酒精浓度检测仪的设计

毕业论文

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酒精浓度检测仪的设计

摘 要

本文研究设计了一种用于公共场所具有检测及超限报警功能的酒精浓度智能测试仪。其设计方案基于89C51单片机，MQ3酒精浓度传感器。系统将传感器输出信号通过A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由LCD显示酒精浓度值。从而让驾车的人知道自己该在什么情况下可以开车，这是一个在现代生活很实用。

经过大量的验证，基于单片机的酒精浓度监测仪检测仪比传统的机械检测仪或酒精计灵敏，监测精度高，准确方便，可靠性好，扩展简单，控制功能强大。对超出阀值进行声光报警，直观准确。所以基于单片机的酒精浓度监测仪的研究具有一定的价值。

关键词：酒精浓度传感器；单片机；数模转换；硬件设计；数码管显示

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Alcohol concentration detector design

Abstract

This paper studies has been designed for public inspection and overrun alarm function with the alcohol concentration intelligent tester. Its design scheme based on 89C51, MQ3 alcohol concentration sensor. System will sensor output signal through the A/D circuit recuperation, data processing by MCU, finally by LCD display alcohol chroma value. So let the people know what oneself should drive in what circumstances can drive, this is a very practical in modern life.

After a great deal of verification, based on SCM alcohol concentration monitor detector than traditional mechanical detector or alcohol plans, monitoring high precision, sensitivity, good dependability, precise convenient extended simple, control powerful functions. Beyond the value of acousto-optic alarm, intuitive accurate. So based on SCM alcohol concentration monitor research has certain value.

Keywords：Alcoho concentration sensor; microcontroller; digital-to-analog;hardware design; digital pipe display

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目 录

摘 要 ...................................................................................................................... I- 2 - Abstract ........................................................................................................................ II 第1章 绪 论 .............................................................................................................. 1 1.1酒精浓度检测仪的背景 .................................................................................. 1 1.2酒精浓度检测仪现状及发展趋势 .................................................................. 1 1.3本课题实现目标 .............................................................................................. 1 1.4本章小结 .......................................................................................................... 1 第2章 设计方案和元器件选择 .................................................................................. 2 2.1设计方案 .......................................................................................................... 2 2.2元器件选择 ...................................................................................................... 2

2.2.1单片机的选择 ....................................................................................... 2

2.2.2传感器 ................................................................................................... 2 2.2.3数模转换器 ........................................................................................... 2 2.2.4 AT24C02存储器 .................................................................................. 2 2.2.5 LCD显示 .............................................................................................. 2

2.3本章小结 .......................................................................................................... 2 第3章 硬件设计 .......................................................................................................... 3 3.1硬件设计原理 .................................................................................................. 3 3.2硬件设计的外围电路 ...................................................................................... 3

3.2.1晶振电路 ............................................................................................... 3 3.2.2复位电路 ............................................................................................... 3 3.2.3报警设计 ........................................................................................ - 16 - 3.2.4电源电路 ............................................................................................... 3 3.2.5信号调制电路 ................................................................................ - 18 - 3.2.6 A/D转换设计 ....................................................................................... 3 3.2.7外围扩充存储器电路 ........................................................................... 3

3.3本章小结 .......................................................................................................... 3 第4章 系统软件的设计 .............................................................................................. 4 4.1主程序 .............................................................................................................. 4 4.2 A/D转换模块程序流程图 .............................................................................. 4 4.3液晶显示程序流程图 ...................................................................................... 4 4.4本章小结 .......................................................................................................... 4 第5章 本设计总结与展望 .......................................................................................... 5

参考文献 ........................................................................................................................ 6

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致 谢 ............................................................................................................................ 7 附录A ............................................................................................................................ 8 附录B ............................................................................................................................ 9

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第1章 绪论

检测仪向更迅速更快捷发展，方便携带等要求发展。传统的机械检测仪或酒精计一般灵敏度和准确度也比较低或者检测方法难，同时单片机既有通用计算机的基本部件，又不同于计算机。有体积小，实时快速的对外部事件做出响应，迅速采集大量数据，做出逻辑判断与推理后实现被控对象的参数调整与控制，且能满足检测仪的设计要求，所以基于单片机的酒精浓度检测仪的开发有很大意义。

1.1酒精浓度检测仪的背景

以对气体中酒精含量进行检测的设备有五种基本类型，即：燃料电池型（电化学）、半导体型、红外线型、气体色谱分析型、比色型。但由于价格和使用方便的原因，常用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型两种。

燃料电池可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染，酒精传感器只是燃料电池的一个分支。燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极，在燃烧室内充满特种催化剂，使进入燃烧室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在两个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上，此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比。

与半导体型相比，燃料电池型呼气酒精测试仪具有稳定性好，精度高，抗干扰性好的优点。但是由于燃料电池酒精传感器的结构要求非常精密，制造难度相当大。

从传感器技术发展的角度看，根据使用传感器原理的不同，常见的气体检测仪器仪表各自有适用气体及应用领域，新技术新产品正在成为未来气体检测仪器仪表的主流，现在的酒精浓度检测仪都是采用可替代吹管，酒精仪从传统的机械检测或酒精计到现在的利用传感器和单片机位核心技术的酒精浓度检测仪式在技术上是一大突破，大大提高了检测酒精的精确度。

