基于單片機(jī)酒精濃度測試儀

基于單片機(jī)酒精濃度測試儀硬件設(shè)計(jì)一、選用ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換、輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容、5V電源供電時(shí)輸入電壓在0～5V之間、工作頻率為250KHZ、轉(zhuǎn)換時(shí)間為32微秒、一般功耗僅為15MW等優(yōu)點(diǎn)，適合本系統(tǒng)的應(yīng)用，所以我們采用ADC0832為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。ADC0832具有以下特點(diǎn)：?8位分辨率；?雙通道A/D轉(zhuǎn)換；?輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；?5V電源供電時(shí)輸入電壓在0~5V之間；?工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32μS；?一般功耗僅為15mW；?8P、14P—DIP〔雙列直插〕、PICC多種封裝；?商用級(jí)芯片溫寬為0度to+70度，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為?40度to+85度；芯片接口說明：?CS_片選使能，低電平芯片使能。?CH0模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。?CH1模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。?GND芯片參考0電位〔地〕。?DI數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。?DO數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。?CLK芯片時(shí)鐘輸入。?Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入〔復(fù)用〕。正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端那么使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第2、3個(gè)脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能.如圖4.4:二、LCD1602字符型液晶顯示器其用法：?單5V電源電壓，低功耗、長壽命、高可靠性?內(nèi)置192種字符(160個(gè)5×7點(diǎn)陣字符和32個(gè)5×10點(diǎn)陣字符)?具有64個(gè)字節(jié)的自定義字符RAM，可自定義8個(gè)5×8點(diǎn)陣字符或4個(gè)5×11點(diǎn)陣字符?顯示方式：STN、半透、正顯?驅(qū)動(dòng)方式：1/16并口，1/5串口?背光方式：底部LED?通訊方式：4位或8位并口可選?標(biāo)準(zhǔn)的接口特征：適配MC51和M6800系統(tǒng)MPU的操作時(shí)序LCD1602液晶顯示屏的主要技術(shù)參數(shù)如下表所示：〔表2-3〕表2-3LCD1602液晶主要參數(shù)顯示容量16×2個(gè)字符芯片工作電壓~工作電流2.0mA(5.0V)模塊最正確工作電壓字符尺寸×4.35(mm)LCD1602字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16×1，16×2，20×2和40×2行等的液晶顯示模塊，模塊組件內(nèi)部主要由LCD顯示屏、控制器、列驅(qū)動(dòng)器和偏壓產(chǎn)生電路構(gòu)成。LCD1602液晶顯示屏外形尺寸LCD1602液晶顯示屏分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大局部為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差異，兩者尺寸差異如圖3.2所示：圖3.2LCD1602尺寸圖1602液晶顯示屏采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中各接口的功能如下表〔2-4〕所示：表2-4LCD1602的16管腳功能引腳號(hào)引腳名電平輸入/輸出引腳說明1VSS電源地2VDD電源正極(+5V)3VL液晶顯示偏壓信號(hào)4RS0/1輸入數(shù)據(jù)/命令選擇端，0：輸入指令，1：輸入數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入讀/寫選擇端，0：向LCD寫入指令或數(shù)據(jù)，1：從LCD讀取信息6E1→0輸入使能信號(hào)，1時(shí)讀取信息，1→0(下降沿)執(zhí