单片机的酒精测试仪设计
指导教师 邓宽 摘 要 进入20世纪后，汽车作为一种代步工具越来越多的进入了人们的视线，随着中国国力的增强，汽车已经步入了越来越多的家庭，但因酒后驾车造成车毁人亡的交通事故也常常被新闻报道，引起了社会强烈的反响。虽然国家法律出台了道路交通安全法，严打酒后驾车，但是仍然有不少人冒着风险酒驾。 鉴于酒后驾车的重要性，酒精测试仪的使用是必不可少的，酒精测试的设计已引起广泛关注。本课题基于AT89S51单片机与MQ-3酒精检测器为核心，测试空气中的酒精气体的浓度，这是一个与显示、实时报警等功能的值测试仪。系统首先将传感器检测到酒精气体转换为电信号，通过一个/数转换电路处理，不仅可以监测呼气酒精浓度，而且还可以根据不同的环境设置不同的环境，在阈值以上的声音报警，并显示该阈值。 经由大批的实验和理论验证，以单片机为核心的酒精浓度测检测比过去的人工检测或机械检测更加明确，准确便利，可靠性佳，并具有良好的控制性能，对超出阈值进行能够声光报警，可以直观且准确的告诉被测人是否酒精浓度超标。因此，对酒精浓度监测的研究与试验，对公共安全和交通安全具有极大的促进和预警作用。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2现状与趋势 1
1.3 实现目标 1
第二章 设计方案与硬件的选择 2
2.1 设计方案 2
2.2 AT89S52单片机 3
2.3 MQ3气敏传感器 5
2.4 ADC0832模数转换器 7
2.5 数码管显示模块 8
第三章 系统硬件设计 10
3.1硬件设计原理 10
3.2硬件设计外围电路 11
3.2.1晶振电路、复位电路 11
3.2.2 键盘电路 12
3.2.3报警电路 12
3.2.4 数码管显示电路 13
第四章 软件系统设计 14
4.1 工具平台的选择 14
4.1.1 keil uvis
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
ion4 14
4.1.2 Prote199se 14
4.2 主程序流程图 14
4.3 A/D转换流程图 15
4.4数码管显示流程图 18
4.5按键输入流程图 20
第五章 系统调试 22
5.1元器件的焊接 22
5.2 硬件测试 22
5.3 软件测试 22
结束语 23
参考文献 24
致 谢 25
附录 仿真图 26
绪论
1.1 课题背景
现如今，随着汽车的普及，因酒驾造成的交通事故屡屡攀升，越来越多的国家对于酒后驾驶也开始关注。过去，人们用鼻子来测定酒精的浓度，用鼻子来闻气味。直到有科学家提出一种理论，用含有酒精浓度的气体进行分析，把这种气体与一种混合溶液相容，若溶液发生变化，再跟标准的试剂管进行对比，自此就能够得到气体中的酒精浓度。
气体中含酒精含量的调查有五种类型，即：燃料电池类型，红外线类型，半导体类型，颜色类型，气相色谱分析。日常生活中经常使用的大致是燃料型电池和半导体两种，因为这两种类型物美价廉，使用起来方便快捷。
但是随着社会的发展，我们需要快捷，使用简单且大众化的酒精测试仪，所以以单片机为核心的酒精测量仪便产生了，不仅可以显示出呼出气体中的酒精含量，还能针对不同的环境改变阈值，减少酒精对交通产生的危害。
1.2 现状与趋势
现在的酒精浓度检测仪都是采纳一次性吹气管，老旧式的检测仪有的是用溶液，有的是人工检测，随着科技的发展才逐渐转变为机械，所以这对于测试仪的发展是一个很大的突破，这不仅省去了人工的麻烦，还能方便大众的使用，正因为有了检测仪，人们才提高了对酒驾的警醒。在一些发达国家或西方国家，对定量过期气体酒精检测仪的分析已经有了很长一段时间了。