1.2酒精浓度检测仪现状及发展趋势

根据使用传感器原理的不同，常见的气体检测仪器仪表各自有适用气体及应用领域，新技术新产品正在成为未来气体检测仪器仪表的主流，如今的酒精浓度检测仪都是采用可替代吹管，酒精仪从传统的机械检测或酒精计到现在的利用传感器和单片机位核心技术的酒精浓度检测仪式在技术上是一大突破，大大提高了检测酒精的精确度，更能满足市场的需求。

但是当前大部分一般的酒精浓度检测仪价格较低的灵敏度并不是很强，准确度高的一般售价也比较昂贵，并且大多只是对结果进行预警、低报、高报三限报警点设置，所以在LED显示酒精浓度数值上应实现普及，得到准确的浓度数值。同时很多其他气体会可能会对其影响，从而影响准确度。所以在传感器的腐蚀性以及排除其他干扰的能力值得提升。现在大多都是检测气体浓度或液体浓度的检测，最好是能解决一个检测仪同时检测气体和液体两种不同状态的酒精浓度。

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1.3本课题实现目标

本论文主要完成酒精浓度检测仪软件设计，设计内容包括：A/D转换器程序、控制程序、超标报警、键盘检测、数据显示等。

系统采用单片机为控制核心，以实现便携式酒精浓度检测仪的基本控制功能。系统主要功能内容包括：数据处理、超标报警。本系统设计采用功能模块化的设计思想，设计器件简介和选择；电路的设计和调试。

硬件设计部分主要包括：MCU、A/D、LCD、外围扩展数据RAM等芯片的选择。

1.4本章小结

如今各个地方对安全意识增强，对检测的精度高，准确度高，携带方便要求。再加上气体传感器的发展，单片机具有受集成限制，片内储存量较小，可靠性好，扩展简单，控制功能强等特点，基于单片机的酒精浓度检测仪的研究和开发生产具有十分广泛的现实市场和潜在的市场需求。

本章主要从单片机和传感器以及基于单片机的酒精浓度监测仪的研究背景，国内外现状及其发展趋势，本设计所要实现的目标三个方面作出的阐述。其中最重要的是本设计所要实现的目标，其次是基于单片机的酒精浓度检测仪的发展趋势。

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第2章 设计方案和元器件选择

通过对单片机和传感器的了解，在智能仪表上的优势有很多，耗能小、准确度高、超强集成化、以及稳定性能等等，注定了单片机在各个领域的应用。所以在酒精浓度检测的设计中也选择了单片机作为控制核心。同时需要的部件包扩酒精浓度传感器、数模转换器、、LED显示器、键盘以及声音报警。无需其他计算机，用户就可以进行交互工作，完成数据的采集、储存、计算、分析等过程。该仪器电路简单，软件功能完善，灵敏度高，工作性能好，并且具有尺寸小、方便携带、低功耗、低成本等优点。

2.1设计方案

由酒精浓度测试仪对待测气体（液体）进行检测，气体传感器是将一种气体体积分时转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器的对气体样品进行处理，通常包括滤除杂质和干燥气体、干燥或制冷处理，样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快的测量。转换成输出电压信号。然后以单片机为核心的控制：定时进行各个功能模块的自诊断，并对外界的异常情况做出快速处理。对无法解决的问题，应及时切换到后背装置或报警。具有完善的输入输出通道和实时控制能力：对生产过程进行检测和控制，有多种信号需要传送，因此要求系统配备完善的模拟量和数字量输入输出通道和完善的中断系统和处理功能。信号采集处理、声光报警电路以及显示、键盘、PC接口电路。测试仪进行气体检测的基本步骤是单片机采集酒精传感器的响应信号，并且进行转换，模数转换就是用于快速，高精度的对输入信号采样编码，然后转化成数字量储存在数据储存器中，然后单片机通过特定的算法进行气体浓度的识别，同时和所设值进行对比，超出则报警同时显示浓度数值，没超出只显示浓度数。并且将结果输出到LCD显示屏幕上。

2.2元器件选择

2.2.1单片机的选择

本系统采用单片机为控制核心。我们选择单片机STC89C51为控制核心；主要基于考虑STC89C51是无法解密低功耗,超低价高速，高可靠强抗静电，强抗干扰,功能强大的单片机。

STC89C51有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，片内振荡器及时钟电路， 89C5X可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。同时STC89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止

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工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发本。STC单片机有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。[1] STC89C51单片机单片机引脚功能（如图2.1）：

?Vcc：电源电压 ?GND：地

图2.1 单片机引脚图

STC89C51是的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8K bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和256K bytes的随机存取数据存储器，器件采用高密度，非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8051产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，功能强大，STC89C51单片机适合于许多较为复杂控制应用场合[3]。

