基于AT89C51单片机酒精浓度检测仪

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1、.西安邮电大学毕业设计（论文）基于AT89C51单片机酒精浓度检测器学院（系）： 专业班级：学生姓名： 指导教师： 精品.学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容

2、编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在 年解密后适用本授权书2、不保密囗 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 年 月 日导师签名： 年 月 日精品.西安邮电大学本科生毕业设计（论文）任务书学生姓名 专业班级 指导教师 工作单位 设计（论文）题目：基于AT89C51单片机酒精浓度检测器设计（论文）主要内容：本课题的主要功能是设计一个采用AT89C51单片机的酒精浓度探测仪，酒精传感器采用MQ-3型，传感器的作用是将酒精气体浓度信号转化为可以让ADC采集的电信号，同时让电信号驱动LED，LED亮度代表酒精浓度，ADC采集的数

3、据传输给51单片机，并由51单片机控制，采用液晶显示器LCD1602显示酒精的浓度。要求完成的主要任务：1、查阅不少于15篇的相关资料，其中英文文献不少于3篇，并完成开题报告。2、掌握51系列单片机原理及编程技术，熟悉ADC0809的工作原理及特性；LCD1602显示技术。3、用altium designer绘制其原理图，由于资金有限，没有打印出PCB板，用面包板焊接实物。4、完成不少于5000字的英文文献翻译。5、完成不少于14000字的毕业论文。必读参考资料：1 何立民MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术M北京：北京航天航空大学版社，2009精品.2 吴建平传感原理及器应用

4、第二版M浙江科学技术出版社，2011指导教师签名 系主任签名 院长签名（章）精品.西安邮电大学本科学生毕业设计(论文)开题报告1、检测仪的目的及意义从英国工业革命以来，到二十一世纪信息技术的高速发展，传感技术越来越走进人类的生活，为人类的生活提供了各种方便。传感器深入社会生活的各个领域，在人类的各个领域都无法代替的作用，目前传感器向高可靠性，高精度，微小型化，功耗低和数字化智能化发展，以便更好的为人类的工作和生活提供服务。本课题是基于单片机AT89C51的酒精浓度测试仪，主要是检测酒精气体的浓度，开车司机只要将嘴对着传感头使劲吹气，LCD1206就能准确显示出酒精浓度的高低，从而判断该驾驶员是

5、否有酒后驾车的行为，这样就可以有效的避免交通事故的发生。 本课题所采用的MQ-3气敏传感器，半导体酒精传感器MQ-3所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在酒精蒸汽时，传感器的电导率随空气中酒精气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-3半导体酒精传感器对酒精的灵敏度高，可以抵抗汽油、烟雾、水蒸气的干扰。这种传感器可检测多种浓度酒精气氛，是一款适合多种应用的低成本传感器。2、CPU和ADC的选择51单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断

6、处理)的微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O口)，可能还包括定时计数器精品.，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD或LED驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个虽小然而完善的计算机系统。本课题选用的开发平台为keil单片机集成开发环境。ADC0809是一种逐次比较式8路模拟输入、8位数字量输出的A/D转换器。由图可见，ADC0809共有28个引脚，采用双列直插式封装。LCD1206显示具体数值。根据以上内容选定技术方案。气体传感器遇到酒精气体后，其阻值会发生变化，所要

7、测的电压发生也相应的变化，驱动相应的LED发光，这样就可以显示酒精浓度的高低。单片机连续地采集经ADC0809模数转换后的变化的电压值，数据处理后由LCD1206来显示。3、进度安排第1-3周：查阅相关文献，确定课题的内容，确定所需技术知识和电路板需要的电子元器件。确定技术方案，并完成开题报告。第4-6周：画出技术流程图，编写C程序。第7-10周：焊接面包，画出电路图，并对软件调试。第10-15周：完成并提交论文，对论文进行修改定稿。第16周：完成并完善毕业论文。第17周：准备毕业论文答辩。4、指导教师意见精品. 指导教师签名： 年 月 日精品.目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.

