基于單片機的酒精濃度測試儀設計畢業(yè)論文.doc

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1、山東科技大學學生畢業(yè)設計 目 錄 摘 要 ......................................................................................................................II Abstract ...................................................................................................................III 第一章 緒 論 .....................

2、......................................................................................1 1.1 酒精濃度檢測儀的背景 .............................................................................1 1.2 酒精濃度檢測儀的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .........................................................1 1.3 本課題實現(xiàn)的的目標 .........................

3、........................................................2 第二章 系統(tǒng)方案設計 .............................................................................................3 2.1 系統(tǒng)的工作原理及其原理圖 .....................................................................3 2.2 單片機控制模塊 ....................................

4、....................................................5 第三章 硬件設計 ...................................................................................................10 3.1 數(shù)據(jù)采集設計 ...........................................................................................10 3.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路 .................

5、..........................................................................11 3.3 按鍵電路 ...................................................................................................12 3.4 LED 顯示電路 ..........................................................................................13 3.5 報警

6、電路 ...................................................................................................15 3.6 電源電路設計 ...........................................................................................16 第四章 軟件設計 .................................................................................

7、..................17 4.1 主程序模塊 ...............................................................................................17 4.2 數(shù)據(jù)采集模塊 ...........................................................................................17 4.1 按鍵模塊 .........................................................

8、..........................................17 4.2 報警模塊 ...................................................................................................17 4.1 液晶顯示輸出模塊 ...................................................................................17 第五章 軟件設計 ....................................

9、...............................................................17 5.1.調(diào)試工具 ...................................................................................................17 5.2 調(diào)試過程 ...................................................................................................17 第六章 結 論 ....

10、.....................................................................................................19 參考文獻 .................................................................................................................20 山東科技大學學生畢業(yè)設計 附錄一 ..........................................................

11、...........................................................21 附錄二 .....................................................................................................................26 致 謝. .............................................................................................................

12、.........28 山東科技大學學生畢業(yè)設計 基于單片機的酒精濃度測試 摘 要 本文設計了一種公共場所用的測試和酒精濃度超限報警功能的智能酒精測試測試儀。該 設計方案基于 89C51 單片機， MQ3 酒精濃度傳感器。由 A / D 轉(zhuǎn)換器電路調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的 傳感器輸出信號，通過單片機進行數(shù)據(jù)處理，最終由 LCD 所顯示的最終酒精濃度值。文 中詳細介紹了數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理過程及報警電路和數(shù)據(jù)顯示子系統(tǒng)的設計方法 和流程。系統(tǒng)對的采樣地點超出規(guī)定的酒精濃度時二極管報警提醒。同時測試儀特定的 上限報警點可以由單片機編程進行設置。 大量的驗證后，基于 51 單片機的酒精濃度檢

13、測儀比傳統(tǒng)的酒精計或機械檢測儀靈敏，高 監(jiān)測精度，可靠性好，準確方便，擴展簡單，靈敏度高，控制功能強大。超過閾值的聲 光報警，直觀和準確。因此，基于單片機的酒精濃度檢測儀研究具有一定的價值。 關鍵詞： 酒精濃度傳感器 單片機 數(shù)模轉(zhuǎn)換 硬件設計 數(shù)碼管顯示 關鍵詞：智能電動小車；STC89C52；傳感器 山東科技大學學生畢業(yè)設計 Abstract This paper studies has been designed for public inspection and overrun alarm function with the alcohol concentration intell

14、igent tester. Its design scheme based on 89C51, MQ3 alcohol con centration sensor. System will sensor output signal through the A/D circuit recuperation, data pro cessing byMCU, finally by LCD display alcohol chroma value. This paper describes the data acquisition subsystem, data processing and data

15、 display subsystem and alarm circuit design methods and processes. System requirements for the sampling sites exceeding the alcohol concentration diode reminder alarm circuit monitors. Meanwhile, the operator specific alarm point for the upper limit set by MCU programming. Alcohol tester will bring

16、a driving signal prior to a safe. After a great deal of verification, based on SCM alcohol concentration monitor detector tha n traditional mechanical detector or alcohol plans, monitoring high precision, sensitivity, good de pendability, precise convenient extended simple, control powerful function

17、s. Beyond the value o f acousto- optic alarm, intuitive accurate. So based on SCM alcohol concentration monitor research has cert ain value. . Keywords: Alcohol concentration sensor microcontroller digital-to-analog Hardware design Digital pipe display 山東科技大學學生畢業(yè)設計 第一章 緒 論 1.1 酒精濃度檢測儀的背景 根據(jù)世

18、界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，2003 年純酒精的全球人均消費量是 6.2L，其中美州地區(qū) 人均為 8.7L，歐洲地區(qū)人均達到 11.9L。酒精消費量在俄羅斯以及附近各地東歐國家最 高，其次是其他歐洲國家。在人均國民生產(chǎn)總值（GDP ）少于$ 7000 低收入國家，酒精 消費量與人均 GDP 相關，GDP 越高酒精消費量越高。隨著我國經(jīng)濟水平的迅速發(fā)展和近年 來居民生活水平的提高，酒精消費量呈直線上升趨勢，隨之而來的是因為飲酒而造成的 一系列社會問題。如引起醉酒駕駛引起的交通意外。 當酒精在血液達到一定濃度時，就會出現(xiàn)神經(jīng)麻痹，導致大腦反應遲緩，身體不受 控制的癥狀。個人對外界的控制能力，反應能力就會下降