主要性能参数：

?8K字节可重擦写FLASH闪存存储器 ?1000次写/擦循环

?时钟频率：0Hz—24MHz ?三级加密存储器 ?256字节内部RAM

?32个可编程I/O口线

?3个16位定时/计数器 ?6个中断源

?可编程串行UART通道 ?低功耗的空闲和掉电模式 ?片内振荡器和时钟电路

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2.2.2传感器

气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快速地测量[2]。在选择传感器的时候，一定要考虑到稳定性、灵敏度、选择性和抗腐蚀性，本系统选择MQ3 型酒精传感器。MQ3 酒精传感器是气敏传感器，其具有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性[4]。

MQ3 型气敏传感器由微型Al2O3、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 输出面获得的[6]。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0.5～200K，加热电压Uh 为5V。上述这些参数使得传感器输出电压为0～5V。MQ3 型气敏传感器的结构和外形如图2.2所示，标准回路如图2.3所示。为了使测量的精度达到最高，误差最小，需要找到合适的温度，一般在测量前需要将传感器预热20s。

图2.2 MQ3 的结构和外形

图2.3 MQ3 标准回路

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2.2.3数模转换器

实现A/D转换的基本方法很多，有计数法、逐次逼近法、双斜积分法和并行转换法。由于逐次逼近式A/D转换具有速度，分辨率高等优点，而且采用这种方法的ADC芯片成本低，所以我们采用逐次逼近式A/D转换器。逐次逼近型ADC包括1个比较器、一个模数转换器、1个逐次逼近寄存器（SAR）和1个逻辑控制单元[5]。逐次逼近型是将采样信号和已知电压不断进行比较，一个时钟周期完成1位转换，依次类推,转换完成后，输出二进制数。这类型ADC的分辨率和采样速率是相互牵制的。优点是分辨率低于12位时，价格较低，采样速率也很好。

ADC0832模数转换器具有8位分辨率、双通道A/D转换、输入输出电平与TTL/CMOS相兼容、5V电源供电时输入电压在0～5V之间、工作频率为250KHZ 、转换时间为32 微秒、一般功耗仅为15MW等优点，适合本系统的应用，所以我们采用ADC0832为模数转换器件。

ADC0832 具有以下特点： ? 8位分辨率；

? 双通道A/D转换；

? 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容； ? 5V电源供电时输入电压在0~5V之间； ? 工作频率为250KHZ，转换时间为32μS； ? 一般功耗仅为15mW； ? 8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 多种封装；

? 商用级芯片温宽为0度 to +70度，工业级芯片温宽为?40度 to +85度；芯片接口说明：

? CS_ 片选使能，低电平芯片使能。

? CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。 ? CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。 ? GND 芯片参考0 电位（地）。

? DI 数据信号输入，选择通道控制。 ? DO 数据信号输出，转换数据输出。 ? CLK 芯片时钟输入。

? Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。

2.2.4 AT24C02存储器

在本设计中使用的是24C02存储芯片，是电可擦除的PROM，8个引脚功能及两线串行接口。电压允许范围1.8V~5V。串行E2PROM是基于I2C-BUS 的存储器件，遵循二线制协议，由于其具有接口方便，体积小，数据掉电不丢失等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。在一般单片机系统中，24C02 数据受到干扰的情况是很少的，基本的读写功能外，还对地址功能以及WP引脚保护功能进行了全面的检测，发现一种ATMEL（激光印字）以及XICOR牌号的24C02具有全面的符合I2C总线协议的功能，而有些牌号24C02

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要么没有WP引脚保护功能，要么没有器件地址功能（即2 片24C02不能共用一个I2C总线），有些甚至两种功能均无。所以说一些同样功能型号的电子器件在兼容性上往往会带来意想不到的问题，值得引起注意。

2.2.5 LCD显示

液晶显示模块与计算机的接口电路有两种方式。它与单片机的接口方法分为直接访问方式和间接控制方式。

直接访问方式是把液晶模块作为存储器或I/O设备直接接在单片机的总线上，单片机以访问存储器或I/O设备的方式操作液晶显示模块的工作。间接控制方式则不使用单片机的数据系统，而是利用它的I／0口来实现与显示模块的联系。即将液晶显示模块的数据线与单片机的P0口连接作为数据总线，另外三根时序控制信号线通常利用单片机的P2口中未被使用的I／O口来控制。这种访问方式不占用存储器空间，它的接口电路与时序无关，其时序完全靠软件编程实现[7]。

LCD1602字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16×1，16×2，20×2和40×2行等的液晶显示模块，模块组件内部主要由LCD显示屏、控制器、列驱动器和偏压产生电路构成。

1602液晶显示屏采用标准的16脚接口，其中各接口的功能如下表（2-1）所示：

表2-1 LCD1602的16管脚功能 引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 引脚名 VSS VDD VL RS R/W E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 BLA BLK 电平 0/1 0/1 1→0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 +VCC 接地 输入/输出 输入 输入 输入 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 引脚说明 电源地 电源正极(+5V) 液晶显示偏压信号 数据/命令选择端，0：输入指令，1：输入数据 读/写选择端，0：向LCD写入指令或数据，1：从LCD读取信息 使能信号，1时读取信息，1→0(下降沿)执行指令 数据总线(最低位) 数据总线 数据总线 数据总线 数据总线 数据总线 数据总线 数据总线(最高位) LCD背光电源正极 LCD背光电源负极

