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基于单片机的交警用酒精测试仪设计和制作__毕业论文
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2014-04-11
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本文研究设计了一种基于单片机的酒精浓度测试仪。它采用MQ-3乙醇气体传感器对酒精浓度进行检测,利用单片机STC12C5A16AD对检测信号进行模数转换和处理,再通过液晶屏对信号进行输出显示。此酒精浓度测试仪还具有醉酒阈值设定功能,可以根据法律法规或用户需要设定修改醉酒阈值,当乙醇浓度超过设定的阈值,系统就会使红灯闪烁进行报警。
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摘要
随着社会的发展,从工厂企业到居民家庭,酒精泄露的检测、监控以及对
酒后驾车的监测对居民的人身和财产安全都是十分重要且必不可少的。同时,
随着人民生活水平的迅速提高,越来越多的人有了自己的私家车,而酒后驾车
造成的交通事故也频繁发生,为此,我国将酒驾列入刑法范围内。由于人们的
安全意识增强,以及对环境安全性和生活舒适性要求的提高,为了防止机动车辆
驾驶人员酒后驾车,现场实时对人体呼气中酒精含量的检测已日益受到重视,
酒精浓度测试仪逐渐得到广泛应用。此外,酒精测试仪也可应用于食品加工、
酿酒等需要监控空气中酒精浓度的场合。如今,气体传感器向低功耗、多功能
集成化方向的发展,因此,酒精浓度检测仪具有十分广阔的现实市场和潜在的
市场要求。
本文研究设计了一种基于单片机的酒精浓度测试仪。它采用 MQ-3 乙醇气体
传感器对酒精浓度进行检测,利用单片机 STC12C5A16AD 对检测信号进行模
数转换和处理,再通过液晶屏对信号进行输出显示。此酒精浓度测试仪还具有
醉酒阈值设定功能,可以根据法律法规或用户需要设定修改醉酒阈值,当乙醇
浓度超过设定的阈值,系统就会使红灯闪烁进行报警。
关键词: MQ-3 气体传感器;单片机;模数转换;液晶显示;可擦除只读存储器
ABSTRACT
With the development of society, from the factories and enterprises to households,
the alcohol leak detection,monitoring, and monitoring of drunk driving is very
important and essential to personal and property safety of the residents. Meanwhile,
with the rapid improvement of people's living standard, more and more people have
their own private car, and traffic accidents occur by drunk driving also frequently, to
this end, the wine driving are included in the criminal law in China. As the people’s
security consciousness enhancement and the people to the environment safety and life
comfort requirements increase , in order to prevent the motor vehicle drivers drunk
driving, detection of human breath alcohol content on the spot has received increasing
attention, alcohol concentration tester is gradually widely used. In addition, alcohol
tester can also be used in food processing, brewing and other occasions who need to
monitor the alcohol concentration in the air. Today, the development of the gas sensor
to the low-power, multi-functional, integrated direction, therefore, the alcohol
concentration detector has a very broad market and potential of the market
requirements.
I design a alcohol concentration tester based on MCU in this paper. It uses the
MQ-3 ethanol gas sensor to detect the alcohol concentration, and analog to digital
conversion and processing of signal detection with the microcontroller
STC12C5A16AD, through the LCD screen display the signal. The alcohol
concentration tester also has drunken threshold setting function, we can according to
the laws and regulations or the user needs to modify the drunken threshold setting ,
when the ethanol concentration exceeds a set threshold, the system will make the red
light flashes.