19、，處理緊急情況的能力也有所 下降。酒后駕駛，其血液中的酒精含量越高，就越容易發(fā)生撞車事件。據(jù)世界衛(wèi)生組織 的事故調(diào)查，約 50 ％-69 ％ 的交通事故與酒后駕駛有關，酒后駕車事故已被列為致死 的主要原因。在中國，每年由于醉駕造成的交通事故達數(shù)以萬起，危害觸目驚心，已成 為交通事故第一大“殺手” 。 酒后駕車造成了如此多的慘案，為了避免類似事故發(fā)生，酒精濃度檢測儀隨之的產(chǎn) 生。 1.2 酒精濃度檢測儀現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 對氣體中酒精含量檢測裝置的中有五種基本類型，即電化學型、燃料電池型、半導 體型、比色型型、紅外線型、氣體色譜分析型。然而，由于易用性以及價格等原因，目 前常用的只有燃料電池型、電化

20、學型和半導體型這幾種。 燃料電池是目前全世界廣泛研究的環(huán)保型能源?？扇細怏w可以直接轉(zhuǎn)換成電能，而 不會造成環(huán)境污染。酒精傳感器只是燃料電池的一個分支，燃料電池酒精傳感器使用鉑 貴金屬作為電極，采用特殊的催化劑填充燃燒室，使酒精充分燃燒轉(zhuǎn)化為電能，也就是 在兩個電極上產(chǎn)生電壓。外接負載上消耗的電能與進入燃燒室內(nèi)氣體的酒精濃度成正比。 與半導體型相比，燃料電池型呼氣式酒精測試儀，具有精度高、抗干擾、穩(wěn)定性好 等優(yōu)點。然而，由于燃料電池酒精傳感器的結構要求非常精密，并且制造相當困難。目 前，只有美國，英國，德國等少數(shù)國家能夠生產(chǎn)，加上材料成本高，所以價格相比于半 導體酒精傳感器是相當昂貴的。 1.3

21、 本課題實現(xiàn)的目標 1、酒精測試儀可以檢測氣體中的酒精/乙醇濃度； 山東科技大學學生畢業(yè)設計 2、液晶實時顯示酒精濃度數(shù)值和醉酒閾值； 3、當測量值>醉酒閾值，報警并亮燈。 第二章 系統(tǒng)方案設計 2.1 系統(tǒng)的工作原理及其原理圖 本系統(tǒng)以 STC89C52 單片機為核心，其芯片的內(nèi)存空間充足，方便 ISP 線上編寫以及 下載程序，適合本系統(tǒng)軟件的要求。其芯片擁有兩個計數(shù)器中斷，足夠完成本課題的設 計，該芯片對于時間的計算很精確，實時性很強，對于各個模塊的控制更靈活。并且 STC89C52 是可擴展的，使用靈活方便，價格低。由于酒精濃度檢測儀是把非電量轉(zhuǎn)換為 電量，并且通過傳感器輸出的是基本

22、不受外界干擾的穩(wěn)定電壓。因此，可以直接把傳感 器輸出的電壓值經(jīng) A / D 轉(zhuǎn)換器后所得到的數(shù)據(jù)送到單片機進行處理。此外，還需要外 接 4*4 鍵盤，LED 顯示，報警電路。 其總體框圖如圖 2-1 所示 圖2-1 總體設計框圖 鍵 盤 聲光報警電路 LED 顯示STC89C52 被測環(huán) 境 A/D 轉(zhuǎn) 換電路 氣敏傳感 器 山東科技大學學生畢業(yè)設計 2.2 單片機控制模塊 該模塊核心處理器為 ST89C52 單片機。單片機控制系統(tǒng)一般由最小系統(tǒng)和外接信號 I/O 口組成，其中最小系統(tǒng)包括 CPU 時序電路，復位電路以及電源。 2.2.1 STC89C52 的介紹 STC89C

23、52 是一款功耗低、處理速度快、抗干擾能力強的單片機，其指令代碼與傳統(tǒng) 的 8051 單片機完全兼容，擁有（12 時鐘/機器周期）和（6 時鐘/機器周期）兩種選擇。 2.2.2 STC89C52 的引腳功能說明圖 2.2.1 STC89C52引腳圖 VCC（40 引腳）：電源電壓 VSS（20 引腳）：接地 P0（P0.0～P0.7，39～32）：P0 口是一個漏極開路的 8 位雙向 I/0 口。作為輸出端 口，每個引腳能驅(qū)動 8 個 TTL 負載，對端口 P0 寫入“1”時，可以作為高阻抗輸入。在 訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復用總線。此 時，

