基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀設(shè)計(jì)-文庫吧
2025-06-07 20:33 本頁面
【正文】 感器只是燃料電池的一方面應(yīng)用。與半導(dǎo)體型的相比，燃料電池型呼氣酒精檢測(cè)儀有很多優(yōu)勢(shì)，即穩(wěn)定性好，精度高，抗干擾性好。但是燃料電池酒精傳感器的結(jié)構(gòu)要求非常精密，制造難度相當(dāng)大，并且材料成本高，價(jià)格昂貴[3]。 酒精濃度檢測(cè)儀現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)如今的酒精濃度檢測(cè)儀都是采用可替代吹管，酒精儀從傳統(tǒng)的機(jī)械檢測(cè)或酒精計(jì)到現(xiàn)在的利用傳感器和單片機(jī)核心技術(shù)的酒精濃度檢測(cè)儀是在技術(shù)上是一大突破，提高了檢測(cè)酒精的精確度，社會(huì)公共安全系數(shù)也大大的提高。但是現(xiàn)在大部分一般的酒精濃度檢測(cè)儀價(jià)格低的靈敏度低，準(zhǔn)確度高的售價(jià)也比較昂貴，并且大多只是對(duì)結(jié)果進(jìn)行預(yù)警、低報(bào)、高報(bào)三限報(bào)警點(diǎn)設(shè)置。為了得到準(zhǔn)確的濃度數(shù)值，在LED 顯示酒精濃度數(shù)值上應(yīng)實(shí)現(xiàn)普及。同時(shí)很多其他氣體會(huì)可能會(huì)對(duì)檢測(cè)的結(jié)果產(chǎn)生影響，從而影響準(zhǔn)確度，所以在傳感器的腐蝕性以及排除其他干擾的能力上也待提升?，F(xiàn)在大多都是對(duì)氣體濃度或液體濃度的單一檢測(cè)，最好是能解決一個(gè)檢測(cè)儀能同時(shí)對(duì)酒精的氣體和液體兩種狀態(tài)下的檢測(cè)。 本課題實(shí)現(xiàn)目標(biāo)本課題進(jìn)行硬件部分和軟件部分設(shè)計(jì)，硬件部分是利用酒精氣敏傳感器檢測(cè)空氣中的酒精濃度并轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)，經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換器程序轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)系統(tǒng)，并經(jīng)單片機(jī)及其外圍電路信號(hào)處理，顯示酒精濃度值以及超閾值聲光報(bào)警。硬件設(shè)計(jì)部分主要包括：MCU、A/D、LCD、外圍擴(kuò)展數(shù)據(jù) RAM 等芯片的選擇。2 設(shè)計(jì)方案和元器件選擇 設(shè)計(jì)方案因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)考慮酒精濃度是由傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量，傳感器輸出的是05伏電壓值且電壓值穩(wěn)定，外部干擾小等，所以可以把傳感器輸出電壓值經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換得到數(shù)據(jù)交給單片機(jī)進(jìn)行處理。因此要求系統(tǒng)配備完善的模擬量和數(shù)字量輸入輸出通道和完善的中斷系統(tǒng)和處理功能。單片機(jī)采集酒精傳感器的響應(yīng)信號(hào)，并且進(jìn)行轉(zhuǎn)換。進(jìn)行氣體檢測(cè)的基本步驟是信號(hào)采集處理、聲光報(bào)警電路以及顯示、鍵盤、PC接口電路測(cè)試。模數(shù)轉(zhuǎn)換就是用于快速、高精度的對(duì)輸入信號(hào)采樣編碼，然后轉(zhuǎn)化成數(shù)字量?jī)?chǔ)存在數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器中，然后單片機(jī)通過特定的算法進(jìn)行氣體濃度的識(shí)別，同時(shí)和所設(shè)值進(jìn)行對(duì)比，超出則報(bào)警同時(shí)顯示濃度數(shù)值，沒超出只顯示濃度數(shù)并且將結(jié)果輸出到LCD顯示屏幕上。 單片機(jī)的選擇我們選擇單片機(jī)STC89C51為控制核心，主要基于考慮 STC89C51具有低價(jià)高速，高可靠強(qiáng)抗靜電，強(qiáng)抗干擾的特點(diǎn)。STC89C51 有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，并且有2個(gè)外中斷口， 2個(gè)全雙工串行通信口，32個(gè)讀寫口線，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器。89C51 能夠按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也能夠在線編程。