【正文】 pment of China39。 MQ3 alcohol concentration sensor。如果把消費(fèi)群體定位在 15 歲以上的成人，當(dāng)時(shí)我國約有 億 15 歲以上的成人，那么可以計(jì)算出當(dāng)時(shí)我國成人人均消費(fèi)的白酒為 升。比如由于酒駕引起的交通事故等等。在中國，每年都有數(shù)萬起交通事故是由于酒后駕車而造成的，因此交通事故的第一“殺手”被認(rèn)為是酒后駕車。并且每一段都有一個(gè)不同顏色的 LED 燈，根據(jù)測試的結(jié)果，來點(diǎn)亮對應(yīng)那一段的 LED指示燈。 ca2020 擁有 小巧輕便，操作簡單等特點(diǎn)，所以它是便攜應(yīng)用的最佳選擇 [1,2]。這種酒精檢測儀不僅僅是通過駕駛員體內(nèi)的酒精含量來判斷駕駛員是否酒駕，它還根據(jù)駕駛員的體溫，呼吸頻率等多方面的因素當(dāng)場判斷駕駛者是否酒駕 [3]。其中燃料電池和半導(dǎo)體型這兩種類型的酒精含量檢測儀在價(jià)格這方面比起其他類型的較便宜，而且使用起來非常方便。因此燃料電池型酒精傳感器誕生，它的原理是：使用貴金屬鉑金作為電極，在燃燒室內(nèi)燃燒酒精，在燃燒的過程中使用了特種催化劑，使酒精充分燃燒。所以在日常生活中用得最多的還是半導(dǎo)體型酒精傳感器 [6]。 其可 檢測出人體呼出的氣體和空氣環(huán)境中的酒精濃度 ,只要濃度值大于 閾值 就 進(jìn)行聲光報(bào)警 ，這個(gè) 閾值 是 根據(jù) 要求和 環(huán)境 的不同來 設(shè)定的。 如果 濃度值 大于 了 閥值 ，就 進(jìn)行聲光報(bào)警。 總體設(shè)計(jì)方案 總體設(shè)計(jì)方案如圖 21 所示，由 MQ3 酒精氣體 傳感器負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，采集的信號通過調(diào)理電路處理后，再輸入給單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)嵌的 A/D 轉(zhuǎn)換 模塊對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號，然后單片機(jī)再對數(shù)字信號進(jìn)行分析處理轉(zhuǎn)換成酒精濃度值，再通過顯示屏將濃度值顯示出來。那么它輸出的電壓值就會(huì)隨著酒精濃度的增加而增大 ?在外部使用簡單的電路就可以通過電壓值的變化將電導(dǎo)率的變化表現(xiàn)出來，并且該電壓值是與酒精氣體濃度值相對應(yīng)的，最后將該信號與預(yù)先設(shè)定的閥值進(jìn)行比較，如果大于閥值就進(jìn)行報(bào)警 [7]。 MQ3 的 引腳分布 如圖 32 所示。通過查 看 手冊，找出了這種關(guān)系。 圖 33 中的 Rs/R0 與酒精濃度的關(guān)系 是建立在如下環(huán)境中的： 溫度： 20176。C +85176。并且此時(shí)內(nèi)部所有由 ；并且 RC 振蕩器也都會(huì)被關(guān)閉；在待機(jī)模式下，待機(jī)電路仍然在工作，但是，寄存器和 SRAM 的內(nèi)容將會(huì)消失，后備寄存器的內(nèi)容仍會(huì)保留。 