只有提高了酒精测试仪的精确性，才能更加直观的对酒驾结果有个明确的显示，所以此时我们就用数码管来显示酒精的浓度值，但是由于是对人口呼出的气体进行检测，所以会有很多的杂质气体和其他不明的气体进行干扰，所以会对结果产生或多或少的影响，最终影响判定结果。所以在传感器的持久性，抗干扰能力和耐磨性还要下功夫，不过现在大部分的检测仪都只能检测气体浓度或者液体浓度，所以还不是很完善，最佳的条件是一个检测器，可以同时检测到2个状态的酒精，从而提高了结果的准确性。这一领域发展到如今这个规模，酒精测试仪一度已经愈来愈偏向智能和功耗低。
1.3 实现目标
本次论文主要进行硬件元器件模块和软件编程模块设计，硬件是针对被检测的气体，先由气敏传感器感应到酒精的浓度，并将物理信号转变为电压信号，通过转换器将电压信号转换为数字，然后让单片机来处理数字信号，最终在数码管上显示测量出的浓度值。 如果检测到浓度值在阈值以上，报警电路就会进行报警。由AT89S51单片机、MQ3型气敏传感器、数码管显示模块组成了元器件模块。
第二章 设计方案与硬件的选择
2.1 设计方案
一般地，一个酒精检测装置应具有以下功能：
1、采用合适的单片机实现酒精检测功能；
2、采用数码管屏显示酒精浓度和报警阈值；
3、选用报警装置实现浓度超过阈值时的报警；
4、实现按键调整阈值的功能；
5、实现报警阈值断电保护功能；
图21硬件系统框图
将检测到的非电量通过传感器转换为电量，一般传感器输出的是0到5V的电压。而且还能对输出的电压值保持稳定，所以将传感器的输出的电量先通过数模电路的转换，再由单片机处理。由此可看出，图中的系统不仅提高了处理功能，还具备了完备的模拟信号和数字信号的相互转换和输入输出功能。单片机要对信号检测分有以下大致这几步：1、信号采集处理2、声光报警电路及其显示3、PC接口电路测试。信号采集处理很简单，就是对被测气体进行收集；模拟数字转换可以快速而准确的输入信号采样和编码，通过单片机通过模数转换器来控制采集的模拟信号转换数字电压信号；有数码管显示模块，可以显示直观的值。软件编程，主要研究了线性转换和数码管显示。所设计的传感器对酒精气体敏感，可在有效范围内测量其浓度。
2.2 AT89S52单片机
单片机又被称为微控制器，工业控制最早使用。为了使计算机系统更加的简化。
图22 AT89S52芯片管脚
AT89C系列单片机是我们平时用的较多的，也是教材里面最常见的一个系列，因其操作简单，学校的教学任务普遍是用AT89C51进行一些简单的实验，通过这些实验来熟悉课程，但由于次单片机不能下载编程，所以本次实验我们不采用这系列的单片机。AT89S系列单片机拥有ISP功能，一根下载线就可以实现对AT89S系列芯片进行软件控制，操作简单。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2现状与趋势 1
1.3 实现目标 1
第二章 设计方案与硬件的选择 2
2.1 设计方案 2
2.2 AT89S52单片机 3
2.3 MQ3气敏传感器 5
2.4 ADC0832模数转换器 7
2.5 数码管显示模块 8
第三章 系统硬件设计 10
3.1硬件设计原理 10
3.2硬件设计外围电路 11
3.2.1晶振电路、复位电路 11
3.2.2 键盘电路 12
3.2.3报警电路 12
3.2.4 数码管显示电路 13
第四章 软件系统设计 14
4.1 工具平台的选择 14
4.1.1 keil uvis
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
ion4 14
4.1.2 Prote199se 14
4.2 主程序流程图 14
4.3 A/D转换流程图 15
4.4数码管显示流程图 18
4.5按键输入流程图 20
第五章 系统调试 22
5.1元器件的焊接 22
5.2 硬件测试 22
5.3 软件测试 22
结束语 23
参考文献 24
致 谢 25
附录 仿真图 26
绪论
1.1 课题背景
