基于stm32的便携式酒精浓度检测仪设计与实现-测控毕业论文最终版

基于stm32的便携式酒精浓度检测仪设计与实现-测控毕业论文最终版内容摘要：

3)MQ3 气体传感器的特点 (1) 灵敏度高 (2) 快速响应恢复特性 (3) 使用寿命长 (4) 稳定性可靠 (5) 驱动回路简单 (6) 可以抵抗 其他气体 的干扰 (7) 具有信号输出指示 (8) 双路信号输出，并具有信号输出指示 (9) TTL 输出有效信号为低电平 (10) 输出电压范围为 05V 4)MQ3 气体传感器对酒精 气体 浓度的标定 第 6 页 共 31 页 传感器 内部 的 气敏电阻的输出阻值与酒精气体浓度有关，它随着酒精浓度 的变化而变化。 如图 33 所示，其中 : Rs 是 MQ3 酒精气体传感器的输出阻值，它在不同气体以及不同浓度下 是 不同的； R0 是 MQ3 酒精气体传感器在洁净空气中的电阻值。 从图中可以看出 Rs/R0 的值 与酒精浓度成某种关系，而 Vs 与 Rs、V0 与 R0 也都成正比，所以 Vs/V0=Rs/R0，所以 Vs/V0 与酒精浓度也成同样的关系。 通过查 看 手册，找出了这种关系。 如公式 31 所示： aleter = (V0/)/() (31) 在环境不变的情况下 V0 是一个定值，所以只需要算出 MQ3 气体传感器在酒精气体环境下的输出电压值，就可以算出酒精气体的浓度。 Vs 是根据公式 32算出的。 Vs= Adc_avg * / 4 096 (32) 式中的 Adc_avg 是 A/D 转换器输出的平均值， Vs 是传感器在有酒精气体环境中的输出电压。 图 33 中的 Rs/R0 与酒精浓度的关系 是建立在如下环境中的： 温度： 20176。 C 相对湿度： 65% 图 33 MQ3 的 灵敏度特性曲线 单片机介绍 在本课题中选用的单片机型号是 STM32F103VCT6，它的管脚分布如图 34所示。 STM32 F103xxx 系列单片机的功能以及外部设备配置如表 31 所示。 第 7 页 共 31 页 图 34 STM32F103VCT6 单片机管脚分布 表 31 STM32F103xx 系列单片机功能及外部设备配置 外设 STM32F103Tx STM32F103Cx STM32F103Rx STM32F103Vx 闪存（ K 字节 ） 64 64 128 64 128 64 128 SRAM（ K 字节） 20 20 20 20 定时器 通用 3 个（ TIM TIM TIM4） 高级控制 1 个（ TIM1） 通信接口 SPI 1 个（ SPI1） 2 个（ SPI SPI2） I2C 1 个（ I2C1） 2 个（ I2C I2C2） USART 2 个 （ USART USART2） 2 个 （ USART USART USART3） USB 1 个（ 全速） CAN 1 个（ 主动） GPIO 端口 26 37 51 80 12 位 ADC 模块 （通道数） 2（ 10） 2（ 10） 2（ 16） 2（ 16） CPU 频率 72MHz 工作电压 工作温度 环境温度： 40℃ +80℃ 封装 VFQFPN36 LQFP48 LQFP64 LQFP100 第 8 页 共 31 页 1)STM32F103VCT6 的主要特点 (1) 核心处理器是 ARM Cortex M3 (2) 缩减的引脚数目 (3) 系统功耗低 (4) 计算性能优越 (5) 高级的中断系统响应 (6) 程序存储器 256KB (7) 数据随机存储器 48KB (8) 工作电压： 或 (9) 工作温度： 40176。 C +85176。 C (10) 内嵌 2个 12bit 的 A/D 转换器，可用 A/D 通道 16 个，转换范围为 (11) 一共有 100 个 引脚，其中 80 个为 I/O 端口。 