酒精濃度監(jiān)控裝置

1、內蒙古科技大學本科生課程設計說明書內蒙古科技大學智能儀表綜合訓練設計說明書題 目：酒精濃度監(jiān)控裝置學生姓名：張春霞學 號：0867112218專 業(yè)：測控技術與儀器班 級：2008-2指導教師：孫采鷹 講師43摘要從工廠企業(yè)到居民家庭，酒精泄露的檢測、監(jiān)控以及對酒后駕車的監(jiān)測，對居民的人生和財產安全都是十分重要且必不可少的。近年來，隨著我國經濟的高速發(fā)展，人民的生活水平迅速提高，越來越多的人有了自己的私家車，而酒后駕車造成的交通事故也頻頻發(fā)生。為此，需要設計一智能儀器能夠監(jiān)測駕駛員體內酒精含量。此外，空氣酒精濃度監(jiān)測儀還能監(jiān)測某一特定環(huán)境的酒精濃度如酒精生產車間可避免發(fā)生起火、爆炸及工業(yè)場地酒

2、精中毒等惡性事故，確保環(huán)境安全。本課題設計的是一種以MQ-303A氣敏傳感器和AT89C52單片機為主，監(jiān)測空氣酒精濃度，并具有聲光報警功能、電機控制及LCD顯示功能的空氣酒精濃度監(jiān)控裝置。其可監(jiān)測出空氣環(huán)境中酒精濃度值，并根據不同的環(huán)境設定不同的閾值，對超過的閾值進行聲光報警來提示危害最后通過電機吹風進行控制。本設計可用于車載監(jiān)控及倉庫等有防火要求的地方。關鍵字：AT89C52單片機；空氣；酒精濃度；監(jiān)控系統(tǒng)目錄摘要I第一章 緒論11.1 酒精濃度監(jiān)控裝置的研究背景11.2 酒精濃度監(jiān)控裝置的發(fā)展歷程11.3 酒精濃度監(jiān)控裝置設計意義2第二章 總體方案設計32.1酒精傳感器32.2 STC8

3、9C52單片機42.3 ADC0832模數轉換52.4 LCD1602液晶顯示62.5編譯軟件介紹9第三章 硬件設計103.1 STC89C52單片機主控模塊電路103.1.1 STC89C52單片機的晶振電路103.1.2 STC89C52單片機的復位電路113.1.3 STC89C52單片機的最小系統(tǒng)123.2酒精檢測模塊133.3 ADC0832模數轉換電路設計133.4按鍵與指示燈電路143.5 LCD1602液晶顯示設計153.6報警電路設計163.7直流電機控制電路173.8串行通信電路設計183.9外部電源供電電路19第四章 軟件設計204.1編譯語言的選擇204.2主程序模塊2

4、04.3 A/D轉換模塊214.4電壓濃度轉換的推導及程序設計234.5 1602顯示程序設計25第五章 系統(tǒng)調試275.1系統(tǒng)硬件調試275.2軟件調試275.3軟、硬件聯調27第六章 總結28參考文獻29附錄A 本設計原理圖30附錄B 本設計PCB圖31附錄C 本設計源程序32第一章 緒論1.1酒精濃度監(jiān)控裝置的研究背景酒精的重要作用，是逐漸使得腦部及神經系統(tǒng)反應遲鈍這也是許多人喜歡適量飲酒的主要原因。喝一、兩杯酒對人有鎮(zhèn)定或松弛的作用。即使是少量的酒精，也沒有刺激振奮的作用，這跟許多人的想法正好相反。然而，酒精有時會造成抑制力明顯減弱，這會導致創(chuàng)造力的出現，或者是有時候會導致實際的侵略攻

5、擊性行為。在一些工廠的酒精生產車間有時會發(fā)生酒精泄露事故，可避免發(fā)生起火、爆炸及工業(yè)場地酒精中毒等惡性事故，所以需要設計一個酒精濃度監(jiān)控裝置來避免事故的發(fā)生。單片機是大規(guī)模集成電路技術發(fā)展的產物，屬于第四代電子計算機。它是把中央處理單元CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、定時/計數器以及I/O輸入輸出接口電路等主要計算機部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。它的特點是：功能強大、運算速度快、體積小巧、價格低廉、穩(wěn)定可靠、應用廣泛。由此可見，采用單片機來對酒精濃度進行控制，具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點。因此，單片機對酒精濃度的控制問題是一個工業(yè)和生活中經常遇到的問題。1.

