基于单片机的酒精浓度测试的设计与研究_毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的酒精浓度测试的设计与研究_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

xD2/(可通过寄存器设置到 )， TxD2/(可通过寄存器设置到 )。 ： 40 +85℃ (工业级 ) / 0 75℃ (商业级 )：PDIP40,LQFP44,LQFP48 I/O 口不够时，可用 2 到 3 根普通 I/O 口线外接 74HC164/165/595（均可级联）来扩展 I/O 口 ， 还可用 A/D 做按键扫描来节省 I/O口，或用双 CPU， 三线通信，还多了串口。 晶振电路 晶振是石英振荡器的简称，它是时钟电路中最重要的部件，它的主要作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率，它就像个标尺，工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定，自然容易出现问题。 STC89C52 片内有一个高增益反相放大器，其输入端 (XTAL1)和输出端(XTAL2)用于 外接石英晶体和微调电容，构成振荡器，如图 32 所示 ： 12MY230pCY430pCY3X1X2 电容 C3 和 C4 对频率有微调作用，电容的选择范围一般为 ~12MHz，晶振频率越快，单片机指令周期越短，运行越快。 内部时钟信号由 振荡器输出的振荡脉冲经 2 分频 得到 ，用 来控制 单片机内部各功能部件按 照顺 序协调工作，其周期称为时钟周期。 一个机器周期由 6 个时钟周期构成，指令周期以机器周期为单位，所以晶振频率越快，单片机指令周期越短，运行越快。 本设计晶振选择频率为 ，电容选择 30pF。 经计算得单片机工作机器周期约为： 1μs。 复位电路 为确保单片机系统稳定可靠工作，复位电路是必可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。 所谓上电复位，是指在计算机上电瞬间，要在 RST 引脚上产生宽度大于 10ms 的正脉冲，使计算机进入复位状态。 等待系统电源稳定后，复位信号停止。 当系统在工作中受到干扰后，容易出现程序 “跑飞 ”而盲目运行甚至出现死机现象。 此时复位信号有效，使微机系统重新恢复正常运行。 目前为止，单片机复位电路主要有四种类型： ； ； 7 较器型复位电路； [7]。 在本设计中，当电源 VCC 上 电时，因电容 C3 两端电压不能突变，所以 RES 在上电时会有一段时间为高电平，电容中的电流越来越小， R1 上的电压就越来越小，呈指数变化。 过一段时间后，电容逐渐充电完毕， RST 端恢复高电平，复位有效。 持续一段时间后，复位撤除，微机开始工作。 该电路具有结构简单、实用等优点。 本设计采用按键结合上电复位，当电源连接后，按下按键则系统复位，单片机程序从头开始执行，具体的复位电路如图 33 所示： S3SWPB112210uCR2VCCRST1KR6 酒精浓度模块设计 酒精浓度传感器 MQ3 的特点 MQ3 酒精浓度传感器是一种检测装置对乙醇蒸汽有很高的灵 敏度和良好的选择性，快速的反应和恢复速度，长期的寿命和可靠的性能，并且所需要的驱动电路简单。 MQ3 酒精浓度传感器的探测浓度范围为：。 适合用于检测机动车驾驶员是否为酒后驾驶。 也可用于其他场合乙醇浓度的检测。 MQ3 型气敏传感器由微型 Al2O陶瓷管和 SnO2 敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或者不锈钢的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。 传感器的标准回路有两部分组成：其一为加热回路；其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻的变化。 传感器表 面电阻 RS 的变化，是通过与其串联的负载电阻 RL 上的有效电压信号 VRL 出面获得的。 二者之间的关系表述为： RS/RL=(VC－ VRL)/VRL，其中 VC 为回路电压， 10V。 负载电阻 RL 可调为 ～ 200K，加热电压 Uh 为 5V。 MQ3 的结构和外形 8 为了更好地使用酒精传感器 MQ3，现将 MQ3 的标准工作条件和环境条件进行介绍，如表一和表二所示。 