绝大部分端口都可以接受5V 信号 (12) 拥有 7 个定时器 2)低功耗模式 (1) 睡眠模式：在睡眠模式时，只有 CPU 停止，其他的外部设备都处于工作状态， 可以通过中断或事件来唤醒 CPU。 (2) 待机模式：在待机模式下会关闭内部的电压调压器，电能消耗达到最低。 并且此时内部所有由 ；并且 RC 振荡器也都会被关闭；在待机模式下，待机电路仍然在工作，但是，寄存器和 SRAM 的内容将会消失，后备寄存器的内容仍会保留。 只需要满足 NRST 上的外部复位信号或者是 WKUP管脚上的一个上升边沿这两个中的任意一个条件，就可以从待机模式中退出。 (3) 停机模式：在停机模式下，内部由 供电的部分将不能工作， 并且RC 振荡器也都会被关闭，可以把调压器设置成低功耗和普通模式这两种模式。 把 CPU 从停机模式中唤醒的前提条件是配置一个 EXTI 的信号， 这个 信号的来源有很多方式，比如说可以由 16 个外部 I/O 端 口中的任意产生，也可以是 PVD的输出，也可以是 RTC 闹钟和 USB 的唤醒信号 [8,9]。 3)I2C 总线 有多达 2 个 I2C 总线接口，它们的特点如下 (1) 支持标准和快速模式 (2) 支持 7 位或 10 位寻址 (3) 可以使用 DMA 操作 (4) 支持 SMBus 和 PMBus 总线 4)定时器 第 9 页 共 31 页 STM32F103VCT6 中包含 7 个定时器，它们分别如下： (1) 高级控制定时器 1 个， 特点 如下 ① 可以被当成是完整的通用定时器 ② 可以被当成是三相 PWM 发生器 ③ 具有带死区插入互补 PWM 输出 ④ 拥有四个独立通道，它们都可以用于单脉冲输出、输入捕获、输出比较以及产生 PWM ⑤ 计数器可以被冻结，用于调试 (2) 通用定时器（ TIMx） 有 3 个可以同步运行的标准定时器，特点如下 ① 拥有一个 16 位自动加载递加计数器，也可以用作递减计数器 ② 拥有一个 16 位预分频器 ③ 拥有 4 个独立的通道 ， 可以用于单脉冲模式输出、输入捕获 以及 输出比较 (3) 独立看门狗定时器 1 个 它的时钟是由一个内部独立的 40KHz 的 RC 振荡器来提供的，并且这个 RC振荡器独立于主时钟，所以它可以在待机模式和停机模式之间切换。 它的特点如下： ① 可以复位整个系统 ② 可以为应用程序提供超时管理 ③ 可以通过硬件或者软件启动 ④ 有一个 12 位的递减计数器 ⑤ 有一个 8 位的预分频器 (4) 窗口看门狗定时器 1 个，特点如下 ① 有一个 7 位的递减计数器 ② 可以被配置为自由运行 ③ 可以复位整个系统 ④ 有早期预警中断的功能 (5) 系统时基定时器 1 个 它既可以用于实时操作系统，也可以用作是一个标准的递减计数器。 它具有以下四个特点： ① 24 位的递减计数器 ② 可编程时钟源 ③ 当计数器为 0 时能够产生一个可屏蔽系统的中断 第 10 页 共 31 页 ④ 自动重加载功能 5)通用输入输出接口（ GPIO） 每一个 GPIO 引脚都能够通过软件来配置，可以将它们设置成输入、输出或复用端口。 除了那些具有模拟输入功能的端口，其余的 GPIO 引脚都能够通过大电流。 如果想要将 I/O 引脚的外设功能锁定，那么只需要进行一个特定的操作就可以了，这样就可以防止意外写入 I/O 寄存器。 6)ADC STM32F103VCT6 单片机内部嵌有 2 个 12 位的模拟 /数字转换器，这两个转换器有以下几个特点： (1) 每一个 ADC 都拥 用 16 个外部通道 (2) 可以实现单次或扫描转换 (3) 在扫描模式下，可以自动切换为选定的模拟输入中的任何一个 ADC 接口上其它的逻辑功能还包括 (1) 交叉采样和保持 (2) 同步采样和保持 (3) 单次采样 充电芯片 1)工作原理 整个设计 使用 锂电池来供电，当锂电池电能用完时，就要对它进行充电。 