酒精濃度監(jiān)測(cè)

1、遼寧工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)題目:酒精濃度監(jiān)測(cè)院系：電氣工程學(xué)院專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師 日期：2012年12月31日目錄第1章緒論1.1 PVC應(yīng)用概述錯(cuò)誤!未定義書簽。1.2 本文研究?jī)?nèi)容1第2章CPU最小系統(tǒng)22.1 酒精濃度監(jiān)測(cè)儀總體設(shè)計(jì)方案22.2 CPU的選擇 32.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)52.4 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)52.5 CPU最小系統(tǒng)圖 6第3章酒精濃度監(jiān)測(cè)儀輸入輸出接口電路設(shè)計(jì)73.1 酒精濃度監(jiān)測(cè)儀傳感器的選擇73.2 酒精濃度監(jiān)測(cè)儀檢測(cè)接口電路設(shè)計(jì) 83.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器選擇83.2.2 模擬量檢測(cè)接口電路圖 123.3 酒精濃度監(jiān)測(cè)儀輸出接口電路設(shè)計(jì)12第4章酒

2、精濃度監(jiān)測(cè)儀軟件設(shè)計(jì) 164.1 軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述164.2 流程圖設(shè)計(jì)174.2.1 主程序流程圖設(shè)計(jì)174.2.2 模擬量檢測(cè)流程圖設(shè)計(jì)184.2.3 酒精濃度監(jiān)測(cè)儀顯示流程圖設(shè)計(jì)18第5章系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 195.1系統(tǒng)原理19第6章課程設(shè)計(jì)總結(jié) 20參考文獻(xiàn)21第1章緒論1.1 本文研究意義酒后駕車發(fā)生事故的機(jī)率高達(dá)27%o隨著攝入酒精量的增加，選擇反應(yīng)錯(cuò)誤率 顯著增加，當(dāng)血液中酒精含量由0.5%°增至1%。，發(fā)生車禍的可能性便增加5倍，如果增至1.5%。，可能性再增加6倍。機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T“酒后駕車”及“醉酒駕車”極易發(fā)生道路交通事故，嚴(yán)重危害了道路交通安全和人民生命財(cái)產(chǎn) 安全

3、。人飲酒后，酒精通過消化系統(tǒng)被人體吸收，經(jīng)過血液循環(huán)，約有90%的 酒精通過肺部呼氣排出，因此測(cè)量呼氣中的酒精含量，就可判斷其醉酒程度。開 車司機(jī)只要將嘴對(duì)著傳感頭使勁吹氣，儀器就能發(fā)上顯示出酒精濃度的高低，從 而判斷該司 機(jī)是否酒后駕車，避免事故的發(fā)生。當(dāng)然，最好的辦法是在車內(nèi)安裝 這種測(cè)試儀，司機(jī)一進(jìn)入車內(nèi)檢測(cè)儀就檢測(cè)司機(jī)的酒精含量，如果超出允許值, 系統(tǒng)控制引擎無法啟動(dòng)，這樣就可從根本上解決酒后駕車問題。酒精氣體濃度探 測(cè)儀在生產(chǎn)生 活中也有重要的應(yīng)用，比如，在一些環(huán)境要求嚴(yán)格的生產(chǎn)車間，用 這種酒精濃度探測(cè)儀，可隨時(shí)檢測(cè)車間內(nèi)的酒精氣體濃度，當(dāng)酒精氣體濃度高于 允許限定值時(shí)，發(fā)出警報(bào)，

4、提醒人們及時(shí)通風(fēng)換氣，做到安全生產(chǎn)。1.2 本文研究?jī)?nèi)容本文是設(shè)計(jì)一個(gè)基于AT89S51單片機(jī)的酒精濃度探測(cè)儀系統(tǒng)，可用來檢測(cè)酒精氣體濃度，最主要的用途是檢測(cè)司機(jī)的酒精含量。其中酒精傳感器采用MQ-3型，利用該傳感器將酒精氣體濃度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，選擇適當(dāng)?shù)姆糯笃鞣糯笃潆妷盒盘?hào)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示酒精濃度的高度，同時(shí)利用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模 擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并由單片機(jī)控制，最后用數(shù)碼管顯示。第2章CPU最小系統(tǒng)2.1 酒精濃度監(jiān)測(cè)儀總體設(shè)計(jì)方案基于AT89s51單片機(jī)用MQ-3型氣體傳感器實(shí)現(xiàn)酒精氣體濃度的檢測(cè)，需要信號(hào)采集模塊用于對(duì)酒精濃度信號(hào)的采集，該信號(hào)是通過MQ-3氣體傳感器和負(fù) 載電壓得