8、1 设计背景11.2 气敏传感器的研究现状11.3 设计酒精气体传感器的意义21.4 本文主要研究工作22 硬件电路设计与实现42.1 单片机开发流程42.2 硬件系统框图42.3 信号采集电路52.4 信号转换电路82.5 发光二极管显示报警电路142.6 数码管显示电路162.7 系统整体电路图183 软件编程203.1 开发环境203.2 程序流程203.3 程序代码编写224 电路调试与测试结果284.1 电路调试28精品.4.2 浓度与显示之间的关系295 结束语33参考文献34附 录35致 谢38精品.摘 要本课题主要目的是采用一种能简单高效地测量酒精浓度，让其应用在日常生活中，尤

9、其是交警部门。酒精浓度测量仪采用51单片机作为处理器，传感器采用常见的气体传感器MQ-3，ADC采集数据提供给CPU处理，二极管是电流器件，电流越大，其亮度就越高，所以本文采用其来显示酒精的浓度，非常直观。LCD1206显示酒精浓度的数据，如果酒精浓度超过了设计的值，蜂鸣器就会发出报警。课题一般分为硬件和软件：硬件主要是需要元器件，比如气体传感器，CPU，外围硬件电路，细分一点就是蜂鸣器，电阻电容电感等。气体传感器将其体现信号转换成电信号，ADC采集电信号后，将数据传输给CPU，CPU将数据处理后，将采取行动，第一点亮LED，第二，将酒精浓度用LCD1206显示。软件部分，采用C语言编程，汇编

10、语言属于低级语言，枯燥难懂，而C语言属于高级语言，简单易懂，开发环境采用KEIL编译器。酒精检测仪主要应用于酒驾，为社会的和谐和安全献出一份力量。关键词：气体传感器，ADC转换器，51单片机精品.Abstract The main purpose of this project is to use a simple and efficient measurement of alcohol concentration, so that it is used in daily life, especially the traffic police department. Alcohol conce

11、ntration tester with 51 MCU as the processor, the sensor adopts the common gas sensor MQ-3, ADC data acquisition to the CPU, the diode is the device current, current increases, the brightness is high. Therefore, this paper uses the alcohol concentration, very intuitive. LCD1206 shows the alcohol con

12、centration of the data, if the alcohol concentration exceeds the value of the design, the buzzer will issue a warning.The topic is generally divided into hardware and software: hardware is mainly required components, such as gas sensors, CPU, peripheral hardware circuit, the breakdown of a point is

13、the buzzer, resistance, capacitance, inductance, etc. Gas sensor will be the reflected signal is converted to electrical signals, ADC telecommunications, data are transmitted to the CPU, the CPU will data processing, will take action, first lit led, second, alcohol concentration lcd1206 display. Sof

14、tware part, using C language programming, assembly language is a low-level language, boring and difficult to understand, and C language is a high-level language, easy to understand, the development environment using KEIL compiler. Alcohol detector is mainly used in drunk driving, for the social harm

15、ony and security to give a strength.Key Words: Gas sensor, A/D conversion, 51 Microcomputer精品.1 绪论1.1 设计背景 21世纪以来，随着中国经济快速发展，汽车得到很大的普及，大陆的交通事故越来越多，汽车的普及给人类带来的便捷，但同时，日益严重的交通事故严重威胁的人们的安全，其正很主要原因之一就是司机酒后驾车。酒后驾车特别容易发生交通事故；为了减少这种不安全的行为；本文提出了一种基于AT89C51单片机的超低功耗酒精探测控制仪，可以自动对酒精浓度进行探测，这样就可以检测驾驶员是否有酒驾行为。该系统具有

16、性价比高，智能化程度高，工作稳定可靠的优点。1.2 酒精检测仪的简单概述 酒后驾车是导致交通事故的一个主要因素,为了确保机动车辆驾驶人员是否酒后驾车,需要实时对人体呼气中酒精浓度进行检测,酒精浓度测试仪在生活中得到广泛应用。 酒精探测仪介绍了一种利用酒精传感器、A/ D 转换器、51单片机、电该系统以CPU为核心, 加上外围电路，如控制电路、蜂鸣器报警电路、LCD显示电路。由于具有设备可靠性较高, 因此此设备具有较高的生活实用价值。1.3 设计酒精浓度探测仪的意义本课题基于AT89C51单片机设计的酒精气体浓度探测仪，可用来检测酒精气体浓度，最主要的用途是检测司机的酒精含量。酒后驾车出现交通事

17、故的概率比不饮酒的行为要高许多。血液中酒精浓度由万分之五增到千分之一，发生车祸的概率将增加五倍，如果增浓度至万分之十五，可能性将增加六倍。机动车驾驶人员“酒后驾车” 和“醉酒驾车精品.”非常容易发生道路交通事故, 极大危害了道路交通安全运输和人民生命安全。当驾驶人员饮酒后, 酒精将通过消化系统被人体吸收, 经过血液循环, 绝大部分的酒精将通过肺部排出, 因此可以测量呼气中的酒精浓度, 这样就可以判断驾驶员的醉酒程度。驾驶人员只需要将嘴对酒精检测仪器使劲吹气，检测仪器就能自动的显示出驾驶人的酒精浓度的高低，从而判断该司机是否酒后驾车，这样避免交通事故的发生。1.4 本课题主要研究内容本文以AT8

