基于單片機(jī)酒精濃度測試儀

1、基于單片機(jī)酒精濃度測試儀硬件設(shè)計一、選用ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換、輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容、5V電源供電時輸入電壓在05V之間、工作頻率為250KHZ 、轉(zhuǎn)換時間為32 微秒、一般功耗僅為15MW等優(yōu)點，適合本系統(tǒng)的應(yīng)用，所以我們采用ADC0832為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。ADC0832 具有以下特點： 8位分辨率； 雙通道A/D轉(zhuǎn)換； 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容； 5V電源供電時輸入電壓在05V之間； 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32S； 一般功耗僅為15mW； 8P、14PDIP（雙列直插）、PICC 多種封裝； 商

2、用級芯片溫寬為0度 to +70度，工業(yè)級芯片溫寬為40度 to +85度；芯片接口說明： CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。 CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。 GND 芯片參考0 電位（地）。 DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 CLK 芯片時鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。正常情況下ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)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(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)

3、據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)信號。在第1 個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能.如圖4.4:二、LCD1602字符型液晶顯示器其用法：單5V電源電壓，低功耗、長壽命、高可靠性內(nèi)置192種字符(160個5×7點陣字符和32個5

4、15;10點陣字符)具有64個字節(jié)的自定義字符RAM，可自定義8個5×8點陣字符或4個5×11點陣字符顯示方式：STN、半透、正顯驅(qū)動方式：1/16并口，1/5串口背光方式：底部LED通訊方式：4位或8位并口可選標(biāo)準(zhǔn)的接口特征：適配MC51和M6800系統(tǒng)MPU的操作時序LCD1602液晶顯示屏的主要技術(shù)參數(shù)如下表所示：（表2-3）表2-3 LCD1602液晶主要參數(shù)顯示容量16×2個字符芯片工作電壓4.55.5V工作電流2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓5.0V字符尺寸2.95×4.35(mm)LCD1602字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母

5、、數(shù)字、符號等點陣式LCD，目前常用16×1，16×2，20×2和40×2行等的液晶顯示模塊，模塊組件內(nèi)部主要由LCD顯示屏、控制器、列驅(qū)動器和偏壓產(chǎn)生電路構(gòu)成。LCD1602液晶顯示屏外形尺寸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(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如圖3.2所示： 圖3.2 LCD1602尺寸圖1602液晶顯示屏采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中各接口的功能如下表（2-4）所示：表2-4 LCD1602的16管腳功能引腳號引腳名電平輸入/輸出引腳說明1VSS電源地2VDD

6、電源正極(+5V)3VL液晶顯示偏壓信號4RS0/1輸入數(shù)據(jù)/命令選擇端，0：輸入指令，1：輸入數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入讀/寫選擇端，0：向LCD寫入指令或數(shù)據(jù)，1：從LCD讀取信息6E10輸入使能信號，1時讀取信息，10(下降沿)執(zhí)行指令7D00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線(最低位)8D10/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線9D20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線10D30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線11D40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線12D50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線13D60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線14D70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線(最高位)15BLA+VCCLCD背光電源正極16BLK接地LCD背光電源負(fù)極第1腳：VSS為地電源。

7、第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)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(diào)整對比度。第4腳：RS為數(shù)據(jù)/命令選擇端，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫選擇端，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)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(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極

8、。第16腳：背光源負(fù)極三、數(shù)據(jù)采集設(shè)計(1)從傳感器過來的電壓信號，必須放大，濾波，采集，轉(zhuǎn)換才能被MCU識別和處理。由于假若每一路都設(shè)置放大、濾波等器件，那么成本會很大，所以信號的采集一般用多路模擬通路進(jìn)行選擇。然而選擇多路模擬開關(guān)時必須考慮以下的幾個因素：通道數(shù)量、切換速度、開關(guān)電阻和器件的封裝形式?？傊?dāng)?shù)據(jù)采集與硬件的選擇有很大的關(guān)系。(2)傳感器的選擇酒精濃度傳感器由MQ3傳感器組成。MQ3傳感器/MQ3模塊詳細(xì)介紹如下表4-1：(3)測量電路測量電路由酒精濃度傳感器MQ3，ADC0832組成。 酒精傳感MQ3經(jīng)AD0832與STC89C52單片機(jī)相連，在顯示器上顯示出酒精的濃度值，當(dāng)

