单片机的酒精浓度测试仪设计与制作
目 录
一、 引言 1
（一） 酒精检测研究背景 1
（二） 国内外研究现状 1
（三） 本文主要内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控芯片的选择 3
（二） AT89C51单片机介绍 3
（三） MQ-3酒精浓度传感器介绍 5
（四） ADC0832模数转换器介绍 6
（五） LCD1602字符点阵型液晶显示器 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 系统总体设计 9
（二） 51单片机最小系统设计 9
（三） MQ-3酒精浓度传感器电路设计 10
（四） LCD1602液晶屏与单片机电路设计 11
（五） 报警器模块设计 12
四、 软件系统设计 14
（一） 主程序流程设计 14
（二） MQ-3酒精浓度采集流程设计 14
（三） ADC0832转换流程设计 15
（四） 显示器的工作流程设计 16
五、 实物制作与调试 18
（一） PCB文件的绘制 18
（二） 器件的焊接 19
（三） 程序的烧录 19
总结 20
参考文献 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB图 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
致谢 31
引言
酒精检测研究背景
对于酒精浓度的测量从古时候就开始了，人们根据乙醇的密度和水的密度差异，发明了浮沉随酒精浓度变化的酒精计，在使用时需要将酒精计放入酒精溶液中，当酒精溶液中的酒精浓度不同时，对酒精计产生的浮力也不同，因此酒精计在一定浓度的乙醇溶液中高度是一定的，当酒精计最终在溶液里的高度稳定下来后，对其液面交界处的读数进行读取，这就是酒精计测量酒精浓度的方法，可以发现酒精计融汇了人们的多项智慧结晶于一体，但是在使用时也暴露出了诸多不便，比如测量过程冗长，需要等待很长时间并且读取示数也会产生误差，在现在科技高度发展的今天，它似乎
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需要将酒精计放入酒精溶液中，当酒精溶液中的酒精浓度不同时，对酒精计产生的浮力也不同，因此酒精计在一定浓度的乙醇溶液中高度是一定的，当酒精计最终在溶液里的高度稳定下来后，对其液面交界处的读数进行读取，这就是酒精计测量酒精浓度的方法，可以发现酒精计融汇了人们的多项智慧结晶于一体，但是在使用时也暴露出了诸多不便，比如测量过程冗长，需要等待很长时间并且读取示数也会产生误差，在现在科技高度发展的今天，它似乎已经表现不出任何有用的价值了。
随着半导体技术的日益发展，很多具有能够对酒精浓度、一氧化碳浓度或者温度等产生特性变化的半导体已经设计出来并投入了使用，比如由三氧化二铝和氧化锡组成的半导体能够在不同的酒精浓度下表现出不同的阻值，将这一特性结合到具体的电子电路中，就可以制作出输出电压随酒精浓度变化而变化的酒精浓度传感器来，比如目前市面上较为流行的MQ-3型酒精浓度传感器就是利用这一原理设计的。这种特殊功能的传感器被设计出来后不只是使得测量变得数字化，只需要一个经过电流表头改装过的表盘或者数码管就能实现对酒精浓度的测量，另外将传感器和高速发展的单片机或者DSP等处理器相结合后就产生了酒精浓度测量的自动化，可以使得测量过程一键化或者全程无人看管，再结合其他无线传感器后就可以将酒精浓度测量变成无线化。
国内外研究现状
目前国内外对于酒精浓度检测方法的研究已经取得了很大的成果，完全摆脱了化学检测方法，几乎每一种方法都是依靠体型小巧的传感器来完成的。据国外媒体报道，前不久英国伦敦大学的一个课外研究小组设计出了一块“袖珍”型酒精浓度传感器，并将它嵌入到了手机中，因此只要有了这种手机就可以随时随地的实现对酒精浓度的检测，更重要的是，这种技术有可能会被加以应用到交警的手机中，使得酒驾的检测更加方便。而在国内，对于酒精浓度的检测研究也非常火热，许多制酒厂和化学工厂对于方便快捷的酒精浓度检测仪需求很大，因此诞生了相关的研究小组。
本文主要内容