5、到分壓電信號(hào)。信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊用來把采集到得模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以 用單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)。數(shù)碼管顯示模塊是對(duì)單片機(jī)處理后的數(shù)字信號(hào)的顯 示，用來顯示酒精的濃度。報(bào)警模塊是對(duì)設(shè)定值提供報(bào)警功能，該功能用發(fā)光二 極管顯 示。根據(jù)各功能模塊的設(shè)計(jì)，可得到它的系統(tǒng)總框圖，如圖2,1所示。圖2.1系統(tǒng)總框圖2.2 CPU的選擇單片微機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的譯名簡(jiǎn)稱，在國(guó)內(nèi)也常稱為“單片微機(jī)”或 “單片機(jī)”。它包括中央處理器CPU,隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM,只讀存儲(chǔ)器ROM, 中斷系統(tǒng)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，串行口和I/O 口等等?，F(xiàn)在，單片微機(jī)已不僅指單 片計(jì)算機(jī)，還包括微計(jì)算機(jī)，微處理器，微控制器和嵌入式控制器，單片微機(jī)

6、已 是它們的俗稱，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。斗、8 < 8PSEN RESE圖2.2 51單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)AT89c51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片 內(nèi)含4K的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密 度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序 存儲(chǔ)器，既可在線編程也可以用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片 芯片中，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89c51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4KBFIash 閃存存儲(chǔ)器，128B內(nèi)部RAM, 32個(gè)I/O 口線，看門狗，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè) 16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，

7、一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振 蕩器及時(shí)鐘電路。根據(jù)實(shí)際需要，本次設(shè)計(jì)選用的是以8051為核心單元Atmel 公司的低耗AT89C51單片機(jī)。AT89S51芯片有40條引腳，采用雙列直插式封 裝，如圖2-2所示。下面說明各引腳功能1P1.0VCCP1.1P0.0402393P1.2P0.1384P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RESETP0.7pa nfa37536635734833932103111P3.089c51P3.1ALE301229P3.2PSEhP3.3P2.7P3.4P2.6P3.5P2.5P3.6P2.4P

8、3.7P2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.113281427152616251724182319222021VSSP2.0圖2.3 AT89s51芯片管腳VCC：運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)接電源正端。GND：接地。XTAL1 ：輸入到單片機(jī)內(nèi)部振蕩器的反相放大器。XTAL2：反相放大器的輸 出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。P0O： 8位漏極開路的。使用片外存儲(chǔ)器時(shí)，作低八位地址和數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù) 用，能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL上拉電阻。P1 口： 8位、準(zhǔn)雙向I/O 口。P2 口： 8位、準(zhǔn)雙向I/O Oo當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ROM及RAM）時(shí)，輸 出高8位地址?？梢则?qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。P3 口： 8位'

9、 準(zhǔn)雙向I/O ,具有內(nèi)部上拉電路，提供各種替代功能。P3.0 RXD串行口輸入口，P3.1 TXD串行口輸出口，P3.2 INTO 外部中斷0輸入，P3.3 INT1外部中斷1輸入，P3.4 TO定時(shí)器/計(jì)數(shù) 器0的外部輸入，P3.5 T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入，P3.6 WR 低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器寫選通，P3.7RD低電平有效，輸出， 片外存儲(chǔ)器讀選通。RST：復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。在振蕩器工作時(shí)，在RST上作用兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將器件復(fù)位。EA/VCC：片外程序存儲(chǔ)器訪問允許信號(hào)，低電平有效。高電平時(shí)選擇片內(nèi)4h以挈程序存儲(chǔ)器，低電平時(shí)程序存儲(chǔ)器全部在片外而不管片

