简易酒精测试仪设计1绪论1.1课题的背景和目的在信息技术急速发展的今天，计算机科学日新月异。

而单片机作为计算机科学的一个分支，在微机控制领域得到长足的发展。

随着单片机的发展与科学技术的提高，单片机已经成为人类生产生活中不可缺少的工具。

现在，单片机的应用已经渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机的网络通讯与数据传输、工业自动化过程的实时控制和数据处理、广泛使用的各种智能IC卡、民用豪华轿车的安全保障系统、录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机，更不用说自动控制的机器人、智能仪表、医疗器械了。

单片机要解决的问题多数是仍是老问题，新颖之处是比以前用较少的元件。

尤其是设计逻辑关系复杂的控制系统，过去用通用的逻辑门集成电路芯片将需要几十片甚至上百片，而现在只用几片就能够实现，而且方便灵活，做设计修改或改动功能时，只消改写软件原文件重写芯片，免去了在硬件线路上大动干戈的苦差事。

大连减少芯片个数主要是靠单片机的可编程性和高度集成化。

使开发周期更短，制造成本更低，用电更省和可靠性更高。

要求用各种逻辑门芯片实现的逻辑电路，可以用一片单片机芯片加上相应的控制软件就可以实现领域。

该次的毕业设计课题是基于单片机基础上的酒精测试仪设计。

利用单片机实现酒精测试仪的检测过程，主要包括测量和显示单元，传感器将测试环境中的酒精浓度转换成电信号，经过放大、A/D转换后送入单片机处理，单片机将酒精浓度信息转换成十进制数，查表获得对应的数码显示代码，并送到LED数码显示管上显示。

1.2 国内外研究现状及前景展望目前全世界绝大多数国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，以确定被测量者体内酒精含量的多少，以确保驾驶员的生命财产安全。

酒精浓度监测仪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。

此外，空气酒精浓度监测仪还能监测某一特定环境的酒精浓度如酒精生产车间可避免发生起火、爆炸及工业场地酒精中毒等恶性事故，确保环境安全。

随着公安部五条禁令的公布，酒精检测仪的需求逐渐增加。

目前，酒精检测仪主要还是电化学性质的。

在方式上主要有如下两种：一种是发光管显示；一种是数码显示。

发光管显示一般常见的分为三段显示：一段为未饮酒区；一段为饮酒区；一段为酗酒区。

根据测试的情况，相应的指示灯被点亮。

另一种是数显式酒精检测仪。

检测的结果直接以数字的形式显示出来。

而这两年出现一种新型的半导体酒精检测仪，CA2000是一种高可靠、高精度、呼吸式酒精检测仪。

它的核心部件采用新型高科技微变氧化物半导体，可以准确探测气体酒精含量，且不受烟味、可乐、咖啡等非酒精类气体的干扰。

CA2000小巧轻便，操作简单,是便携应用的最佳选择.1.3 课题的研究方法首先查阅资料，了解现在国内外研究状况。

充分利用图书馆资源、网络和计算机的功能，熟悉相关资料和设计要求。

在有关资料的基础上尽心再学习和研究，把实验法、比较研究法、文献资料法等方法综合起来使用。

本次设计包括两个部分第一，硬件部分的设计包括原理图和PCB版图的PROTEL的设计，第二软件部分的设计包括流程图存贮器地址的分配源程序目标程序以及列表程序的设计编程。

1.4 论文的构成及研究内容该毕业设计主要包括封面、毕业设计任务书、中文摘要、英文摘要、目录、正文、致谢、参考文献、附录。

2 设计的主题2.1设计原理本系统的基本原理是当具有N型导电性的氧化物暴露在大气中时，会由于氧气的吸附而减少其内部的电子数量而使其电阻增大。

其后如果大气中存在某种特定的还原性气体，它将与吸附的氧气反应,从而使氧化物内的电子数增加，导致氧化物电阻减小。

半导体-氧化物传感器就是通过该阻值的变化来分析气体浓度。

感器将测试环境中的酒精浓度转换成电信号，经过放大、A/D转换后送入单片机处理，单片机将酒精浓度信息转换成十进制数，查表获得对应的数码显示代码，并送到LED数码显示管上显示。

2.2硬件部分的设计2.2.1感应器的设计本课题选用的是MQ3型气敏传感器。

其有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。

MQ3型气敏传感器由微型Al2O3，陶瓷管和SnO2敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。

传感器的标准回路有两部分组成。

其一为加热回路，其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻值的变化。

传感器的表面电阻RS的变化，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号VRL输出面获得的。

二者之间的关系表述为：RS／RL=(VC-VRL)／VRL，其中VC为回路电压为10V。

负载电阻RL可调为0．5-200K。

加热电压Uh为5v。

上述这些参数使得传感器输出电压为0-5V。

为了使测量的精度达到最高，误差最小，需要找到合适的温度，一般在测量前需将传感器预热5分钟。

MQ3型气敏传感器技术指标如下：使用气体：酒精探测范围：10-1000*10-6特征气体：100*10-6酒精灵敏度：RIN air、RIN typical gas大于5敏感体电阻：400-4000千欧姆加热电流不大于180mA加热功率不大于900mW工作条件：环境温度：-10到65摄氏度2.2.2 A/D采样方案A/D转换器是一种用来将连续的模拟信号转换成二进制数的器件。