9、超過國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時報警。 表4-1 傳感器參數(shù)表名稱MQ3傳感器 A.標(biāo)準(zhǔn)工作條件符號 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Vc 回路電壓 15V AC or DC VH 加熱電壓 5.0V±0.2V AC or DC RL 負(fù)載電阻 可調(diào)   RH 加熱電阻 31±3 室溫 PH 加熱功耗 900mW   B.環(huán)境條件符號 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Tao 使用溫度 -10-50   Tas 儲存溫度 -20-70 RH 相對濕度 小于95% RH O2 氧氣濃度 21%(標(biāo)準(zhǔn)條件) 氧氣濃度會影響靈敏度特性 最小值大于 C.靈敏特性 符號 參數(shù)名稱

10、 技術(shù)參數(shù) 備注 Rs 敏感體電阻 1M- 8 M (200ppm alcohol ) 適用范圍： 10-1000ppm Alcohol （200/100）alcohol   濃度斜率 0.6 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 溫度： 20±2 Vc:5.0V±0.1V 相對濕度： 65%±5% Vh: 5.0V±0.1V 預(yù)熱時間 不少于24小時 四、按鍵設(shè)計本系統(tǒng)應(yīng)用有人機(jī)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(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果。鍵盤分為：獨(dú)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、DO

11、WN 、OK 、CANCEL 4個控制命令，所需按鍵較少，所以本系統(tǒng)選擇獨(dú)立式按鍵。電路圖見圖4.5：圖4.5 按鍵電路圖獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路。每個獨(dú)立式按鍵占有一根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(jìn)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(dāng)檢測出鍵

12、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(dāng)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釋放。由于應(yīng)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。五、電源電路設(shè)計在本次設(shè)計中，需要一個比較大的電壓源和一個5V的單片機(jī)供電源，為了實現(xiàn)便攜式，設(shè)用一個9V的電壓源，一般6節(jié)電池和一個9V的電池都可以提供，因而需要一個電壓轉(zhuǎn)換吧9V轉(zhuǎn)換成5V，設(shè)用選用了，ASM117穩(wěn)壓芯片。工作原理如圖4.11低壓層直流穩(wěn)壓電源電路原理圖。該電路是由基準(zhǔn)電壓、電壓放大和電流放大等3個環(huán)節(jié)組成。其中，基準(zhǔn)電壓由TL431產(chǎn)

13、生，按圖中電路連接，當(dāng)通過R0的電流在0510 mA時可獲得穩(wěn)定的25 V基準(zhǔn)輸出。圖4.11 低壓層直流穩(wěn)壓電源電路原理圖輸出電壓的具體數(shù)值由運(yùn)算放大器UA確定，采用同相放大器的優(yōu)越性在于其輸入阻抗極大，可很好地將TL431輸出的25 V電壓與后級電路隔離，使其不受負(fù)載變化的影響；運(yùn)放與電阻R3和R2組成比例放大環(huán)節(jié)，可對基準(zhǔn)電壓按要求進(jìn)行比例放大輸出，但輸出電壓最大不能超過運(yùn)放的電源電壓。軟件設(shè)計主程序模塊主程序?qū)崿F(xiàn)的功能：與硬件相結(jié)合實現(xiàn)便攜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。見圖5.1初始化時鐘初 始 化LCD 屏顯示開機(jī)畫面顯示時

14、間顯示主菜單初始化CPU開始讀鍵 圖5.1 主程序流程圖A/D轉(zhuǎn)換模塊模數(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。ADC0832轉(zhuǎn)換的流程圖見下圖5.2 圖 5.2數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖 A/D芯片的數(shù)據(jù)CS口，連接51單片機(jī)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(jìn)行配置和啟動轉(zhuǎn)換。CLK為ADC0832的時鐘輸入端。CS在整個轉(zhuǎn)換過程中都必須為低，當(dāng)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