)行指令7D00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線(最低位)8D10/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線9D20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線10D30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線11D40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線12D50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線13D60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線14D70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線(最高位)15BLA+VCCLCD背光電源正極16BLK接地LCD背光電源負(fù)極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器比照度調(diào)整端，接正電源時(shí)比照度最弱，接地時(shí)比照度最高，比照度過高時(shí)會(huì)使屏幕顯示不清晰，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整比照度。第4腳：RS為數(shù)據(jù)/命令選擇端，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平時(shí)選擇指令存放器。第5腳：R/W為讀寫選擇端，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極三、數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)(1)從傳感器過來的電壓信號(hào)，必須放大，濾波，采集，轉(zhuǎn)換才能被MCU識(shí)別和處理。由于假假設(shè)每一路都設(shè)置放大、濾波等器件，那么本錢會(huì)很大，所以信號(hào)的采集一般用多路模擬通路進(jìn)行選擇。然而選擇多路模擬開關(guān)時(shí)必須考慮以下的幾個(gè)因素：通道數(shù)量、切換速度、開關(guān)電阻和器件的封裝形式。總之?dāng)?shù)據(jù)采集與硬件的選擇有很大的關(guān)系。(2)傳感器的選擇酒精濃度傳感器由MQ3傳感器組成。MQ3傳感器/MQ3模塊詳細(xì)介紹如下表4-1：(3)測量電路測量電路由酒精濃度傳感器MQ3，ADC0832組成。酒精傳感MQ3經(jīng)AD0832與STC89C52單片機(jī)相連，在顯示器上顯示出酒精的濃度值，當(dāng)超過國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)報(bào)警。表4-1傳感器參數(shù)表名稱MQ3傳感器符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Vc回路電壓≤15VACorDCVH加熱電壓5.0V±0.2VACorDCRL負(fù)載電阻可調(diào)

RH加熱電阻31Ω±3Ω室溫PH加熱功耗≤900mW

符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Tao使用溫度-10℃-50℃

Tas儲(chǔ)存溫度-20℃-70℃RH相對(duì)濕度小于95%RHO2氧氣濃度21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)氧氣濃度會(huì)影響靈敏度特性最小值大于２％符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)參數(shù)備注Rs敏感體電阻1MΩ-8MΩ(200ppmalcohol)適用范圍：10-1000ppmAlcoholα〔200/100〕alcohol

濃度斜率≤0.6標(biāo)準(zhǔn)工作條件溫度：20℃±2相對(duì)濕度：65%±5%Vh:5.0V±0.1V預(yù)熱時(shí)間不少于24小時(shí)四、按鍵設(shè)計(jì)⑴本系統(tǒng)應(yīng)用有人機(jī)對(duì)話功能，該功能即能隨時(shí)發(fā)出各種控制命令和數(shù)據(jù)輸入以及和LCD連接顯示運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果。鍵盤分為：獨(dú)立式和矩陣式兩類，每一類按其編碼方法又可以分為編碼和非編碼兩種。由于本系統(tǒng)只有UP、DOWN、OK、CANCEL4個(gè)控制命令，所需按鍵較少，所以本系統(tǒng)選擇獨(dú)立式按鍵。