6、2酒精濃度監(jiān)控裝置的發(fā)展歷程以對氣體中酒精含量進行檢測的設備有五種基本類型，即：燃料電池型（電化學）、半導體型、紅外線型、氣體色譜分析型、比色型。但由于價格和使用方便的原因，目前常用的只有燃料電池型（電化學型）和半導體型兩種。燃料電池是當前全世界都在廣泛研究的環(huán)保型能源，它可以直接把可燃氣體轉變成電能，而不產生污染，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采用貴金屬白金作為電極，在燃燒室內充滿特種催化劑，使進入燃燒室內的酒精充分燃燒轉變?yōu)殡娔埽簿褪窃趦蓚€電極上產生電壓，電能消耗在外接負載上，此電壓與進入燃燒室內氣體的酒精濃度成正比。與半導體型相比，燃料電池型呼氣酒精測試儀具有穩(wěn)定

7、性好，精度高，抗干擾性好的優(yōu)點。但是由于燃料電池酒精傳感器的結構要求非常精密，制造難度相當大，目前只有美國、英國、德國等少數幾個國家能夠生產，加上材料成本高，因此價格相當昂貴，是半導體酒精傳感器的幾十倍。在應用方面，目前最廣泛的是可燃性氣體氣敏元件傳感器，已普及應用于氣體泄漏檢測和監(jiān)控，從工廠企業(yè)到居民家庭，應用十分廣泛。1.3酒精濃度監(jiān)控裝置設計意義近年來，隨著我國經濟的高速發(fā)展，人民的生活水平迅速提高，越來越多的人有了自己的私家車，而酒后駕車造成的交通事故也頻頻發(fā)生。酒后駕車引起的交通事故是由于司機的過量飲酒造成人體內酒精濃度過高，麻痹神經，造成大腦反應遲緩，肢體不受控制等癥狀。少量飲酒并

8、不會有上述癥狀，即人體內酒精濃度比較低時，而人體內酒精超過某一個值時就會引起危險。為此，需要設計一智能儀器能夠監(jiān)測駕駛員體內酒精含量。目前全世界絕大多數國家都采用呼氣酒精測試儀對駕駛人員進行現場檢測，以確定被測量者體內酒精含量的多少，以確保駕駛員的生命財產安全。此外，空氣酒精濃度監(jiān)測儀還能監(jiān)測某一特定環(huán)境的酒精濃度如酒精生產車間可避免發(fā)生起火、爆炸及工業(yè)場地酒精中毒等惡性事故，確保環(huán)境安全。第二章 總體方案設計酒精濃度監(jiān)控裝置采用MQ303A氣敏傳感器，AT89C52單片機實現空氣酒精濃度實時測量，通過LCD顯示屏顯示。超過設定閾值具有聲光報警功能。該模塊要有一個單片機最小系統(tǒng)，檢測模塊檢測到

9、的信號經過A/D轉換經單片機的處理實現聲光報警，通過鍵盤切換顯示出相應的濃度、電壓。并且驅使電機轉動進行控制。該系統(tǒng)的硬件框圖如圖2.1。圖2.1 酒精濃度監(jiān)控裝置系統(tǒng)框圖2.1酒精傳感器MQ-303A是一種二氧化錫半導體型酒精氣體傳感器。其有很高的靈敏度、良好的選擇性、長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。MQ3型氣敏傳感器由微型Al2O3陶瓷管和SnO2敏感層、測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼的腔體內，加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件。MQ3型氣敏傳感器的結構和外形如圖2.2所示，MQ3酒精傳感器如圖2.3所示。 MQ3型氣敏傳感器對酒精具有高的靈敏度和快速的響應性，適于

10、便攜式酒精探測器和汽車燃火系統(tǒng)等。圖2.2 MQ3的結構和外形圖圖2.3 MQ3酒精傳感器2.2 STC89C52單片機控制主板采用STC89C52作為核心芯片。STC89C52是低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8K bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和256K bytes的隨機存取數據存儲器，器件采用高密度，非易失性存儲技術生產，與標準MCS-51指令系統(tǒng)及8051產品引腳兼容，片內置通用8位中央處理器和FLASH存儲單元，功能強大，STC89C52單片機適用于許多較為復雜控制應用場合。主要性能參數：增強型6時鐘/機器周期，12時鐘/機器周期8051CPU工作電壓