18、9C51单片机为核心，设计应用于测量酒精浓度的探测仪，主要研究工作包括以下2个方面。（1）硬件电路方面，对气体传感器MQ-3按检测电路，接上一定阻值的负载电阻，检测它的技术参数，确定MQ-3所接负载电阻的大小，完成电信号采样电路的设计；采样到的模拟电压电信号通过ADC转换，将采集到的数据传输给单片机，再由单片机作相应的数据处理；蜂鸣器报警和LCD1206酒精浓度值显示。（2）软件方面，软件平台采用KEIL，将编写好C程序，编译链接后，生产HEX文件，通过ISP下载口将代码下载51单片机中，其主要工作是将ADC采集的数据变成酒精浓度，配置单片机相关的寄存器。酒精浓度越大,LED的亮度就越高，这个

19、是通过CPU的PWM波来实现的，PWM的占空比越高，电流就越大，LED的亮度就越高。当酒精浓度等于大于设定的参数时，开启蜂鸣器，就是通过IO输出高电平，打开三极管，也就是让三极管导通，这样蜂鸣器就开始报警了。2 酒精检测仪硬件部分2.1 AT89C51单片机的简介单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力的微处理器(CPU)，只读程序存储器(ROM)，随机存取数据存储器(RAM)，输入输出精品.口(I/O口)，可能还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD或LED驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成

20、一个虽小然而完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。51单片机的片内结构如图1所示。它把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。按功能划分，它有如下功能部件组成： 微处理器（CPU）。 数据存储器(RAM)。 程序存储器（ROM/EPROM）。 4个8位并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）。 一个串行口。 2个16位定时器、计数器。 中断系统。 特殊功能寄存器（SFR）。从硬件角度来看，与MCS-51指令完全兼容的新一代AT89CXX系列机，比在片外加EPROM才能相当的8031单片机抗干扰性能强，与87

21、C51单片机技能相当，但功耗小。程序修改直接用+5V或+12V电源擦除，更显方便、而且其工作电压放宽至2.7V-6V，因而受电压波动的影响更小，而且4K的程序存储器完全能满足单片机系统的软件要求，故AT89C51单片机是构造本检测系统的更理想的选择。 AT89C51芯片有40条引脚，采用双列直插式封装，如图1所示。下面说明各引脚功能。 精品.图1 AT89C51芯片管脚40只引脚按其功能来分，可分为如下3类： 电源及时钟引脚：Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。电源引脚接入单片机的工作电源。Vcc接+5V电源，Vss接地。时钟引脚XTAL1、XTAL2外接晶体与片内的反相放大器构成了1个晶

22、体振荡器，它为单片机提供了时钟控制信号。2个时钟引脚也可外接独立的晶体振荡器。XTAL1接外部的一个引脚。该引脚内部是一个反相放大器的输入端。这个反相放大器构成了片内振荡器。如果采用外接晶体振荡器时，此引脚接地。XTAL2接外部晶体的另一端，在该引脚内部接至内部反相放大器的输出端。若采用外部时钟振荡器时，该引脚接受时钟振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。 控制引脚：、ALE、RESET（RST）。此类引脚提供控制信号，有的还具有复用功能。 RST/VPD引脚：RESET（RST）是复位信号输入端，高电平有效。当单片机运行时，在此引脚加上持续时间大于2个机器周期（24个振荡周

23、期）的高电平时，就可以完成复位操作。在单片机工作时，此引脚应为精品.0.5V低电平。VPD为本引脚的第二功能，即备用电源的输入。当主电源发生故障，降低到某一规定值的低电平时，将+5V电源自动接入RST端，为内部RAM提供备用电源，以保证片内RAM的信息不丢失，从而使单片机在复位后能正常进行。 ALE/ 引脚：ALE引脚输出为地址锁存允许信号，当单片机上电正常工作后ALE引脚不断输出正脉冲信号。当单片机访问外部存储器时，ALE输出信号的负跳沿用于单片机发出的低8位地址经外部锁存器锁存的锁存控制信号。即使不访问外部锁存器，ALE端仍有正脉冲信号输出，此频率为时钟振荡器频率的1/6。 为该引脚的第二