一个完整的A/D转换器通常包括这样的一些输入、输出信号：模拟输入信号和参考电压、数字输出信号、启动转换信号、转换结束信号、数据输出允许信号等。

采用8位AD转换器ADC0809，编程简单方便，价格便宜。

ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。

它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。

ADC0809的内部逻辑结构由下图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。

多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。

三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

ADC0809采样电路如图ADC0809引脚结构ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。

下面说明各引脚功能：IN0～IN7：8路模拟量输入端。

2-1～2-8：8位数字量输出端。

ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

START： A／D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。

EOC： A／D转换结束信号，输出，当A／D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。

当A／D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

CLK：时钟脉冲输入端。

要求时钟频率不高于640KHZ。

REF（+）、REF（-）：基准电压。

Vcc：电源，单一＋5V。

GND：地。

2.2.3电源部分选用的电源模块AC/DC,两输入端输入的是交流220V，两个输出端其中一段输出为+5V(电源端),另一端的0V（接地端）。

2.2.4显示方案显示部分采用3位LED数码管显示,依据位选线和段选线连接方式的不同，LED显示器有静态显示和动态显示两种方式。

采用静态显示时，位选线同时选通，每位的段选线分别与一个8位锁存器输出相连，各位相互独立。

各位显示一经输出，则相应显示将维持不变，直至显示下一个字符为止。

静态显示方式有较高的亮度和简单的软件编程，缺点是占用口线资源太多。

为克服这一缺点，可以将所有位的相应段选线并在一起，位线则分时轮流选通，利用人眼视觉的暂留现象，可以获得稳定的视觉效果，这种方式称为动态显示。

依据课题要求，选用动态显示这种方式。

2.2.5酒精测试仪控制电路原理图（见附图）2.3软件部分的设计2.3.1主程序流程图2.3.2键盘扫描子程序流程图2.3.3 A/D 转换与比较子流程图2.3.4程序清单（附录）2.4试验方案设计的可行性、有效性本课题主要任务是设计一个基于单片机的酒精浓度测试仪。

并经过软、硬件联调后，达到设计的指标，并完成LED现实方面的补充，本设计过程包括了硬件电路设计和软件程序的编写两部分。

硬件电路部分结构简单，使用方便，适合大众化使用。

软件部分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。

结论通过本次设计,我懂得了如何解决电路中出现的问题,从而能够使自己跟很好的学习和掌握一些电路常识。

在本次毕业设计中，我又相当于把以前学过的知识重新温习了一遍，对以前学过的知识加以巩固。

我又对一些电子元件有了进一步的了解，如：电阻、电容、晶体振荡器、感应器等。

还对一些常用的集成模块有也有了一些了解。

如：AD转换模块AD0809。

在Protel 99SE绘制硬件原理图和电路印制板时也用到了许多知识，也发现有很多的问题需要解决。

还有之前上课没有学到的知识，这些问题我可以去图书馆查些相关的资料，不好的是有些资料不是最新的，参考价值不很大。

现在是信息发展的高速时代，网络的应用很广泛，这就可以上网查到很多有用的且最新的资料，这些资料都还需要整理筛选出来使用。

另外还可以通过同学及指导老师来共同探讨和解决问题。

这次毕业设计对用Protel 99SE 绘制硬件原理图和电路印制版图的知识得到了更深的巩固。

在毕业设计的过程中，我遇到许多困难，但是在老师和同学的帮助下，我顺利克服各个困难。

首先，所遇到的困难是，如何将LED的小数点显示出来，因为在课本上所学的全是无点的显示，翻阅各种资料后，指导小数点是LED的最高位，只要在每次显示时将该位置一即可。

其次，我如何将八通道选择出来，因为我将通道号用P2.5、P2.6、P2.7三个端口送入单片机，所以要先将P2口的其他5个端口输入的数据过滤掉，剩余的是我想要的三位数据，但是这三位是P2口的高三位，若直接使用则出现错误，这个问题困扰了我一个晚上，看书，思考，问同学，最后终于想到逻辑右移指令，右移5位可以将高三位变成低三位，再使用则满足要求。

再次，我做好的电路用Proteus软件仿真时，每当我选通1-5通道时则在仿真软件上显示出黄点，这使得我的八个通道不能全部显示出来，这个问题一直困扰了我好久，我检查了无数遍都没有发现电路的错误，开始认为时74LS148优先编码器的问题，思考了两天后感觉错误应该还在于电路，我再一次将电路放大了检查，错误发现了，有两条导线的标号一致造成短路，这次我不仅解决了所遇到的问题，还认识到当Proteus软件出现黄点时，此时有短路存在。