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2.3本章小结

本章对本文设计的主要部件进行介绍，了解了相关部件的组成以及基本结构基本工作原理，让我们对每个模块清楚其工作方式，工作步骤，以及工作原理。各个元器件的作用功能后对本设计的分析，需要哪些元器件，具体到什么型号，下面是对各个元器件的选择，在元器件选择生起到指导作用，以及更好的发挥各个部件的功能作用。

根据对元器件的选择基本了解到本设计以单片机为核心，由酒精浓度测试仪对待测气体（液体）进行检测，转换成输出电压信号，以单片机STC89C51为核心的控制、信号采集处理、声光报警电路以及显示、键盘、PC接口电路。测试仪进行气体检测的基本步骤是单片机采集酒精传感器的响应信号，并且进行转换，储存在数据储存器中，然后单片机通过特定的算法进行气体浓度的识别，并且将结果输出到LCD显示屏幕上。

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第3章 硬件设计

基于单片机酒精浓度检测仪的硬件设计部分。首先，我们必须了解它的硬件设计原理。其次，需要弄清楚它的总体构成及具体的外围电路。最后，根据其原理框图和具体的外围电路得到完整的硬件总电路图。

3.1硬件设计原理

由酒精传感器对待测气体（液体）进行检测，转换成输出电压信号，仪单片机为核心的控制、信号采集处理、声光报警电路以及显示、键盘、PC接口电路。测试仪进行气体检测的基本步骤是单片机采集酒精传感器的响应信号，并且进行转换，储存在数据储存器中，然后单片机通过特定的算法进行气体浓度的识别，同时将分析的值与设定值进行对比，对超出设定值进行报警，并且将结果输出到LED显示屏幕上。

本系统由酒精传感器，数模转换器，单片机，键盘，声音报警以及LCD显示等部分组成，在这次的整体设计中详细涉及下面几个方面,其原理框图如：图3.1:

图3.1 单片机与LCD、键盘及声音报警电路的电路连接图

3.2硬件设计的外围电路

3.2.1晶振电路

单片机工作的过程中各指令的微操作在时间上有严格的次序，这种微操作的时间次序称作时序，单片机的时钟信号用来为单片机芯片内部各种微操作提供时间基准，89c51的时钟产生方式有两种，一种是内部时钟方式，一种是外部时钟方式。内部时钟方式即在单片机的外部接一个晶振电路与单片机里面的振荡器组合作用产生时钟脉冲信号，外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引

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入到单片机内，此方式常用于多片89C51单片机同时工作，以便于各单片机的同步，一般要求外部信号高电平的持续时间大于20ns.且为频率低于12MHz的方波。对于CHMOS工艺的单片机，外部时钟要由XTAL1端引入，而XTAL2端应悬空[8]。

本系统中为了尽量降低功耗的原则，采用了内部时钟方式。

图3.2晶振电路图

在89C51单片机的内部有一个震荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振）就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号，图中电容器C1和C2稳定频率和快速起振，电容值在5—30pF，典型值是22pF，晶振CYS选择的是12MHz。

3.2.2复位电路

单片机开始工作的时候，必须处于一种确定的状态，否则，不知哪是第一条程序和如何开始运行程序。端口线电平和输入输出状态不确定可能使外围设备误动作，导致严重事故的发生；内部一些控制寄存器（专用寄存器）内容不确定可能导致定时器溢出、程序尚未开始就要中断及串口乱传向外设发送数据。因此，任何单片机在开始工作前，都必须进行一次复位过程，使单片机处于一种确定的状态[9]。

当在89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态）。

实际应用中，复位操作有两种基本形式：一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位，上电复位，要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。常用的上电复位，上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容C1的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。

本设计中复位电路采用的是开关复位电路，开关S9未按下是上电复位电路，上电复位电路在上电的瞬间，由于电容上的电压不能突变，电容处于充电（导通）状态，故RST脚的电压与VCC相同。随着电容的充电，RST脚上的电压才慢慢下降。选择合理的充电常数，就能保证在开关按下时是RST端有两个机器周期以上的高电平从而使STC89C51内部复位。开关按下时是按键手动

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第4章 系统软件的设计

对于单片机的开发应用中，逐渐引入了高级语言，C语言就是其中的一种。汇编语言的可控性较高级语言来说更具优越性。程序编写语言比较常见的有C语言、汇编语言。汇编语言的机器代码生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。

C语言编写的程序比用汇编编写的程序更符合人们的思考习惯。还有很多处理器都支持C编译器，这样意味着处理器也能很快上手。且具有良好的模块化、容易阅读、维护等优点，且编写的模块程序易于移植。基于C语言和汇编语言的优缺点，本系统采用C语言编写方法[17]。