24、功能。在对片内EPROM型单片机编程写入时，此引脚作为编程脉冲输入端。 引脚：程序存储器允许输出控制端。在单片机访问外部程序存储器时，此引脚输出脉冲负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。此引脚接外部程序存储器的OE（输出允许端）。 /VPP引脚：功能为片内程序存储器选择控制端。当引脚为高电平时，单片机访问片内程序存储器，但在PC值超过0FFFH时，即超出片内程序存储器的4KB地址范围时将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当引脚为低时，单片机只访问外部程序存储器，不论是否有内部程序存储器。 I/O口引脚：P0、P1、P2、P3，为四个8位I/O口的外部引脚。P0口、P1口、P2口、P3口是3个

25、8位准双向的I/O口，各口线在片内均有固定的上拉电阻。当这3个准双向I/O口作输入口使用时，要向该口先写1，另外准双向口I/O口无高阻的“浮空”状态。由于单片机具有体积小、质量轻、价格便宜、耗电少等突出特点，所以本系统采用89C51单片机，硬件设计电路图如图1所示。89C51内部有4KB的EPROM，128字节的RAM，所以一般都要根据所需存储容量的大小来扩展ROM和RAM。本电路精品.接高电平，没有扩展片外ROM和RAM。 时钟电路复位电路89C51单片机I/O口气气体传图2 AT89C51单片机最小系统设计电路2.2 硬件系统框图基于AT89C51单片机用MQ-3型气体传感器实现酒精气体浓

26、度的检测，需要信号采集模块用于对酒精浓度信号的采集，该信号是通过MQ-3气体传感器和负载电压得到分压电信号。信号转换模块用来把采集到得模拟电压信号转换位可以用单片机处理的数字信号。LCD1602显示模块是对单片机处理后的数字信号的显示，用来显示酒精的浓度。报警模块是对设定值提供报警功能，该功能用发光二极管显示。根据各功能模块的设计，可得到它的系统总框图，如图1所示。精品.酒精气体MQ-3调节PWMLEDADC080951单片机LCD1206图3 系统总框图2.3 信号采集电路2.3.1 气体传感器的特性气气体传感器器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样

27、品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。 气体传感器是化学传感器的一大门类。从工作原理、特性分析到测量技术，从 所用材料到制造工艺，从检测对象到应用领域，都可以构成独立的分类标准，衍生出一个个纷繁庞杂的分类体系，尤其在分类标准的问题上目前还没有统一，要对其 进行严格的系统分类难度颇大。接下来了解一下气体传感器的主要特性：1、稳定性精品.稳定性是指传感器在整个工作时间内基本响应的稳定性，取决于零点漂移和区 间漂移。零点漂移是指在没有目标气体时，整个工作时间内传感器输出响应的变化。区间漂移是指传感器连续置于目标气体中的输出响应变化，表现为传感器输出信 号在工作时间内的降

28、低。理想情况下，一个传感器在连续工作条件下，每年零点漂移小于10%。2、灵敏度灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量之比，主要依赖于传感器结构 所使用的技术。大多数气体传感器的设计原理都采用生物化学、电化学、物理和光学。首先要考虑的是选择一种敏感技术，它对目标气体的阀限制或最低爆炸限的百分比的检测要有足够的灵敏性。3、选择性选择性也被称为交叉灵敏度。可以通过测量由某一种浓度的干扰气体所产生的 传感器响应来确定。这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应。这种特性在追踪多种气体的应用中是非常重要的，因为交叉灵敏度会降低测量的重复 性和可靠性，理想传感器应具有高灵敏度和高选择性。4、抗

29、腐蚀性抗腐蚀性是指传感器暴露于高体积分数目标气体中的能力。在气体大量泄漏时，探头应能够承受期望气体体积分数1020倍。在返回正常工作条件下，传感器漂移和零点校正值应尽可能小。气体传感器的基本特征，即灵敏度、选择性以及稳定性等，主要通过材料的选择来确定。选择适当的材料和开发新材料，使气体传感器的敏感特性达到最优。一个新型的气体检测系统应该包括：（1）基于一种或几种传感技术的气体传感器。精品.（2）组合了气体传感器和采样调理电路的探头。（3）配有人机接口软件的中心监测和控制系统。（4）在一些应用中，与其它安全系统和仪器的接口。本设计中的酒精气体传感器采用河南汉威电子有限公司的MQ-3型,它属于MQ