本文主要以基于单片机的酒精浓度测试仪设计与制作作为研究对象，设计了一款能够实现酒精浓度自动测量并且当浓度超标时自动报警功能的单片机系统。在文章结构安排上，第一章主要对课题背景以及单片机的酒精浓度测试仪设计与制作的国内外研究现状进行了资料查阅；第二章主要对单片机的酒精浓度测试仪设计与制作方案以及元器件进行选择和介绍；第三章是对单片机的酒精浓度测试仪设计与制作进行设计；第四章主要是对单片机的酒精浓度测试仪设计与制作的软件系统进行了设计。方案选择及元器件介绍
主控芯片的选择
方案一：选择8位单片机中的51单片机作为控制系统的主控芯片，所谓51单片机是指那些片内采用MCS—51架构作为内核的单片机，如美国ATMEL公司的AT89C51、AT89C52、AT89S51以及AT89S52，中国宏晶公司生产的STC89C51、STC89C52、STC12系列等，它们都是采用51内核，只是片内资源不同的经典51单片机。采用51单片机作为控制系统有两大好处，一是51单片机内部需要操控的寄存器较少，非常适合初学者和学生使用，容易完成系统的设计；而是51单片机采用串口进行程序的下载和调试，不需要专门的JATG式仿真器，因此成本非常低。但是使用51单片机作为主控核心也有几个缺点，一是51单片机的主频较低，内部没有集成锁相环电路，因此芯片的处理速度较低；二是51单片机内部集成的资源较少，如常用的IIC、SPI以及AD采样模块都没有集成进去，使用者需要自己在片外配置。然而综合到自身的学习情况，对于51单片机的使用能够很熟练的程度，这对于顺利完成毕业设计是有利的。
方案二：选择意大利意法半导体（SST）公司推出的STM32系列单片机作为主控核心，STM32单片机的最大特色是采用了ARM结构作为内核，其32位的总线宽度使得它在处理一些数据时能够表现出更大的优势，由于采用ARM内核，因此这种类型的单片机被业内人士称之为微处理器，同MCU有较大区别。STM32系列的低端芯片的主频就已经达到了72M，高端系列能够达到168M，由于片内集成了高性能的锁相环（PLL），所以采用精度较高的低频晶振（8M）就可以给芯片提供时钟信号，经过锁相环的作用，能够将频率倍频到72M甚至更高。STM32采用了Cortex-M3或者Cortex-M4作
一、 引言 1
（一） 酒精检测研究背景 1
（二） 国内外研究现状 1
（三） 本文主要内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控芯片的选择 3
（二） AT89C51单片机介绍 3
（三） MQ-3酒精浓度传感器介绍 5
（四） ADC0832模数转换器介绍 6
（五） LCD1602字符点阵型液晶显示器 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 系统总体设计 9
（二） 51单片机最小系统设计 9
（三） MQ-3酒精浓度传感器电路设计 10
（四） LCD1602液晶屏与单片机电路设计 11
（五） 报警器模块设计 12
四、 软件系统设计 14
（一） 主程序流程设计 14
（二） MQ-3酒精浓度采集流程设计 14
（三） ADC0832转换流程设计 15
（四） 显示器的工作流程设计 16
五、 实物制作与调试 18
（一） PCB文件的绘制 18
（二） 器件的焊接 19
（三） 程序的烧录 19
总结 20
参考文献 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB图 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
致谢 31
引言
酒精检测研究背景
对于酒精浓度的测量从古时候就开始了，人们根据乙醇的密度和水的密度差异，发明了浮沉随酒精浓度变化的酒精计，在使用时需要将酒精计放入酒精溶液中，当酒精溶液中的酒精浓度不同时，对酒精计产生的浮力也不同，因此酒精计在一定浓度的乙醇溶液中高度是一定的，当酒精计最终在溶液里的高度稳定下来后，对其液面交界处的读数进行读取，这就是酒精计测量酒精浓度的方法，可以发现酒精计融汇了人们的多项智慧结晶于一体，但是在使用时也暴露出了诸多不便，比如测量过程冗长，需要等待很长时间并且读取示数也会产生误差，在现在科技高度发展的今天，它似乎
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