3)I2C 總線 有多達(dá) 2 個(gè) I2C 總線接口，它們的特點(diǎn)如下 (1) 支持標(biāo)準(zhǔn)和快速模式 (2) 支持 7 位或 10 位尋址 (3) 可以使用 DMA 操作 (4) 支持 SMBus 和 PMBus 總線 4)定時(shí)器 第 9 頁 共 31 頁 STM32F103VCT6 中包含 7 個(gè)定時(shí)器，它們分別如下： (1) 高級控制定時(shí)器 1 個(gè)， 特點(diǎn) 如下 ① 可以被當(dāng)成是完整的通用定時(shí)器 ② 可以被當(dāng)成是三相 PWM 發(fā)生器 ③ 具有帶死區(qū)插入互補(bǔ) PWM 輸出 ④ 擁有四個(gè)獨(dú)立通道，它們都可以用于單脈沖輸出、輸入捕獲、輸出比較以及產(chǎn)生 PWM ⑤ 計(jì)數(shù)器可以被凍結(jié)，用于調(diào)試 (2) 通用定時(shí)器（ TIMx） 有 3 個(gè)可以同步運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器，特點(diǎn)如下 ① 擁有一個(gè) 16 位自動(dòng)加載遞加計(jì)數(shù)器，也可以用作遞減計(jì)數(shù)器 ② 擁有一個(gè) 16 位預(yù)分頻器 ③ 擁有 4 個(gè)獨(dú)立的通道 ， 可以用于單脈沖模式輸出、輸入捕獲 以及 輸出比較 (3) 獨(dú)立看門狗定時(shí)器 1 個(gè) 它的時(shí)鐘是由一個(gè)內(nèi)部獨(dú)立的 40KHz 的 RC 振蕩器來提供的，并且這個(gè) RC振蕩器獨(dú)立于主時(shí)鐘，所以它可以在待機(jī)模式和停機(jī)模式之間切換。如果想要將 I/O 引腳的外設(shè)功能鎖定，那么只需要進(jìn)行一個(gè)特定的操作就可以了，這樣就可以防止意外寫入 I/O 寄存器。讓一個(gè)充電循環(huán)開始的條件有 3 個(gè)，它們分別是 (1) Vcc 引腳的電壓大于 UVLO 門限電壓 (2) 5 引腳與地之間連接一個(gè)設(shè)定電阻器 (3) 3 引腳連接一塊電池 2)工作模式 (1) 涓流充電模式 TP4054 進(jìn)入涓流充電模式的條件是 3 引腳的電壓小于 。當(dāng)充電電流小于設(shè)定值的 1/10 的時(shí)候 ，整個(gè)充電循環(huán)就結(jié)束了。1%的 預(yù)設(shè)充電電壓 (8) 充電電流監(jiān)視器 (9) 欠壓閉鎖 (10) 表示充電結(jié)束或是輸入電壓接入的狀態(tài)引腳 4)TP4054 引腳如圖 35 所示 圖 35 TP4054 引腳圖 5)引腳介紹 第 12 頁 共 31 頁 引腳 1（ CHRG）：漏極開路狀態(tài)下的輸出 引腳 2（ GND）：接地 引腳 3（ BAT）：該引腳向電池提供充電電流 引腳 4（ VCC）：該引腳接入正電源電壓。并且在所有的模式下，充電電流都可以通過該引腳上的電壓來計(jì)算，如公式 33 所示： IBAT=（ VPROG/RPROG） *1 000 (33) PROG 引腳還可以用來關(guān)斷充電器。 KV5033 芯片 是由 SIPEX 公司生產(chǎn)的 ，它是一款 低功耗、低電壓調(diào)節(jié)器。 它具體的一些特點(diǎn)如下 1) 輸出電壓： 及 2) 極低靜態(tài)電流 3) 過熱保護(hù)和過流保護(hù) 4) 極低溫度系數(shù) 5) 僅需 1us 即可穩(wěn)定輸出 6) 極低的線路調(diào)節(jié)率以及負(fù)載調(diào)節(jié)率 顯示屏 1)對 12864 液晶顯示屏的概述 設(shè)計(jì)采用 12864OLED 液晶顯示屏來顯示數(shù)據(jù)，由于 它的內(nèi)部 自帶中文字庫，所以它能夠顯示中文字符。C 至 +55176。 圖 36 充電及穩(wěn)壓電路 A B C 第 14 頁 共 31 頁 傳感器及信號調(diào)理電路模塊 傳感器及信號調(diào)理電路模塊設(shè)計(jì)如圖 37 所示， 由電源模塊 輸出的 電壓給傳感器供電，為了讓傳感器能夠測量得更準(zhǔn)確，誤差達(dá)到最小，傳感器要先預(yù)熱 5 分鐘，再進(jìn)行測量。 