10、內(nèi)是否有程序存儲(chǔ)器。ALE/PRO： G地址鎖存允許信號(hào)，輸出。ALE以1/6的振蕩頻率固定速率輸 出，可作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘或用作外部定時(shí)脈沖。2.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)對(duì)于復(fù)位電路部分，AT89c51技術(shù)資料給出，當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳 出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操 作，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為了擺脫困境， 可以按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)，所以復(fù)位電路的設(shè)計(jì)很有必要。復(fù)位操作有上電自 動(dòng)復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種方式，本設(shè)計(jì)選用按鍵電平復(fù)位方 式。R1RETVCCR2圖2.4復(fù)位電路圖如圖2.4所示，10"的電容C3

11、與2700的電阻并聯(lián)后再與一個(gè)10K。的電 阻串聯(lián)，電容的正極端接到電源的正極，電容的另一端接至引腳RSTo設(shè)計(jì)中 選用 的石英晶體大小為11.0952MHz,但復(fù)位鍵按下后，電容和電阻選用的參數(shù)值能 夠保證給復(fù)位端RST提供大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平復(fù)位信號(hào)刈。2.4 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)對(duì)于晶振部分，AT89S51單片機(jī)中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相 放大器，引腳19對(duì)應(yīng)的XTAL1和18對(duì)應(yīng)的XTAL2分別是該放大器的輸入端 和輸出“而。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振 蕩器。如圖2.5所示，石英晶體及電容C1和C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成 并聯(lián)諧振電路。

12、石英晶體的兩端分別接到引腳XTAL1和引腳XTAL2,同時(shí)石 英晶體 的兩端分別接一個(gè)電容C1和C2,電容的另一端接地。對(duì)于外接電容 C1和C2的大小雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小還是會(huì)對(duì)振蕩頻 率的高低' 振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度和溫度穩(wěn)定性帶來一定的影 響。根據(jù)技術(shù)資料的推薦，使用石英晶體推薦電容容量為30pF±10pF,使用 陶瓷諧振器推薦電容容量為40pF±10pFo因?yàn)殡娐分薪拥氖鞘⒕w，所以 設(shè)計(jì)中接的兩個(gè)電容C1和12MHzC2X1X2C2的容量都為33pFo升33p f圖2.5時(shí)鐘電路2.5 CPU最小系統(tǒng)圖圖2.6最小系統(tǒng)圖第

13、3章酒精濃度監(jiān)測(cè)儀輸入輸出接口電路設(shè)計(jì)3.1 酒精濃度監(jiān)測(cè)儀傳感器的選擇本設(shè)計(jì)中的酒精氣體傳感器采用河南漢威電子有限公司的MQ-3型,它屬于MQ系列氣敏元件的一種。如圖3.1所示：圖3.1 MQ-3實(shí)物圖特點(diǎn):檢測(cè)范圍為10ppm2000ppm ；靈敏度高，輸出信號(hào)為伏特級(jí)；響應(yīng) 速 度快，小于1。秒；功耗小于0.75W,尺寸：D17*H10oMQ-3型氣敏傳感器的敏感部分是由金屬氧化物（二氧化錫）的N型半導(dǎo)體 微晶燒結(jié)層構(gòu)成。當(dāng)其表面吸附有被測(cè)氣體酒精分子時(shí)，表面導(dǎo)電電子比例就 會(huì)發(fā)生變化，從而其表面電阻會(huì)隨著被測(cè)氣體濃度的變化而變化。由于這種變 化是可 逆的，所以能重復(fù)使用。MQ-3的靈敏

14、度特性曲線如圖3所示。圖3.3MQ-3檢測(cè)電路檢測(cè)電路如圖4所示，當(dāng)電源開關(guān)S斷開時(shí)，傳感器加熱電流為零，實(shí)測(cè) A, B之間電阻大于20MQo S接通，則f, f之間電流由開始時(shí)155mA降至 153mA而穩(wěn)定。加熱開始幾秒鐘后A, B之間電阻迅速下降至10KQ以下，然 后又逐漸上升至120KQ以上后并保持著。此時(shí)如果將酒精溶液樣品靠近MQ-3 傳感器，我們立即可 以看到數(shù)字萬用表顯示值馬上由原來大于120KQ降至10KO以下。移開小瓶過1分鐘左右后，A, B之間電阻恢復(fù)至大于120KQo 這種反應(yīng)可以重復(fù)試驗(yàn)，但要注意使空氣恢復(fù)到潔凈狀態(tài)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)的反復(fù)檢 測(cè)，MQ-3傳感器可以正常工作使用，

