【正文】 功能為己任，將一些外部接口功能單元如A/D、PWM、PCA(可編程計(jì)數(shù)器陣列)、WDT(監(jiān)視定時(shí)器)、高速I/O口、計(jì)數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。它是第三代單片機(jī)的代表。如果選用的單片機(jī)本就方便地處理語(yǔ)音信號(hào)，那么實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音功能就將變得相對(duì)簡(jiǎn)單?？紤]到技術(shù)先進(jìn)性和人性化設(shè)計(jì)的需要，如果能在上述方案中加入語(yǔ)音提示、語(yǔ)音播報(bào)檢測(cè)結(jié)果等新功能，將是非常有益的。本設(shè)計(jì)中經(jīng)過(guò)比較后采用MQ3型氣敏傳感器是由微型A12O3 陶瓷管和SNO2 敏感層、測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼的腔體內(nèi)，而加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件。此電壓與進(jìn)入燃燒室內(nèi)氣體的酒精濃度成正比，這就是燃料電池型呼氣酒精測(cè)試儀的基本工作原理半導(dǎo)體型采用氧化錫（等其他半導(dǎo)體氧化物）半導(dǎo)體作為傳感器，這類半導(dǎo)體器件具有氣敏特性，當(dāng)接觸的氣體中其敏感的氣體濃度增加，它對(duì)外呈現(xiàn)的電阻值就降低，半導(dǎo)體型呼氣酒精測(cè)試儀就是利用這個(gè)原理做成的[2]。作為酒精傳感器只是燃料電池的一個(gè)分支。 燃料電池型呼氣酒精測(cè)試儀采用燃料電池酒精傳感器作為氣敏元件，它屬于電化學(xué)類型，因此又稱為電化學(xué)型。由于價(jià)格和使用是否方便等因素所決定，目前普遍使用的只有燃料電池型（電化學(xué)型）和半導(dǎo)體型二種。所以需要增設(shè)鍵盤控制模塊實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，超過(guò)閾值進(jìn)入聲光報(bào)警功能。第1章 方案設(shè)計(jì)與論證本課題研究的是一種以氣敏傳感器和單片機(jī)為主，監(jiān)測(cè)空氣酒精濃度，并具有聲光報(bào)警功能及LCD顯示功能的空氣酒精濃度監(jiān)測(cè)儀。第4章為系統(tǒng)的調(diào)試分析部分，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的調(diào)試分析用以確定整個(gè)系統(tǒng)是否可投入生產(chǎn)。其中對(duì)電源電路的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，而對(duì)LCD液晶顯示模塊及鍵控模塊做了比較詳細(xì)的設(shè)計(jì)介紹。論文的總體思路如下：第1章為系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)與論證，主要是對(duì)系統(tǒng)的可行性進(jìn)行分析及元器件的選擇以便設(shè)計(jì)出最佳方案。本課題采用MQ3氣敏傳感器，AT89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)空氣酒精濃度實(shí)時(shí)測(cè)量，通過(guò)LCD顯示屏進(jìn)行顯示。本課題研究的是一種以氣敏傳感器和單片機(jī)為主，監(jiān)測(cè)空氣酒精濃度，并具有聲光報(bào)警功能及LCD顯示功能的空氣酒精濃度監(jiān)測(cè)儀。目前全世界絕大多數(shù)國(guó)家都采用呼氣酒精測(cè)試儀對(duì)駕駛?cè)藛T進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，以確定被測(cè)量者體內(nèi)酒精含量的多少，以確保駕駛員的生命財(cái)產(chǎn)安全。少量飲酒并不會(huì)有上述癥狀，即人體內(nèi)酒精濃度比較低時(shí)，而人體內(nèi)酒精超過(guò)某一個(gè)值時(shí)就會(huì)引起危險(xiǎn)。由此可見(jiàn)，酒精濃度檢測(cè)器具有巨大的潛在用戶群，市場(chǎng)前景十分廣闊。酒精濃度檢測(cè)器不僅可以作為交警快速準(zhǔn)確地判斷駕駛員是否酒后駕車的取證工具，同時(shí)也可以用于駕駛員自測(cè)是否飲酒過(guò)量。 alcohol concentration。軟件設(shè)計(jì)部分采用模塊化思想，運(yùn)用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程，該檢測(cè)器的特點(diǎn)在于簡(jiǎn)潔的硬件結(jié)構(gòu)、高效的軟件設(shè)計(jì)和較高的性價(jià)比。設(shè)計(jì)中選用AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)主控芯片，采用MQ3氣敏傳感器進(jìn)行酒精氣體濃度的檢測(cè)，利用ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后并通過(guò)12864液晶顯示器進(jìn)行濃度顯示。