便携式酒驾检测仪控制系统设计
摘 要本系统以STC89C51单片机作为主控器，片外配合MQ-3型高灵敏度酒精气体传感器探头，实现了一款能够对呼出气体酒精含量进行快速高精度测量的便携式系统。在硬件结构上以51最小系统电路作为核心部分，外部搭配LCD1602液晶屏、蜂鸣器报警器以及按键等模块，构成了整体框架，在软件上通过C语言进行代码构建。本文在硬件和软件两个层面上对便携式酒驾检测仪控制系统进行了分别设计，在软件上通过原理图以及在软件上通过流程图的形式对整个控制系统的设计思路以及设计过程进行了阐述。经过了大量的测试和验证，本文所设计的系统能够达到很高的性能指标，非常适合将其推向便携式酒驾检测仪系统的市场之中，并且具有取代现有相关产品的实力。
目录
一、 引言 1
（一） 酒精浓度检测技术的发展背景 1
（二） 酒精检测的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制芯片的选取 3
（二） AT89C51单片机简要概述 4
（三） MQ3酒精传感器 5
（四） ADC0832模数转换器介绍 6
（五） LCD1602液晶显示器介绍 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 硬件结构框图设计 8
（二） 单片机最小系统设计 8
1. 复位电路设计 9
2. 时钟电路设计 9
（三） MQ3传感器电路设计 10
（四） ADC0832模数转换器电路设计 10
（五） 液晶显示器电路设计 11
（六） 蜂鸣器电路设计 11
四、 软件系统设计 13
（一） 主程序流程图设计 13
（二） MQ3传感器工作流程图设计 14
（三） ADC0832模数转换器工作流程设计 14
（四） 液晶显示器工作流程设计 15
（五） 报警电路工作流程设计 16
五、 仿真与调试 18
（一） Proteus软件仿真 18
（二） 系统仿真 19
总 结 21<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
br /> 参考文献 22
致 谢 23
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 25
附录三 元件列表 26
附录四 程序 27
引言
酒精浓度检测技术的发展背景
本文将对酒精的单片机控制系统进行设计，在此之前需要对这种控制系统的发展背景以及发展现状进行详细介绍，通过互联网以及图书馆中查阅的资料显示，酒精的检测技术在人类历史上经历了一段很长时间的发展和演变，从最开始的生物化学检测方法到如今的传感器检测方式，这期间蕴含了人类巨大的智慧。在十八世纪后期工业革命结束后，西方国家对工业技术进行了大量的发展，各种规模的工厂如雨后春笋般的出现在城镇中，工业的发展成为了重中之重，其中有一批工厂开始了对酒精的检测，这时检测酒精所依托的主要原理为化学反应法，由于酒精与多种气体或液体能产生反应，其中产生反应后生成水是一种最好的测量方法——将单位体积的酒精气体与其他其他反映后产生相应体积的水，水的体积将间接反映了气体中酒精的浓度，这就是最早的化学检测法，通过这个测量过程的描述，可以发现这种方法虽然能够间接测量到酒精气体的浓度，但是测量过程繁琐复杂，不但需要纯净的测量气体，而且反应条件往往是明火点燃或者加热等，由于酒精气体在点燃后具有一定的危险性，因此随着科学技术的不断发展，这种传统的检测技术逐渐的推出历史的舞台。十九世纪后半页，电子技术发展后，产生了一些简易电子控制系统的雏形，在这时传感器技术已经进入了人类世界，所谓传感器就是一种能够实现非电量转换为电量的电子模块，这种传感器中往往包含了一片特性能够随酒精浓度发生变化的半导体材料，这块材料在接触到酒精气体后，电阻值大小迅速发生线性变化，通过后续的电路网路的作用，将这种变化转换成电压量的变化，从而就制成了酒精传感器。在单片机技术成熟后，通过酒精传感器与单片机的合理搭配，设计者就设计出了很多功能各异的酒精浓度检测系统，这些单片机系统根据体积大小可以分成手持终端型以及大型设备，本文就选用了51单片机作为主控单片机，设计了一款能够实现酒精浓度检测的控制系统。
酒精检测的国内外发展现状