11、：3.4V-5.5V工作頻率范圍：0-40MHZ,相當于普通單片機8051的0-80MHZ，實際工作頻率可達48MHZ。通用I/O口（32/36個），復位后為：P1/P2/P3是準雙向口（普通8051傳統(tǒng)I/O口），P0是開漏輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAJ(在應用可編程)，無需專用編程器?？赏ㄟ^串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，8K程序3秒即可完成一片用戶應用程序空間8K字節(jié)可重擦寫FLASH閃存存儲器時鐘頻率：0Hz24MHz256字節(jié)內部RAM32個可編程I/O口線 共3個16位定時/計數器 6個中斷源可編程

12、串行UART通道低功耗的空閑和掉電模式片內振蕩器和時鐘電路封裝：PDIP-40，PLCC-44，PQFP-44。在本系統(tǒng)中，選擇的是PDIP-40封裝。STC89C52引腳圖如圖2.4所示。圖2.4 STC89C52引腳圖2.3 ADC0832模數轉換ADC0832為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉換要求。其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉換時間僅為32S，據有雙數據輸出可作為數據校驗，以減少數據誤差，轉換速度快且穩(wěn)定性能強。通過DI 數據輸入端，可以輕易的實現通道功能的選擇。ADC0832 具有以下特點： （1）

13、8 位分辨率； （2) 雙通道 A/D轉換； （3）輸入輸出電平與TTL/CMOS 相兼容； （4）5V 電源供電時輸入電壓在 05V 之間； （5）工作頻率為 250KHZ，轉換時間為 32S； （6）一般功耗僅為 15mW； （7）8P、14PDIP（雙列直插）、PICC 多種封裝；本設計中采用的是8PDIP封裝的ADC0832，其引腳圖如圖2.5所示。圖2.5 ADC0832的引腳圖2.4 LCD1602液晶顯示LCD1602字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數字、符號等點陣式LCD，目前常用16×1，16×2，20×2和40×2行等的液晶

14、顯示模塊，模塊組件內部主要由LCD顯示屏、控制器、列驅動器和偏壓產生電路構成。LCD1602液晶顯示屏分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應用中并無差別，兩者尺寸差別如圖2.6所示：圖2.6 LCD1602尺寸圖1602液晶顯示屏采用標準的16腳接口，其中各引腳的功能如下：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會使屏幕顯示不清晰，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。第4腳：RS為數據/命令選擇端，高電平時選擇數據寄存器、低電平

15、時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫選擇端，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數據。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數據線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極2.5 編譯軟件介紹Keil軟件簡介：單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通

16、過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于MCS-51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發(fā)技術的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作

17、系統(tǒng)。Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現高級語言的優(yōu)勢。第三章 硬件設計本設計的硬件部分按功能可分為以下幾個部分：（1） STC89C52單片機主控模塊電路（

18、2） MQ-303A酒精傳感器檢測模塊（3） ADC0832模數轉換電路（4） 按鍵與指示燈電路（5） 1602液晶顯示電路（6） 報警電路（7） 直流電機控制電路（8） 串行通信電路（9） 外部電源供電電路3.1 STC89C52單片機主控模塊電路3.1.1 STC89C52單片機的晶振電路單片機工作的過程中各指令的微操作在時間上有嚴格的次序，這種微操作的時間次序稱作時序，單片機的時鐘信號用來為單片機芯片內部各種微操作提供時間基準，89C52的時鐘產生方式有兩種，一種是內部時鐘方式，一種是外部時鐘方式。內部時鐘方式即在單片機的外部接一個晶振電路與單片機里面的振蕩器組合作用產生時鐘脈沖信號，外

19、部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內，此方式常用于多片89C52單片機同時工作，以便于各單片機的同步，這種方式適宜用來使單片機的時鐘與外部信號保持同步。一般要求外部信號高電平的持續(xù)時間大于20ns.且為頻率低于12MHz的方波。為了盡量降低功耗，所以采用內部時鐘方式。STC89C52單片機的晶振電路如圖3.1所示：圖3.1 STC89C52單片機的晶振電路在89C52單片機的內部有一個震蕩電路，只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡稱晶振）就構成了自激振蕩器并在單片機內部產生時鐘脈沖信號，圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率，電容值一般為20pF，晶振選擇的是11.0

