物理与电子科学系毕业论文(设计) 酒精测试仪 学生姓名 张 欢 专业名称 电子信息工程技术 班 级 2 0 1 2 级 1 班 学 号 2 0 1 2 4 7 0 1 指导教师 晏 勇 阿坝师范学院物理与电子科学系 二○一五年四月 １．摘要 - 3 - ２.绪论 - 3 - ２.1研究现状 - 3 - ２.２发展的新趋势 - 4 - ３.硬件设计 - 5 - 3.1 系统介绍 - 5 - 3.2系统框图 - 5 - 3.3 STC89C52RC单片机介绍 - 6 - 3.4 气体传感器的选择 - 7 - 3.5 AD模数芯片0832 - 9 - 3.6 QC12864 - 10 - 3.6.1 QC12864介绍 - 10 - 3.6.2 12864引脚图以及介绍 - 11 - 3.6.3读写时序 - 11 - 3.6.4 QC12864功能介绍 - 12 - 4.软件部分 - 12 - 4.1 开发环境 - 12 - 4.2 程序流程 - 13 - 4.3 ＡＤ转换 - 13 - 4.4 ＱＣ１２８６４读写程序流程图 - 14 - 5．总结与展望 - 15 - 参考文献 - 16 - 后记 - 16 - 附录一．硬件电路图 - 17 - 附录二．PCB布局图 - 17 - １．摘要 随着经济的加快速度进行发展，人民的生活越来越富足，慢慢的变多的人有了自己的小车，但是随着车子的增多，交通事故也呈逐年上升的趋势，而酒后驾车造成的交通事故屡见不鲜。酒后驾车由于司机的过量饮酒造成人体内酒精浓度过高，神经被麻痹使大脑反应迟缓，肢体不受控制而造成的交通事故。酒后驾车给人们的生活和生命安全带来极大的隐患和巨大的伤害。公安部五条禁令的公布，在某些特定的程度上减少了酒后驾车的现象，酒精检测成为了监测的必不可少的手段。根据测试结果得出：人体酒精浓度低于一个特定值时就不出现上述症状从而能够避免发生危险。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普遍应用。单片机在整个传感器中起操作和相应数据处理并送显示的作用，是传感器的核心部分。课题研究的是一种以气敏传感器和单片机为主，监测检测者酒精浓度，并具有声报警功能及LCD12864显示功能的酒精浓度监测仪。其可监测呼气中酒精浓度值，对超过的阀值进行声报警，并显示使用者呼出气体酒精浓度以及血液酒精浓度。以此来达到监测的效果。 关键词：STC89c52 MQ-3 酒精 报警 With the rapid development of Chinas economy, peoples lives more and more rich, more and more people have their own car, but with the increase in the car, traffic accidents also showed an increasing trend, while drunken driving caused Accidents are common. Because the drivers drunken driving caused excessive drinking excessive alcohol concentration in the human body, the brain nerve was paralyzed slow response caused by uncontrolled limb accidents. Driving under the influence to peoples lives and the lives bring great risks and great harm. Ministry of Public Security released five prohibition, to some extent, reduce the phenomenon of drinking and driving, alcohol detection has become an indispensable means of monitoring. Not the above symptoms can be avoided danger to human alcohol concentration is below a certain value: According to test results obtained. Site real-time detection of human breath alcohol content has been increasing attention, alcohol tester gradually been widely used. Throughout the sensors from SCM operations and the corresponding data processing and sent action show is the core part of the sensor. The research is a kind of gas sensor and microprocessor-based, monitoring the inspector alcohol concentration, and have sound alarm function and LCD12864 display of alcohol concentration monitor. It can monitor the value of the breath alcohol concentration, exceeding the threshold value to sound the alarm, and displays a user exhaled breath alcohol concentration and blood alcohol concentration. In order to achieve the monitoring result. Keywords: STC89c52 MQ-3 alcohol alarm ２.