软件编写的主体思路是将系统按功能模块化划分，然后根据模块要实现的功能写各个子程序。整个软件程序的编写采用查询式方式编写的。

程序编写包括主程序，液晶显示程序，存储程序，AD转换程序和时钟程序。详情见附录

4.1主程序

主程序实现的功能：与硬件相结合实现便携式酒精浓度检测仪的各个功能。主要是检测与显示，数据存储。功能子函数的调用。见图4.1

首先开启启动按钮，启动单片机和显示器，同时对单片机内部进行初始化，紧接着初始化显示屏，初始化完毕后显示开机画面显示主菜单，然后对键盘的读入。

图4.1 主程序流程图 图 4.2数转换流程图

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4.2 A/D转换模块程序流程图

⑴模数转换模块的主要功能就是将经放大器放大的模拟电压信号转化为MCU能够处理的数字信号，并传送给MCU。A/D芯片的数据CS口，连接51单片机的P3.1口，CLK接P3.2，D1和D0接P3.3口。

工作时序如下所示： ADC0832有8只引脚，CH0和CH1为模拟输入端，CS为片选引脚，只有CS置低才能对ADC0832进行配置和启动转换。CLK为ADC0832的时钟输入端。CS在整个转换过程中都必须为低，当CS为低时，在数据输入端DI（数据输入端）加一个高电平，接着在CLK上加一个时钟，DI上的逻辑1就会使ADC0832的DI脱离高阻态，然后通道配置数据伴随着时钟通过DI端移入多路器，当最后一位数据移入多路器时，，DI变为高阻态，在这以前DO（数据输出端）都为高阻态。在经过一个时钟，DO脱离高阻态，从而启动转换。接着从处理器接收时钟信号，每经过一个时钟，转换后的数据就会从高位到低位依次从DO移出，经过8个时钟后，数据又以从低位到高位的形式从DO移出（也是每个时钟移一位）。当最后一位数据移出时转换完成。当CS从低变为高时，ADC0832内部所有寄存器清零。如想要进行下一次转换，CS必须做一个从高到低的跳变，后跟着地此配置数据重复上面的过程。

⑵ADC0832转换的流程图见下图4.2

4.3液晶显示程序流程图

LCD模块在本系统中主要起着开界面汉字显示，以及各控制效果的显示。采用直接访问方式。

在 LCD1602 液晶上显示相应的读写数据。在液晶上显示的格式如下： C W 0 R 2 : 0 A 1 D 0 D R E R S E S A : D 0 : X 0 0 1 1 0 4.4本章小结

本章主要介绍了软件设计的主程序流程图、A/D转换模块程序流程图、按键程序流程图。液晶显示程序流程图，我们只有充分理解了各个流程图以后，才能运用汇编语言完成本设计的软件系统编程。最终，完成此次设计。

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第5章 本设计总结与展望

由于检测仪向更迅速更快捷发展，方便携带等要求发展。传统的机械检测仪或酒精计一般灵敏度和准确度也比较低或者检测方法难。

工厂企业到居民家庭，酒精泄露的检测，食品加工，酿酒等需要监控空气中酒精浓度的场合监控以及对酒后驾车的检测，对居民的人身和财产安全都十分重要且必不可少的，现如今，由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活适性 要求提高。人们对检测的精度高，准确度高，携带方便等等要求。再加上气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向的发展，单片机具有受集成限制，片内储存量较小，可靠性好，扩展简单，控制功能强等特点，因此，基于单片机的酒精浓度检测仪的研究和开发生产具有十分广泛的现实市场和潜在的市场需求。针对目前的现状，该系统设计遵守体积小，质量轻，性价比高的原则[19]。

便携式酒精浓度检测仪的设计主要分为硬件设计和软件设计。根据设计前对该系统所要实现功能的要求，综合考虑我们采用STC89C51单片机为控制核心。

首先要了解系统所要实现的功能；其次根据功能去选择相应的硬件资源；再次将一个大的系统进行模块化划分，然后逐一去攻破。最后把所有模块进行优化整合，便得到了一个完整的系统。基于这样的思路，完成了便携式酒精浓度检测仪的基本设计[20]。

软件是用C语言相编写的，具有很好的编写语言的优点，具有很好的可控性、模块化和移植性。编写的思路就是模块化的思想，将系统的各个功能进行划分，然后对各个模块进行设计。本系统的主要模块为传感检测、A/D转换、液晶显示和时钟设置。

此本设计采用传感器检测酒精浓度时输出的模拟信号，经AD0832转换输入单片机，从而从液晶显示上显示出来。通过对本次毕业设计[23]，我学习了很多在大学遗漏的知识，让我在以后的工作中，更加的得心应手。

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参考文献

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致 谢

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附录A

Electromagnetic relay detecting

Check the contact resistance.1 blocks use multim eter RX,electric resistance value,regular value measuring relay normally closed conact should be 0;Use multimeter to measure Chang come untied contact electric resistance value,value or the infinity,shows being contact`s turn to already oxidized or touched point already by erosion then.