前不久英国肯特大学的一个实验研究小组在互联网上发不了他们的最新研究成果——能够实现酒精检测的片上系统，也就是说他们能够将庞大的酒精检测探头部分与控制器等重要部分集成到一块半导体芯片中，并且在使用时也无需担心探头的发热问题，设计者在芯片底部设计了一款大面积的低沉散热片，通过该散热片，探头所产生的热量能够被快速耗散，不会对检测结果进行影响；而国内对于酒精的检测则主要是将研究重心放在了检测精度上，足够高的精度能够满足航天领域等高科技场所的严格要求。
本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统便携式酒驾检测仪系统的发展基础上，设计出一款能够实现便携式酒驾检测仪功能的智能便携式酒驾检测仪控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对便携式酒驾检测仪系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述；第五章主要在硬件电路的设计基础上，使用了Proteus 7.8仿真软件对便携式酒驾检测仪控制系统进行了仿真优化，并将仿真结果通过图片方式进行了展现。
方案选择及元器件介绍
控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用STM32单片机作为本文的主控单片机，那么将带来三大方面的优势，首先最主要的是STM32单片机内部采用了高稳定度的PLL（锁相环）技术，这使得它能够在外部施加较低振荡频率的晶振时，就能够以80M以上的主频进行稳定工作，其中PLL能够使得外部晶振输出的频率进行倍频，并且倍数能够灵活的通过软件进行控制，如此高的主频配合了其32位数据处理宽度的特性，使得STM32在做一些中高速的数字信号处理时能够表现出非常高的灵活度和精确度，该单片机在一定程度上代表了当前单片机世界的最高水平；第二大优势是其内部丰富的资源模块，就以我熟悉的F103Z型号单片机来说，其内部具有数十路高速AD采样通道，同时内部集成了一个内置的温度采集模块，另外高性能多用途的UART、CAN以及SPI等常用接口也被集成在同一片内，如果将STM32应用于本系统，能够大大地降低系统的外形体积以及相关模块的消耗，并且对于电路的构建也能够带来相当大的便利；第三大优势要说到它的学习资料丰富性，由于STM32单片机目前代表着单片机的先进水平，因此国内外学习者众多，因此无论是图书馆还是网络上，都能够找到其各方面的开发资料，非常有利于本毕业设计的成功完成，下图为STM32单片机的外形图。
目录
一、 引言 1
（一） 酒精浓度检测技术的发展背景 1
（二） 酒精检测的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制芯片的选取 3
（二） AT89C51单片机简要概述 4
（三） MQ3酒精传感器 5
（四） ADC0832模数转换器介绍 6
（五） LCD1602液晶显示器介绍 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 硬件结构框图设计 8
（二） 单片机最小系统设计 8
1. 复位电路设计 9
2. 时钟电路设计 9
（三） MQ3传感器电路设计 10
（四） ADC0832模数转换器电路设计 10
（五） 液晶显示器电路设计 11
（六） 蜂鸣器电路设计 11
四、 软件系统设计 13
（一） 主程序流程图设计 13
（二） MQ3传感器工作流程图设计 14
（三） ADC0832模数转换器工作流程设计 14
（四） 液晶显示器工作流程设计 15
（五） 报警电路工作流程设计 16
五、 仿真与调试 18
（一） Proteus软件仿真 18
（二） 系统仿真 19
总 结 21<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
br /> 参考文献 22
致 谢 23
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 25
附录三 元件列表 26
附录四 程序 27
引言
酒精浓度检测技术的发展背景