電路圖見圖4.5：圖4.5按鍵電路圖⑵獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵占有一根I/O口線。各根I/O口線之間不會(huì)相互影響。在此電路中，按鍵輸入部采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)，I/O口線有確定的高電平，〔STC89C52.P1口內(nèi)部接有上拉電阻〕所以就不需要再外接上拉電阻。⑶鍵盤抖動(dòng)的消除：抖動(dòng)的消除大致可以分為硬件削抖和軟件削抖。①硬件削抖是采用硬件電路的方法對(duì)鍵盤的按下抖動(dòng)及釋放抖動(dòng)進(jìn)行削抖，經(jīng)過削抖電路后使按鍵的電平信號(hào)只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。②軟件削抖的根本原理是當(dāng)檢測出鍵盤閉合時(shí)，先執(zhí)行一個(gè)延時(shí)子程序產(chǎn)生數(shù)毫秒的延時(shí)，待接通時(shí)的前沿抖動(dòng)消失后再判別是否有健按下。當(dāng)按鍵釋放時(shí)，也要經(jīng)過數(shù)毫秒延時(shí)，待后沿抖動(dòng)消失后再判別鍵是否釋放。③由于應(yīng)用硬件削抖還需要外加器件，本錢相對(duì)較高，所以本系統(tǒng)選擇軟件延時(shí)削抖的方法。五、電源電路設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，需要一個(gè)比擬大的電壓源和一個(gè)5V的單片機(jī)供電源，為了實(shí)現(xiàn)便攜式，設(shè)用一個(gè)9V的電壓源，一般6節(jié)電池和一個(gè)9V的電池都可以提供，因而需要一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換吧9V轉(zhuǎn)換成5V，設(shè)用選用了，ASM117穩(wěn)壓芯片。工作原理如圖4.11低壓層直流穩(wěn)壓電源電路原理圖。該電路是由基準(zhǔn)電壓、電壓放大和電流放大等3個(gè)環(huán)節(jié)組成。其中，基準(zhǔn)電壓由TL431產(chǎn)生，按圖中電路連接，當(dāng)通過R0的電流在0．5~10mA時(shí)可獲得穩(wěn)定的2．5V基準(zhǔn)輸出。圖4.11低壓層直流穩(wěn)壓電源電路原理圖輸出電壓的具體數(shù)值由運(yùn)算放大器UA確定，采用同相放大器的優(yōu)越性在于其輸入阻抗極大，可很好地將TL431輸出的2．5V電壓與后級(jí)電路隔離，使其不受負(fù)載變化的影響；運(yùn)放與電阻R3和R2組成比例放大環(huán)節(jié)，可對(duì)基準(zhǔn)電壓按要求進(jìn)行比例放大輸出，但輸出電壓最大不能超過運(yùn)放的電源電壓。軟件設(shè)計(jì)主程序模塊初始化時(shí)鐘初始化LCD屏顯示開機(jī)畫面初始化時(shí)鐘初始化LCD屏顯示開機(jī)畫面顯示時(shí)間顯示主菜單初始化CPU開始讀鍵圖5.1主程序流程圖A/D轉(zhuǎn)換模塊⑴模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的主要功能就是將經(jīng)放大器放大的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為MCU能夠處理的數(shù)字信號(hào)，并傳送給MCU。⑵圖5.2數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖A/D芯片的數(shù)據(jù)CS口，連接51單片機(jī)的P3.1口，CLK接P3.2，D1和D0接P3.3口。工作時(shí)序如下所示：ADC0832有8只引腳，CH0和CH1為模擬輸入端，CS為片選引腳，只有CS置低才能對(duì)ADC0832進(jìn)行配置和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。CLK為ADC0832的時(shí)鐘輸入端。CS在整個(gè)轉(zhuǎn)換過程中都必須為低，當(dāng)CS為低時(shí)，在數(shù)據(jù)輸入端DI〔數(shù)據(jù)輸入端〕加一個(gè)高電平，接著在CLK上加一個(gè)時(shí)鐘，DI上的邏輯1就會(huì)使ADC0832的DI脫離高阻態(tài)，然后通道配置數(shù)據(jù)伴隨著時(shí)鐘通過DI端移入多路器，當(dāng)最后一位數(shù)據(jù)移入多路器時(shí)，，DI變?yōu)楦咦钁B(tài)，在這以前DO〔數(shù)據(jù)輸出端〕都為高阻態(tài)。在經(jīng)過一個(gè)時(shí)鐘，DO脫離高阻態(tài)，從而啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。