圖 37 傳感器及信號處理電路 聲光報(bào)警電路模塊 聲光報(bào)警電路模塊設(shè)計(jì)如圖 38 所示，當(dāng) CTRO 端（ 與 單片機(jī)的 D2 引腳 相連 ）輸出高電平時(shí)（即傳感器輸出電壓高于閥值），三極管就會(huì)導(dǎo)通，蜂鳴器就會(huì)開始報(bào)警。 圖 39 液晶顯示屏電路 硬件成品展示 硬件成品如圖 310 所示 ,這個(gè)系統(tǒng)是鋰電池供電，通過單片機(jī)最小系統(tǒng)上的USB 數(shù)據(jù)線接口來給鋰電池充電。主要的程序有以下幾個(gè)模塊：數(shù)據(jù)的 采集 模塊； A/D 轉(zhuǎn)換模塊；數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)顯示模塊；報(bào)警模塊。主要程序模塊包括：數(shù)據(jù)采集子程序、 ADC 轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理子程序、報(bào)警子程序、 OLED顯示子程序。 Adc_Init()。調(diào)用報(bào)警子程序 OLED_Init()。 } } 數(shù)據(jù)采集模塊程序設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集模塊程序?yàn)椋菏紫冗M(jìn)入初始化，界面歸零，然后開始測量濃度值，A/D 設(shè)置成連續(xù)掃描模式， 一次采集 12 個(gè)數(shù)，去掉最大值和最小值，然后算出平均值并顯示。如果正在工作 ,那就必須等待 ,直到液晶發(fā)出工作完成的信號時(shí) ,才能夠?qū)懭肟刂谱趾蛿?shù)據(jù)。 開始 OLED 液晶初始化 延時(shí) 顯示器是否忙 寫指令，設(shè)置第一行顯示位置 寫顯示的數(shù)據(jù) 寫指令，設(shè)置第二行顯示位置 寫顯示的數(shù)據(jù) 結(jié)束 Y N 第 21 頁 共 31 頁 圖 44 報(bào)警模塊程序流程圖 A/D 轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計(jì) 由于 STM32 單片機(jī)自帶 ADC 轉(zhuǎn)換器，所以減少了很多外部硬件電路，但是編程這一塊也是非常重要的。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在指定的地址。 開始 初始化 是否大于閥值 讀取數(shù)據(jù) 聲光報(bào)警 延時(shí) 結(jié)束 Y N 第 22 頁 共 31 頁 圖 45 A/D 轉(zhuǎn)換模塊流程圖 5 系統(tǒng)調(diào)試 各模塊調(diào)試 傳感器測試 根據(jù) MQ3 酒精氣體傳感器的特性，接好電源后，分別測出傳感器在潔凈空氣中和有酒精氣體的空氣中的輸出信號，發(fā)現(xiàn)輸出信號有變化，并且當(dāng)傳感器與酒精氣體源的距離發(fā)生變化時(shí)，輸出信號也會(huì)發(fā)生變化，由此可以判斷傳感器是完好的。 報(bào)警電路測試 首先，檢查連線是否正確，排除斷路、短路等情況，然后通過編程設(shè)置蜂鳴器和 LED 燈與單片機(jī)相連的腳為高或低電平，然后觀察蜂鳴器和 LED 燈的變化。大約一分鐘過后就可以開始測試了，在測試的時(shí)候，找了一瓶 45 度的白酒，將系統(tǒng)的傳感器靠近瓶口，此時(shí)顯示屏上的濃度值會(huì)發(fā)生變化，大約 10 秒鐘后顯示出最終的測量結(jié)果，當(dāng)濃度值大于閥值時(shí)，就會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警。 表 51 檢測儀測 量 的數(shù)據(jù) 根據(jù)表中的數(shù)據(jù)去掉最大值和最小值算出平均值為 mg/L。 