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課 題 名 稱 便攜式酒精濃度監(jiān)測(cè)儀的設(shè)計(jì)與仿真 摘 要本文研究了一款基于單片機(jī)的便攜式酒精濃度監(jiān)測(cè)儀的設(shè)計(jì)過(guò)程。該產(chǎn)品可通過(guò)聲光報(bào)警信號(hào)來(lái)提示駕駛員是否飲酒過(guò)度，不適合開(kāi)車，旨在減少交通事故的發(fā)生，具有一定的市場(chǎng)前景和實(shí)用價(jià)值。同時(shí)，設(shè)計(jì)了鍵盤控制部分，用于針對(duì)不同人士輸入不同閾值，當(dāng)濃度超過(guò)閾值時(shí)，給出聲光報(bào)警信號(hào)。關(guān)鍵字：便攜式；酒精濃度；單片機(jī)ABSTRACTIn this paper,a microcontrollerbased portable monitor alcohol concentration of the design process. The product can be sound and light alarm signals to prompt the driver whether the excessive drinking,not suitable for driving， aimed at reducing traffic accidents,with a certain degree of market prospects and practical value. AT89C51 singlechip design selected as the system control chip,the use of alcohol MQ3 gas sensors for the detection of gas concentrations using ADC0809 analogtodigital conversion to and through the concentration of 12864 to show the liquid crystal display. At the same time,part of the design of the keyboard to control for different people for different input threshold,when the concentration exceeds the threshold value， to a silent alarm signal light. Part of modular software design thought,the use of assembly language programming,the characteristics of the detector hardware structure is simple and efficient software design and higher cost performance.Keywords: Portable。 singlechip目 錄摘 要 IABSTRACT II目 錄 B前 言 1第1章 方案設(shè)計(jì)與論證 2 2 2 3 4第2章 硬件電路設(shè)計(jì) 5 主控模塊設(shè)計(jì) 5 7 8 AD轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 13 15 17 19第3章 軟件設(shè)計(jì) 213. 1數(shù)據(jù)處理子程序設(shè)計(jì) 23 24 24 25 26第4章 系統(tǒng)仿真及調(diào)試 28 28 2硬件聯(lián)調(diào) 28 28 29第5章 PCB設(shè)計(jì) 30 PCB板面規(guī)劃 30 PCB網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入 30 儀器的PCB制作 31 PCB元件布局 31 pcb布線 31參考文獻(xiàn) 33致 謝 34附錄1 程序清單 35附錄2 系統(tǒng)仿真電路圖 52附錄3 原理圖 53附錄4 PCB 54附錄5 元器件清單 55 前 言 資料顯示，我國(guó)近幾年發(fā)生的重大交通事故中，有將近三分之一是由酒后駕車引的因此，對(duì)駕駛員飲酒程度的檢測(cè)正越來(lái)越受到重視，酒精濃度檢測(cè)器逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。此外，也可應(yīng)用于食品加工、釀酒等需要監(jiān)控空氣中酒精濃度的場(chǎng)合。人民的生活水平迅速提高，越來(lái)越多的人有了自己的私家車，而酒后駕車造成的交通事故也頻頻發(fā)生:酒后駕車引起的交通事故是由于司機(jī)的過(guò)量飲酒造成人體內(nèi)酒精濃度過(guò)高，麻痹神經(jīng)，造成大腦反應(yīng)遲緩，肢體不受控制等癥狀。為此，需要設(shè)計(jì)一智能儀器能夠監(jiān)測(cè)駕駛員體內(nèi)酒精含量。