现如今，随着汽车的普及，因酒驾造成的交通事故屡屡攀升，越来越多的国家对于酒后驾驶也开始关注。过去，人们用鼻子来测定酒精的浓度，用鼻子来闻气味。直到有科学家提出一种理论，用含有酒精浓度的气体进行分析，把这种气体与一种混合溶液相容，若溶液发生变化，再跟标准的试剂管进行对比，自此就能够得到气体中的酒精浓度。
气体中含酒精含量的调查有五种类型，即：燃料电池类型，红外线类型，半导体类型，颜色类型，气相色谱分析。日常生活中经常使用的大致是燃料型电池和半导体两种，因为这两种类型物美价廉，使用起来方便快捷。
但是随着社会的发展，我们需要快捷，使用简单且大众化的酒精测试仪，所以以单片机为核心的酒精测量仪便产生了，不仅可以显示出呼出气体中的酒精含量，还能针对不同的环境改变阈值，减少酒精对交通产生的危害。
1.2 现状与趋势
现在的酒精浓度检测仪都是采纳一次性吹气管，老旧式的检测仪有的是用溶液，有的是人工检测，随着科技的发展才逐渐转变为机械，所以这对于测试仪的发展是一个很大的突破，这不仅省去了人工的麻烦，还能方便大众的使用，正因为有了检测仪，人们才提高了对酒驾的警醒。在一些发达国家或西方国家，对定量过期气体酒精检测仪的分析已经有了很长一段时间了。
只有提高了酒精测试仪的精确性，才能更加直观的对酒驾结果有个明确的显示，所以此时我们就用数码管来显示酒精的浓度值，但是由于是对人口呼出的气体进行检测，所以会有很多的杂质气体和其他不明的气体进行干扰，所以会对结果产生或多或少的影响，最终影响判定结果。所以在传感器的持久性，抗干扰能力和耐磨性还要下功夫，不过现在大部分的检测仪都只能检测气体浓度或者液体浓度，所以还不是很完善，最佳的条件是一个检测器，可以同时检测到2个状态的酒精，从而提高了结果的准确性。这一领域发展到如今这个规模，酒精测试仪一度已经愈来愈偏向智能和功耗低。
1.3 实现目标
本次论文主要进行硬件元器件模块和软件编程模块设计，硬件是针对被检测的气体，先由气敏传感器感应到酒精的浓度，并将物理信号转变为电压信号，通过转换器将电压信号转换为数字，然后让单片机来处理数字信号，最终在数码管上显示测量出的浓度值。 如果检测到浓度值在阈值以上，报警电路就会进行报警。由AT89S51单片机、MQ3型气敏传感器、数码管显示模块组成了元器件模块。
第二章 设计方案与硬件的选择
2.1 设计方案
一般地，一个酒精检测装置应具有以下功能：
1、采用合适的单片机实现酒精检测功能；
2、采用数码管屏显示酒精浓度和报警阈值；
3、选用报警装置实现浓度超过阈值时的报警；
4、实现按键调整阈值的功能；
5、实现报警阈值断电保护功能；
图21硬件系统框图
将检测到的非电量通过传感器转换为电量，一般传感器输出的是0到5V的电压。而且还能对输出的电压值保持稳定，所以将传感器的输出的电量先通过数模电路的转换，再由单片机处理。由此可看出，图中的系统不仅提高了处理功能，还具备了完备的模拟信号和数字信号的相互转换和输入输出功能。单片机要对信号检测分有以下大致这几步：1、信号采集处理2、声光报警电路及其显示3、PC接口电路测试。信号采集处理很简单，就是对被测气体进行收集；模拟数字转换可以快速而准确的输入信号采样和编码，通过单片机通过模数转换器来控制采集的模拟信号转换数字电压信号；有数码管显示模块，可以显示直观的值。软件编程，主要研究了线性转换和数码管显示。所设计的传感器对酒精气体敏感，可在有效范围内测量其浓度。
2.2 AT89S52单片机
单片机又被称为微控制器，工业控制最早使用。为了使计算机系统更加的简化。
图22 AT89S52芯片管脚
AT89C系列单片机是我们平时用的较多的，也是教材里面最常见的一个系列，因其操作简单，学校的教学任务普遍是用AT89C51进行一些简单的实验，通过这些实验来熟悉课程，但由于次单片机不能下载编程，所以本次实验我们不采用这系列的单片机。AT89S系列单片机拥有ISP功能，一根下载线就可以实现对AT89S系列芯片进行软件控制，操作简单。
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