24、P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。在 Flash ROM 編程時，P0 端口接收指令字節(jié)；而在校驗程 序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。 山東科技大學學生畢業(yè)設計 P1 端口（P1.0～P1.7，1～8 引腳）：P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P1 的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或者輸出電流方式）4 個 TTL 輸入。對端口寫入 1 時，通 過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1 口作輸入口使用時，因為 有內(nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流（TLL） 。 P2 端口（P2.0～P2.7，21～28 引腳）：P2 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的

25、 8 位雙向 I/O 端口。P2 的輸出緩沖器可以驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4 個 TTL 輸入。對端口寫入 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。P2 作為輸入口使用時， 因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（TLL） 。 P3 端口（P3.0～P3.7，10～17 引腳）：P3 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端 口。P3 的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4 個 TTL 輸入。對端口寫入 1 時， 通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P3 做輸入口使用時，因為 有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會

26、輸入一個電流（TLL ） 。 RST（9 引腳）：復位輸入。當輸入連續(xù)兩個機器周期以上高電平時為有效，用來完 成單片機單片機的復位初始化操作?？撮T狗計時完成后，RST 引腳輸出 96 個晶振周期的 高電平。特殊寄存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO 位可以使此功能無效。DISRTO 默認狀 態(tài)下，復位高電平有效。 ALE/PROG（30 引腳）：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 Flash 編程時，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。 PROG（29 引腳）：外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。 當 AT8

27、9C51RC 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， （PSEN ） 。在每個機器周期被激活兩次， 而訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， （PSEN ）將不被激活。 EA/VPP（31 引腳）：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外 部程序存儲器讀取指令，EA 必須接 GND。注意加密方式 1 時，EA 將內(nèi)部鎖定位 RESET。 為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA 應該接 VCC。在 Flash 編程期間，EA 也接收 12 伏 VPP 電壓。 XTAL1（19 引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2（18 引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。 2.2.3 最小

28、系統(tǒng)的設計及其原理圖 一個典型的單片機最小系統(tǒng)一般由時鐘電路、復位電路、晶振、片外 RAM、片外 ROM、按鍵、數(shù)碼管、液晶顯示器、外部擴展接口等部分組成。由于本設計的要求沒有 選用數(shù)碼管和液晶顯示器。 (1)時鐘源電路 單片機內(nèi)部具有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器。通常在引腳 XTALl 和 XTAL2 跨接石英晶體和兩個補償電容構成自激振蕩器，可以根據(jù)情況選擇 6MHz、 12MHz 或 24MHz 等頻率的石英晶體，補償電容通常選擇 30pF 左右的瓷片電容。 (2)復位電路 山東科技大學學生畢業(yè)設計 單片機的置位和復位都是為了把電路初始化到一個確定的狀態(tài)，一般來說單片機復 位

29、電路作用是把一個例如狀態(tài)機初始化到空狀態(tài)，而在單片機內(nèi)部，復位的時候單片機 是把一些寄存器及存儲設備裝入廠商預設的一個值。 單片機復位電路原理實在單片機的復位引腳 RST 上外接電阻和電容，實現(xiàn)上電復位。 當復位電平持續(xù)兩個機器周期以上時復位有效。復位電平的持續(xù)時間必須大于單片機的 兩個機器周期。具體參數(shù)值可以由 RC 電路計算出時間常數(shù)。 復位電路由按鍵復位和上電復位兩部分組成。 a.上電復位：STC89 系列單片機為高電平復位，通常在復位引腳 RET 上連接一個電容 到 VCC，再連接一個電阻到 GND，由此形成一個 RC 充放電回路保證單片機在上電時 RST 腳上有足夠時間的高電平進行復

30、位，隨后回歸到低電平進入正常工作狀態(tài)，這個電阻和 電容的典型值 10K 和 10uF。 b.按鍵復位：按鍵復位就是在復位電容上并聯(lián)一個開關，當開關按下時電容被放電， RST 也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會保持一段時間的高電平來使單片機復位。 (3) 振蕩電路 單片機系統(tǒng)里面都有晶振，在單片系統(tǒng)里晶振的作用非常大，全程叫做晶體振蕩器， 他結合單片機內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高， 那么單片機運行速度就越快，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時 鐘頻率。 在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達到百萬分之五十。高級的精度更 高。有些晶振還可

31、以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO） 。晶振 用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。 STC89C52 使用 11.0592MHz 的晶體振蕩器作為振蕩源，由于單片機內(nèi)部帶有振蕩電路， 所以外部只要連接一個晶振和兩個電容即可，電容容量一般在 15pF 至 50pF 之間。 (4) 外部擴展接口（串行通信） RS232 串口電路使用 MAX232 作為電平轉(zhuǎn)換芯片，可以通過串口電纜連接到計算機背 的 COM 口，用于單片機與上位機通信以及和其他串口設備的數(shù)據(jù)交互。 MAX 芯片是 MAXIM 公司生產(chǎn)的、包含兩路接收器和驅(qū)動器的芯片，