20、592MHz。3.1.2 STC89C52單片機的復位電路單片機開始工作的時候，必須處于一種確定的狀態(tài)，否則，不知哪是第一條程序和如何開始運行程序。端口線電平和輸入輸出狀態(tài)不確定可能使外圍設備誤動作，導致嚴重事故的發(fā)生；內部一些控制寄存器（專用寄存器）內容不確定可能導致定時器溢出、程序尚未開始就要中斷及串口亂傳向外設發(fā)送數據。因此，任何單片機在開始工作前，都必須進行一次復位過程，使單片機處于一種確定的狀態(tài)。當在89C52單片機的RST引腳引入高電平并保持2個機器周期時，單片機內部就執(zhí)行復位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)）。實際應用中，復位操作有兩種基本形式：一種是上電復

21、位，另一種是上電與按鍵均有效的復位，上電復位，要求接通電源后，單片機自動實現復位操作。常用的上電復位，上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容C1的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。本設計中復位電路采用的是開關復位電路，開關S9未按下是上電復位電路，上電復位電路在上電的瞬間，由于電容上的電壓不能突變，電容處于充電（導通）狀態(tài)，故RST腳的電壓與VCC相同。隨著電容的充電，RST腳上的電壓才慢慢下降。選擇合理的充電常數，就能保證在開關按下時是RST端有兩個機器周期以上的高電平從而使STC89C52內部復位。開關按下時是按鍵手動復位電路，RST端通過電阻與VCC電源接通，通過電阻的分壓就可以實現單

22、片機的復位。電路圖見圖3.2：圖3.2 STC89C52單片機的復位電路RST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進行復位操作。該電路典型的電阻和電容參數為：晶振為11.0592MHz時，C8為10uF。 3.1.3 STC89C52單片機的最小系統(tǒng)結合以上單片機的電路可知STC89C52單片機的最小系統(tǒng)電路圖如圖3.3所示：圖3.3 STC89C52單片機的最小系統(tǒng)電路3.2酒精檢測模塊酒精檢測模塊的作用是把酒精濃度轉換為模擬電壓，為此設計了圖3.4的原理圖：圖3.4 酒精檢測模塊原理圖0.9VDC是MQ-3加熱電壓，模塊從CH0、CH1引出檢測電壓。設計思路是可調

23、電阻于MQ-3串聯，MQ-3的電阻隨著CO濃度的變化而變化，根據串聯的電阻分壓的原理，從可調電阻里引出的電壓也會隨著CO濃度的變化而變化。3.3 ADC0832模數轉換電路設計 模數轉換電路的作用是將傳感器電路輸出的模擬量信號轉換為適合單片機處理的數字信號，并輸入給單片機。本課題采用的是ADC0832 A/D轉換芯片。ADC0832可對0-5V的模擬信號進行轉換。其電路如圖3.5所示：圖3.5 ADC0832轉換電路圖圖中CH0、CH1為模擬量輸入通道。正常情況下ADC0832 與單片機的接口應為4條數據線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接

24、口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI 并聯在一根數據線上使用。當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當要進行A/D轉換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數據信號。在第1 個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示起始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應輸入2 位數據用于選擇通道功能.3.4按鍵與指示燈電路本設計使用了三個按鍵和三個指示燈，它們與單片機的連接如圖3.6。由于設計中沒有要求

25、輸入數字等操作，它只要求有數據切換的功能，故設計了圖3.6簡單的鍵盤與指示燈電路，共占用了單片機六個I/O引腳，K1顯示濃度，K2顯示電壓，K3顯示A/D轉換后的數字量。當K1按下時指示燈D4點亮，K2按下時指示燈D3點亮，K3按下時指示燈D2點亮。圖3.6 按鍵與指示燈電路3.5 LCD1602液晶顯示設計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。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據系統(tǒng)，而是利用它的I

26、/0口來實現與顯示模塊的聯系。即將液晶顯示模塊的數據線與單片機的P0口連接作為數據總線，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。本系統(tǒng)采用間接控制方式：圖3.7為液晶顯示電路接線原理圖:圖3.7 液晶電路圖在單片機系統(tǒng)中應用液晶顯示器作為輸出器件有以下幾個有點：顯示質量高：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，液晶顯示器畫質高且不會閃爍。數字式接口：液晶顯示器都是數字式的，和單片機系統(tǒng)的接口

