基于单片机的酒精浓度检测系统_本科毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的酒精浓度检测系统_本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

行输入和输出的。 每收到一组 8 位的数据后， EEPROM 都会在第 9 个时钟周期时返回应答信号。 每当主控器件接收 到一组 8位的数据后，应当在第 9 个时钟周期向 EEPROM 返回一个应答信号。 收到该应答信号后， EEPROM 会继续输出下一组 8 位的数据。 若此时没有得到主控器件的应答信号， EEPROM 会停止读出数据，直到主控器件返回一个停止命令来结束读周期。 等待模式 24C02 特有一个低功耗的等待模式。 可以通过以下方法进入该模式： (a)上电。 (b)收到停止位并且结束所有的内部操作后。 器件复位 在协议中断、下电或系统复位后，器件可通过以下步骤复位：（ 1）连续输入 9 个时钟；（ 2）在每个时钟周期中确保当 SCL为高时 SDA 也为高 ；（ 3）建立一个起始条件。 AT24C02 工作时总线各个时序图如下： 1）写周期时序图 图 35 写周期时序图 2）数据有效时序图 图 36 数据有效时序图 3）起始与停止时序图 图 37 起始与停止时序图 LCD1602 显示模块 1602 字符型 LCD 通常有 14条引脚线或 16条引脚线的 LCD，多出来的 2条线是背光电源线。 主要功能有： 40 通道点阵 LCD 驱动；可选择当作行驱动或列驱动；输出能产生 20 2 个 LCD 驱动波形输入接受控制器送出的串行数据和控制信号，偏压；通过单片机控制将所测 的频率信号读书显示出来。 LCD1602 显示模块 技术参数： 1602 液晶显示屏采用标准的 16 脚接口，其中各接口的功能如下表（ 24）所示： 引脚 引脚名 电平 输入 /输出 引脚说明 号 1 VSS 电源地 2 VDD 电源正极 (+5V) 3 VL 液晶显示偏压信号 4 RS 0/1 输入 数据 /命令选择端， 0：输入指令，1：输入数据 5 R/W 0/1 输入 读 /写选择端， 0：向 LCD 写入指令或数据， 1：从 LCD 读取信息 6 E 1→ 0 输入 使能信号， 1时读取信息， 1→ 0(下降沿 )执行指令 7 D0 0/1 输入 /输出 数据总线 (最低位 ) 8 D1 0/1 输入 /输出 数据总线 9 D2 0/1 输入 /输出 数据总线 10 D3 0/1 输入 /输出 数据总线 11 D4 0/1 输入 /输出 数据总线 12 D5 0/1 输入 /输出 数据总线 13 D6 0/1 输入 /输出 数据总线 14 D7 0/1 输入 /输出 数据总线 (最高位 ) 15 BLA +VCC LCD 背光电源正极 16 BLK 接地 LCD 背光电源负极 表 24 LCD1602 的 16管脚功能 第 1脚： VSS 为地电源。 第 2脚： VDD 接 5V正电源。 第 3脚： VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会使屏幕显示不清晰，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚： RS 为数据 /命令选择端，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5脚： R/W 为读写选择端，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 RS 和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W为高电平时可以读忙信号，当 RS为高电平 R/W为低电平时可以写入数据。 第 6 脚 ： E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 7～ 14脚： D0～ D7 为 8位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极 LCD1602 显示器工作原理 LCD1602 有 11 个控制指令，见表 38。 其中， DDRAM：显示数据 RAM，用来寄存待显示的字符代码； CGROM：字符发生存储器； CGRAM：用户自定义的字符图形 RAM。 表 38 LCD1602 控制指令 表 指令 功能 清屏 清 DDRAM 和 AC 值 归位 AC=0，光标、画面回 HOME 位 输入方式设置 设置光标、画 面移动方式 显示开关控制 设置显示、光标及闪烁开、关 光标、画面位移 光标、画面移动，不影响 DDRAM 功能设置 工作方式设置（初始化指令） CGRAM 地址设置 设置 CGRAM 地址。 A5～ A0=0～ 3FH DDRAM 地址设置 DDRAM 地址设置 读 BF 和 AC 值 读忙标志 BF和和地址计数器 AC值 写数据 数据写入 DDRAM 或 CGRAM 读数据 从 DDRAM 或 CGRAM 数据读出 1602 液晶模块内部的字符发生存储器（ CGROM)已经存储了 160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文 字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“ A”的代码是 01000001B（ 41H），显示时模块把地址 41H 中的点阵字符图形显示出来， 我们就能看到字母“ A”，具体寄存器的选择控制表 39有操作说明。 因为 LCD1602 识别的是 ASCII 码，试验可以用 ASCII 码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如 39。 A’。 