32、他的內(nèi)部有一個電 源電壓變換器，可以把輸入+5V 的電壓轉(zhuǎn)換成 RS-232 輸出電平所需的+10V。 電路板參數(shù)： 工作電壓：5V 輸入電壓：5.5-15V 電路板尺寸：87mm*43mm 此單片機最小系具有： LCD1602 液晶屏； 山東科技大學學生畢業(yè)設計 按鍵 2 只； 顯示 LED 2 只； 蜂鳴器 1 只； P1 口所有的引腳都設計有 5V 電源，方便接傳感器。 本單片機最小系統(tǒng)板設計使用 STC 公司增強型的 51 單片機，電路板設計了 MAX232 的電平轉(zhuǎn)換，可以方便采用電腦的串口對 STC 的單片機下載及與電腦或者單片機之間的 相互通信。 2.1.3最小系統(tǒng)原理圖 山東科

33、技大學學生畢業(yè)設計 第三章 硬件設計 3.1 數(shù)據(jù)采集設計 3.1.1 傳感器的選擇 氣體傳感器是氣體檢測系統(tǒng)的核心部分，一般安置在接收器的內(nèi)側。事實上其本質(zhì) 是將氣體的體積分數(shù)轉(zhuǎn)換成相應的電信號的轉(zhuǎn)換器。氣體樣品通過接收器過濾掉干擾氣 體以及雜質(zhì)，并且對氣體進行冷卻、干燥、提取以及化學處理，以便使傳感器的測量更 精確快速。傳感器的選擇需要考慮其靈敏度，穩(wěn)定性和抗腐蝕性，因此該設計選用 MQ3 型酒精傳感器。 3.1.2 測量電路 測量電路由 MQ3 酒精濃度傳感器和 TLC549 組成。MQ3 酒精傳感器經(jīng) TLC549 與 STC89C52 單片機相連，經(jīng)處理轉(zhuǎn)換后在 LED 顯示器上

34、顯示出酒精氣體的濃度值，當超過 設定閥值時報警。 3.1.3 模塊原理圖 3.1.3采集電路原理圖 山東科技大學學生畢業(yè)設計 3.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路 3.2.1 TLC549 工作原理 TLC549 有片內(nèi)系統(tǒng)時鐘，該時鐘與 I/O CLOCK 是獨立工作的，無需特殊待遇的速度 或相應匹配。器工作時序入 2 所示。 當 CS 為高時，數(shù)據(jù)輸出(DATA OUT）端處于高阻狀態(tài)，此時 I/O CLOCK 不起作用。 這種 CS 控制作用允許在同時使用多片 TLC549 時，共用 I/O CLOCK，以減少多路（片） A/D 并用時的 I/O 控制端口。 一般通常的控制時序為； 將 CS 置低。

35、內(nèi)部電路在測得 CS 下降沿后，在等待兩個內(nèi)部時鐘上升沿和一個下降 沿后，然后確認這一變化，最后自動將前一次轉(zhuǎn)換結果的最高位（D7）位輸出到 DATA OUT 端上。 前四個 I/O CLOCK 周期的下降沿依次移出第 2、3、4 和第 5 個位（D6、D5、D4、D3） ， 片上采樣保持電路在第 4 個 I/O CLOCK 下降沿開始采樣模擬輸入。 接下來的 3 個 I/O CLOCK 周期的下降沿移出第 6、7、8(D2、D1、D0)個轉(zhuǎn)換位。保持 功能將持續(xù) 4 個內(nèi)部時鐘周期，然后開始進行 32 個內(nèi)部時鐘周期的 A/D 轉(zhuǎn)換。第 8 個 I/O CLOCK 后，CS 必須為高，或 I

36、/O CLOCK 保持低電平，這種狀態(tài)需要維持 36 個內(nèi)部系 統(tǒng)時鐘周期以等待保持和轉(zhuǎn)換工作的完成。如果 CS 為低 I/O CLOCK 上出現(xiàn)一個有效干擾 脈沖，則微處理器/控制器將于器件的 I/OS 時序失去同步；若 CS 為高時出現(xiàn)一次有效低 電平，則將使引腳重新初始化，從而脫離原轉(zhuǎn)換過程。 在 36 個內(nèi)部系統(tǒng)時鐘周期借宿之前，實施步驟 1-4，可重新啟動一次新的 A/D 轉(zhuǎn)換， 與此同時，正在進行的轉(zhuǎn)換終止，此時的輸出是前一次的轉(zhuǎn)換結果而不是正在進行的轉(zhuǎn) 換結果。 若要在特定的時刻采樣模擬信號，應使第 8 個 I/O CLOCK 時鐘的下降沿與該時刻對 應，因為雖在第 4 個 I/

37、O CLOCK 時鐘下降沿開始采樣，卻在第 8 個 I/O CLOCK 的下降沿 開始保存。 3.2.2 TLC549 的原理圖 3.2.3 TLC549 原理圖 山東科技大學學生畢業(yè)設計 3.3 按鍵電路 3.3.1 模塊分析 本系統(tǒng)應用有人機對話功能，該功能即能隨時發(fā)出各種控制命令和數(shù)據(jù)輸入以及和 LCD 連接顯示運行狀態(tài)和運行結果。鍵盤分為：獨立式和矩陣式兩類，每一類按其編碼方 法又可以分為編碼和非編碼兩種。由于本系統(tǒng)只有 UP、DOWN 、OK 、CANCEL 4 個控制命 令，所需按鍵較少，所以本系統(tǒng)選擇獨立式按鍵。 獨立式按鍵是直接用 I/O 口線構成的單個按鍵電路。每個獨立式按鍵