Check electromagnetism relay coil electric resistance value. When the relay is regular, whose electromagnetism coil electric resistance value is 25 ~ 2 K

. Lower

electromagnetic fixed voltage relay, the coil electric resistance value is less; Higher electromagnetic fixed voltage relay, the coil electric resistance value is relatively bigger. If measuring such that relay electromagnetism coil electric resistance value is an infinity, explain that the coil being a relay's turn already opens a way damaging. Regular value is a lot of if measuring such that the coil electric resistance value is lower than , is to have the short circuit malfunction in the inside of coil then.

Estimate the voltage attracting small side door voltage and releasing. After the both ends will the relay electromagnetism coil be measured connects up 0 ~ 35 dyadic adjustable V direct-current stabilivolt power source (electric current is 2 A) , stabilivolt power source voltage is complied with again low gradually raise, think that voltage now value is to be (or sucking approaching) a relay agrees well with voltage when hearing the relay contact attracting small side door action sound. Be to attract 1.3 ~ 1.5 times agreeing well with voltage like fixed operating voltage. After

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the relay contact attracts the small side door, voltage reducing electromagnetism coil both ends again gradually. The relay contact releases the ding-dang tune till some one voltage time value , this voltage is voltage (be to attract 10% ~ 50% of small side door voltage in general) for the relay release.

Estimate the electric current attracting small side door electric current and releasing. One end will the relay electromagnetism coil be measured receives 1 milliampere of galvanometer positive pole string , the negative pole with stabilivolt power source joins electromagnetism coil another one end , on after the line receiving 10 one K

string winds a potentiometer power source queen, the

potentiometer hindering is worth from the maximum the tune is gradually small , When a certain resistance to relay moves to open its regular contact closure, Now the galvanometer numerical reading is to be that the relay sucking closes electric current (be to attract the 2 times closing electric current like the relay working current). Hindering enhancing a potentiometer still slowly is worth , galvanometer numerical reading is electric current for the relay release when the relay contact releases ding-dang abruptly from attracting small side door state. A relay is disconnected from to measuring a circuit , is use the multimeter electricity to obstruct the direct-current electric resistance value measuring the electromagnetism coil , is use the electric resistance measuring to take advantage of that with the relay working current, being is the relay operating voltage value.

Electrical resistor ,capacitor and oscillator

Though the electrical resistor , the capacitor have composed important electronic circuit component, mimic a few knowledge about electric resistance, capacitance being also to be necessary very much.

Resistor with resistance: Resistance is a two-terminal components. In its present two-terminal between the voltage drop and current flow is directly proportional to it. Ohm resistance value units (

), it is the voltage on the current ratio. Ohm's law as

.

the voltage and current relationship between an equation can be used that

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Resistor resistance can be divided into fixed and variable resistors, resistor also can be divided into linear and nonlinear resistors.

Is called the resistance to the electric current resistance. And expressed with alphabetic character R. The resistance unit is an ohm, this terminology often uses for to express. 1

definition is: When adds to the conductor the voltage is 1V, the

conductor current limitation is the resistance value which 1A needs. The great resistance value commonly used kiloohm (K

) and the megohm (M

) expressed.

Capacitor and electric capacity: The electrical energy can have in the electric field, has this kind of ability component to call it the capacitor. Capacitors usually according to its medium classification, for example paper, glass, ceramics and so on. The electromotive force is big, the capacitor saves the electric charge are also more. Capacitor's capacity is bigger, the frequency is higher, its capacitance is smaller.

Capacitor put aside electric energy ability shouts capacitance. Unless under definitely fixed condition, capacitance is not constant , remembering this one point is very important. Capacitance uses farad (F) to measure. But, farad, this capacitance unit has been very big , has had no way to be used for radio aspect calculation, therefore following (10-12F) generally use tiny law (one-millionth law) and slight.

Oscillator: Can produce the signal part to be called the oscillator. The oscillator uses for to provide the exchange signal, its frequency range from zero yizhi dao in electromagnetic spectrum radiofrequency component peak gigacycle per second region. The oscillator basis has the waveform to be possible to use two methods to carry on the description: Sine-wave generator and relaxation oscillator. The sine-wave generator produces has the sinusoidal waveform signal, the relaxation oscillator usually produces the square-wave signal.

The sine-wave generator has two main parts: Decided that the frequency component and maintains the oscillating part. Usually the decision frequency component is composed of LC or the RC network. Maintains the oscillator part is a transistor amplifier (has electric power supply), this amplifier's input is through such

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as the tuning circuit or the resonant crystal type frequency control part feedback supplies, it must have the enough gain to counter-balance the decision frequency component to weaken, moreover must introduce the phase-shift number of degree which this part needs.

The circuit composes the beginning that the relaxation oscillator has two to link up mutually , every circuital output all can in proper order carry out a switch on another. The switch process is that the edge is continuous , the wave form outputing therefore is the flat direct current wave form continuing being interrupted.

Great majority radio receivers that you use at home all contain oscillator. Every volume X-mitter to air-launch information uses oscillator to come to produce a signal. This apply to the land launching station not only, and apply to X-mitter on steamer or aircraft. Do not only have communication equipment using an oscillator, great majority measuring device signal X-mitter , frequency instrument and et cetera equipment used by you, contain oscillating circuit. You may discover an oscillator on the radar and the circuit equipment.