此外，空氣酒精濃度監(jiān)測(cè)儀還能監(jiān)測(cè)某一特定環(huán)境的酒精濃度如酒精生產(chǎn)車間可避免發(fā)生起火、爆炸及工業(yè)場(chǎng)地酒精中毒等惡性事故，確保環(huán)境安全。其可監(jiān)測(cè)出空氣環(huán)境中酒精濃度值，并根據(jù)不同的環(huán)境設(shè)定不同的閾值，對(duì)超過(guò)的閾值進(jìn)行聲光報(bào)警，來(lái)提示危害?？梢酝ㄟ^(guò)鍵盤設(shè)定閾值，超過(guò)閾值具有聲光報(bào)警提示。第2章是則包含各個(gè)模塊進(jìn)行了電路測(cè)試到最后設(shè)計(jì)出總體電路圖的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。第3章主要針對(duì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及格子模塊的軟件分析并設(shè)計(jì)制作了各個(gè)模塊的的流程圖。綜上經(jīng)過(guò)各章節(jié)的有序銜接從而本設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。其可監(jiān)測(cè)出空氣環(huán)境中酒精濃度值，并需要根據(jù)不同環(huán)境不同駕駛員的水平設(shè)置不同的閾值，對(duì)超過(guò)的閾值進(jìn)行聲光報(bào)警，來(lái)提示危害。可以對(duì)氣體中酒精含量進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備有五種基本類型，分別是： 燃料電池型（電化學(xué)）、半導(dǎo)體型、紅外線型、氣體色譜分析型、比色型[1]。這二種能夠制造成便攜型呼氣酒精測(cè)試器，適合于現(xiàn)場(chǎng)使用。燃料電池是當(dāng)前全世界都在廣泛研究的環(huán)保型能源，它可以直接把可燃?xì)怏w轉(zhuǎn)變成電能，而不產(chǎn)生污染。燃料電池酒精傳感器采用貴金屬白金作為電極，在燃燒室內(nèi)充滿了特種催化劑，它能使進(jìn)入燃燒室內(nèi)的酒精充分燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽簿褪窃诙€(gè)電極上產(chǎn)生電壓，電能消耗在外接負(fù)載上。這種半導(dǎo)體在不同工作溫度時(shí)，對(duì)不同的氣體敏感程度是不同的，因此半導(dǎo)體型呼氣酒精測(cè)試儀中都采用加熱元件，把傳感器加熱到一定的溫度，在該溫度下，該傳感器對(duì)酒精具有最高的敏感度?？v觀現(xiàn)有的酒精檢測(cè)器，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案上大部分以傳統(tǒng)的單片機(jī)(如MICROCHIP公司的PIC系列)為基礎(chǔ)，并借助相應(yīng)的外圍電路，將檢測(cè)結(jié)果通過(guò)LED、LCD等顯示方式告知使用者。從技術(shù)的角度看，在現(xiàn)有方案中加入專用的語(yǔ)音處理芯片(如AC48105)，從而實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音功能，并不是非常復(fù)雜，但是這樣會(huì)使原有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上變得不夠精簡(jiǎn)，且導(dǎo)致性價(jià)比下降。但考慮到經(jīng)濟(jì)以及自己所學(xué)的AT89C51是一款八位單片機(jī)，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評(píng)。第三代單片機(jī)包括了INTEL公司發(fā)展MCS51系列的新一代產(chǎn)品，如8ｘC15AT89C51FA/FB﹑AT89C51GA/GB﹑8ｘC451﹑8ｘC452，還包括了PHILIPS﹑SIEMENS﹑ADM、FUJUTSU﹑OKI﹑HARRIAMETRA﹑ATMEL等公司以AT89C51為核心推出的大量各具特色﹑與AT89C51兼容的單片機(jī)。這一代單片機(jī)中，在總線方面最重要的進(jìn)展是為單片機(jī)配置了芯片間的串行總線，為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更加靈活的方式。新一代單片機(jī)為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展與配置打下了良好的基礎(chǔ)，本設(shè)計(jì)亦選擇AT89C51進(jìn)行匯編語(yǔ)言的編寫。因此，可以直接把傳感器輸出電壓值經(jīng)過(guò)ADC0809采集數(shù)據(jù)送人單片機(jī)進(jìn)行處理。其系統(tǒng)總體方案框圖如圖1所示。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并行I/O口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。