38、占有一根 I/O 口線。各根 I/O 口線之間不會相互影響。在此電路中，按鍵輸入部采用低電平有效，上 拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O 口線有確定的高電平， （STC89C52 .P1 口內(nèi)部接有上拉電 阻）所以就不需要再外接上拉電阻。 鍵盤抖動的消除：抖動的消除大致可以分為硬件削抖和軟件削抖。 硬件削抖是采用硬件電路的方法對鍵盤的按下抖動及釋放抖動進行削抖，經(jīng)過削抖 電路后使按鍵的電平信號只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。 軟件削抖的基本原理是當檢測出鍵盤閉合時，先執(zhí)行一個延時子程序產(chǎn)生數(shù)毫秒的 延時，待接通時的前沿抖動消失后再判別是否有健按下。當按鍵釋放時，也要經(jīng)過數(shù)毫 秒延時，待后沿抖動消失后再判別鍵是否

39、釋放。 由于應用硬件削抖還需要外加器件，成本相對較高，所以本系統(tǒng)選擇軟件延時削抖 的方法。 3.3.2 鍵盤電路圖 3.4 LED 顯示電路 3.4.1 LCD1602 的介紹 LCD1602 液晶顯示模塊與計算機的接口電路有兩種方式。它與單片機的接口方法分為 直接訪問方式和間接控制方式。 山東科技大學學生畢業(yè)設計 直接訪問方式是把液晶模塊作為存儲器或 I/O 設備直接接在單片機的總線上，單片 機以訪問存儲器或 I/O 設備的方式操作液晶顯示模塊的工作。間接控制方式則不使用單 片機的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，而是利用它的 I／0 口來實現(xiàn)與顯示模塊的聯(lián)系。即將液晶顯示模塊的 數(shù)據(jù)線與單片機的 P0 口連接作為

40、數(shù)據(jù)總線，另外三根時序控制信號線通常利用單片機的 P2 口中未被使用的 I／O 口來控制。這種訪問方式不占用存儲器空間，它的接口電路與時 序無關，其時序完全靠軟件編程實現(xiàn)。本系統(tǒng)采用間接控制方式。 在單片機系統(tǒng)中應用液晶顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點： 顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度， 恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示 器畫質(zhì)高且不會閃爍。 數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作 更加方便。 體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的 目的，

41、在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕的多。 功耗低：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動 IC 上，因而 耗電量比其他顯示器要少的多。 在主電路圖中接在 P0 口處有一個排阻 RP1 ，由于 P0 口沒有內(nèi)接上拉電阻，為了為 P0 口外接線路有確定的高電平，所以要接上排阻 RP1，使用的是 10K 的排阻，以確保有 P0 口有穩(wěn)定的電平。電路連接圖見圖 4.9: LCD 按其顯示方式通?？梢苑譃閿嗍?、點字符式、點陣式等。還有黑白、多灰度、彩 色顯示等。液晶顯示原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有 電就顯示黑色，這樣就可以顯示出圖形。針對于本系統(tǒng)要顯示漢

42、字，字母，數(shù)字等，以 及其在一個界面同時要顯示的字數(shù)，本系統(tǒng)要以圖形的形式顯示各運行結果，我們最 終選擇 LCD1602 型號的 LCD。 ⑵ 字符顯示：字符顯示比較復雜，一個字符由 16x8 點陣 組成，即要找到和顯示屏是某幾個位置對應的 RAM 區(qū)的字節(jié)，再使不同的位置為‘1’其 他的為‘0’ ；為‘1’的點亮，為‘0’的不亮，這樣就顯示出一個字符。 3.4.2 LCD 的原理圖 山東科技大學學生畢業(yè)設計 3.4.2 LCD 的原理圖 3.5 報警電路 在單片機應用系統(tǒng)中，操作人員一般通過 LED 顯示器或指示燈來掌握系統(tǒng)的工作狀 況。但在某些特殊情況下，例如系統(tǒng)檢測到錯誤狀態(tài)等，為了引起

43、操作人員的注意，以 便及時采取措施，通常還需要一些更容易引起警惕的報警信號。此報警信號通常有三種 類型：一是閃光報警，閃爍的燈光容易引起注意;其次，蜂鳴報警，發(fā)出特定的聲音，更 容易提醒操作人員;最后，語音報警，報警不但能夠引起警惕，而且能夠直接給出危害信 息。其中，閃光報警和蜂鳴報警與語音報警相比結構簡單，編程容易，成本低廉。因此 本設計采用閃光報警和蜂鳴器報警，當測得值高于閥值，則發(fā)出警報。 3.6 電源電路設計 電源部分，在本次設計中，需要一個比較大的電壓源給一個 5V 的單片機供電源 山東科技大學學生畢業(yè)設計 第四章 軟件設計 4.1 主程序模塊 主程序?qū)崿F(xiàn)的功能：與硬件相結合實現(xiàn)便攜