The sine wave oscillator being put into use in radio communication, to produce a carrier wave broadly, and is used for a lot of radio communication system usage testing instrument broadly. The relaxation oscillator is in TV and radar system , digital system (computer and logic circuit) and the testing instrument are useful as the circuit.

Crystal oscillator specifications

The total frequency difference: within the required timeframe, due to the provisions of the work and all non-working combination of parameters caused by crystal oscillator frequency and the frequency of a given nominal maximum frequency difference.

Frequency-temperature stability: in the nominal power supply and load, the working temperature range in the provisions of the implied benchmark without temperature or with temperature implied by the baseline offset of the maximum allowable.

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Warm-up time Frequency stability: The stability of crystal oscillator output frequency based on power to the output from the frequency of the provisions of the frequency is less than the time required for Tolerance.

Frequency aging rate: in the environmental conditions constant measurement frequency oscillator, oscillator frequency and time relationship. This long-term frequency drift components and by the crystal oscillator circuit elements caused by the slow changes that can be used after the time limit the maximum rate of change (eg, ± 10ppb / day, 72 hours after power up), or the time limit provided for the largest total frequency changes (such as: ± 1ppm / (first year) and ± 5ppm / (decade)) to express.

VCO frequency range: the frequency control voltage from the reference voltage to the provisions of the end of voltage, crystal oscillator frequency to change the volume of the smallest peak.

Voltage-controlled frequency response range: when the modulation frequency changes, the peak shift and the relationship between the frequency modulation. Usually with the provisions of the modulating frequency modulation than the baseline number of dB that the low frequency.

Frequency voltage-controlled linear: the ideal (linear) function compared to the output frequency - input control voltage transmission characteristics of a measure, it expressed as a percentage of the entire range of frequency offset can be allowed to non-linearity.

SSB phase noise ￡ (f): deviation from the carrier f, one phase modulation sideband power density and the ratio of carrier power.

Now each place to enhance safety consciousness, the detection of high precision, high accuracy, easy to carry requirements. Plus the development of gas sensors, microcontroller is characterized by integration limit, smaller pieces (storage capacity, good reliability, expand simple, control function strong and other characteristics, based on SCM alcohol concentration of research and development and production of detector has a wide range of real market and the potential market

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demand. We only know based on SCM alcohol concentration detector after principle, we can only lenovo design out its principle block diagram, so as to make sure it is the main control chip, the power input part, keyboard input part and reset part, crystals, part of that, and other components of the part of alarm. According to the choice of the components to know this design with the single chip processor as the core, alcohol tester by measuring gas treatment (liquid) is the test, convert it to output voltage signal, STC89C51 with the single chip processor as the core of control, signal acquisition and processing, sound and light alarm circuit and display, keyboard, PC interface circuit. We only have fully understood the after each flow chart, can use assembly language to accomplish the design of the software system programming, finally complete the design.

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附录B

电磁式继电器的检测

检测触点的接触电阻。用万用表R×1

挡，测量继电器常闭触点的电阻值，

正常值应为0；用万用表测量常开触点的电阻值，正常值也应为0。若测出某组触点有一定的阻值或无穷大，则说明该触点已氧化或触点已被烧蚀。

检测电磁继电器线圈的电阻值。继电器正常时，其电磁线圈电阻值为252K

～

。额定电压较低的电磁式继电器，线圈的电阻值较小；额定电压较高的电

磁式继电器,线圈的电阻值相对较大。若测得继电器电磁线圈的电阻值为无穷大，则说明该继电器的线圈已开路损坏。若测得线圈的电阻值低于正常值许多，则是线圈内部有短路故障。

估测吸合电压与释放电压。将被测继电器电磁线圈的两端接上0～35V可调式直流稳压电源（电流为2A）后，再将稳压电源的电压从低逐渐调高，当听到继电器触点吸合动作声时，此时的电压值即为（或接近）继电器的吸合电压。额定工作电压一般为吸合电压的1.3～1.5倍。继电器触点吸合后，再逐渐降低电磁线圈两端的电压。当调至某一电压值时继电器触点释放，此电压即为继电器的释放电压（一般为吸合电压的10%～50%）。

估测吸合电流和释放电流。将被测继电器电磁线圈的一端串接1只毫安电流表的正极，将电磁线圈的另一端串接一只10K

的线绕电位器后与稳压电源

的负极相连，接通电源后，将电位器的阻值由最大逐渐调小,当调至某一阻值时继电器动作,其常开触点闭合,此时电流表的读数即是继电器的吸合电流(继电器的工作电流一般为吸合电流的2倍)。再缓慢增大电位器的阻值，当继电器触点由吸合状态突然释放时，电流表读数即为继电器的释放电流。将继电器与测量

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电路断开，用万用表的电阻挡测量电磁线圈的直流电阻值，用测得的电阻乘以继电器的工作电流，得到的即是继电器的工作电压值。