27、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，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕的多。在主電路圖中接在P0口處有一個排阻，由于P0口沒有內接上拉電阻，為了使P0口外接線路有確定的高電平，所以要接上排阻，使用的是10K的排阻，以確保P0口有穩(wěn)定的電平。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。3.6報警電路設計在單片機應用系統(tǒng)中，一般的工作狀態(tài)可以通過指示燈或數碼顯示來指示，供操作人員參考

28、，了解系統(tǒng)的工作狀況。但對于某些緊急狀態(tài)，比如系統(tǒng)檢測到的錯誤狀態(tài)等，為了使操作人員不至于忽視，及時采取措施，往往還需要有某種更能引人注意，提起警覺的報警信號。這種報警信號通常有三種類型：一是燈光報警，因為點亮的指示燈更能提醒人們注意；二是蜂鳴器報警，發(fā)出特定的音響，作用于人的聽覺器官，易于引起和加強警覺；三是語音報警，不僅能起到報警作用，還能直接給出警報種類的信息。其中，前兩種報警裝置因硬件結構簡單，軟件編程方便，常常在單片機應用系統(tǒng)中使用；而語音報警雖然警報信息較直接，但硬件成本高，結構較復雜，軟件量也增加。閃光報警實現單頻音報警的接口電路比較簡單，只要當值高于警報值的時候給一個低電頻就能

29、驅動二極管發(fā)光,簡單易懂。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P1.0為低電平時，有電流通過蜂鳴器，蜂鳴器發(fā)出聲音報警。而當輸入端為高電平時不報警。當輸人端P2.4為低電平時，LED點亮報警，反之輸入端P2.4為高電平則不報警。圖3.8報警電路圖3.7直流電機控制電路當酒精濃度超過設定值時具有聲光報警，同時驅動鼓風機鼓風（電機轉動）降低濃度，實現濃度的控制。本設計采用繼電器直接控制電機的轉動與停止。圖3.9為直流電機控制電路圖3.9 直流電機控制電路3.8串行通信電路設計單片機在應用中往往要與其他的設備通訊，最常見的通訊方式就是串行通訊。 EIA RS-232C是美國電

30、子工業(yè)協(xié)會正式公布的串行總線標準，也是目前最常用的串行接口標準，用來實現計算機與計算機之間、計算機與外設之間的數據通信，RS-232C串行接口總線適用于設備之間的通信距離不大于15米，傳輸速率最大為20kb/s。一個完整的RS-232C接口有22根線，采用標準的25芯插頭座，簡化的接口有9根線，通常計算機所用的串行口都是9芯的插座，其中只有RXD、TXD是數據通信信號，其余基本是實現控制目的握手信號或互鎖信號。單片機在與PC的通訊中，由于電腦的串口信號線為負邏輯關系，即邏“1”為-5 -15V，邏輯“0”為+5 +15V，這與單片機的邏輯信號電壓定義不同，這樣就需要對兩者之間信號進行電平轉換。

31、最簡單的電平轉換方法可以利用幾個三極管，但是出于穩(wěn)定性和可靠性的考慮，本設計使用了電平轉換專用芯片MAX232，MAX232A外接0.1uF的電容。圖3.10為串行通信接口電路。圖3.10 串行通信接口電路串行接口的第2引腳為串行發(fā)送，接MAX232的12引角，3引腳為串行接收，接MAX232的13引角，5引角接地，這樣就完成了RS232串行通訊端口的設計。3.9外部電源供電電路要想使整個硬件系統(tǒng)板進行工作，必須給硬件電路供電，圖3.11所示為外部電源供電電路：圖3.11 外部電源供電電路第四章 軟件設計在設計了硬件電路的基礎上，本設計中的軟件主要采用KEIL編譯器進行編寫，該程序的主要任務是

32、：對傳感器的輸出信號進行采集、轉換、計算處理，并能夠通過按鍵切換顯示相應的輸出信號，并能夠在該信號超過規(guī)定限值時，產生聲光報警。軟件總體設計主要包括主程序設計和各個子程序的設計。畫出主程序及每一子程序的詳細流程圖，選擇合適語言編寫程序。軟件編寫的主體思路是將系統(tǒng)按功能模塊化劃分，然后根據模塊要實現的功能寫各個子程序。最后，將各程序模塊連接成一個完整的程序。4.1編譯語言的選擇對于單片機的開發(fā)應用中，逐漸引入了高級語言，C語言就是其中的一種。匯編語言的可控性較高級語言來說更具優(yōu)越性。程序編寫語言比較常見的有C語言、匯編語言。匯編語言的機器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。C語言編寫的程