44、式酒精濃度檢測儀的各個功能。主要是 檢測與顯示，時間調(diào)整與顯示，數(shù)據(jù)存儲。功能子函數(shù)的調(diào)用。 4.1 主程序流程圖 4.2.數(shù)據(jù)采集模塊 ⑴模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的主要功能就是將經(jīng)放大器放大的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為 MCU 能夠處 理的數(shù)字信號，并傳送給 MCU。 A/D 芯片的數(shù)據(jù) CS 口，連接 51 單片機的 P3.1 口，CLK 接 P3.2，D1 和 D0 接 P3.3 口。 工作時序如下所示： ADC0832 有 8 只引腳，CH0 和 CH1 為模擬輸入端，CS 為片選引 腳，只有 CS 置低才能對 ADC0832 進行配置和啟動轉(zhuǎn)換。CLK 為 ADC0832 的時鐘輸入端。 CS 在整個轉(zhuǎn)

45、換過程中都必須為低，當 CS 為低時，在數(shù)據(jù)輸入端 DI（數(shù)據(jù)輸入端）加一 個高電平，接著在 CLK 上加一個時鐘，DI 上的邏輯 1 就會使 ADC0832 的 DI 脫離高阻態(tài)， 然后通道配置數(shù)據(jù)伴隨著時鐘通過 DI 端移入多路器，當最后一位數(shù)據(jù)移入多路器時， ，DI 變?yōu)楦咦钁B(tài)，在這以前 DO（數(shù)據(jù)輸出端）都為高阻態(tài)。在經(jīng)過一個時鐘，DO 脫離高 阻態(tài)，從而啟動轉(zhuǎn)換。接著從處理器接收時鐘信號，每經(jīng)過一個時鐘，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)就 初始化時鐘 初 始 化LCD 屏 顯示開機畫面 顯示時間 顯示主菜單 初始化 CPU 開始 讀鍵 山東科技大學學生畢業(yè)設計 開 始使 能 芯 片 輸 入 通 道 控

46、制 字產(chǎn) 生 時 鐘 信 號 讀 取 2字 節(jié) 數(shù) 據(jù)字 節(jié) 數(shù) 據(jù) 校 驗送 入 指 定 寄 存 器 結 束 按 鍵 程 序 入 口按 鍵 按 下 ？調(diào) 用 延 時 程 序 按 鍵 釋 放 ？鍵 值 傳 送YN NY 會從高位到低位依次從 DO 移出，經(jīng)過 8 個時鐘后，數(shù)據(jù)又以從低位到高位的形式從 DO 移出（也是每個時鐘移一位） 。當最后一位數(shù)據(jù)移出時轉(zhuǎn)換完成。當 CS 從低變?yōu)楦邥r， ADC0832 內(nèi)部所有寄存器清零。如想要進行下一次轉(zhuǎn)換，CS 必須做一個從高到低的跳變， 后跟著地此配置數(shù)據(jù)重復上面的過程。 圖 4.2.1（b）運行圖 4.3.按鍵模塊 ⑴按鍵時顯現(xiàn)人機對話的一個控制

47、按鈕，通過按鍵的操作，對系統(tǒng)進行發(fā)送操作指 令，后經(jīng)與 MCU 串行通信，然后在液晶上顯示。 按鍵的四個鍵分別接 P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,由于 P1 口具有上拉電阻，所以不在需要 加上拉電阻進行電壓的放大。 山東科技大學學生畢業(yè)設計 忙 ? 入 口讀 狀 態(tài) 字 寫 指 令 代 碼 /顯 示 數(shù) 據(jù)讀 顯 示 數(shù) 據(jù) 否是 4.4.報警模塊 系統(tǒng)設定閥值并保存在以 50H 開始的 3 個單元，為了便于比較和顯示，閥值的千位 放入 50H 中，百位和十位放入 51H，個位放入 52H 中。報警電路分為蜂鳴器報警電路和 LED 發(fā)光報警電路組成。當輸入端為低電平時，有電流通過

48、蜂鳴器，蜂鳴器發(fā)出聲音報警， 而當輸入端為高電平時不報警。 報警子程序執(zhí)行之前，將報警閥值轉(zhuǎn)換為壓縮的 BCD 碼并存放在兩個存儲單元中， 傳感器輸入值 A/D 轉(zhuǎn)換后，調(diào)用比較程序，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后顯示的測量值與閥值比較， 小于閥值則繼續(xù)執(zhí)行顯示程序，若大于閥值則將單片機的輸入端清零進行聲光報警。 40H、41H、42H 單元存放 A/D 轉(zhuǎn)換后，并進行十進制轉(zhuǎn)換后的結果。40H 和 50H 分別存放 的是處理后的測量值與閥值的千位的壓縮 BCD 碼，41H 和 51H 分別存放的是處理后的測量 值與閥值的百位、十位壓縮的 BCD 碼，42H 和 51H 分別存放的是處理后的測量值與閥值的 個