15、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(dāng)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(dāng)最后一位數(shù)據(jù)移出時轉(zhuǎn)換完成。當(dāng)CS從低變?yōu)楦邥r，ADC0832內(nèi)部所有寄存器清零。如想要進(jìn)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(fù)上面的過程。按鍵輸入模塊按鍵

16、時顯現(xiàn)人機(jī)對話的一個控制按鈕，通過按鍵的操作，對系統(tǒng)進(jìn)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。按鍵查詢式的流程圖見下圖（圖5.3）: 圖 5.3按鍵查詢式的流程圖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(jìn)行電壓的放大。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。液晶顯示的操作流程圖見下圖5.6：圖 5.6液晶顯示的操作流程圖液晶顯示D0到D7口接P0.0到 P0.7，單獨(dú)使用一個口，為了避免數(shù)據(jù)的干擾，由于P0口沒有上拉電阻，所以需要一個排阻進(jìn)行電壓的擴(kuò)大.L

17、CD1602的讀寫工作時序圖如圖5.7和圖5.8所示： 圖 5.7 LCD1602讀操作時序 當(dāng)處于讀狀態(tài)時，RS處于低脈沖，R/W為高脈沖，E為高脈沖 ，D0D7=狀態(tài)字當(dāng)處于讀數(shù)據(jù)時，RS為高脈沖，R/W為高脈沖，E為高脈沖，D0D7=數(shù)據(jù)。圖 5.8 LCD1602寫操作時序當(dāng)處于寫指令時，RS為低脈沖，R/W為低脈沖，D0D7=指令碼，E=高脈沖當(dāng)處于寫數(shù)據(jù)時，RS為高脈沖，R/W為低脈沖，E為高脈沖，D0D7=數(shù)據(jù).軟硬件的調(diào)試系統(tǒng)硬件調(diào)試元器件的焊接焊接前應(yīng)對整個電路板進(jìn)行檢查。首先，用萬用表對印制的電路板線路進(jìn)行檢查，該過程是在焊接元器件之前的必要工作，主要是檢查印制的電路板線路

18、是否有斷路的情況，如果檢查沒有問題，則可以對元器件進(jìn)行焊接。焊接前對電阻、電容的量值要進(jìn)行測量、篩選，選擇與電路中參數(shù)值一致的元器件，在選擇芯片時，要注意芯片與設(shè)計要求的型號、規(guī)格和安裝是否一致。在焊接時，應(yīng)將印制的電路板認(rèn)真對照原理圖，查看元器件的引腳焊接是否正確。電路測試電路板焊接完成后，需要對每個元器件的引腳逐個進(jìn)行檢查，一方面是檢查有沒有引腳虛焊或與其他信號線短路，另一方面是對器件引腳功能的再檢查，查看設(shè)計是否正確。檢查電路焊接沒有問題后，則可以進(jìn)行上電測試。上電測試是調(diào)試的關(guān)鍵部分，按照系統(tǒng)方案設(shè)計的模塊化思想，應(yīng)該分模塊測試系統(tǒng)。首先還是應(yīng)該測試電源部分，系統(tǒng)上電以后，測試各個電源端口和器件的電源部分是否工作正常，同時應(yīng)注意系統(tǒng)中有無器件過熱情況，如果有的話，可能是相應(yīng)的器件損壞或電路中有短路，需要認(rèn)真檢查之后再加電。如果沒有問題，則可以進(jìn)行功能的檢測。由于系統(tǒng)硬件較復(fù)雜，硬件電路裝配、焊接完成后，可能不能正常工作。為了方便調(diào)試，采用分塊調(diào)試的方法。在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成芯片的損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查VCC與GND之間電位，若在5V5.5V之間屬正常范圍。系統(tǒng)軟件調(diào)試硬件調(diào)試完成以后，軟件調(diào)試就非常重要。系統(tǒng)軟件調(diào)試時也要分模塊來進(jìn)行調(diào)試，這樣才能使進(jìn)程有條不紊的進(jìn)行下去，而不