同時(shí)STC89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位，其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)本。STC 單片機(jī)有 PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 STC89C51 單片機(jī)單片機(jī)引腳功能，引腳如圖 22所示：(1)Vcc：電源電壓 (2)GND：地圖22 89C51單片機(jī)引腳圖STC89C51是低電壓，高性能的CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(PEROM)和256Kbytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件采用高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 89C51 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8位中央處器和 FLASH 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大，STC89C51 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。 主要性能參數(shù)：(1) 8K 字節(jié)可重擦寫 FLASH 閃存存儲(chǔ)器 (2) 1000次寫/擦循環(huán)(3) 時(shí)鐘頻率：0Hz—24MHz (4) 三級(jí)加密存儲(chǔ)器(5) 256字節(jié)內(nèi)部RAM (6) 32個(gè)可編程I/O口線 (7) 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 (8) 5個(gè)中斷源 (9)可編程串行UART 通道(10)低功耗的空閑和掉電模式(11)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路[4] 傳感器本系統(tǒng)直接測(cè)量的是呼氣中的酒精濃度，再轉(zhuǎn)換為血液酒精含量濃度。在選擇傳感器的時(shí)候，一定要考慮到穩(wěn)定性、靈敏度、選擇性和抗腐蝕性。本系統(tǒng)選擇MQ3型酒精傳感器，MQ3酒精傳感器是氣敏傳感器，其具有很高的靈敏度、良好的選擇性、長(zhǎng)久的使用時(shí)間和可靠的穩(wěn)定性的特點(diǎn)。 傳感器的標(biāo)準(zhǔn)回路有加熱回路和信號(hào)輸出回路兩部分。其中信號(hào)輸出回路能比較精準(zhǔn)的檢測(cè)出傳感器表面電阻值的變化。傳感器表面電阻 RS 的變化，是通過與其串聯(lián)的負(fù)載電阻RL 上的有效電壓信號(hào)VRL輸出面獲得的。 二者之間的關(guān)系表述為：RS/RL=(VCVRL)/VRL，其中VC為回路電壓，10V負(fù)載電阻 RL可調(diào)為 ～200K，加熱電壓 Uh為5V。上述這些參數(shù)使得傳感器輸出電壓為 0～5V，MQ3 型氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)和外形如下圖23所示，標(biāo)準(zhǔn)回路如下圖24所示。為了使測(cè)量的精確度達(dá)到最高，誤差最小，需要找到適宜的溫度，一般在測(cè)量之前將傳感器預(yù)熱5分鐘。圖23 MQ3結(jié)構(gòu)和外形圖24 MQ3標(biāo)準(zhǔn)回路圖 數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換的基本方法很多，有計(jì)數(shù)法、逐次逼近法、雙斜積分法和并行轉(zhuǎn)換法。由于逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換具有速度，分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，而且采用這種方法的ADC芯片成本低，所以我們采用逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器。逐次逼近型 ADC 包括1個(gè)比較器、一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、1個(gè)逐次逼近寄存器(SAR)和1個(gè)邏輯控制單元。逐次逼近型是將采樣信號(hào)和已知電壓不斷進(jìn)行比較，一個(gè)時(shí)鐘周期完成1位轉(zhuǎn)換，依次類推，轉(zhuǎn)換完成后，輸出二進(jìn)制數(shù)。這類型ADC的分辨率和采樣速率是相互牽制的，優(yōu)點(diǎn)是分辨率低于12位時(shí)，價(jià)格較低，采樣速率也很好
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