本文将对酒精的单片机控制系统进行设计，在此之前需要对这种控制系统的发展背景以及发展现状进行详细介绍，通过互联网以及图书馆中查阅的资料显示，酒精的检测技术在人类历史上经历了一段很长时间的发展和演变，从最开始的生物化学检测方法到如今的传感器检测方式，这期间蕴含了人类巨大的智慧。在十八世纪后期工业革命结束后，西方国家对工业技术进行了大量的发展，各种规模的工厂如雨后春笋般的出现在城镇中，工业的发展成为了重中之重，其中有一批工厂开始了对酒精的检测，这时检测酒精所依托的主要原理为化学反应法，由于酒精与多种气体或液体能产生反应，其中产生反应后生成水是一种最好的测量方法——将单位体积的酒精气体与其他其他反映后产生相应体积的水，水的体积将间接反映了气体中酒精的浓度，这就是最早的化学检测法，通过这个测量过程的描述，可以发现这种方法虽然能够间接测量到酒精气体的浓度，但是测量过程繁琐复杂，不但需要纯净的测量气体，而且反应条件往往是明火点燃或者加热等，由于酒精气体在点燃后具有一定的危险性，因此随着科学技术的不断发展，这种传统的检测技术逐渐的推出历史的舞台。十九世纪后半页，电子技术发展后，产生了一些简易电子控制系统的雏形，在这时传感器技术已经进入了人类世界，所谓传感器就是一种能够实现非电量转换为电量的电子模块，这种传感器中往往包含了一片特性能够随酒精浓度发生变化的半导体材料，这块材料在接触到酒精气体后，电阻值大小迅速发生线性变化，通过后续的电路网路的作用，将这种变化转换成电压量的变化，从而就制成了酒精传感器。在单片机技术成熟后，通过酒精传感器与单片机的合理搭配，设计者就设计出了很多功能各异的酒精浓度检测系统，这些单片机系统根据体积大小可以分成手持终端型以及大型设备，本文就选用了51单片机作为主控单片机，设计了一款能够实现酒精浓度检测的控制系统。
酒精检测的国内外发展现状
前不久英国肯特大学的一个实验研究小组在互联网上发不了他们的最新研究成果——能够实现酒精检测的片上系统，也就是说他们能够将庞大的酒精检测探头部分与控制器等重要部分集成到一块半导体芯片中，并且在使用时也无需担心探头的发热问题，设计者在芯片底部设计了一款大面积的低沉散热片，通过该散热片，探头所产生的热量能够被快速耗散，不会对检测结果进行影响；而国内对于酒精的检测则主要是将研究重心放在了检测精度上，足够高的精度能够满足航天领域等高科技场所的严格要求。
本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统便携式酒驾检测仪系统的发展基础上，设计出一款能够实现便携式酒驾检测仪功能的智能便携式酒驾检测仪控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对便携式酒驾检测仪系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述；第五章主要在硬件电路的设计基础上，使用了Proteus 7.8仿真软件对便携式酒驾检测仪控制系统进行了仿真优化，并将仿真结果通过图片方式进行了展现。
方案选择及元器件介绍
控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用STM32单片机作为本文的主控单片机，那么将带来三大方面的优势，首先最主要的是STM32单片机内部采用了高稳定度的PLL（锁相环）技术，这使得它能够在外部施加较低振荡频率的晶振时，就能够以80M以上的主频进行稳定工作，其中PLL能够使得外部晶振输出的频率进行倍频，并且倍数能够灵活的通过软件进行控制，如此高的主频配合了其32位数据处理宽度的特性，使得STM32在做一些中高速的数字信号处理时能够表现出非常高的灵活度和精确度，该单片机在一定程度上代表了当前单片机世界的最高水平；第二大优势是其内部丰富的资源模块，就以我熟悉的F103Z型号单片机来说，其内部具有数十路高速AD采样通道，同时内部集成了一个内置的温度采集模块，另外高性能多用途的UART、CAN以及SPI等常用接口也被集成在同一片内，如果将STM32应用于本系统，能够大大地降低系统的外形体积以及相关模块的消耗，并且对于电路的构建也能够带来相当大的便利；第三大优势要说到它的学习资料丰富性，由于STM32单片机目前代表着单片机的先进水平，因此国内外学习者众多，因此无论是图书馆还是网络上，都能够找到其各方面的开发资料，非常有利于本毕业设计的成功完成，下图为STM32单片机的外形图。
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