15、對(duì)不同濃度的酒精溶液有不同的變化, 響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間都正常，可以開始作 信號(hào)采樣模塊電路的設(shè)計(jì)。3.2 酒精濃度監(jiān)測(cè)儀檢測(cè)接口電路設(shè)計(jì)3.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器選擇ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.4所 示，它由8路模擬開關(guān)' 地址鎖存與譯碼器'比較器' 8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn) 換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此， ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸I彳/火挈出與TTL兼容圖3.4ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插

16、式封裝，如圖3.5所示。下面說 明各引腳功能。IN0-IN7： 8路模擬量輸入端。2-12-8： 8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC： 3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一 路。如表1所示。ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。START： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平 (轉(zhuǎn)換期間一直為低電平)。0E：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸 入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZoREF (+)、REF

17、 (.)：基準(zhǔn)電壓。Vcc：電源，單一+5VoGND：接地端。I h挈106922232425171415818192021CLOCKSTARTENABL EALEADD-C ADD-BADD-AEOClsb2-82-72-62-52-42-32-2msb2-1ref(+)ref(-)IN-7IN-6IN-5IN-4IN-3IN-2IN-1IN-0121654321282726ADC0809圖 3.5ADC0809 芯片ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1,將地址存入地 址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿 將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿

18、啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指 示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続/D轉(zhuǎn)換結(jié) 束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。當(dāng)檢測(cè)到酒精氣味時(shí)，氣體傳感器的A-B間電阻變小，則ADC0809的模擬 輸入端IN0的電壓變大。采用查詢方式對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后將 數(shù)據(jù)通過三位八段數(shù)碼管顯示。ADC0809芯片內(nèi)部沒有時(shí)鐘脈沖源，可以用 單片機(jī)提供的地址鎖存控制輸入信號(hào)ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后，作為 ADC0809的時(shí)鐘輸入。ALE端信號(hào)的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6。單片機(jī)

19、的 時(shí)鐘頻率是11.0952MHz,則ALE端輸出信號(hào)的頻率為1.8492MHz,再二分頻 后為0.9246Hz,符合ADC0809對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。由于ADC0809具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)瑣存器，其8位數(shù)據(jù)輸出端可以直接與數(shù)據(jù)總線相連。地址選通端ADDA, ADDB, ADDC分別與單片機(jī)地址總線的低三位Ao, A1, A2相連，用 于選通IN0-IN7中的某一通道。由于ALE和START連在Ia小挈一起，ADC0809在鎖存通道地址的同時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。在讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 時(shí)，OE產(chǎn)生的正脈沖信號(hào)用于打開三態(tài)輸出鎖存器。ADC0809的EOC信號(hào) 與單片機(jī)的P3.3相連，作為A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束

20、的狀態(tài)信號(hào)供單片機(jī)查詢。表3.1 ADC0809通道地址ADDCADDBADDA選通通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7ADC0809與AT89s51單片機(jī)的接口電路如圖10所示。單片機(jī)引腳P3.6與 P2.7進(jìn)過或非門后于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的ALE端和START端子用導(dǎo)線相連接，用 于對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片寫入數(shù)據(jù)的寫信號(hào)。單片機(jī)的RD端P3.7與P2.7進(jìn)過或非 門后于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的OE端子用導(dǎo)線相連接，作為單片機(jī)讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 的讀信號(hào)。單片機(jī)引腳P3.3與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的EOC端經(jīng)過或非門后的輸出端 用導(dǎo)線相連接，用于單片機(jī)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換是

21、否結(jié)束的查詢，模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后可以 查詢到P3.3為高電平，為單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備。單片機(jī)的ALE端口接到 D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端CK, D觸發(fā)器的反相輸出端與觸發(fā)信號(hào)輸入端用導(dǎo) 線相連，D觸發(fā)器的清零和復(fù)位端為低電平有效，分別接高電平，D觸發(fā)器 的正向輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的CLK端子用導(dǎo)線相連接，為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片提 供正常的時(shí)鐘信號(hào)。把模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的A2、A1、A0端分別用導(dǎo)線連接到地址鎖存器的低三位，用于選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換的通道。模數(shù)轉(zhuǎn) 換芯片的IN0端子用導(dǎo)線與信號(hào)采樣部分的負(fù)載電阻端相連，作為要模數(shù)轉(zhuǎn)換 的輸入端。單片機(jī)引腳P0.0- P0.7連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸出端D0、 D1、D2、

