel99SE软件的特点， 电气连接网络表可生成30多种格式， 强大的全局编辑功能， ， ， Prtel99SE软件界面 4。2主程序框图 主程序流程图如图43所示。 图43主程序框图 4。3数据采集子程序程序框图 ADC0809启动之后进入初始化的状态，随机将0通道中电压大小05V模拟信号进行AD转换，并将数值信号存储[10]。数据采集子程序 图51通电之前系统整体原理图 图52系统启动缓冲过程图 图53报警整体电路图 图54系统不再报警 5。2结论 酒精浓度监测系统飞速发展。酒精浓度监测系统的更新换代速度也随之加快。 从工厂到企业，再到住户，酒精监测都存在，并且，食品加工，粮食酿酒等需要监测酒精浓度的地方有很多，其次呢，酒精浓度监测还可以有效减少酒后驾车，能够很好保护人身和财产安全。 首先了解了系统所要实现的功能，之后，依据功能选择了适当的硬件，再对系统进行了模块划分，之后一一突破。最后对个个模块进行了集成优化，得到完整系统。完成了这次酒精浓度监测系统的基本设计。 通过这个毕业设计，让我学到了很多专业课没有覆盖到的学识，使我在之后生活工作中，更得心应手。  七参考文献， [1]邹梦麒龚蒋。基于STC89C52单片机的酒精检测系统设计[J]。科技风2018(36):34。 [2]贾建。气体传感器智能测试系统和便携式酒精检测仪的研究...
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