表 39 LCD1602 寄存器选择控制表 RS R/W 操作说明 0 0 写入指令寄存器（清除屏等） 0 1 忙标志以及读取位址计数（ DB0～DB6）值 1 0 写入数据寄存器（显示各字型等） 1 1 从数据寄存器读取数据 第三章 硬件电路设计 主程序 /CPU模块 图 31 该主控模块主要是由 STC12C5A16AD 单片机组成，此模块包括系统初始化、数据的处理及各模块的的组织和管理等功能。 主程序模块在系统中起着最重要的作用。 AT24C02 阀值存储模块 醉酒阈值存储在 EEPROM 芯片 AT24C04 中，并可以通过 “增加”、“减少”按键调节并保存。 AT24C02 是 IIC 接口 的 EEPROM 芯片，可以用于掉电不易失数据的存储。 其电路如图 32所示。 图中 A0、 A1和 A2 为芯片的地址引脚，一般接地即可。 SCL 和 SDA 为 AT24C02 和单片机 IIC通信的时钟线和数据线。 图 32 EEPROM 存储电路 MQ3 传感器调理电路 MQ3 乙醇气体传感器及其调理电路原理如图 33 所示。 经过调理，检测信号由电阻值转变成电压值，便于后续电路进行 A/D 转换和处理。 图 33 传感器及调理模块原理图 LCD 液晶显示模块 与单片机接口电路如图 34所示。 其中 LCD1602 的 3脚为背光引脚， R7和R8电阻用于调节背光亮度。 LCD1602 的 6 引脚分别接液晶的 RS、 E/W和E控制引脚， LCD1602 的 7～ 14 引脚为数据引脚。 图 34 LCD与单片机接口电路图 按键单元设计 电路共采用了两个按键如图 35，其功能分别是： K1 为加键， K2 为减键。 图 35 第四章 系统软件设计 主程序设计 主程序的设计主要是综合考虑本设计要达到的功能要求，要进行数据、定时器、A/D转换等的初始化，实时采集 MQ3酒精传感器模块输出的数据信息，并采集阀值 存储模块的数据，进行的相应的处理，实现 1602 实时显示被测气体中的酒精浓度和报警阀值，浓度超过阀值会发光报警提示。 数据初始化 报警 按键处理 定时器初始化 A/D 转换初始化 酒精浓度显示 显示初始化 进入后台 while循环 触发 A/D 转换 换算酒精浓 度 超过阀值吗。 酒精浓度显示 有键按下吗。 是 是 否 否 LCD1602 显示程序设计 先对 LCD1602 进行引脚定义，然后进行初始化设置，最后进行数据控制，这其 中包括数据指针的设置，读数据，写数据，和一些其他的设置。 24C02 阀值存储程序设计 醉酒阈值存储在 EEPROM 芯片 AT24C04 中，并可以通过 “增加”、“减少”按键调节并保存。 AT24C04 是 IIC 接口的 EEPROM 芯片，可 以用于掉电不易失数据的存储。 首先要对 I2C 总线的引脚进行定义，实时发送读取字节函数。 系统调试 调试之前：硬件焊接完成后即将开始调试，但在调试之前要对硬件各个部分进行仔细的检查，用万用表进行测量，测量各连接线无连接错脚、虚焊、漏焊等，确保无短路或者断路的存在，上电后如果发现有些芯片迅速发热应立即断电重新检查。 调试过程：检查过硬件之后上天发现液晶显示不亮，当时心里很失落，但经过与电路原理图进行 多次比对检查发现液晶的 2脚和 15 脚没有接高电平，焊接线后重新通电发现液晶发光了，但是此时又出现了新问题，液晶背光虽然亮了，但是没有显示任何的数据信息，此时判断是液晶的 6对应的引脚即 RS、R/W、 E段没接线，导致数据无法显示，重新焊接后显示数据部分搞定，然后等待 MQ3 传感器部分进行充分的预热，大概 5到 10 分钟的时间。 调试结果：预热完成后，我随即打开一罐啤酒喝了一口，然后对准 MQ3传感器探头进行吹气，发现液晶很快显示出此时的酒精浓度数值，而且酒精浓度超过了设定的 80mg/L 的报警阀值，二极管随即发 光报警，然后数据慢慢下降至零，然后又找了没喝酒的室友吹气检测发现酒精浓度为零，接下来对按键也进行了验证，发现加减数据正常，本设计达到了预期的效果，基本取得了成功，在此时心情很开心。 总结 由 于本设计使用的是以单片机作为核心的控制元件和灵敏的 MQ3 气敏传感器，使本酒精浓度检测系统具有功能强、性能可靠、电路简单、成本低的特点，加上经过优化的程序，使其有很高的智能化水平。 但是在我们设计和调试的过程中，也发现了一些问题，譬如测得的酒精浓度的数值显示很短的时间就减小直至 0，不方便记录数据，气敏 传感器的接收端没有封闭的装置 ,比如呼气管等，这样可能造成测得的酒精浓度值与实际人体酒精含量的误差偏大。 参考文献 [1]薛峰 朱晓骏主编 单片机原理及应用 北京理工大学出版社 [2]谭浩强 . 新世纪计算机基础教育丛书 .C程序设计 [M] ．清华大学出版 [3].万福君， 潘松峰．单片微机原理系统设计及应用 [M] ．合肥：中国科学技术大学出版社， 2020 [4].蓝和慧，宁武，闫晓金 .全国大学生电子设计竞赛指导系列 . 全国大学生 电子设计竞赛单片机应用技 能精解 [M].电子工业出版社 ,2020 [5].何立民 .单片机应用技术选编 [M].北京：北京航空航天大学出版社， 1999 [6].求实科技 .单片机典型模块设计实例导航 [J].北京：人民邮电出版社， 2020 [7].陈小忠 .单片机接口技术实用子程序 [M].北京：人民邮电出版社， 2020 [8]. 赵晶主 .电路设计与制版 Protel99 高级应用 [J].北京：人民邮电出版社， 2020 [9] 沙占友 . 集成温度传感器原理与应用 . [M] 北京：机械工业出版社， 2020， 84~95. [10] 刘君华 . 智能 传感器系统 . [M] 西安：西安电子科技大学出版社， 1999， 83~105. [11] 沙占友 . 智能化传感器原理与应用 . [M] 北京：电子工业出版社， 2020， 99~108. [12] 赵负图 . 传感器集成电路手册 [M]. 北京：化学工业出版社， 2020， 692~703. [13] 张毅刚 . MCS51 单片机原理及应用 . [M]。