基于单片机的酒精浓度测试仪
摘要
本设计实现了对不同浓度酒精的检测和显示，通过适当改进可以用于检测酒后驾车。本文用STC12C5A16AD单片机与MQ-3型气体传感器实现了对酒精浓度的测量，并对测量数据进行显示，同时利用二极管简单显示浓度的高低，在设计允许值时发出报警。
论文主要研究了（1）硬件方面，MQ-3气体传感器技术参数的检测和将它接入到酒精浓度检测模块中；将模拟电压信号放大驱动发光二极管点亮报警；将采集到的模拟电压信号通过单片机控制经A/D转换，得到数字电压信号；用于显示浓度的数码管显示模块。（2）软件方面，主要研究了电压到浓度的线性转换和最终浓度值的数码管显示。（3）对设计的传感器进行了标定。设计的传感器对酒精气体反应灵敏，能在有效范围内测量它的浓度值。并且在检测低浓度酒精时误差较小，最大误差为8.2%满足设计要求。
关键词：MQ-3气体传感器，A/D转换，STC12C5A16AD单片机
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基于单片机的酒精浓度测试仪
目录
第一章 绪论 ................................................................................................................................- 3 - 第二章 总体设计 .........................................................................................................................- 4 -
2.1 设计任务 ......................................................................................................................- 4 - 2.2 设计要求......................................................................................................................- 4 - 第三章 硬件设计 .........................................................................................................................- 5 -
3.1 硬件设计原理分析 ......................................................................................................- 5 - 3.2 乙醇信号检测及调理电路 ..........................................................................................- 5 -
3.2.1 MQ-3主要技术指标 ........................................................................................- 6 - 3.2.2 MQ-3结构、外形、测试电路 ........................................................................- 6 - 3.2.3 MQ-3传感器调理电路 ....................................................................................- 8 - 3.3 单片机模块 ..................................................................................................................- 9 -
3.3.1 STC12C5A16AD的功能特性 ......................................................................... - 10 - 3.3.2 STC12C5A16AD的引脚说明 ......................................................................... - 11 - 3.3.3 单片机系统原理图 ........................................................................................ - 12 - 3.4、显示电路................................................................................................................... - 13 -
3.4.1 LCD1602显示模块技术参数 .......................................................................... - 13 - 3.4.2 LCD1602显示模块功能 .................................................................................. - 13 - 3.4.3 LCD1602显示器工作原理 .............................................................................. - 14 - 3.5 阈值存储................................................................................................................... - 15 - 3.6 供电及程序下载电路 ............................................................................................... - 16 - 第四章 软件设计 ....................................................................................................................- 17 - 第五章 Protel硬件开发软件 ................................................................................................ - 18 -
5.1 Protel软件组成 ....................................................................................................... - 18 - 5.2 PCB板设计 .............................................................................................................. - 19 - 第六章 总结与展望 ............................................................................................................... - 22 -
6.1 设计结果................................................................................................................... - 22 - 6.2 设计体会与展望 ......................................................................................................... - 22 - 参考文献 ................................................................................................................................... - 23 - 附录一 ....................................................................................................................................... - 24 - 附录二 ....................................................................................................................................... - 25 - 附录三 ........................................................................................................................................- 26 - 致谢 ............................................................................................................................................ - 37 -
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基于单片机的酒精浓度测试仪
第一章 绪论
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，随着我国经济的高速发展，人民的生活水平迅速提高，越来越多的人有了自己的私家车，酒后驾车是导致交通事故的一个主要因素，资料显示,我国近几年发生的重大交通事故中,有将近三分之一是由酒后驾车引起的。由于人们安全意识增强，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，酒精浓度测试仪具有十分广阔的现实市场和潜在的市场要求。
本设计基于STC12C5A16AD单片机设计的酒精气体浓度探测仪，可用来检测酒精气体浓度，酒精气体浓度测试仪在生产生活中有重要的应用，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，此酒精测试仪经过再一步的改进可以使用到酒后驾驶测试上面去，利用该测试仪来告诫驾驶员请勿酒后驾驶。
在这次的设计中，利用了MQ-3型酒精的传感器通过对空气中的酒精浓度测试转换成0～5V的模拟量电压进行输出，把这个0～5V的电压传送到STC12C5A16AD内部自带的A/D转换模块中去，通过模拟量模块的转换输出一个8位0～255的数据给单片机的P1口，再通过单片机进行一些软件程序的处理显示在LCD的液晶上面。
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基于单片机的酒精浓度测试仪
第二章 总体设计
2.1 设计任务
本研究设计的酒精浓度测试仪是一款实用性强、安全可靠的气体乙醇浓度检测工具，采用高精度MQ-3乙醇气体传感器对空气中的乙醇浓度进行检测，利用宏晶公司高性能低成本单片机STC12C5A16AD对检测信号进行A/D转换和处理，最后通过液晶屏显示输出。本研究设计的酒精浓度测试仪还具有醉酒阀值设定功能，可以根据法律法规或用户需要设定修改醉酒阀值，并进行保存,根据信号的传输可初步设计其系统设计方框图如图2-1。
传感模拟输出 单片控制输出
LCD显示输出
器 机 图2-1 系统设计方框图
2.2 设计要求
1) 传感器MQ-3的电压模拟输出范围为0～5V；
2) STC12C5A16AD芯片为52内核8位单片机，内部集成了10位多路A/D转换模块；
3) 单片机STC12C5A16AD工作频率为12MHz；
4) LCD显示器用1KΩ的电阻分压使其清晰显示，消除“鬼影”。
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基于单片机的酒精浓度测试仪
第三章 硬件设计
3.1 硬件设计原理分析
本硬件由四部分组成：单片机模块，酒精传感器模块，显示模块,存储模块。本系统由单片机STC12C5A16AD控制，其直接控制两个模块：阀值存储模块将与酒精传感器采集到并输送到单片机控制处理后的数字信号相比较，LCD显示模块可以将经过单片机处理过的酒精气体浓度具体量化值显示出来,其硬件系统原理图如图3-1所示。MQ-3乙醇气体传感器输出信号经信号调理电路处理，输出随乙醇浓度变化的电压信号，该电压信号送入单片机系统，经A/D转换，与设定的醉酒阀值进行比较，并显示或报警。
MQ-3传感器模块MQ-3气体传感器信号调理电路模拟电压信号STC12C5A16AD单片机模/数转换电压/酒精浓度转换醉酒阈值阈值比较外部EEPROM酒精浓度显示过阈报警
图3-1 酒精浓度测试仪方框图
3.2 乙醇信号检测及调理电路
MQ-3乙醇气体传感器可以应用用于机动车驾驶人员及其他严禁酒后作业人员的现场检测，也用于其他场所乙醇蒸汽的检测。其技术特点为：
? 对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择性
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