表一标准工作条件 表二酒精传感器 MQ3 的环境条件 MQ3 标准回路 传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度之间的关系 9 A/D 转换电路 在单片机应用系统中，被测量对象的有关 变化量，如温度、压力、流量、速度等非电物理量，须经传感器转换成连续变化的模拟电信号（电压或电流），这些模拟电信号必须转换成数字量后才能在单片机中用软件进行处理。 实现模拟量转换成数字量的器件称为 A/D 转换器（ ADC）。 A/D 转换器大致分有三类：一是双积分 A/D 转换器，优点是精度高，抗干扰性好，价格便宜，但速度慢；二是逐次逼近式 A/D 转换器，精度、速度、价格适中；三是并行 A/D 转换器，速度快，价格也昂贵。 本设计中采用的 A/D 转换器是 STC12C5A60S2 单片机内部所带的 A/D 转换器。 此单片机 A/D 转换为 10 位精度 ADC，共 8 路，转换速度可达 250K/S(每秒钟 25 万次 )。 MAX3232 电路 MAX3232 收发器采用专有的低压差发送器输出级，具有一个完整的串口 (3路驱动器 /5 路接收器 )。 利用双电荷泵在 至 电源供电时能够实现真正的 RS232 性能。 器件仅需四个 的外部小尺寸电荷泵电容。 MAX3222 确保在 120kbps 数据速率下维持 RS232 输出电平。 MAX3232 具有 2 路接收器和 2路驱动器。 MAX3232 电路如下图所示： 1234567891110J1C1+1V+2C13C2+4C25V6T1IN11R1OUT12R1IN13T1OUT14GND15VCC16U6MAX232104C6104C4104C3104C5104C7VCCP30P31 MAX323 电路 10 液晶显示 器 LCD1602 LCD1602 介绍 LCD1602 分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为 HD44780， 不 带背光的比带背光的 薄 ，在应用中是否带背光并无差别。 LCD1602 的 主要技术参数： ： 一行 16 个字符 ，共 32 字符 ； 片工作电压 ： —； 工作电流 ： ()； ：+5V； 字符尺寸 ： LCD1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令， 分别为： 指令 1：清屏。 指令码 0x01H，光标复位到 0x00H 这个地址的 位置。 指令 2：光标复位。 光变 应该 回到地址 0x00H。 指令 3：设置输入模式。 I/D： 它表示 光标 应该 移动 的 方向，高电平 的时候 右移，低电平 的时候 左移 ； S:它控制 屏幕上所有 的 文字 方向 是左移或右移，高电平有效， 而 低电平 此位 无效。 指令 4： 用于 显示 的 开关控制。 D： 它表示 整体 的 显示开与关，高电平 时 显示 为开 ，低电平 时 显示 为关 ； C:它表示了 光标开与关，有光标 时是高电平 ，无光标 时是低电平。 B:它表示 光标 的 闪烁，闪烁 时高电平 ，不闪烁 时低电平。 指令 5：光标 以及 显示 的 移位。 S/C： 若 移动显示的文字 则是高电平 ， 若 移 动光标 则是低电平 ； R/L：右移 时高电平 ，左移 时低电平。 指令 6： 设置 功能 的 命令。 D/L： 4 位总线 时高电平 ， 8 位总线 时低电平 ； D：高电平时，双行显示，低电平时 ， 单行显示 ； F： 若为 高电平 ，则 显示 510， 若为 低电平 ，则 显示 57。 指令 7： 设置 RAM 的 地址。 指令 8： 设置 DDRAM 的 地址。 指令 9：读光标地址 以及忙信号。 BF：为忙标志位， 忙的时候是高电平 ， 这时其 不收命令或数据， 不忙的时候是 低电平。 指令 10：写数据。 指令 11：读数据。 系统 LCD1602 显示 说明 LCD1602 采用标准 的 14 脚 (无 背光 )或 16 脚 (带背光 )接口， 本设计选用 16引脚的带背光接口， LCD1602 引脚接口说明如 表 32 所示 : 表 32 LCD1602 引脚接口说明 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据 11 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据 /命令 控制 12 D5 数据 5 R/W 读 /写 控制 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源 电源端 8 D1 数据 16 BLK 背光源 接地端 在该设计系统中，单片机将 DHT11 温湿度传感器送入的 40 位数据按照 5个 8 位字节存入不同的变量中，然后通过变换形式转换为字符形式在 LCD1602上显示。 