需要将酒精计放入酒精溶液中，当酒精溶液中的酒精浓度不同时，对酒精计产生的浮力也不同，因此酒精计在一定浓度的乙醇溶液中高度是一定的，当酒精计最终在溶液里的高度稳定下来后，对其液面交界处的读数进行读取，这就是酒精计测量酒精浓度的方法，可以发现酒精计融汇了人们的多项智慧结晶于一体，但是在使用时也暴露出了诸多不便，比如测量过程冗长，需要等待很长时间并且读取示数也会产生误差，在现在科技高度发展的今天，它似乎已经表现不出任何有用的价值了。
随着半导体技术的日益发展，很多具有能够对酒精浓度、一氧化碳浓度或者温度等产生特性变化的半导体已经设计出来并投入了使用，比如由三氧化二铝和氧化锡组成的半导体能够在不同的酒精浓度下表现出不同的阻值，将这一特性结合到具体的电子电路中，就可以制作出输出电压随酒精浓度变化而变化的酒精浓度传感器来，比如目前市面上较为流行的MQ-3型酒精浓度传感器就是利用这一原理设计的。这种特殊功能的传感器被设计出来后不只是使得测量变得数字化，只需要一个经过电流表头改装过的表盘或者数码管就能实现对酒精浓度的测量，另外将传感器和高速发展的单片机或者DSP等处理器相结合后就产生了酒精浓度测量的自动化，可以使得测量过程一键化或者全程无人看管，再结合其他无线传感器后就可以将酒精浓度测量变成无线化。
国内外研究现状
目前国内外对于酒精浓度检测方法的研究已经取得了很大的成果，完全摆脱了化学检测方法，几乎每一种方法都是依靠体型小巧的传感器来完成的。据国外媒体报道，前不久英国伦敦大学的一个课外研究小组设计出了一块“袖珍”型酒精浓度传感器，并将它嵌入到了手机中，因此只要有了这种手机就可以随时随地的实现对酒精浓度的检测，更重要的是，这种技术有可能会被加以应用到交警的手机中，使得酒驾的检测更加方便。而在国内，对于酒精浓度的检测研究也非常火热，许多制酒厂和化学工厂对于方便快捷的酒精浓度检测仪需求很大，因此诞生了相关的研究小组。
本文主要内容
本文主要以基于单片机的酒精浓度测试仪设计与制作作为研究对象，设计了一款能够实现酒精浓度自动测量并且当浓度超标时自动报警功能的单片机系统。在文章结构安排上，第一章主要对课题背景以及单片机的酒精浓度测试仪设计与制作的国内外研究现状进行了资料查阅；第二章主要对单片机的酒精浓度测试仪设计与制作方案以及元器件进行选择和介绍；第三章是对单片机的酒精浓度测试仪设计与制作进行设计；第四章主要是对单片机的酒精浓度测试仪设计与制作的软件系统进行了设计。方案选择及元器件介绍
主控芯片的选择
方案一：选择8位单片机中的51单片机作为控制系统的主控芯片，所谓51单片机是指那些片内采用MCS—51架构作为内核的单片机，如美国ATMEL公司的AT89C51、AT89C52、AT89S51以及AT89S52，中国宏晶公司生产的STC89C51、STC89C52、STC12系列等，它们都是采用51内核，只是片内资源不同的经典51单片机。采用51单片机作为控制系统有两大好处，一是51单片机内部需要操控的寄存器较少，非常适合初学者和学生使用，容易完成系统的设计；而是51单片机采用串口进行程序的下载和调试，不需要专门的JATG式仿真器，因此成本非常低。但是使用51单片机作为主控核心也有几个缺点，一是51单片机的主频较低，内部没有集成锁相环电路，因此芯片的处理速度较低；二是51单片机内部集成的资源较少，如常用的IIC、SPI以及AD采样模块都没有集成进去，使用者需要自己在片外配置。然而综合到自身的学习情况，对于51单片机的使用能够很熟练的程度，这对于顺利完成毕业设计是有利的。
方案二：选择意大利意法半导体（SST）公司推出的STM32系列单片机作为主控核心，STM32单片机的最大特色是采用了ARM结构作为内核，其32位的总线宽度使得它在处理一些数据时能够表现出更大的优势，由于采用ARM内核，因此这种类型的单片机被业内人士称之为微处理器，同MCU有较大区别。STM32系列的低端芯片的主频就已经达到了72M，高端系列能够达到168M，由于片内集成了高性能的锁相环（PLL），所以采用精度较高的低频晶振（8M）就可以给芯片提供时钟信号，经过锁相环的作用，能够将频率倍频到72M甚至更高。STM32采用了Cortex-M3或者Cortex-M4作
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