30、系列气敏元件的一种。如图2所示：图4 MQ-3特点:检测范围为10ppm2000ppm ；灵敏度高，输出信号为伏特级；响应速度快，小于10秒；功耗小于0.75W，尺寸：D17*H10。 MQ-3型气敏传感器的敏感部分是由金属氧化物（二氧化锡）的N型半导体微晶烧结层构成。当其表面吸附有被测气体酒精分子时，表面导电电子比例就会发生变化，从而其表面电阻会随着被测气体浓度的变化而变化。由于这种变化是可逆的，所以能重复使用。MQ-3的灵敏度特性曲线如 图3所示。精品.图5 MQ-3灵敏度特性曲线2.3.2 ADC采样电路ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图8所示，它由8路模

31、拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与TTL兼容。 精品.START CLKOEVR(+) VR()VCCGNDEOCD0.D7三态输出锁存器8位A/D转换器地址锁存与密码CBAALE8 路模拟量开 关IN7.IN0图6 ADC0809内部结构ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图9所示。下面说明各引脚功能。 图7 ADC0809芯片精品.IN0IN7：8路模拟量输入端。 2-12-8：8位数字量输

32、出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。如表1所示。ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START：A/D转换启动信号，输入，高电平有效。 EOC：A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一+5V。 GND：地。 ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使AL

33、E=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。当检测到酒精气味时，气体传感器的A-B间电阻变小，则ADC0809的模拟输入端IN0的电压变大。采用查询方式对输入模拟信号进行A/D转换，然后将数据通过三位八段数码管显示。精品.表1 ADC0809通道地址ADDC ADDB ADDA 选通通道0

34、 0 0IN00 0 1IN10 1 0IN20 1 1IN31 0 0IN41 0 1IN51 1 0IN61 1 1IN7ADC0809芯片内部没有时钟脉冲源，可以用单片机提供的地址锁存控制输入信号ALE经D触发器二分频后，作为 ADC0809的时钟输入。ALE端信号的频率是单片机时钟频率的1/6。单片机的时钟频率是11.0952MHz，则ALE端输出信号的频率为1.8492MHz，再二分频后为0.9246Hz，符合ADC0809对时钟频率的要求。由于ADC0809具有三态输出数据琐存器，其8位数据输出端可以直接与数据总线相连。地址选通端ADDA，ADDB，ADDC分别与单片机地址总线的低

35、三位A0，A1，A2相连，用于选通IN0-IN7中的某一通道。由于ALE和START连在一起，ADC0809在锁存通道地址的同时启动A/D转换。在读取A/D转换结果时，OE产生的正脉冲信号用于打开三态输出锁存器。ADC0809的EOC信号与单片机的P3.3相连，作为A/D转换是否结束的状态信号供单片机查询。ADC0809与AT89S51单片机的接口电路如图10所示11。单片机引脚P3.6与P2.7进过或非门后于模数转换芯片的ALE端和START端子用导线相连接，用于对模数转换芯片写入数据的写信号。单片机的RD端P3.7与P2.7进过或非门后于模数转换芯片的OE端子用导线相连接，作为单片机读取模

36、数转换数据的读信号。单片机引脚P3.3与模数转换芯片的EOC端经过或非门后的输出端用导线相连接，用于单片机对模数转换是否结束的查询，模数转换结束后可以查询到P3.3为高电平，为单片机读取数据作准备。单片机的ALE端口接到D触发器的时钟信号输入端CK，D触发器的反相输出端与触发信号输入端用导线相连，D触发器的清零和复位端为低电平有效，分别接高电平，D触发器的正向输出端与模数转换芯片的CLK端子用导线相连接，为模数转换芯片提供正常的时钟信号。把模数转换芯片的A2精品.A1A0端分别用导线连接到地址锁存器的低三位，用于选择模数转换的通道。模数转换芯片的IN0端子用导线与信号采样部分的负载电阻端相连，

37、作为要模数转换的输入端。单片机引脚P0.0P0.7连接到模数转换芯片的数据输出端D0D1D2D3D4D5D6D7端，用于读取模数转换后的数据。地址地址锁存芯片74LS373的输入端低三位分别与单片机引脚P0.0P0.2连接，用于锁存选择模数转换通道的地址。图8 ADC0809与单片机AT89C51接口电路精品.2.4 发光二极管显示报警电路LED英文单词的缩写，主要含义：LED = Light Emitting Diode，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光；它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。据分析，LED的特点非