接著從處理器接收時(shí)鐘信號(hào)，每經(jīng)過一個(gè)時(shí)鐘，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)就會(huì)從高位到低位依次從DO移出，經(jīng)過8個(gè)時(shí)鐘后，數(shù)據(jù)又以從低位到高位的形式從DO移出〔也是每個(gè)時(shí)鐘移一位〕。當(dāng)最后一位數(shù)據(jù)移出時(shí)轉(zhuǎn)換完成。當(dāng)CS從低變?yōu)楦邥r(shí)，ADC0832內(nèi)部所有存放器清零。如想要進(jìn)行下一次轉(zhuǎn)換，CS必須做一個(gè)從高到低的跳變，后跟著地此配置數(shù)據(jù)重復(fù)上面的過程。按鍵輸入模塊⑴按鍵時(shí)顯現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的一個(gè)控制按鈕，通過按鍵的操作，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)送操作指令，后經(jīng)與MCU串行通信，然后在液晶上顯示。⑵按鍵查詢式的流程圖見下列圖〔圖5.3〕:按鍵的四個(gè)鍵分別接P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,由于P1口具有上拉電阻，所以不在需要加上拉電阻進(jìn)行電壓的放大。液晶顯示輸出模塊LCD模塊在本系統(tǒng)中主要起著開界面漢字顯示，以及各控制效果的顯示。采用直接訪問方式。液晶顯示的操作流程圖見下列圖5.6：液晶顯示D0到D7口接P0.0到P0.7，單獨(dú)使用一個(gè)口，為了防止數(shù)據(jù)的干擾，由于P0口沒有上拉電阻，所以需要一個(gè)排阻進(jìn)行電壓的擴(kuò)大.LCD1602的讀寫工作時(shí)序圖如圖5.7和圖5.8所示：圖5.7LCD1602讀操作時(shí)序當(dāng)處于讀狀態(tài)時(shí)，RS處于低脈沖，R/W為高脈沖，E為高脈沖，D0~D7=狀態(tài)字當(dāng)處于讀數(shù)據(jù)時(shí)，RS為高脈沖，R/W為高脈沖，E為高脈沖，D0~D7=數(shù)據(jù)。圖5.8LCD1602寫操作時(shí)序當(dāng)處于寫指令時(shí)，RS為低脈沖，R/W為低脈沖，D0~D7=指令碼，E=高脈沖當(dāng)處于寫數(shù)據(jù)時(shí)，RS為高脈沖，R/W為低脈沖，E為高脈沖，D0~D7=數(shù)據(jù).軟硬件的調(diào)試系統(tǒng)硬件調(diào)試元器件的焊接焊接前應(yīng)對(duì)整個(gè)電路板進(jìn)行檢查。首先，用萬用表對(duì)印制的電路板線路進(jìn)行檢查，該過程是在焊接元器件之前的必要工作，主要是檢查印制的電路板線路是否有斷路的情況，如果檢查沒有問題，那么可以對(duì)元器件進(jìn)行焊接。焊接前對(duì)電阻、電容的量值要進(jìn)行測量、篩選，選擇與電路中參數(shù)值一致的元器件，在選擇芯片時(shí)，要注意芯片與設(shè)計(jì)要求的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否一致。在焊接時(shí)，應(yīng)將印制的電路板認(rèn)真對(duì)照原理圖，查看元器件的引腳焊接是否正確。電路測試電路板焊接完成后，需要對(duì)每個(gè)元器件的引腳逐個(gè)進(jìn)行檢查，一方面是檢查有沒有引腳虛焊或與其他信號(hào)線短路，另一方面是對(duì)器件引腳功能的再檢查，查看設(shè)計(jì)是否正確。檢查電路焊接沒有問題后，那么可以進(jìn)行上電測試。上電測試是調(diào)試的關(guān)鍵局部，按照系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的模塊化思想，應(yīng)該分模塊測試系統(tǒng)。首先還是應(yīng)該測試電源局部，系統(tǒng)上電以后，測試各個(gè)電源端口和器件的電源局部是否工作正常，同時(shí)應(yīng)注意系統(tǒng)中有無器件過熱情況，如果有的話，可能是相應(yīng)的器件損壞或電路中有短路，需要認(rèn)真檢查之后再加電。如果沒有問題，那么可以進(jìn)行功能的檢測。由于系統(tǒng)硬件較復(fù)雜，硬件電路裝配、焊接完成后，可能不能正常工作。為了方便調(diào)試，采用分塊調(diào)試的方法。在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否那么很容易造成芯片的損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查VCC與GND之間電位，假設(shè)在5V~5.5V之間屬正常范圍。系統(tǒng)軟件調(diào)試硬件調(diào)試完成以后，軟件調(diào)試就非常重要。系統(tǒng)軟件調(diào)試時(shí)也要分模塊來進(jìn)行調(diào)試，這樣才能使進(jìn)程有條不紊的進(jìn)行下去，而不至于出現(xiàn)混