Keywords:MQ-3 gas sensor;Microcomputer;A/D conversion;LCD;EEPROM
目录
目录.....................................................................................................................................................2
1 绪论..................................................................................................................................................1
1.1 设计背景...............................................................................................................................1
1.2 气体传感器国内外发展现状...............................................................................................2
1.2.1 气体传感器在国外发展现状....................................................................................2
1.2.2 气体传感器在国内发展现状....................................................................................2
1.2.3 气体传感器国内外发展状况对比............................................................................3
1.3 酒精浓度测试仪现状及发展趋势.......................................................................................3
1.3.1 目前酒精浓度测试仪普遍缺点................................................................................3
1.3.2 酒精测试仪的应用....................................................................................................3
1.4 设计酒精浓度测试仪的意义...............................................................................................4
2 硬件电路设计与实现......................................................................................................................4
2.1 单片机开发流程...................................................................................................................4
2.2 硬件系统框图.......................................................................................................................5
2.3 气体传感器...........................................................................................................................6
2.3.1 气敏传感器的分类....................................................................................................6
2.3.2 气体传感器的选择....................................................................................................6
2.3.3 气体传感器模块电路..............................................................................................10
2.4 单片机系统.........................................................................................................................10
2.4.1 STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机简介........................................................10
2.4.2 单片机的选择..........................................................................................................11
2.4.3 单片机系统电路......................................................................................................14
2.5 晶振电路.............................................................................................................................15
2.5.1 单片机晶振的应用..................................................................................................16
2.5.2 晶振模块电路..........................................................................................................16
2.6 LCD 显示电路....................................................................................................................16
2.6.1 液晶显示模块..........................................................................................................16
2.6.2 液晶屏接口电路......................................................................................................18
2.7 阀值存储系统.....................................................................................................................18
2.7.1 I2C 总线简介...........................................................................................................18
2.7.2 AT24C04 简介..........................................................................................................19
2.7.3 EEPROM 存储电路.................................................................................................20
2.8 供电及程序下载电路.........................................................................................................21
3 系统软件的设计............................................................................................................................21
3.1 编程语言的选择.................................................................................................................21
3.2 软件流程图.........................................................................................................................22
3.3 阀值读写软件设计.............................................................................................................24
3.3.1 SDA 和 SCL 信号....................................................................................................24
3.3.2 阀值的读写操作......................................................................................................25
3.4 数据转换流程图.................................................................................................................26
3.5 按键程序流程图.................................................................................................................26
3.6 液晶显示程序流程图.........................................................................................................27
4 下载与调试....................................................................................................................................28
4.1 驱动安装.............................................................................................................................28
4.2 下载程序.............................................................................................................................29
5 结论................................................................................................................................................31
6 分析和总结....................................................................................................................................34
参考文献...........................................................................................................................................35
附录 1:电路图................................................................................................................................36
附录 2:主程序................................................................................................................................37
致 谢..................................................................................................................................................42
1
1 绪论
测试仪向更迅速更快捷发展,方便携带等要求发展。传统的机械测试仪或酒
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,
且能满足测试仪的设计要求,所以基于单片机的酒精浓度测试仪的开发有很大
意义。
1.1 设计背景
传感器是人类探知自然界信息的触角。在人类文明的发展历史中,感受处
理外部信息的传感技术一直扮演着一个重要的角色。在古代,传感技术由人的
感官来实现,人观天象而仕农耕,察火色而冶铜铁。从 18 世纪产业革命以来,
特别是在 20 世纪信息革命中,传感技术越来越多的由人造感官,即传感器来
实现。目前,传感器的应用如此广泛,可以说任何机械电气系统都离不开它。
人们常常将传感器称之为电五官,这是说如果将计算机比作人的大脑而称为电
脑的话,那么传感器的地位和功能就相当于人的眼,耳,鼻,舌,身五官。 近
年来,传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段,新型传感器的特点
是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化,它将不仅促进系统
产业的改造,而且可导致建立新型工业和军事变革,是 21 世纪新的经济增长
点。
由于气体与人类的日常生活密切相关,对气体的检测已经是保护和改善生
态居住环境不可缺少的手段,气体传感器发挥着极其重要的作用。气体传感器
是把气体中的特定成分检测出来,并转化为电信号的一类器件,用来对有害气
体,易燃易爆气体等进行安全检测和报警,对生产生活中需要了解的气体进行
检测,分析,研究等。
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
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- skul_malke2014-05-28非常好,正好用上
kobe892341
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