单片机的酒精浓度检测系统设计
目录
一、引 言 1
（一）、酒精浓度检测仪的背景 1
（二）、酒精浓度检测仪目前状况及发展方向 1
二、设计方案和元器件选择 2
（一）、设计方案 2
（二）、元器件的选择 2
三、系统硬件设计 9
（一）、硬件设计原理 9
（二）、晶振电路 9
（三）、复位电路 10
（四）、蜂鸣器模块 11
（五）、MQ3酒精浓度传感器模块 11
（六）、ADC0832模数转换器模块 12
（七）、LCD1602液晶显示器模块 13
四、系统软件设计 14
（一）、主程序流程图 14
（二）、A/D转换模块程序流程图 14
（三）、液晶显示程序流程图 15
五、实物制作以及调试 16
（一）、制作准备 16
（二）、实物制作 16
（三）、实物照片 16
（四）调试步骤 17
（五）、数据分析表 18
总结 19
参考文献 20
致谢 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB 23
附录三 元件清单 24
附录四 程序 25
一、引 言
（一）、酒精浓度检测仪的背景
气体酒精浓度检测配置有5种，但燃料电池型和半导体型这两种相比于其他三种类型有价格上的优势，所以应用更为广泛。
燃料电池是一种发电装配，它能够将化学能变化为电能。在地球上的很多地方都被提倡，因为它不仅可以高效率地将燃料中的化学能转化为电能， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
而且对大气没有污染。酒精传感器是燃料电池的一个典型应用，它的精度高、抗干扰强并且稳定度极高，然而其结构却非常复杂，对制造过程要求极大，其高昂的材料成本使得其造价精贵，这是限制其发展的一个主要因素。
（二）、酒精浓度检测仪目前状况及发展方向
当今世界，科学技术越来越发展，然而在传感器领域，也迈出了很大的一步，其中酒精浓度传感器的出现使得酒精浓度检测仪的发展向前迈出了巨大的一步。以往都是采用酒精计或者机械检测的方式进行酒精浓度测试，而现在全部被可替代吹管替代，基于单片机技术的酒精浓度测试仪精确度高、使用方便，使得对酒驾的监管以及降低事故率具有积极地作用。
目前市面上流行的酒精浓度检测仪的精度还相对较低，只有高、中、低三个显示结果，而却没有准确地酒精浓度值，并且其灵敏度也较低，由于还没有大范围的普及，它的价格还是处于蛮高的水平。为了能够让适用人群如交警或司机得到准备并且精度较高的酒精浓度，基于单片机技术的酒精浓度检测仪的研发受到越来越多人群的青睐。
（三）、设计目标
本设计的核心节制是AT89C51，把MQ3型酒精浓度传感器用来当做探测原件，另外配合AD0832模块、LCD1602液晶显示器模块及蜂鸣器模块构成整体检测系统。当MQ3酒精浓度传感器感应到酒精存在的时候，酒精浓度值能够在LCD1602液晶显示器上快速准确地显示出来，并且当浓度超标时，蜂鸣器报警模块则会发出声音进行警告。以下为本系统的设计指标：
1、选取AT89C51单片机做主控芯片；
2、系统能够快速地对空气中酒精浓度进行测试，测试数据要准确；
3、采用usb供电；
二、设计方案和元器件选择
（一）、设计方案
方案一：采用FPGA或者CPLD芯片作为控制核心，片外结合酒精浓度传感器、蜂鸣器模块、晶振电路模块以及复位电路等模块而构成。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百M的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的自动窗帘启闭系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，导致最后的可靠性是不过关的。
方案二：采用DSP芯片作为控制核心，TI公司生产的TMS320F28335芯片性能优良，片内集成了大量的常用模块，如16路AD采样通道以及高精准的PWM输出，是工控领域的新型宠儿，然而其成本较高，对于此次的设计来说，无疑增加额外的负担，并且TMS320F28335的优秀性能用在本次设计中时大材小用。另外其开发资料片目前较少，不利于系统的开发。