33、序比用匯編編寫的程序更符合人們的思考習慣。還有很多處理器都支持C編譯器，這樣意味著處理器也能很快上手。且具有良好的模塊化、容易閱讀、維護等優(yōu)點，且編寫的模塊程序易于移植?；贑語言和匯編語言的優(yōu)缺點，本系統(tǒng)采用C語言編寫方法。4.2主程序模塊主程序實現的功能：與硬件相結合實現酒精濃度監(jiān)控裝置的各個功能。圖4.1為主程序流程圖。圖4.1主程序流程圖4.3 A/D轉換模塊模數轉換模塊的主要功能是將傳感器模塊檢測到的模擬電壓信號轉換為單片機能夠處理的數字信號，并傳送給MCU。ADC0832轉換的流程圖見下圖4.2。圖4.2 ADC0832轉換流程圖A/D芯片的數據CS口，連接51單片機的P2.0口，

34、CLK接P3.6，D1和D0接P3.7口。工作時序如圖4.3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進行配置和啟動轉換。CLK為ADC0832的時鐘輸入端。CS在整個轉換過程中都必須為低，當CS為低時，在數據輸入端DI（數據輸入端）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)，然后通道配置數據伴隨著時鐘通過DI端移入多路器，當最后一位數據移入多路器時，DI變?yōu)楦咦钁B(tài)，在這以前DO（數據輸出端）都為高阻態(tài)。在經過一個時鐘，DO脫離高阻態(tài)，從而啟動轉換。接著從處理器接收時鐘信號，每經

35、過一個時鐘，轉換后的數據就會從高位到低位依次從DO移出，經過8個時鐘后，數據又以從低位到高位的形式從DO移出（也是每個時鐘移一位）。當最后一位數據移出時轉換完成。當CS從低變?yōu)楦邥r，ADC0832內部所有寄存器清零。如想要進行下一次轉換，CS必須做一個從高到低的跳變，后跟著地此配置數據重復上面的過程。圖4.3 ADC0832的工作時序4.4 電壓濃度轉換的推導及程序設計根據CO傳感器MQ-3的說明書，氣敏電阻阻值與CO濃度的關系必須由雙對數曲線圖得出，而檢測電壓則會隨著MQ-3電阻值的變化而變化，所以必須分析檢測電路圖得到檢測電壓與MQ-3電阻值的關系。濃度上升，氣敏電阻阻值卻減小。氣體檢測濃

36、度單位ppm，表示一百萬體積的空氣中所含污染物的體積數。大部分氣體檢測儀器測得的氣體濃度都是體積濃度（ppm），這里測量的是101000ppm的CO濃度。圖4.4是它的檢測電路和Rs/Rs0CO濃度圖，分析該檢測電路：氣敏電阻由兩部分組成，如式（41）。 Rh=Rh1+Rh2 式（41）圖4.4 檢測電路和電阻CO濃度圖由電阻分壓的關系得到式（42）。 VRL=Vc*(RL/(Rh2+Rs+RL) 式（42）對雙對數圖進行求解：雙對數圖x軸為lgx（ppm），y軸為lg（Rs/Rs0）。由坐標（lg10，lg0.6）和坐標（lg1000,lg0.1）求k： lg0.6-lg0.1=k(lg10

37、-lg1000) 式（43）解得得k=-0.389。知道lgy求lgx： lgy-lg0.1=-0.389*(lgx-lg1000) 式（44）解得lgx=(lgy-lg0.1)/(-0.389)+lg1000。驗證：代入lgy=lg0.4求得lgx=lg28，對照雙對數圖證明計算正確，由lgx=lg28得到濃度x=28ppm。也就是說，當Rs/Rs0=0.4時，濃度x=28ppm。由于單片機做對數運算比較困難，這里利用查表的方法顯示濃度，由上面的推導以及配合MQ-3技術資料得到濃度(ppm)（Rs/Rs0）值：100.6，200.5，300.4，400.37，500.35，600.32，70

38、0.30，800.28，900.26，1000.25，2000.20，3000.18，4000.17，5000.15，6000.13，7000.12，8000.11，9000.10，10000.10由Rs/Rs0的比值得到Rs，比如由Rs/Rs0=0.6得到Rs=0.6Rs0。由式（42）并代人Vc=5.0V，RL=30千歐，Rh=5歐太小可以忽略，簡化得VRL=5(30/(Rs+30)）。代入Rs0=360千歐，濃度(ppm)電壓值(V)如下：00.38，100.60，200.71，300.86，400.91，500.96，601.03.，701.08，801.14，901.21，1001.