本设计中 LCD1602 与单片机连接图如图 35 所示： 12345678910111213141516P1VCCVCCP00P01P02P03P04P05P06P07LCDENRS10R1WR 从图中可以看出： 1 引脚为接地端，与单片机的地相连； 2 引脚接 +5V 电源，连接单片机的 +5V 电源； 3 引脚为液晶显示偏压，连接一个最大阻值为 10K 的电位器，通过调节电位器的阻值可以调节液晶屏的显示清晰度，使 酒精浓度 的数值清晰地显示在液晶屏上； 4 引脚 RS 为寄存器选择， 为高电平时 选 择数据寄存器 ，低电平时 选择指令 寄存器 ，设计时 RS 接单片机的 引脚，通过程序对其状态进行控制； 5 引脚 RW 为读 /写信号 选择 线， 为 高电平时进行读操作，低电平时进行写操作 ，设计时 RW 接单片机的 引脚，通过编程控制其状态变化； 6 引脚 E(或 EN)端为 模块 使能 控制 端 ，编程时结合 RS 和 RW 控制液晶屏完成显示任务，硬件连接时接单片机的 引脚； 7～ 14 脚 P0～ P7 为 8 位双向数据端 ，和单片机的 P0 口相连，程序中对 LCD1602 进行写命令和写数据都通过这 8 个数据端进行传输； 15 脚为背光源正极，必须和电源的正极相连 ； 16 脚为背光源负极，必须和电源的负极相连。 图 35 LCD1602显示电路 12 在 使用 液晶模块 之前要先进行 初始化 ，首先 要设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的， 不需要重新设置。 在 每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。 通信 模块设计 随着科学技术的不断发展，无线 通信 已经渗透到人们的生活，工作，和学习当中。 在智能家居、车辆监控防盗、机器人控制、无线抄表、门禁系统、工业数据采集系统等方面都广泛的使用无线传输模块。 现今无线 通信 技术已经十分成熟，无线 通信 模块可以实现短时间、长距离、低功耗、高灵敏度、抗干扰性、高集成度，从 而节省了人力、物力，并且还能进行实时监测，及时处理现场突发状况。 因此本设计选用无线传输模块 GSM 模块作为酒精浓度测试的通信模块。 GSM 模块介绍 GSM 模块是将 GSM 射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块电路板上，具有独立的操作系统、 GSM 射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。 因此， GSM 模块具有发送 SMS 短信，语音通话， GPRS 数据传输等基于 GSM 网络进行通信的所有基本功能。 简单来讲， GSM 模块加上键盘、显示屏和电池，就是一部手机。 在本设计中单片机处理的数据经过 MAX3232处理后经过串口将报警数据传输到 GSM 模块，然后 GSM 模块将报警信号发送至所设定的手机终端。 按键键盘 设计 按键是单片机系统中常用的信息输入部件，同时也是人机对话中不可缺少的输入设备。 在和单片机构成系统时，按键通常有两种接法，一种叫独立式按键，另一种叫矩阵式按键。 用口线较多时，可以将键盘接成矩阵的形式，这种形式节省口线。 本设计中采用的是独立式按键。 按键 电路 设计 本设计中的按键主要完成对酒精浓度阈值的设定。 其电路图如下： 13 S1S2S3P13P14P15 本设计中， S1 按键为对酒精 浓度控制的选择键， S2 和 S3 酒精浓度的调节键， S2 控制设定值的增加， S3 控制酒精浓度的减小。 报警电路 设计 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、定时 器等电子产品中作发声器件。 蜂鸣器分为有源与无源两种。 有源蜂鸣器直接接额定电源就可连续发声，而无源蜂鸣器则和电磁扬声器一样，需要接在音频输出电路中才能发声。 有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的主要差别是对输入信号的要求不一样，有源蜂。