22、D3、D4、D5、D6、D7端，用于讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。地址地址 鎖存芯片74LS373的輸入端低三位分別與單片機(jī)引腳P0.0P0.2連接，用于鎖存選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換通 道的地址。3.2.2 模擬量檢測(cè)接口電路圖模擬量檢測(cè)借口電路如圖3.6所示幻 LE °D R 2D3D 4D ®D eD 7D1P10POO392P11P0138 /3P12P02u /4P13P035P14P0435 6P15P05F47P16P06-33 二8P17P073213INT1P20212212INTOP2115T1P22P232414TOP242531EAWPP25P2619189X1X2RES

23、ETRXDTXD101117RD30 ALE.R PSEKK .16WRU2AT89C511Pri htkret(+)12oSTARTI9ENABLEref(-)IO22ALEcIN-7O央ADD-C24ADD-BIN6425ADD-A37IN-5EOC217Isb2>8IN-4/142-7IN-31/*lb2.6825IN-228/2-427廠 "192-3IN-1一一 202-226G2Jmsb2-1IN-0U1AUU0809圖3.6 ADC0809與單片機(jī)AT89S51接口電路3.3 酒精濃度監(jiān)測(cè)儀輸出接口電路設(shè)計(jì)發(fā)光二極管集成驅(qū)動(dòng)芯片LM3914的管腳圖如圖3.7所示。

24、其內(nèi)部的緩沖 放大器最大限度的提高了該集成電路的輸入電阻（5腳），電壓輸入信號(hào)經(jīng) 過緩沖器（增益為零）同時(shí)送到10個(gè)電壓比較器的異相（-）輸入端。10 個(gè)電壓比較器的同相輸入（+）端分別接到10個(gè)等值電阻（1KQ）串聯(lián)回 路的10個(gè)分壓端。因?yàn)榕c串聯(lián)回路相接的內(nèi)部參考電壓為 1.2V ,所以相鄰分壓端之間的電壓差為1.2V/10=0.12V o為了 驅(qū)動(dòng)LED1發(fā)光，集成電路LM3914的1腳輸出應(yīng)該為低電平，因此要求電壓比較器異相（-）端的 輸入電壓應(yīng)大于0.12Vo同理，要使LED2發(fā)光，異相端輸入電壓應(yīng)大于 0.12*2=0.24V ;要使LED10發(fā)光，異相端輸入電壓應(yīng)大于0.12*1

25、0=1.2V oLM3914的9腳為點(diǎn)，條方式選擇端，當(dāng)9腳與11腳相接為點(diǎn)狀顯示； 當(dāng)9腳與3腳相接，則為條狀顯示。本系統(tǒng)采用條狀顯示方式，即將引腳9 和引腳3都I/繆MODE vSIGRhiRefOutRefAdj Rid V1181716151413121110接到電源的正極LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7LED8LED9LED1 0圖3.7 LM3914管朋圖如圖3.8所示，LM3914的3和9引腳接電源正極，使發(fā)光二極管成柱狀顯 示，7和8引腳接一個(gè)2K的電阻，控制發(fā)光二極管的亮度，5引腳為采樣信 號(hào)的輸入端，10到18引腳和1引腳分別接發(fā)光二極管的負(fù)極端，4