方案三：采用51单片机作为控制核心，配合片外和酒精浓度传感器、蜂鸣器模块、晶振电路模块以及复位电路等模块而构成，由于51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，另外该方案价格比较低，相对稳定性较好。
综合上述两个方案的分析，本次设计采用方案三作为酒精浓度测量仪的最终设计方案。因为MQ3酒精浓度传感器输出的是虚拟电压量，但51单片机内部集成的AD模块没有，所以51的片外必须配置AD芯片，在本系统采用8位的高精度AD0832模数转换器作为通信的桥梁。由MQ3酒精浓度传感器将非电量酒精浓度值转化为0至5V的模拟电压量后，通过AD0832对此模拟电压量进行数字编码，其次是单片机的处理和数据转换，将数字量转化为具体的浓度值后，用LCD1602液晶显示酒精浓度值显示，并且在AT89C51内部将酒精浓度值与标准值进行比较，当高于标准值时，单片机驱动蜂鸣器模块进行警告，否则蜂鸣器不发声。
（二）、元器件的选择
1、AT89C51单片机
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器 的单片机，它是一种能在低电压场合工作的高性能CMOS类型的8位处理器。它内部集成的只读存储器具有高达1000多次的可擦除性，这样好的性能使得它非常适合学生做实验。另外这种类型的单片机制造技术是很高的，运用了密度很高的不易丢失存储器，AT89C51单片机的通用IO管脚能够和工业上广泛采用的MCS-51类型的指令集能够完美兼容。ATMEL公司研发的这种高效率的微控制器将FLASH和性能强大的8位CPU集成在一个芯片里使得它在嵌入式领域有着广泛的应用。基于上述的特点，AT89C51单片机具有较为成熟的技术能够胜任大多数的嵌入式应用场合。下图为DIP-40封装类型AT89C51单片机的芯片引脚图：
图1 AT89C51单片机引脚图
AT89C51的主要特性：
能够和MCS-51相 兼容
内部集成了一个容量高达4K字节的FLASH
内部集成的只读存储器具有高达1000多次的可擦除性能
全静态工作：0Hz-24MHz
在程序配置下能够使系统进入掉电或者闲置的低功耗模式；
两个16位定时器/计数器
可编程串行通道
128*8位内部RAM
5个中断源
32可编程I/O线
图8 MQ3酒精浓度传感器模块
（六）、ADC0832模数转换器模块
一、引 言 1
（一）、酒精浓度检测仪的背景 1
（二）、酒精浓度检测仪目前状况及发展方向 1
二、设计方案和元器件选择 2
（一）、设计方案 2
（二）、元器件的选择 2
三、系统硬件设计 9
（一）、硬件设计原理 9
（二）、晶振电路 9
（三）、复位电路 10
（四）、蜂鸣器模块 11
（五）、MQ3酒精浓度传感器模块 11
（六）、ADC0832模数转换器模块 12
（七）、LCD1602液晶显示器模块 13
四、系统软件设计 14
（一）、主程序流程图 14
（二）、A/D转换模块程序流程图 14
（三）、液晶显示程序流程图 15
五、实物制作以及调试 16
（一）、制作准备 16
（二）、实物制作 16
（三）、实物照片 16
（四）调试步骤 17
（五）、数据分析表 18
总结 19
参考文献 20
致谢 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB 23
附录三 元件清单 24
附录四 程序 25
一、引 言
（一）、酒精浓度检测仪的背景
气体酒精浓度检测配置有5种，但燃料电池型和半导体型这两种相比于其他三种类型有价格上的优势，所以应用更为广泛。
燃料电池是一种发电装配，它能够将化学能变化为电能。在地球上的很多地方都被提倡，因为它不仅可以高效率地将燃料中的化学能转化为电能， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
而且对大气没有污染。酒精传感器是燃料电池的一个典型应用，它的精度高、抗干扰强并且稳定度极高，然而其结构却非常复杂，对制造过程要求极大，其高昂的材料成本使得其造价精贵，这是限制其发展的一个主要因素。
