酒精气体智能报警系统设计 (LCD)
摘要：本设计的酒精浓度测试仪是一款实用性强、安全可靠的气体酒精浓度检测工具。本文设计一种可以检测酒精浓度并在超过一定浓度阈值时进行声光报警提示的酒精浓度 测试仪。系统采用酒精浓度传感器MQ3，把检测到的酒精浓度转换为电信号，经A/D转换器转换成数字信号在传给单片机，最后单片机进行相应处理，LCD液晶可以显示酒精浓度，当超过设定值时可以进行声光报警。程序采用模块化设计思想，各个子程序的功能相对独立，便于调试和修改。本设计方案基于市场的需求，设计简单，操作方便，成本低廉等特点。
关键词：单片机；酒精传感器；A/D转换；声光报警
0 前言
随着经济高速发展，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，需要设计一智能仪器能够检测驾驶员体内酒精含量。作为即将步入社会的大学毕业生，作为新世纪四有青年，作为社会主义事业的践行者，我们应当积极将自己所学知识与实际问题实际挑战相结合，解决实际问题，造福广大人民。 酒驾正是造成交通事故的重要原因，2011年05月01日，备受关注的《刑法修正案(八)》和修改后的《道路交通安全法》正式施行，酒驾被正是列为刑事犯罪，最高可处以6个月的刑事拘留和2000元罚款本论文研究的是一种以气敏传感器和单片机为主，监测空气酒精浓度，并具有声光报警功能的空气酒精浓度监测仪。其可监测出空气环境中酒精浓度值，并可根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值进行声光报警来提示危害。
酒精气体浓度探测仪在生产生活中也有重要的应用，比如，在一些环境要求严格的生产车间，用这种酒精浓度探测仪，可随时检测车间内的酒精气体浓度，当酒精气体浓度高于允许限定值时，发出警报，提醒人们及时通风换气，做到安全生产。
本课题分为两部分：硬件设计部分和软件设计部分。硬件部分为利用MQ3气敏传感器测量空气中酒精浓度，并转换为电压信号，经A/D转换器转换成数字信号后传给单片机系统，由单片机及其相应外围电路进行信号的处理，显示酒精浓度值以及超阈值声光报警。程序采用模块化设计思想，各个子程序的功能相对独立，便于调试和修改。而硬件电路又大体可分为单片机小系统电路、A/D转换电路、声光报警电路、LCD液晶显示电路，按键电路，各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍。
1 总体方案设计
针对本课题的设计任务，进行分析得到：本设计以单片机为核心外围电路带有LCD
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显示以及键盘响应电路，无需要其他计算机，用户就可以与之进行交互工作，完成数据的采集、存储、计算、分析等过程。
按照系统设计的要求，设计时，考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是0-5伏的电压值且电压值稳定，外部干扰小等。因此，可以直接把传感器输出电压值经过A/D转换器转换得到数据送入单片机进行处理。此外，还需接入液晶显示，键盘设定，报警电路等。其系统原理框图如图1所示。
图1 系统原理框图
键盘 被测 环境 MQ3气敏传感A/D转换电路 单片机 液晶显示 声光报警电路 2 硬件电路设计
2.1 单片机最小系统
单片机最小系统：所谓最小系统就是指由单片机和一些基本的外围电路所组成的一个可以工作的单片机系统。一般来说，它包括单片机，晶振电路和复位电路。
STC89C52是一种8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
如图2为STC89C52单片机最小系统连线图：
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图2 单片机最小系统
2.1.1 时钟电路
时钟电路是用于产生单片机正常工作时所需要的时钟信号。STC89C52单片机内部包含有一个振荡器，可以用于CPU的时钟源，另外也可以采用外部振荡器，由外部振荡器产生的时钟信号来供内部CPU运行使用。两种时钟方式如图3所示：
图3 单片机的两种时钟方式
(1)内部时钟方式
内部时钟方式是采用单片机内部振荡器来工作的方式。单片机内部包含有一个高增益的单级反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为片内放大器的输入端口和输
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出端口,其工作频率为0~33MHz。
当单片机工作于内部时钟模式的时候，只需在XTAL1引脚和XTAL2引脚连接一个晶体振荡器或陶瓷振荡器，并联两个电容后接地即可，使用时对于电容的选择有一定得要求，具体如下：
A 当外接晶体振荡器的时候，电容值一般选择C1=C2=30±10pF； B 当外接陶瓷振荡器的时候，电容值一般选择C1=C2=40±10pF。
在实际电路设计时，尽量保证外接的振荡器和电容尽可能接近单片机的XTAL1和XTAL2引脚，这样可以减少寄生电容的影响，使振荡器能够稳定可靠地为单片机CPU提供时钟信号。 (2)外部时钟方式
外部时钟方式是采用外部振荡器产生时钟信号，直接提供给单片机使用。对于不同的结构的单片机，外部时钟信号接入的方式有所不同。对于普通的8051单片机，外部时钟信号由XTAL2引脚接入后直接送到单片机内部的时钟信号发生器，而引脚XTAL1则应直接接地。这里需要注意，由于XTAL2引脚的逻辑电平不是TTL信号，因此外接一个上拉电阻。对于CMOS型的80C51,80C52,AT89S52等单片机，和普通的8051不同的是其内部的时钟信号取自于反相放大器的输入端。因此外部的时钟信号应该接到单片机的XTAL1引脚，而XTAL2引脚悬空即可。
本次设计选择内部时钟电路，外接频率11.0592MHz的晶体振荡器，选择两个电容值为30pF的陶瓷电容。 2.1.2 复位电路
单片机复位有两种：一种是上电复位，一种是手动复位。在程序开发过程中，经常需要手动复位。所以本次设计选用如下手动复位电路。
除了系统上电的时候可以给RST引脚一个短暂的高电平信号外，当按下复位开关FW的时候，VCC通过一个高电阻R7连接到RST引脚，给RST一个高电平，FW松开的时候，RST引脚恢复为低电平，复位完成。 2.2 A/D转换电路设计
在单片机应用系统中，被测量对象的有关变化量，如温度、压力、流量、速度等非电物理量，须经传感器转换成连续变化的模拟电信号（电压或电流），这些模拟电信号必须转换成数字量后才能在单片机中用软件进行处理。实现模拟量转换成数字量的器件称为A/D转换器（ADC）。
A/D转换器大致分有三类：一是双积分A/D转换器，优点是精度高，抗干扰性好，价格便宜，但速度慢；二是逐次逼近型A/D转换器，精度、速度、价格适中；三是
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∑-△A/D转换器。
该设计中选用的是ADC0809属第二类，是8位A/D转换器。0809具有8路模拟信号输入端口，地址线（23-25脚）可决定那一路模拟信号进行A/D转换。22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制，当输入一个2μs的高电平脉冲时，就开始A/D转换。7引脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许端，当OE脚为高电平时，A/D转换数据输出。10脚为0809的时钟输入端。
ADC0809的结构框图如图4。ADC0809采用逐次比较的方法完成A/D转换的，由单一的+5V电源供电。片内有锁存功能的8路选1的模拟开关，由C、B、A引脚的功能来决定所选的通道。0809完成一次转换需100μs左右，输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连接到单片机的数据总线上。通过适当的外接电路，0809可对0-5V的模拟信号进行转换。
C
B A ALE
VR(+) VR(－) OE 地址锁存与密码 IN7 …. IN0
8 路模拟量开 关 8位A/D转换器 START CLK
EOC 三态输出锁存器 D0 . . . D7 VCC GND 图4 ADC0809的结构框图
ADC0809与单片机的连线图如图5。
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