38、常明显，寿命长、光效高、辐射低与功耗低。作为目前全球最受瞩目的新一代光源，LED因其高亮度、低热量、长寿命、无毒、可回收再利用等优点，被称为是21世纪最有发展前景的绿色照明光源。我国的LED产业起步于20世纪70年代，经过近40年的发展，产品广泛应用于景观照明和普通照明领域，我国已成为世界第一大照明电器生产国和第二大照明电器出口国。近几年来，随着人们对半导体发光材料研究的不断深入，LED制造工艺的不断进步和新材料（氮化物晶体和荧光粉）的开发和应用，各种颜色的超高亮度LED取得了突破性进展，其发光效率提高了近1000倍，色度方面已实现了可见光波段的所有颜色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出现

39、，使LED应用领域跨越至高效率照明光源市场成为可能。曾经有人指出，高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后，最伟大的发明之一。 本设计利用LED指示酒精是否超标。图9 LED显示原理图如图12所示，LM3914的3和9引脚接电源正极，使发光二极管成柱状显示，7和8引脚接一个2K的电阻，控制发光二极管的亮度，5引脚为采样信号的输入端，10到18引脚和1引脚分别接发光二极管的负极端，4和2引脚与发光二极管的正极间接一个10F精品.的电容，作为发光二极管的虚电源，驱动要反光的二极管点亮。当检测到酒精气味时，气敏传感器的A-B间电阻变小，LM3914的5端电位升高，通过比较放大，驱动发光二极管依次发

40、光，从而区分出酒精含量的高低，直观的看出所测的酒精浓度达到了哪个水平值，起到报警的作用。输入灵敏度可以通过负载电阻的调节来实现，即对地电阻调小时灵敏度下降；反之，灵敏度增加。改变7脚与8脚之间电阻的阻值可以调节发光二极管的显示亮度，当阻值增加亮度减弱，反之加强。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。1压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。

41、多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互缠绕蜂鸣器的驱动电路一般都包含以下三个部分：一个PNP三极管、一个蜂鸣器、一个限流电阻。蜂鸣器为发声元件，在其两端施加直流电压（有源蜂鸣器）或者方

42、波（无源蜂鸣器）就可以发声，其主要参数是外形尺寸、发声方向、工作电压、工作频率、工作电流、驱动方式（直流/方波）等。这些都可以根据需要来选择。本设计采用有源蜂鸣器。精品.三极管Q1起开关作用，其基极的低电平使三极管饱和导通，使蜂鸣器发声；而基极高电平则使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。图10 蜂鸣器原理图2.6 LCD1206显示电路LCD1602A 是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02 即32个字符。（16列2行）。在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。

43、在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED数码管、液晶显示器。发光管和LED数码管比较常用，软硬件都比较简单。在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。 精品.液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。 液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。 相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，

44、因而耗电量比其它显示器要少得多。 （1）引脚说明：第1脚：VSS为地电源。 第2脚：VDD接5V正电源。 第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。 第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液

45、晶模块执行命令。 第714脚：D0D7为8位双向数据线。 第15脚：背光源正极。 第16脚：背光源负极。（2）精品.液晶显示的原理是利用液晶的物理特性， 通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。本设计的灰度调节是采用10k电阻和1k电阻分压的形式，灰度适中。液晶显示电路如下图11 LCD1206电路3 软件编程3.1 开发环境本课题选用的开发环境为keil单片机集成开发环境，在笔记本电脑安装keil软件，然后在keil

46、软件代码编辑器编辑程序代码，经过编译，产生单片机识别机器代码，形成输入输出口实验十六进制.HEX文件。 2009年2月发布Keil uVision4，Keil uVision4引入灵活的窗口管理系统，使开发人员能够使用多台监视器，并提供了视觉上的表面对窗口位置的完全控制的任何地方。新的用户界面可以更好地利用屏幕空间和更有效地组织多个窗口，提供一个整洁，高效的环境来开发应用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，还添加了一些其他新功能。精品.2011年3月ARM公司发布最新集成开发环境RealView MDK开发工具中集成了最新版本的Keil uVision4，其编译器、调试工具实现与ARM器件的

47、最完美匹配。3.2 程序流程当检测到酒精气味时，气体传感器MQ-3两个电极端A-B间电阻将变小，对应与气体传感器负载电阻的分压将变大。因为ADC0809的模拟输入端IN0与负载电阻的一端用导线连在了一起。所以单片机在启动测试模数转换芯片之前要选择通道0，写入模数转换芯片，并将用作查询的单片机引脚P3.3置位，然后启动对通道IN0端输入的采集电压信号作模数转换，等待转换的结束。利用单片机丰富的I/O口可以采用查询方式来检测模数转换是否结束，当单片机引脚P3.3为1时转换未结束等待，当查询到P3.3为0时表示模数转换已经结束，可以开始读取数据了。单片机通过I/O口与模数转换芯片的数据输出口相连读取