绪论 ２.1研究现状 气敏元件性能与敏感功能材料的种类、结构及制作流程与工艺紧密关联。用金属氧化敏感材料制作的半导体式气敏元件具有灵敏度较高，结构相对比较简单，体小质轻，坚固耐用等优点而得到普遍的应用，目前仍以SnO2材料为主[3]。SnO2是一种广普型的气敏材料，围绕SnO2为基体材料的气敏材料的制备及其气敏元件制备的研究课题十分活跃。纯SnO2的气敏特性不甚好，尤其是它的耐热性不高。为改善其气敏特性，常在SnO2基体中掺入贵金属或其他金属氧化物。尽管SnO2基传感材料具备许多优点，作为材料也存在一定缺点。经过控制气敏材料微粒大小，颗粒纳米化，掺杂其它添加剂或催化剂，利用过滤设备或透气膜来获得选择性，控制工作时候的温度及环境湿度影响，改进制备等办法能够改善SnO2传感器的气敏性能。纳米科学技术(Nano—ST)是研究尺寸在0.1—100nm的物质组成体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。纳米技术的发展，不仅为传感器提供了优良的敏感材料，而且为传感器制作提供了许多新型方法。纳米固体材料具备庞大的界面，提供了大量气体通道，从而大幅度的提升了灵敏度，工作时候的温度大幅度的降低，大大缩小了传感器的尺寸。当然，在己获得明显进展的纳米传感领域中尚存在很多问题，从敏感材料到制作技术都很不成熟，其性能也有不尽人意的地方。 气敏传感器在家用电器中也有相当广泛的应用。吸油烟机等产品上常用MQ-3型半导体气敏传感器，它采用旁热式结构，陶瓷管内装有高阻抗加热丝，管外涂有梳状金属电极，金属电极之外涂有SnO2材料，使SnO2烧结于两电极之间[6]。气敏传感器工作时，加热器通电加热，若无被检气体侵入时，气敏元件的阻值基本不变当气敏元件表面产生吸附作用，其阻值将随气体浓度的变化变化。当被检气体浓度增大到一定值时，气敏元件的阻值将随之下降到某一值，使电压比较器的状态发生明显的变化，输出控制信号经电流放大后，控制继电器或双向晶闸管接通电动机电源使吸排油烟机工作。 酒精测试仪的精度关键的一部就是对乙醇的检测。这就关系到传感器的制造与研发。目前气体传感器正在向着低功耗，多功能，集成化方向发展。并且要增加其可靠性实现元件和应用电路集成化，多功能。发展MEMS技术。发展现场适用的变送器和智能化的传感器。 ２.２发展的新趋势 目前对酒精测试的装置有燃料电池型，半导体型，红外线型，气体色谱分析性和比色型五种类型。但由于价格这一块的原因目前市场上用的是燃料电池型与半导体型。 燃料电池型是世界都在研究的环保型能源。它可以把气体直接转换为电能而不产生污染。酒精传感器只是它的一个分支。在燃烧室内充满特种催化剂。使进入燃烧室内的酒精能进行充分燃烧转换为电能。也就是在电极上产生电压消耗在外加负载上。使电压与燃烧室内的酒精浓度成正比。 与半导体型相比，燃料电池型的呼吸酒精测试仪具有稳定性高、精度高、抗干扰性能好等优点。但由于其传感器结构要求特别高所以生产所带来的成本提别高，制造难度特别大所以只有少数国家能够生产。 传感头是酒精浓度探测仪中感受酒精的重要部分。目前，所设计的该类传感器多选用以二氧化锡为基本材料，添加不同物质制成的气敏传感器。本设计所选用的MQ-3气敏传感器的敏感部分是由二氧化锡的N型半导体微晶烧结层构成，灵敏度较高，响应速度快，可靠性好。也有选择以其他氧化物为基本材料制造成的传感器，如选二氧化钛作为气体传感材料。虽然目前的二氧化钛薄膜有电阻值高，工作时候的温度高，敏感性差的缺点，但是二氧化钛薄膜拥有非常良好的电学性能，优异的光学性能，化学稳定性高，机械强度高，且可用于多种气体的检测。 ３.硬件设计 3.1 系统介绍 本次设计要用到STC单片机，来完成对酒精浓度的检测，根据网上查找资料，Mq-3传感器对酒精灵敏系数高且便于操作，考虑各方面原因，本次设计中采用STC89S52RC单片机来控制整个电路，采用QC12864来显示实验实时数据。AD采集数据用的是ADC0832，主要是这块芯片的性能优良，时序简单易操作，能很好的解决本次设计中对实时数据转换的要求。对气体传感器MQ-3按检测电路，完成信号采样电路的设计；采样到的模拟电压，电信号通过A/D转换，得到可供单片机处理的数字信号，再由单片机作相应的数据处理；发光二极管报警显示和QC12864浓度值显示。因为原始的采样值是一个间接的负载分压值，需要将它转化为被测酒精浓度值。通过多个样品的测量确定多个浓度区间的转换标准，并将每个区间的转换关系近似线性化处理，然后通过软件编程的方法来实现。为了最好能够降低设计的气体传感器的测量误差，在测量酒精溶液样品时要考虑并解决3个主体问题。一是外界环境流动空气对传感器的影响和对气体样品的稀释，二是样品的稳定性对测量带来的误差，三是水蒸气对测量的影响。 3.2系统框图 图3.1系统框图 如图3.1所示，本硬件由五部分所组成：单片机模块，AD模块，MQ-3模块，指示模块，报警模块，显示模块组成。其系统硬件设计原理图如图3.2所示，其整机工作原理如下，本系统由单片机STC89C52RC控制，其直接控制三个模块：数转换模块将酒精传感器采集到模拟电压信号转换成输送到单片机控制处理，12864显示模块可以将经过单片机处理过的酒精气体浓度和温度的具体量化值显示。 3.3 STC89C52RC单片机介绍 STC89C52是低功耗,超低价,高速，高可靠,强抗静电，强抗干扰,功能强大的单片机。STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，片内振荡器及时钟电路。同时STC89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发本。 引脚介绍： ?Vcc：电源电压 ?GND：地 ?P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。 ?P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。 ?P3口：P3口时一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。 ?RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 ?ALE ：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。正常的情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。 ? ：程序储存允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号，当89C5X单片机由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 有效，即输出两个脉冲。在次期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 信号。 ? /VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFH）， 端一定要保持低电平（接地）。 图3.2 STC89c52最小系统 3.4 气体传感器的选择 根据被检测气体的不同，气敏传感器可分为以下三类: （1）可燃性气体气敏传感器。目前该类气敏传感器需求量最大，包含各种无机和有机类气体检测，大多数都用在抽油烟机、泄露报警器和空气清新剂等方面，并已形成生产规模，在油田、矿区、化工、企业及家庭等生产和生活领域广泛用作气体泄露报普，特别是用于家庭气体泄露报警，需求量持续不断的增加，使该类传感器存在广泛的发展空间。 （2）CO和H2气敏传感器。CO气敏元件可用于工业生产、环保、汽车、家庭等CO泄露和不完全燃烧检测报警；H2气敏元件除应用于工业等领域外，大多数都用在家庭管道煤气泄露报警。由于我国管道煤气中H2含量很高，而氢敏元件较氧化碳元件价格低，灵敏度较高，因此，用氢敏元件做城市管道煤气泄露报警更为适宜。 （3）毒性气体传感器。毒性气体传感器又称为环境有毒有害化学气体传感器，大多数都用在检测烟气、尾气、废气等环境污染气体，虽然SnO2气敏传感器对CO，H2S等有毒有害化学气体敏感，但应用最多的仍是电解式化学传感器。 基于以上所述，本设计中的酒精气体传感器采用MQ-3酒精传感器,它属于MQ系列气敏元件的一种。如图3.3所示： 图3.3 MQ-3探头 在传感器的内部，电流流过SnO2微晶的结合部位（晶粒边界）。在晶粒边界，吸附的氧形成一个势垒阻止载流子自由移动，传感器的电阻即缘于这种势垒。还原性气体出现时，带有负电荷的氧的表面浓度降低，导致晶粒边界的势垒降低。降低了的势垒使传感器的阻值减小了。传感器阻值和还原性气体浓度之间的关系可由下面的一些范围气体浓度方程表示：Rs=A[C]-α 这里：Rs=传感器电阻 A=常数 [C]=气体浓度 α=Rs曲线的斜率 气体传感器的气敏素子，使用在清洁空气中电导率低的SnO2。当存在检知对象气体时，传感器的电导率随空气中气体浓度增加而增大。使用简单的电路就可以将电导率的变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号。ＭＱ－３传感器对酒精、有机溶剂灵敏度较高，在酒精检测器等方面得到普遍使用。 MQ-3酒精传感器对乙醇蒸气有很高的灵敏度，并且响应和恢复快速。另外，MQ-3酒精传感器简单的驱动回路和可靠的稳定性是相比较于其他型号传感器的优点。MQ-3酒精传感器可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，也可用于其他场所乙醇蒸气的检测。 MQ-3酒精传感器有6只针状管脚，其中4个管脚（两个A和两个B）用于信号读取，两个H脚用于提供加热电流。电路图如下图3.4： 图3.4 MQ-3酒精传感器模块电路 特点:检验测试范围为10ppm～2000ppm ；灵敏度较高，输出信号为伏特级；响应速度快，小于10秒；功耗小于0.75W，尺寸：D17*H10。MQ-3型气敏传感器的敏感部分是由金属氧化物（二氧化锡）的N型半导体微晶烧结层构成。当其表面吸附有被测气体酒精分子时，表面导电电子比例就会发生明显的变化，从而其表面电阻会随着被测气体浓度的变化而变化。由于这种变化是可逆的，所以能重复使用。MQ-3的灵敏度特性曲线 ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D 转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性能好价格低而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。其引脚图如图3.6所示： ADC0832具有以下特点： 八位分辨率 双通道A/D转换 输入输出电平与TTL、CMOS相兼容 5Vdianyuan供电时输入电压在0~5V之间 工作频率在250KHZ，转换时间为32 uS 一般功耗为15mW 适用温度广，商用：0~70度，工用：-40~85度 图3.6 ADC0832引脚图 芯片接口说明： CS：片选使能，低电平芯片使能 CH0：模拟输入通道0，或作为IN+/-使用 CH1：模拟输入通道1，或作为IN+/-使用 GND：芯片参考电压 DI：数据信号输入，选择通道控制 DO：数据信号输出，转换数据输出 CLK：行骗时中输入 VCC（REF）：电源输入及参考电压输入 单片机与ADC0832的连接与控制
附件：1.民用建筑消防车道设计要点；2.消防车通道标识要求及示例.doc
2024届高三九省联考物理：甘肃省联考2024届高三新高考适应性测试物理试卷（含答案）.doc
原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者