电阻器、电容器和振荡器

虽然电阻器、电容器构成了电子电路的重要元件，学一些有关电阻、电容的知识也是很有必要的。

电阻器与电阻：电阻器是一个二端元件。在它的二端间所呈现的电压降和流过它的电流成正比。电阻值单位为欧姆（

），它是电压对电流的比。称为

表示。电阻器可分为

欧姆定律的电压与电流之间的关系，可用一个等式

固定电阻和可变电阻，也可分为线性电阻和非线性电阻。

对电流的阻力叫电阻。并用字母符号R来表示。电阻的单位是欧姆，这个术语常用来

表示。1

的定义是：当加到导体上的电压为1V时，将导体的电

）和兆欧（M

）

流限制为1A所需要的电阻值。较大的电阻值常用千欧（K来表示。

电容器和电容：电能能够存在电场内，具有这种能力的器件称之为电容器。电容器通常按其介质分类，例如纸、玻璃、陶瓷等等。电动势大，电容器存储的电荷也就越多。电容器的容量越大，频率越高，其容抗就越小。

电容器储存电能的能力叫电容。除非在一定固定条件下，电容不是恒定的，记住这一点是很重要的。电容用法拉（F）计量。然而，法拉这个电容单位太大了，无法用于无线电方面的计算，所以通常用微法（百万分之一法）和微微法（10-12F）。

振荡器：能够产生信号的部件叫振荡器。振荡器用来提供交流信号，其频率范围从零以上一直到电磁频谱中射频部分顶端的千兆赫区域。振荡器根据产生信号波形可以用两种方法进行描述：正弦波振荡器和张弛振荡器。正弦波振荡器产生具有正弦波形的信号，张弛振荡器通常产生方波信号。

正弦波振荡器有两个主要部分：决定频率部分和保持振荡部分。通常决定频率部分是由LC或RC网络组成的。保持振荡器部分是一个晶体管放大器（带

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有供电电源），这个放大器的输入是通过诸如调谐电路或谐振晶体类型的频率控制部件反馈供给的，它必须有足够增益以抵消决定频率部分衰减，而且必须引入这部分所需的相移度数。

张弛振荡器有二个相互连接的开头电路构成，每个电路的输出都能依次对另一个进行开关。开关的过程是边续的，因此输出的波形是连续中断的直流电平的波形。

你家里使用的大多数无线电接收机都含有振荡器。每一部向空中发射信息的发射机都用振荡器来产生信号。这不仅适用于地面发射站，而且适用于轮船或飞机上的发射机。并非只有通信设备使用振荡器，你所使用的大多数测试设备——信号发射机、频率仪器及诸如此类设备，都含有振荡电路。你还会在雷达和线路设备上发现振荡器。

正弦波振荡器广泛使用于无线电通信，以产生载波，并广泛用于许多无线电通信系统使用的测试仪器。张弛振荡器在电视和雷达系统、数字系统（计算机和逻辑电路）和测试仪器中用作为脉冲发生器。

晶体振荡器的技术指标

总频差：在规定的时间内，由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率与给定标称频率的最大频差。

频率温度稳定度：在标称电源和负载下，工作在规定温度范围内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的最大允许频偏。

频率稳定预热时间：以晶体振荡器稳定输出频率为基准，从加电到输出频率小于规定频率允差所需要的时间。

频率老化率：在恒定的环境条件下测量振荡器频率时，振荡器频率和时间之间的关系。这种长期频率漂移是由晶体元件和振荡器电路元件的缓慢变化造成的，可用规定时限后的最大变化率（如±10ppb/天，加电72小时后），或规定的时限内最大的总频率变化（如：±1ppm/（第一年）和±5ppm/（十年））来表示。

频率压控范围：将频率控制电压从基准电压调到规定的终点电压，晶体振荡器频率的最小峰值改变量。

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压控频率响应范围：当调制频率变化时，峰值频偏与调制频率之间的关系。通常用规定的调制频率比规定的调制基准频率低若干dB表示。

频率压控线性：与理想（直线）函数相比的输出频率-输入控制电压传输特性的一种量度，它以百分数表示整个范围频偏的可容许非线性度。

单边带相位噪声￡(f)：偏离载波f处，一个相位调制边带的功率密度与载波功率之比。

如今各个地方对安全意识增强，对检测的精度高，准确度高，携带方便要求。再加上气体传感器的发展，单片机具有受集成限制，片内储存量较小，可靠性好，扩展简单，控制功能强等特点，基于单片机的酒精浓度检测仪的研究和开发生产具有十分广泛的现实市场和潜在的市场需求。我们只有了解了基于单片机的酒精浓度检测仪原理之后，我们才可能联想设计出它的原理框图，从而确定它是由主控芯片、电源输入部分、键盘输入部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分等组成大的。根据对元器件的选择了解到本设计以单片机为核心，由酒精浓度测试仪对待测气体（液体）进行检测，转换成输出电压信号，以单片机STC89C51为核心的控制、信号采集处理、声光报警电路以及显示、键盘、PC接口电路。我们只有充分理解了各个流程图以后，才能运用汇编语言完成本设计的软件系统编程，最终完成此次设计。

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