39、25，2001.47，3001.58，4001.64，5001.78，6001.95，7002.04，8002.15，9002.27，10002.27。這樣就得到了電壓與濃度的關系。得到了它們之間的關系，就可以畫出程序流程圖了，如圖4.5。由流程圖得知，這個函數的功能可以由條件語句實現。圖4.5 電壓轉換濃度流程圖如果電壓2.27V，則濃度=1000ppm，否則判斷下一條語句。如果所有判斷語句的執(zhí)行都是N，則濃度=0ppm。4.5 1602顯示程序設計LCD模塊在本系統(tǒng)中的作用是顯示各控制效果。液晶顯示的初始化流程圖見下圖4.6。圖4.6 LCD1602程序流程圖液晶顯示D0到D7口接P0.0

40、到 P0.7，單獨使用一個口，為了避免數據的干擾，由于P0口沒有上拉電阻，所以需要一個排阻進行電壓的擴大.1602液晶模塊內部的控制器共有11條控制指令，如表4.1所示。表4.1 1602指令表指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清顯示0000000001光標返回000000001*置輸入模式00000001I/DS顯示開/關控制0000001DCB光標或字符移位000001S/CR/L*置功能00001DLNF*置字符發(fā)生存儲器地址0001字符發(fā)生存儲器地址（AGG）置數據存儲器地址001顯示數據存儲器地址（ADD）讀忙標志或地址01BF計數器地址（AC）寫數到CGRAM或DDRA

41、M10要寫的數從CGRAM或DDRAM讀數11讀出的數據它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現的。指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置指令2：光標復位，光標返回到地址00H指令3：光標和顯示模式設置 I/D。光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效 。指令4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平

42、時移動光標 指令6：功能設置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符 指令7：字符發(fā)生器RAM地址設置 指令8：DDRAM地址設置 指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數據，如果為低電平表示不忙。 指令10：寫數據 指令11：讀數據 第五章 系統(tǒng)調試5.1系統(tǒng)硬件調試首先把MQ3型氣敏傳感器模塊按照說明書介紹，接上+5V工作電源，由于氣敏傳感器里已經集成了放大電路，而用萬用表測量可證實其輸出是一穩(wěn)定的0-5V的電壓信號，符合AD

43、C0832及單片機的輸入條件，因此此信號可以直接接人進行A/D轉換而不需要放大、濾波等。其次對于聲光報警電路的調試分為蜂鳴器和LED的調試。經試驗可知電路板的蜂鳴器和LED能正常工作并且只有在低電平工作。5.2軟件調試硬件調試完成以后，系統(tǒng)軟件調試時也要分模塊來進行調試。首先，檢查LCD1602液晶顯示屏。LCD1602顯示屏上電后，檢查是否可以正常顯示。其次，調試單片機與模數轉換模塊，在LCD模塊調試成功之后，就可以調試模數轉換模塊，在模擬的測試一個電壓，若LCD1602能夠正常顯示記錄的數據，則調試成功。最后調試傳感器模塊，根據傳感器的要求，給單片機上電后，則傳感能通過A/D的轉換，在LC

44、D1602顯示正常的電壓，則調試成功，之后進行程序的運算，使LCD實現酒精濃度數值。5.3軟、硬件聯調在軟件和硬件的分別調試成功后，然后進行程序的燒入單片機中，進行整塊系統(tǒng)的調試，并把傳感器接人電路，看LCD顯示器是否顯示設定界面。然后通過按鍵進行下一步操作?？存I盤是否能夠切換顯示界面。用浸有酒精的棉簽靠近氣敏傳感器，并對著棉簽緩緩吹氣觀察LCD顯示的數值。當酒精濃度超過設定的閥值700PPM時，蜂鳴器發(fā)聲、LED被點亮及電機轉動。當過了一兩分鐘后，LCD顯示器上數值下降，當小于閾值時蜂鳴器停止發(fā)聲、LED熄滅、電機也停止轉動。整體調試成功。第六章 總結經過五個星期的查閱資料、做板和調試程序，