49、位的壓縮 BCD 碼。程序首先對 40H、50H 中的值進行比較大小，如果 40H 中的值大于 50H 中的值，則進行報警。依次類推，比較 41H 和 51H，42H 和 52H。 4.6.液晶顯示輸出模塊 LCD 模塊在本系統(tǒng)中主要起著開界面漢字顯示，以及各控制效果的顯示。采用直接訪 問方式。 . 山東科技大學學生畢業(yè)設計 第五章 系統(tǒng)調(diào)試仿真與實物焊接 5.1.調(diào)試工具 儀器名稱 用途 電腦 下載調(diào)試程序 五糧液一瓶 作為測試物 移動電源 供電 USB 轉(zhuǎn)串口數(shù)據(jù)線 下載程序以及通電 5.2.焊接調(diào)試過程 焊接前應對整個電路板進行檢查。首先，使用萬用表檢查電路板線路是否有斷路情 況，若是沒

50、有問題，則可以對元器件進行焊接。焊接前對元器件要進行測量、篩選，選 擇與電路中參數(shù)值相對應的電阻、電容。芯片的選擇，則要注意其規(guī)格、型號和安裝是 否與設計要求一致。在焊接時，應仔細對照原理圖，核查各元器件引腳的焊接是否正確。 焊接完成之后，需要逐一檢查每個部件的引腳，檢查信號線是否短路、引腳有沒有 虛焊以及再檢查引腳功能，查看設計是否正確。檢查焊接沒有問題后，就可以進行加電 測試。加電測試是調(diào)試重要部分。根據(jù)模塊化設計的思想，應該先測試電源部分，系統(tǒng) 加電時，檢測每個端口以及各個器件的電源部分有沒有正常工作以及是否過熱，如若是 的話，可能是電路短路或元器件損壞，需要經(jīng)過進行仔細檢查之后再加電。

51、反之，可以 檢測其功能。 由于系統(tǒng)是比較復雜的硬件，硬件電路組裝，焊接完成后，可能無法正常運作。為 了調(diào)試的簡便，使用模塊調(diào)試法。加電之前，首先要檢查電源電壓的大小和極性，否則 可能損毀芯片。檢查各引腳的電壓， VCC 和 GND 間的電壓在 5V ? 5.5V 之間是正常的。 在完成硬件調(diào)試之后，軟件調(diào)試是非常重要的。根據(jù)模塊調(diào)試法，系統(tǒng)軟件調(diào)試也 要進行模塊劃分，從而使調(diào)試過程有條不紊地進行，而不會出現(xiàn)混亂。 首先，檢查 LCD1602 液晶顯示器。對 LCD1602 進行加電后，查看其是否可以顯示， 如果可以，則按按鈕調(diào)整標準閥值。 然后，調(diào)試 MCU 和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，LCD 模塊的調(diào)試

52、成功后，對模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行調(diào)試， 測試一個設置電壓，如果 LCD1602 可以正常顯示數(shù)據(jù)，則調(diào)試成功。 最后對傳感器模塊進行調(diào)試，根據(jù)該傳感器的標準，輸入 8V 的高電壓和 5V 的標準 電壓，如果傳感器能通過 AD 轉(zhuǎn)換，最后在 LCD1602 上顯示正常，則調(diào)試成功，完成以上 步驟之后，就開始進行程序的運算，從而使顯示器實現(xiàn)酒精濃度值的顯示。 山東科技大學學生畢業(yè)設計 第五章 結 論 如今,隨著人民生活水平的不斷提高 ,私家車的數(shù)量在不斷增加 ,這也導致了交通事故的逐年增長,其中酒 駕占了很大一部分。因此,便攜式酒精濃度檢測儀的設計和開發(fā)的引起了人們的注意。為了滿足這種需 求,便攜式酒精

53、濃度檢測器應運而生。針對市場的需求 ,該設計必須符合輕便易攜帶，性價比高的原則。 該酒精濃度檢測議的設計包括硬件和軟件兩方面的設計。針對之前的設計的要求,我使用 STC89C52 單片機為主體芯片。 采用 C 語言編寫軟件,c 語言具有模塊化、可控性好和可移植性。軟件的編寫以模塊化為核心,根據(jù) 功能的不同劃分不同的模塊, 每個模塊單獨設計。該系統(tǒng)模塊包括傳感檢測模塊、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、液晶 顯示模塊和報警模塊 由于所學知識的限制，本系統(tǒng)實現(xiàn)的功能不是很健全 ，但在設計該系統(tǒng)的過程中， 讓我學會了系統(tǒng)設計的方法，和養(yǎng)成了系統(tǒng)思考的思維方式。 首先要了解系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能；其次根據(jù)功能去選擇相應的