但對(duì)各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤顯示器﹑打印機(jī)﹑A/D﹑D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT89C51片內(nèi)為128個(gè)字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至64K字節(jié)，用來(lái)存儲(chǔ)程序在運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。AT89C51共有4個(gè)并行8位I/O口（P0、PPP3），每個(gè)口都有1個(gè)鎖存器和1個(gè)驅(qū)動(dòng)器組成。 特殊功能寄存器AT89C51共有21個(gè)，用于對(duì)片內(nèi)的各功能的部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。由上可見(jiàn)，AT89C51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。1位機(jī)在開(kāi)關(guān)決策、邏輯電路仿真、過(guò)程控制方面非常有效；而8位機(jī)在數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算處理方面有明顯的長(zhǎng)處。2. 時(shí)鐘電路AT89C51雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外部附加電路。內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)采用最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。所以本設(shè)計(jì)中，振蕩晶體選擇12MHZ，電容選擇65PF。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用NPO電容。復(fù)位引腳RST通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)[4]。最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。時(shí)鐘頻率用6MHZ時(shí)C取22μF，R取10KΩ。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST端經(jīng)電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)的。 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)AT89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單﹑可靠。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元[4]。（2）內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限。 AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)7805集成穩(wěn)壓器典型應(yīng)用電路圖如圖 所示：電容C1用于抵消輸入線較長(zhǎng)時(shí)的電感效應(yīng)，防止電路產(chǎn)生自激振蕩，容量取值一般小于1μF；電容C0用于消除輸出電壓中的高頻噪聲，其容值可大于或小于1μF。其中輸入電源可以用612V直流電源，滿足便攜的要求。通常根據(jù)氣敏特性來(lái)分類，主要分為：半導(dǎo)體氣敏傳感器、固體電解質(zhì)氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器、電化學(xué)式氣敏傳感器、光學(xué)式氣敏傳感器、高分子氣敏傳感器、導(dǎo)熱式傳感器等，下面是幾種目前技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的氣敏傳感器[5]。然而，半導(dǎo)體電導(dǎo)率變化的機(jī)理，即氣敏機(jī)理是非常復(fù)雜的，事實(shí)上在某些方面尚無(wú)定論，一般認(rèn)為下列六個(gè)因素會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。②為了改善元件的選擇性和靈敏度，一般往金屬氧化物中添加催化劑，為提高元件強(qiáng)度還需要添加粘合劑。④元件在較高的溫度下（一般100－400℃）。⑥吸附過(guò)程本身比較復(fù)雜，既有物理型吸附，又有化學(xué)型吸附等。最常見(jiàn)的SNOZNO半導(dǎo)體傳感器的氣敏機(jī)理就是用能級(jí)生成理論來(lái)解釋的。由于還原性氣體時(shí)候容易給出電子，使得N型半導(dǎo)體中電子數(shù)目增大，載流子增加，電阻降低；當(dāng)它遇到氧化性氣體（如O2）時(shí)，由于氧化性氣體容易奪取電子，使得N型半導(dǎo)體中電子數(shù)目減少，載流子減少，電阻增大【7】。(2)固體電解質(zhì)氣體傳感器固體電解質(zhì)氣體傳感器是一種以離子導(dǎo)體為電