（二）、酒精浓度检测仪目前状况及发展方向
当今世界，科学技术越来越发展，然而在传感器领域，也迈出了很大的一步，其中酒精浓度传感器的出现使得酒精浓度检测仪的发展向前迈出了巨大的一步。以往都是采用酒精计或者机械检测的方式进行酒精浓度测试，而现在全部被可替代吹管替代，基于单片机技术的酒精浓度测试仪精确度高、使用方便，使得对酒驾的监管以及降低事故率具有积极地作用。
目前市面上流行的酒精浓度检测仪的精度还相对较低，只有高、中、低三个显示结果，而却没有准确地酒精浓度值，并且其灵敏度也较低，由于还没有大范围的普及，它的价格还是处于蛮高的水平。为了能够让适用人群如交警或司机得到准备并且精度较高的酒精浓度，基于单片机技术的酒精浓度检测仪的研发受到越来越多人群的青睐。
（三）、设计目标
本设计的核心节制是AT89C51，把MQ3型酒精浓度传感器用来当做探测原件，另外配合AD0832模块、LCD1602液晶显示器模块及蜂鸣器模块构成整体检测系统。当MQ3酒精浓度传感器感应到酒精存在的时候，酒精浓度值能够在LCD1602液晶显示器上快速准确地显示出来，并且当浓度超标时，蜂鸣器报警模块则会发出声音进行警告。以下为本系统的设计指标：
1、选取AT89C51单片机做主控芯片；
2、系统能够快速地对空气中酒精浓度进行测试，测试数据要准确；
3、采用usb供电；
二、设计方案和元器件选择
（一）、设计方案
方案一：采用FPGA或者CPLD芯片作为控制核心，片外结合酒精浓度传感器、蜂鸣器模块、晶振电路模块以及复位电路等模块而构成。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百M的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的自动窗帘启闭系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，导致最后的可靠性是不过关的。
方案二：采用DSP芯片作为控制核心，TI公司生产的TMS320F28335芯片性能优良，片内集成了大量的常用模块，如16路AD采样通道以及高精准的PWM输出，是工控领域的新型宠儿，然而其成本较高，对于此次的设计来说，无疑增加额外的负担，并且TMS320F28335的优秀性能用在本次设计中时大材小用。另外其开发资料片目前较少，不利于系统的开发。
方案三：采用51单片机作为控制核心，配合片外和酒精浓度传感器、蜂鸣器模块、晶振电路模块以及复位电路等模块而构成，由于51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，另外该方案价格比较低，相对稳定性较好。
综合上述两个方案的分析，本次设计采用方案三作为酒精浓度测量仪的最终设计方案。因为MQ3酒精浓度传感器输出的是虚拟电压量，但51单片机内部集成的AD模块没有，所以51的片外必须配置AD芯片，在本系统采用8位的高精度AD0832模数转换器作为通信的桥梁。由MQ3酒精浓度传感器将非电量酒精浓度值转化为0至5V的模拟电压量后，通过AD0832对此模拟电压量进行数字编码，其次是单片机的处理和数据转换，将数字量转化为具体的浓度值后，用LCD1602液晶显示酒精浓度值显示，并且在AT89C51内部将酒精浓度值与标准值进行比较，当高于标准值时，单片机驱动蜂鸣器模块进行警告，否则蜂鸣器不发声。
（二）、元器件的选择
1、AT89C51单片机
AT89C51是一种带4K字节
图1 AT89C51单片机引脚图
AT89C51的主要特性：
能够和MCS-51相 兼容
内部集成了一个容量高达4K字节的FLASH
内部集成的只读存储器具有高达1000多次的可擦除性能
全静态工作：0Hz-24MHz
在程序配置下能够使系统进入掉电或者闲置的低功耗模式；
两个16位定时器/计数器
可编程串行通道
128*8位内部RAM
5个中断源
32可编程I/O线
图8 MQ3酒精浓度传感器模块
（六）、ADC0832模数转换器模块
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