54、硬件資源；再次將一 個大的系統(tǒng)進行模塊化劃分，然后逐一去攻破。最后把所有模塊進行優(yōu)化整合，便得到 了一個完整的系統(tǒng)?；谶@樣的思路，完成了便攜式酒精濃度檢測儀的基本設計。 同時由于本設計是采用在 proteus 上進行仿真，在 keil 軟件上進行編程，最后二者 聯(lián)調(diào)，實現(xiàn)設計任務，但在仿真是無法實現(xiàn)酒精濃度的測試，因此本設計采用滑動變阻 器模擬傳感器檢測酒精濃度時輸出的模擬信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換輸入單片機，從而從液晶顯示上 顯示出來。通過對本次畢業(yè)設計，我學習了很多在大學遺漏的知識，讓我在以后的工作 中，更加的得心應手。這不僅僅是一次簡單的畢業(yè)考察，而是對我們?nèi)甏髮W所學得知 識的總結。 山東科技大學

55、學生畢業(yè)設計 參考文獻 [1] 何立民.單片機高級教程應用與設計[M].北京:北京航空航天大學出版,2007. [2] 鄭義,陳俊.用 AT89C52 和 TLC1543 實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].北京：電子世界雜志編輯 部,2004. [3] 鄭學堅.微型計算機原理及應用.北京：清華大學出版社,2006. [4] 李維提.郭強．液晶顯示應用技術.北京：電子工業(yè)出版社，2000． [5] 王幸之.AT89 系列單片機原理與接口技術.北京：北京航空大學出版社,2004. [6] 何希才.傳感器及其應用.北京：國防工業(yè)出版社,2001. [7] 單成祥.傳感器的理論與設計基礎及其應用[M].北京：國

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57、京：清華大學出版社，2006. [15] 徐愛鈞.彭愛華.單片機高級語言 C51 應用程序設計[M].北京：北京工業(yè)出版 社， 1999. [16] 馬忠梅.單片機的 C 語言應用程序設計[M].北京:北京航空航天大學出版社, 1997. 山東科技大學學生畢業(yè)設計 附錄一 1.系統(tǒng)原理圖 2.實物圖 山東科技大學學生畢業(yè)設計 3.檢測源程序 * 文件名 ： 液晶 1602 顯示.c * 描述 : 該程序?qū)崿F(xiàn)了對液晶 1602 的控制。 ***********************************************************************/ #inclu

58、de "1602.h" #include "math.h" /******************************************************************** * 名稱 : delay() * 功能 : 延時,延時時間大概為 140US。 * 輸入 : 無 * 輸出 : 無 ***********************************************************************/ void delay() { int i,j; for(i=0; i<=50; i++) for(j=0; j<=2; j++) ; }

59、/******************************************************************** * 名稱 : Convert(uchar In_Date) * 功能 : 因為電路設計時， P0.0--P0.7 接法剛好了資料中的相反，所以設計該函數(shù)。 * 輸入 : 1602 資料上的值 * 輸出 : 送到 1602 的值 ***********************************************************************/ uchar Convert(uchar In_Date) { /* uchar i

60、, Out_Date = 0, temp = 0; for(i=0; i> i) Out_Date |= (temp <= 0) { sign = 0; } else { sign = 1; } temp = abs(num); baiwei = temp / 100; temp = temp - baiwei*100; shiwei = temp / 10; gewei = temp - shiwei*10; num = abs(num); if (num>=100) { if (sign == 1) //負數(shù) { L1602_c

61、har(hang, lie, -); } L1602_char(hang, lie+1, baiwei+48); L1602_char(hang, lie+2, shiwei+48); L1602_char(hang, lie+3, gewei+48); } else if (num>=10) { 山東科技大學學生畢業(yè)設計 if (sign == 1) { L1602_char(hang, lie+1, -); } L1602_char(hang, lie+2, shiwei+48); L1602_char(hang, lie+3, gewe

62、i+48); } else { if (sign == 1) { L1602_char(hang, lie+2, -); } L1602_char(hang, lie+3, gewei+48); 山東科技大學學生畢業(yè)設計 山東科技大學學生畢業(yè)設計 山東科技大學學生畢業(yè)設計 山東科技大學學生畢業(yè)設計 致 謝. 本人在做設計期間，得到了楊老師的精心指導，多次尋找相關資料，為我指點迷津，幫 助我開拓思路。楊老師以其嚴謹求實的治學態(tài)度，高度的敬業(yè)的精神，兢兢業(yè)業(yè)、孜孜 以求的工作作風和大膽創(chuàng)新的進取精神對我產(chǎn)生重要影響。她淵博的知識、開闊的視野 和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時楊老師致力要求我自己獨立完成設計，培養(yǎng)我以 后做事的獨立性。 持續(xù)幾個月的忙碌，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，雖然不是特別完美，但它凝聚了多方 的心血，作為一個專科生的畢業(yè)設計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方， 如果沒有導師的督促指導，同學們的支持合作，想要完成這個設計是難以想象的。和他 們的接觸及溝通不僅使我樹立了遠大的學術目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白 了許多待人接物與為人處世的道理。 在此深深得感謝楊老師，和一直在過程中幫助過我們的的老師，以及指導，關心和幫助 的同學和朋友，感謝你們使得我不斷的在學習中進步成長。