因此可以算出整個(gè)設(shè)計(jì)的 相對誤差 為： g=()/= 由于整個(gè)設(shè)計(jì)設(shè)定的閥值酒精濃度為 ，轉(zhuǎn)化為電壓為 ，所以只要傳感器的輸出電壓大于 ，即所測的酒精濃度超過 ，蜂鳴器 就會(huì)報(bào)警。 2) 在測量的過程中，傳感器與酒精源的距離也會(huì)給測量結(jié)果帶來誤差，距離酒精源越近，酒精的濃度越大。雖然在一些資料上看到它可以將輸出電壓調(diào)節(jié)為 ，但是在實(shí)際調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn) ASM1117 的輸出電壓比我們想要的 要小 得 多，所以整個(gè)系統(tǒng)不能正常工作。 2) 傳感器輸出信號不正常 調(diào)試傳感器模塊時(shí)，在最初調(diào)試的過程中，我是在系統(tǒng)剛一開始供電就開始調(diào)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)傳感器的輸出信號變化不正常，與預(yù)期的結(jié)果不一樣，但是過幾分鐘后調(diào)試就正常了，剛開始一直以為是電路哪里有問題，但是找了很久都沒有找到問題所在，后來再去查看 MQ3 傳感器的使用手冊的時(shí)候發(fā)現(xiàn)， MQ3 傳感器在使用之前要先預(yù)熱 5 分鐘，才能使它的精度達(dá)到最高，誤差最小。 4) LED 指示燈指示不正確 在最后的調(diào)試中，感覺程序和硬 件都做好了，但是就是有一個(gè)指示燈該亮的時(shí)候不亮，后來才發(fā)現(xiàn)是程序中的輸出引腳與硬件中的對不上，更改過來后運(yùn)行就正常了。調(diào)試了很久也沒找出問題在哪里，后來考慮到這個(gè)模塊對硬件的整體設(shè)計(jì)和功能沒有什么影響，于是決定把這個(gè)模塊取消了，現(xiàn)在在產(chǎn)品成品上還遺留著那個(gè)電位器。但是受環(huán)境溫度和濕度的影響，還是存在一 些 誤差。該酒精濃度檢測系統(tǒng)不僅可以用于檢測空氣中的酒精含量，對人 身安全起保護(hù)作用，而且也可以用于其他需要進(jìn)行酒精濃度檢測的環(huán)境中。文中除了特別加以標(biāo)注地方外，不包含他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得成都信息工程 大學(xué) 或其他教學(xué)機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。 (4)學(xué)?？稍试S學(xué)位論文被查閱或借閱。 GPIO_Configuration_ADC()。 static u32 adc_t。 Adc_avg_flag == 0) { adc_t += ADC_ConvertedValue[0]。 t++。 adc_t = 0。 float aleter = 0。 voltage_cv = Adc_avg * / 4096。 OLED_P8x16Str(10, 4,str)。 = GPIO_Pin_2。GPIO_InitStructure)。 GPIO_Init(GPIOA, amp。 Warning_LED1 = 1。 delay_ms(300)。 } } 。 } else{ Warning_LED0 = 0。 Warning_LED0 = 1。 Warning_BEEP = 0。 = GPIO_Speed_50MHz。 = GPIO_Mode_Out_OD。 } } 報(bào)警主要程序 void Warning_init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure。 if(aleter) aleter = 0。 Get_Adc_Average()。