45、我的智能儀器課程設計得以順利完成。通過這次的鍛煉，讓我對電子制作有了更深的體會。 回想做課設的整個過程，艱辛同時又充滿樂趣。通過這次親自體驗發(fā)現課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。本次設計讓我學到了許多書本上學不到的東西，增強了我的分析理解能力，也對智能儀器乃至我們專業(yè)有了進一步的了解。同時我也學會了一些軟件的應用，如：Protel2004、Protus仿真、Visio等。這次自選設計為酒精濃度監(jiān)控裝置，設計系統(tǒng)主要針對上學期所學的智能儀器和前面所學幾門專業(yè)課進行的。從課題分析開始，再進行硬件設計、軟件設計、系統(tǒng)整體調試。最后到系統(tǒng)實現。每一步都讓我將理論學習

46、的知識應用到實踐中去，也使我掌握了一整套規(guī)范的設計操作流程。我的課程設計能夠順利完成，首先要感謝學校和老師能給予我們這次課程設計的機會。其次要感謝我的指導老師孫老師，在設計的過程當中孫老師給予了我熱情的幫助和悉心的指導，在此我要向她說聲謝謝。通過這次理論與實際結合的學習，加深了我對專業(yè)知識的學習，更重要的是鍛煉了我的能力，這次設計在不斷的復習、學習中度過，使我受益匪淺，也使我對單片機的運用有了進一步的了解和掌握，也為今后的學習生活和工作打下良好的基礎。參考文獻1 趙茂泰.智能儀器原理及應用M.北京：電子工業(yè)出版社，20042 潘新民.微型計算機控制技術實用教程M.北京：電子工業(yè)出版社，2006

47、3 郭天祥.51單片機C語言教程M.北京：電子工業(yè)出版社，20094 潘永雄.新編單片機原理與應用M.西安：西安電子科技大學出版社，20075 何立民.單片機應用技術選編M.北京：北京航空大學出版社，19986 趙景波.Protel 2004電路設計M.北京：電子工業(yè)出版社,20077 霍亮生.電子技術基礎M.北京：清華大學出版社,20068 李維提，郭強液晶顯示應用技術 北京：電子工業(yè)出版社，20009 王東鋒.單片機C語言應用100例M 北京：電子工業(yè)出版社，200910 張立科.單片機典型外圍器件及應用實例M.北京：人民郵電出版社，200611 周慈航.朱兆優(yōu).智能儀器原理與設計.北京：

48、北京航空航天大學出版社，200512 李廣弟.單片機基礎M. 北京：北京航空航天大學出版社，200113 陳明義.電工電子技術課程設計指導M. 長沙：中南大學出版社，200214 萬勝前.基于KeilC51軟件的設計與制作J. 鄂周大學學報，200715 王振營.Protel DXP 2004電路設計與制版實用教程M. 北京：中國鐵道出版社，200616 趙健領.51系列單片機開發(fā)寶典M.北京：電子工業(yè)出版社，200717 馬忠梅,籍順心.單片機的C語言應用程序設計M.北京:北京航空大學出版社,2003.18 江思敏. Protel 2004電路原理圖及PCB設計M. 北京：機械工業(yè)出版社，2

49、006.19 Dunbar M.Plug and Play sensors in wireless network. Instrumentation & Measurement,200120 Potter D. Overview and applications of the IEEE p1451.4 smart sensor interface standard AUTOTESTCON Proceedindings, 2002附錄A 本設計原理圖附錄B 本設計PCB圖附錄C 本設計源程序1、主程序#include<reg52.h>#include<ndzh.h>

50、;#include<1602.h>#include<key.h>#include<ADC0832.h>unsigned char flag;unsigned char votflag;unsigned char buff1;unsigned int VOT=0;unsigned int ppm=0;unsigned char datbuf4;unsigned char votdatbuf4;sbit been=P17;sbit REL=P26;sbit LED=P24;unsigned char count = 0x00; /定時器計數float date = 0x00; unsigned int votdate ;/unsigned char CH=0x00 ; /通道變量main() char i;K1=1;K2=1;K3=1;REL=0;LED=0; TMOD = 0x01; /設置中斷 TH0 = 0x00; TL0 = 0x00; IE = 0x82; TR0 = 01; LCD_init(); delay_ms(100);LCD_write_str(0,0,"zhang chun xia&qu