48、转换后的数据。读取后的数据送到数据存储器单元中，经过单片机作相应的处理，即要将该电压值转换为酒精浓度值，然后处理后的数据转换成三位十进制BCD码用数码管显示。程序流程图如图12所示。精品.单片机选择A/D通道地址启动ADCADC数据采集完成LCD1602显示NY初始化寄存器单片机上电CPU读取数据并作处理图12 程序流程图精品.3.3 程序代码编写系统电源线接通或者系统复位后，程序从main()函数入口进入运行。因为在程序中每次对模数转换后读取的数据，需要相应的存储空间，同时对读取的数据作适当处理后也要送到特定的存储空间存储起来，以供后面的LCD1602显示用。当然，在程序运行的过程当中，还要

49、用到工作寄存器，因为工作寄存器都是临时存储数据，不需要保存作为以后处理要用到的数据，所以工作寄存器的初始化这部分可以省去。先定义单片机的管脚的作用。sbit LED_R= P22; /红色指示灯sbit LED_G= P20; /绿色指示灯sbit FENG = P25; /蜂鸣器sbit san=P34; /继电器ADC0809引脚定义sbit ST=P33;sbit EOC=P36;sbit OE=P32;把读到数据保存到eeprom的函数。void write_eeprom()SectorErase(0x2000);byte_write(0x2000, WARNING);byte_wri

50、te(0x2060, a_a);精品.从eeprom读出来的相应的函数void read_eeprom()WARNING = byte_read(0x2000);a_a = byte_read(0x2060); 对模拟电压信号的数字转换由模数转换芯片ADC0809加单片机AT89S51控制来完成。模拟电压的输入端接在模数转换芯片的IN0通道，再根据单片机与模数转换芯片的连接，单片机在选择读写地址时应该为#7FF8H。因为单片机高8位地址位的P2.7位与单片机的位经或非后与模数转换芯片的START和ALE用导线连接。所以单片机在将地址#7FF8H写入模数转换芯片后，一方面模数转换芯片锁存地址选择

51、线的状态，从而选通相应的模拟通道，同时启动模数转换。模数转换需要一定的时间，这时可以开始对转换是否结束进行不断的查询。ADC0809中模数转换结束输出标志位是EOC，转换结束时为高电平有效。该位通过一个反相器与单片机引脚P3.3相连，因为启动模数转换之前P3.3位被置位，所以当查询到P3.3位为0时即表示模数转换结束。最后将转换后的数据读取到单片机累加器A中。根据这思路可以写出模数转换的子程序代码。uchar ADC0809()uchar temp_=0x00;/初始化高阻态OE=0;/转化初始化精品.ST=0;/开始转化ST=1;ST=0;/外部中断等待AD转换结束while(EOC=0)/

52、读取转换AD的值OE=1;temp_=Data_ADC0809;OE=0;return temp_;LCD1206相关程序LCD1602初始化程序void Init1602() uchar i=0; write_com(0x38);/屏幕初始化 write_com(0x0c);/打开显示 无光标 无光标闪烁 write_com(0x06);/当读或写一个字符是指针后一一位 write_com(0x01);/清屏 write_com(0x80);/设置位置 .精品. for(i=0;i16;i+) write_data(Init1i); write_com(0x80+0x40);/设置位置 fo

53、r(i=0;i12;i+) write_data(Init2i); LCD1206显示程序void Display_1602(uchar NOW_NUM,uchar SET_NUM)/显示函数write_com(0x80+11); /选中第一行第十一列write_data(0+NOW_NUM/100); /显示数据write_data(0+NOW_NUM/10%10);write_data(0+NOW_NUM%10);write_com(0x80+0x40+11); /第二行第十一列write_data(0+SET_NUM/100);write_data(0+SET_NUM/10%10);wr

54、ite_data(0+SET_NUM%10);精品. 打开实验开发平台keil单片机集成开发环境，在keil软件代码编辑器编辑程序代码，经编译，链接，产生单片机可以执行代码HEX文件，将其下载51单片机中。精品.4 酒精检测仪调试和测试结果4.1 电路调试打开keil软件，将写好的调试程序代码在计算机上输入、汇编、产生单片机可执行代码，即.HEX文件。电路连接好，讲HEX文件烧写到AT89C51单片机上后，接上+5V电源开始调试。先把气体传感器探头用一个阻值为20k的电阻替代，复位单片机，观察LCD1206上的显示数据和发光二极管的点亮情况。用万用表测量采样点的电压值，看用万用表测得的电压值与