26、和2引 腳與發(fā)光二極管的正極間接一個(gè)10RF的電容，作為發(fā)光二極管的虛電源，驅(qū) 動(dòng)要反光的二極管點(diǎn)亮。LM3914的5端電當(dāng)檢測(cè)到酒精氣味時(shí)，氣敏傳感器的A-B間電阻變小,位升高，通過比較放大，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管依次發(fā)光，從而區(qū)分出酒精含量的高 低，直觀的看出所測(cè)的酒精濃度達(dá)到了哪個(gè)水平值，起到報(bào)警的作用。輸入靈敏度可以通過負(fù)載電阻的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，即對(duì)地電阻調(diào)小時(shí)靈敏度下 降；反之，靈敏度增加。改變7腳與8腳之間電阻的阻值可以調(diào)節(jié)發(fā)光二極 管的顯示亮度，當(dāng)阻值增加亮度減弱，反之加強(qiáng)。發(fā)光二極管一般是神化錢 半導(dǎo)體二極管，在發(fā)放光二極管兩端加上正向電壓，則發(fā)光二極管發(fā)光。數(shù)碼 管是由若干發(fā)光二極管組合

27、而成的，有共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)形。8段共 陰數(shù)碼管由a、b、c、d、e、f、g、dg這8個(gè)發(fā)光二極管組成。把8個(gè)發(fā) 光二極管的陰極連接在一起構(gòu)成共陰極端，接進(jìn)電路時(shí)，共陰極端接地，給要 發(fā)光顯示的二極管的陽(yáng)極端接高電平可使該發(fā)光二極管導(dǎo)通點(diǎn)亮。如圖13所 示。用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路據(jù),具 有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就可以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示數(shù)直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時(shí)再傳送一次新的數(shù)據(jù)就可以了。靜態(tài)顯示 數(shù)據(jù)穩(wěn)4入4，挈定，占用CPU時(shí)間少。動(dòng)態(tài)顯示需要時(shí)刻對(duì)顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù) 有閃爍感，占用的CPU時(shí)間多。R?RES29M

28、ODE QLED1LED2SIGLED3LED4RhiLED5LED6RefOutLED7LED8RefAdj_LED9RidVLED1015181761615J141 713812114103U1LM39142一*LED10UF*LED圖3.8發(fā)光二極管顯這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的CPU時(shí) 間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的硬件較多；動(dòng)態(tài)顯示雖然 有閃爍感，占用的CPU時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。設(shè)計(jì)選用3個(gè)單位8段共陰數(shù)碼管來顯示輸出的數(shù)據(jù)，因?yàn)殡娐酚布鄬?duì) 較簡(jiǎn)單，所以選擇靜態(tài)顯示方法。選用3個(gè)移位寄存器74LS164驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管

29、 發(fā)光點(diǎn)亮。電路連接如圖3.9所示。移位寄存器在電路中一是驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管點(diǎn) 亮，二是對(duì)輸入的串行數(shù)據(jù)并行輸出，起到串并轉(zhuǎn)換的作用。移位寄存器 74LS164串行數(shù)據(jù)輸入端與前一位的并行輸出最高位相連，第一位移位寄存器 的數(shù)據(jù)輸入端與單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸出端P1.7連接。單片機(jī)引腳P1.6用于給移 位寄存器提供移位的時(shí)鐘脈沖，該引腳與三個(gè)移位寄存器的時(shí)鐘輸入端CLK 相連。因?yàn)槊课粩?shù)據(jù)串行輸出先輸出的是低位，所以數(shù)碼管引腳a、b、c、d、e、f、g、dg應(yīng)順序與對(duì) 應(yīng)位的 移位寄存器并行輸出端的Q7、Q6、Q5、Q4、Q3、Q2、Q1、Q0連 接。U1DS1圖3.9數(shù)碼管顯示電路第4章酒精濃度監(jiān)測(cè)儀軟件設(shè)

30、計(jì)4.1 軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案，酒精濃度檢測(cè)系統(tǒng)包括主程序、模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序、顯示報(bào)警子程序。圖4.1主程序流程圖主程序主要用來進(jìn)行初始化，設(shè)置口地址和控制字，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行核 對(duì)和控制，模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序用來讀取酒精濃度檢測(cè)電路的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行分析顯 示。顯示報(bào)警子程序，利用芯片進(jìn)行譯碼顯示，轉(zhuǎn)為BCD碼后輸出。4.2 流程圖設(shè)計(jì)4.2.1 主程序流程圖設(shè)計(jì)當(dāng)檢測(cè)到酒精氣味時(shí)，氣體傳感器MQ-3兩個(gè)電極端A-B間電阻將變小,對(duì)應(yīng)與 氣體傳感器負(fù)載電阻的分壓將變大。因?yàn)锳DC080的9模擬輸入端INO 與負(fù)載電阻的一端用導(dǎo)線連在了一起。所以單片機(jī)在啟動(dòng)測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片之0,前要選擇通道

