酒精濃度檢測儀的設(shè)計(jì)目錄一、前言 4二、酒精測試儀總體方案設(shè)計(jì) 42.1酒精濃度檢測儀設(shè)計(jì)要求分析 42.2酒精濃度檢測儀設(shè)計(jì)方案 4三、硬件設(shè)計(jì) ..53.1傳感器的選擇 ..53.2A/D轉(zhuǎn)換電路 63.389C51單片機(jī)系統(tǒng) 93.4LED顯示電路 123.5鍵盤電路 133.6報(bào)警電路 13四、軟件設(shè)計(jì) 144.1主程序框圖 144.2數(shù)據(jù)采集子程序程序框圖 154.3報(bào)警子程序程序框圖 15五、課程設(shè)計(jì)系的心得體會 17六、參考文獻(xiàn) 17附圖整體電路圖 18酒精濃度檢測儀的設(shè)計(jì)一、前言近年來,我國越來越多的人有了自己的私家車,而酒后駕車造成的交通事故也頻繁發(fā)生。為此,我國將酒駕列入刑法圍,所以需要設(shè)計(jì)一智能儀器能夠檢測駕駛員體酒精含量。本課程設(shè)計(jì)研究的是一種以氣敏傳感器和單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器為主,檢測駕駛員呼出氣體的酒精濃度,并具有聲光報(bào)警功能的空氣酒精濃度監(jiān)測儀。其可檢測出空氣環(huán)境中酒精濃度值,并可根據(jù)不同的環(huán)境設(shè)定不同的閾值,對超過的閾值進(jìn)行聲光報(bào)警來提示危害。本課題分為兩部分:硬件設(shè)計(jì)部分和軟件設(shè)計(jì)部分。硬件部分為利用MQ3氣敏傳感器測量空氣中酒精濃度,并轉(zhuǎn)換為電壓信號,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后傳給單片機(jī)系統(tǒng),由單片機(jī)及其相應(yīng)外圍電路進(jìn)行信號的處理,顯示酒精濃度值以及超閾值聲光報(bào)警。
程序采用模塊化設(shè)計(jì)思想,各個子程序的功能相對獨(dú)立,便于調(diào)試和修改。而硬件電路又大體可分為單片機(jī)小系統(tǒng)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、聲光報(bào)警電路、LED顯示電路,按鍵電路,各部分電路的設(shè)計(jì)及原理將會在硬件電路設(shè)計(jì)部分詳細(xì)介紹。二、酒精測試儀總體方案設(shè)計(jì)2.1酒精濃度檢測儀設(shè)計(jì)要求分析設(shè)計(jì)的酒精濃度測試儀應(yīng)具有如下特點(diǎn):(1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心,外圍電路帶有LED顯示以及鍵盤響應(yīng)電路,無需要其他計(jì)算機(jī),用戶就可以與之進(jìn)行交互工作,完成數(shù)據(jù)的采集、存儲、計(jì)算、分析等過程。(2)系統(tǒng)具有低功耗、小型化、高性價比等特點(diǎn)。(3)從便攜式的角度出發(fā),系統(tǒng)成功使用了數(shù)碼管顯示器以及小鍵盤。由單片機(jī)系統(tǒng)控制鍵盤和LED顯示來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互操作,界面友好。(4)軟件設(shè)計(jì)簡單易懂。2.2酒精濃度檢測儀設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)時,考慮酒精濃度是由傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量,傳感器輸出的是0-5伏的電壓值且電壓值穩(wěn)定,外部干擾小等。因此,可以直接把傳感器輸出電壓值經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得到數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行處理。此外,還需接人LED顯示,4*4鍵盤,報(bào)警電路等。其總體框圖如圖2-1所示。氣敏傳感器A/D轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)聲光報(bào)警電路LED顯示鍵盤空氣流量傳感器被測環(huán)境圖2-1基本工作原理圖三、硬件設(shè)計(jì)3.1.1傳感器的選擇本系統(tǒng)直接測量的是呼氣中的酒精濃度乙醇檢測儀,再轉(zhuǎn)換為血液中的酒精含量濃度,故采用氣敏傳感器。
考慮到周圍空氣中的氣體成分可能影響傳感器測量的準(zhǔn)確性,所以傳感器只能對酒精氣體敏感乙醇檢測儀,對其他氣體不敏感新型氣體報(bào)警器,故選用MQ3型氣敏傳感器。其有很高的靈敏度、良好的選擇性、長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。MQ3型氣敏傳感器由微型Al2O3,陶瓷管和SnO2敏感層、測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼的腔體,加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件。傳感器的標(biāo)準(zhǔn)回路有兩部分組成。其一為加熱回路乙醇檢測儀,其二為信號輸出回路,它可以準(zhǔn)確反映傳感器表面電阻值的變化。傳感器的表面電阻RS的變化酒精檢測儀,是通過與其串聯(lián)的負(fù)載電阻RL上的有效電壓信號VRL輸出面獲得的。負(fù)載電阻RL可調(diào)為0.5-200K。加熱電壓Uh為5v。上述這些參數(shù)使得傳感器輸出電壓為0-5V。MQ3型氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)和外形、標(biāo)準(zhǔn)回路、傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度的關(guān)系圖如圖3-3所示。為了使測量的精度達(dá)到最高,誤差最小,需要找到合適的溫度,一般在測量前需將傳感器預(yù)熱5分鐘。圖3-1MQ3結(jié)構(gòu)和外形圖3-2MQ3結(jié)構(gòu)圖圖3-3傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度之間的關(guān)系本系統(tǒng)測量時還需要測量呼氣量的大小,我們采用空氣流量傳感器空氣流量傳感器的熱線電阻和溫度補(bǔ)償電阻分別連接在電橋電路上,當(dāng)空氣流經(jīng)發(fā)熱元件(熱線電阻)時,熱線的溫度和電阻發(fā)生變化,空氣帶走的熱量與流過發(fā)熱元件的空氣質(zhì)量具有成正比的對應(yīng)關(guān)系,使得電橋失去平衡,控制電路將改變供給發(fā)熱云件的電流,使其溫度保持在設(shè)定溫度。
當(dāng)電橋電流改變時,取樣電阻兩端的電壓也同時改變,從而將空氣流量的變化轉(zhuǎn)換為電壓信號的變化。信號電壓輸入adc0809中,輸出接8個發(fā)光二極管,根據(jù)發(fā)光二極管亮的多少判斷呼氣量的大小。3.2A/D轉(zhuǎn)換電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,被測量對象的有關(guān)變化量,如溫度、壓力、流量、速度等非電物理量,須經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的模擬電信號(電壓或電流),這些模擬電信號必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能在單片機(jī)中用軟件進(jìn)行處理。實(shí)現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱為A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)
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