在本设计 中 选择了 TP4054 这块 充电芯片，它是一款采用恒定电压 /电流的单节锂电池线性充电器，它能够提供 800mA 的 充电电流 ， 它采用的是 SOT25 封装，并且外部元件数目较少，因此 TP4054 是 便携式应用的最佳选择，它可以通过USB 电源和适配器电源对锂电池进行充电，并且它的内部有防倒充电路，所以没有必要在外部单独设计检测电路和隔离二极管。 它的输出电压稳定于 ，而且充电电流是可以进行设置的，只需要在外部设计一个电阻器就可以了。 让一个充电循环开始的条件有 3 个，它们分别是 (1) Vcc 引脚的电压大于 UVLO 门限电压 (2) 5 引脚与地之间连接一个设定电阻器 (3) 3 引脚连接一块电池 2)工作模式 (1) 涓流充电模式 TP4054 进入涓流充电模式的条件是 3 引脚的电压小于。 在该模式下，TP4054 提供的电流只有设定充电电流的 1/10，当电流电压大于安全的电平时，就可以达到满电流进行充电。 第 11 页 共 31 页 (2) 恒定电流模式 TP4054 进入恒定电流模式的条件是 3 引脚的电压大于 ，在此模式下向电池提供稳定的电流进行充电。 (3) 恒定电压模式 TP4054 进入恒定电压模式的条件是 3 引脚的电压达到最终浮充电压 ，在此模式下充电电流开始慢慢地减小。 当充电电流小于设定值的 1/10 的时候 ，整个充电循环就结束了。 当输入电压被断开的时候， TP4054 自行变成低电流的状态，将电流下降至2uA 以下。 也可以将 TP4054 设 置为停机模式，在此模式下供电电流为 45uA。 3)TP4054 的特点 (1) 高达 800mA 的可编程充电电流 (2) 恒定电流 /电压操作 (3) C/10 充电终止 (4) 自动再充电 (5) 软启动限制了浪涌电流 (6) 待机模式下的供电电流为 45uA (7) 精度达到 177。 1%的 预设充电电压 (8) 充电电流监视器 (9) 欠压闭锁 (10) 表示充电结束或是输入电压接入的状态引脚 4)TP4054 引脚如图 35 所示 图 35 TP4054 引脚图 5)引脚介绍 第 12 页 共 31 页 引脚 1（ CHRG）：漏极开路状态下的输出 引脚 2（ GND）：接地 引脚 3（ BAT）：该引脚向电池提供充电电流 引脚 4（ VCC）：该引脚接入正电源电压。 Vcc 的值在 至 之间，并通过一个电容器进行旁路，这个电容器的值至少为 1uF 引脚 5（ PROG)：该引脚的作用是对充电电流进行监控 /设定 和 停机。 在该引脚与地之间连接了一个电阻器 PPROG，通过它来进行 充电电流的设定。 当在稳定电流模式下充电的时候，该引脚的电压可以保持在 1V 左右。 并且在所有的模式下，充电电流都可以通过该引脚上的电压来计算，如公式 33 所示： IBAT=（ VPROG/RPROG） *1 000 (33) PROG 引脚还可以用来关断充电器。 断开设定电阻器与地的连接， PROG 引脚通过内部一个 的电流件将电压升至高电平，充电器启动停机模式，此时停止充电，并且将输入电流降至 45uA。 只需要将 RPROG 与地相连，就可以让充电器恢复正常操作状态。 低压差调节器 由于整个设计的供电电压是 ，但是锂电池的输出电压是 ， 所以必须要选择一款能稳定输出 的低压差调节器。 KV5033 芯片 是由 SIPEX 公司生产的 ，它是一款 低功耗、低电压调节器。 它很适合用于某些电池供电的系统，比如无绳电话、便携式 电子设备和一些无线控制系统等。 其拥有低压差、低静态的电流等特性，而且具有非常小的初始容限，极低的线路调节率以及良好的负载等特性，并且拥有很低的温度系数，所以适用于当做低功耗电源。 错误的标志输出模块还能够对系统的电压进行监控，当系统电压不足或者是输入的电压下降等情况时，逻辑关断模块能够改变调节器的开、关状态。 它具体的一些特点如下 1) 输出电压： 及。