31、寫入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，并將用作查詢的單片機(jī)引腳P3.3置位，然后啟動(dòng)對(duì)通道IN0端輸入的采集電壓信號(hào)作模數(shù)轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換的結(jié)束。利用單片機(jī)豐富的I/O 口可以采用查詢方式來檢測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，當(dāng)單片機(jī)引腳P3.3為1 時(shí)轉(zhuǎn)換未結(jié)束等 待，當(dāng)查詢到P3.3為0時(shí)表示模數(shù)轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，可以開始讀取數(shù)據(jù)了。4 尊單片機(jī)通過I/O 口與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸出口相連讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。 讀取后的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元中，經(jīng)過單片機(jī)作相應(yīng)的處理，即要將該電 壓值轉(zhuǎn)換為酒精濃值，然后處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三位十進(jìn)制BCD碼用數(shù)碼管4.2.2 模擬量檢測(cè)流程圖設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖如下圖3-2所示。ADC0809

32、初始化后，把。通道 輸入的0-5V的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字量OOH-FF, H然后將對(duì)應(yīng)數(shù)值存 儲(chǔ)到內(nèi)存單 元，程序框圖如圖4.2 o4.2.3 酒精濃度監(jiān)測(cè)儀顯示流程圖設(shè)計(jì)模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié) 果送入單片送入 74LS164顯示數(shù)據(jù)除#51結(jié)果送入#7DH、#7EH、#7FH存儲(chǔ)單元模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果送入單片轉(zhuǎn)為BCD碼圖4.3顯示電路軟件流程圖從讀取到的電壓值得到酒精濃度值后，還要把該值轉(zhuǎn)換為3位10進(jìn)制 BCD碼，存儲(chǔ)到特定的存儲(chǔ)單元以供數(shù)碼管顯示數(shù)值。數(shù)碼管顯示選用的是 靜態(tài)顯示的方法，要在每次顯示數(shù)據(jù)時(shí)把要顯示的3個(gè)位按順序串行送到數(shù) 碼管集成驅(qū)動(dòng)電路74LS164并行輸出，以同時(shí)驅(qū)動(dòng)3個(gè)數(shù)碼管同

33、時(shí)點(diǎn)亮。程序 流程圖如圖4.3所示。第5章系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析5.1系統(tǒng)原理當(dāng)檢測(cè)到酒精氣味時(shí)，氣體傳感器MQ.3兩個(gè)電極端A-B間電阻將變小， 對(duì)應(yīng)與氣體傳感器負(fù)載電阻的分壓將變大。因?yàn)锳DC0809的模擬輸入端Z0 與負(fù)載電阻的一端用導(dǎo)線連在了一起。所以單片機(jī)在啟動(dòng)測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片之 前要選擇通道0,寫入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，并將用作查詢的單片機(jī)引腳P3.3置 位，然后啟動(dòng)對(duì)通道IN0端輸入的采集電壓信號(hào)作模數(shù)轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換的結(jié) 束。利用單片機(jī)豐富的I/O 口可以采用查詢方式來檢測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，當(dāng) 單片機(jī)引腳P3.3為1時(shí)轉(zhuǎn)換未結(jié)束等待，當(dāng)查詢到P3.3為0時(shí)表示模數(shù)轉(zhuǎn) 換已經(jīng)結(jié)束，可以開始讀取數(shù)據(jù)了。單片機(jī)通過I/O 口與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸出口相連讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。讀取后的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元中，經(jīng)過單片機(jī)作相應(yīng)的處理，即要將該電壓值轉(zhuǎn)換為酒精濃值,然后處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三位十進(jìn)制BCD碼用數(shù)碼管顯示如圖5.1所示。DS，u?Ic=rnHftR?RES2RdOjtRe<MUiU:5 lED2b_MLfcLMIED«l±8LEDUUfIEWl£D9LEDlOLW381U la cu oeQ7心D2“二filErf kF沿 7""需心 MP04P05W W 咻P21也叫P24也 WF T f 13411