55、LCD1206上显示数据是否一致。因为各导线和元器件对电压电流的影响，LCD1206显示的数据与万用表测得的数据存在一定的偏差，但在可接受的范围内。调节电位器，观察LCD1206数据显示的变化，同样用万用表测量电压值作比较。测量数据与LCD1206显示数据基本一致，说明电路数码管显示部分连接正确。然后，再把电位器阻值从0开始逐渐调大，在每过一个0.12V电压后观察相应发光二极管点亮，说明发光二极管显示部分电路连接正确。调试电路其他功能模块正确后，将预热足够长时间能正常工作的气体传感器MQ-3换上原来20k的电阻。准备好若干个不同浓度的酒精气体样品，检测气体传感器是否能正常工作。当把不同浓度的酒

56、精溶液样品靠接气敏传感器时，各自对应一个不同的数据显示，说明整体电路已经完全正确。如图12所示，硬件电路中发光二极管显示和LCD1206显示都正确后，表明所连接的硬件电路已经调试成功。这时候可以配制几个酒精溶液对调试电路作初步测试。图17所示是测量其中一个样品溶液时显示的数值。精品.图12 调试电路图4.2 酒精浓度与LCD显示之间的关系4.2.1 传感器的定标为了使LCD1206上正确显示所测的酒精气体浓度值。曲线图是酒精浓度值与电压的之间的关系，所以要显示酒精浓度值，需要找到电压与浓度之间的关系，然后才能建立酒精浓度值与显示的映射关系。测量用的酒精溶液是用无水乙醇和纯净水按体积比来配制的，

57、单位mL/mL表示的是1mL酒精溶液中含酒精的体积。采用多个不同浓度的酒精气体样品，从低到高，依次用气敏传感器检测，记录对应的电压值，记录样品的浓度和电压值之间的关系，如图13所示。根据曲线图的走向可以看出传感器的酒精浓度检测大致范围，然后根据这个范围选择7个合适的浓度值，多次测量电压值，再取平均值作为最后电压值，把6个标准区间范围定下来，如表3所示。精品.图13 浓度与电压关系曲线图表3 样品对应电压值样品浓度C(mL/mL)C1C2C3C40.3753.683.543.603.613.610.3333.193.203.173.223.200.1672.762.742.732.742.740

58、.1002.332.352.342.302.330.0331.741.701.751.731.730.0201.471.421.431.461.450.0100.760.740.760.730.75在酒精气体浓度的每个小区间内，将电压值与LCD1206显示值之间的关系当作线性处理，即每段小区间对应着一个线性映射关系，如表4所示。在要作不同线性转换电压区间范围和对应的线性转换关系确定好了以后，根据表4所对应的关系，修改数据处理程序部分，建立酒精浓度和电压之间的关系。使最终显示的数据为酒精浓度值。这样，一个完整的基于AT89精品.C51单片机酒精浓度探测仪就设计出来了。表4 浓度与电压线性映射关系

59、电压值区间(V)浓度转换关系3.613.20C=0.11*V-0.0223.202.74C=0.35*V-0.7892.742.33C=0.17*V-0.2962.331.73C=0.11*V-0.1561.731.45C=0.046*V-0.0471.450.75C=0.014*V4.2.2 酒精测试仪测试结果采用0.011mL/mL、0.014mL/mL、0.025mL/mL、0.170mL/mL四种酒精浓度，测试结果分别为：011、015、023、156。测量的最大误差为8.2%对于检测浓度低的酒精误差比检测浓度高的酒精误差小，这也是设计的该酒精浓度探测仪适合与检测酒后驾车的原因，因为人

60、在饮酒后，从呼吸道呼出的酒精气体浓度一般都不是很高。 如图13所示是测试数据显示的结果，这套装置可以检测不同浓度的酒精溶液。图中13中LCD1206为0.190mL/mL的酒精溶液。精品.图13 电路板焊接电路图4.2 浓度与显示之间的关系5 结束语MQ-3属于半导体电阻式传感器，其灵敏度非常高，响应速度快，而且可重复性使用。当传感器的敏感部分吸附有酒精分子时，表面的导电电子比例就会发生变化，从而其表面电阻会随着被测酒精气体浓度的不同而发生相应的变化，且这种变化是可逆的，可重复使用。MQ-3接上一定阻值的负载电阻，即可构成对酒精气体浓度的检测部分。负载电阻的分压值即对应着一个酒精气体的浓度值，只需对该分压值采样，就可得到要测酒精气体浓度值的信号。将该信号通过A/D转换，将模