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1、2.1酒酒精浓度度检测仪仪整体结结构设计计单片机酒酒精浓度度测试仪仪用MQQK2酒酒精传感感器采集集气体信信号，并并通过数数模转换换器将模模拟信号号转换成成数字信信号送至至单片机机，单片片机对数数字信号号进行分分析处理理，并将将所得的的结果显显示出来来，可以以通过键键盘设置置不同环环境下酒酒精浓度度的不同同阀值，如如果所检检测出的的酒精浓浓度超过过了所设设定的阀阀值，那那么单片片机就能能控制蜂蜂鸣器发发出声音音报警。键键盘采用用3个独独立键盘盘进行数数据输入入设定；显示部部分用55个数码码管显示示当前数数据，数数码管分分别用22个744HC5573锁锁存器控控制段选选和位选选。本文文设计的的酒
2、精浓浓度检测测仪主要要是以酒酒精传感感器和单单片机为为平台设设计而成成的，其其硬件系系统功能能框图如如图一所所示。A/D模块酒精传感器 P2.5 单 片P0 机 P1蜂鸣器报警显示模块图一硬件件系统功功能框图图酒精浓度度检测仪仪主要是是用来检检测酒精精浓度的的，它主主要由酒酒精传感感器、模数转转换器、单片机机、LCDD 显示示、以及声声音报警警构成。酒精传感感器将检检测到的的酒精浓浓度转化化为电信信号，然然后将电电信号传传送给模模数转换换器，经经过模数数转换器器转换后后，把转转换后得得到的数数字信号号传给单单片机，单单片机对对所输入入的数字字信号进进行分析析处理，最最后将分分析处理理的结果果通
3、过显显示器显显示出来来。如果所所检测到到的空气气中的酒酒精浓度度超过了了所设定定的阀值值，那么么单片机机将会控控制蜂鸣鸣器发出出声音报报警，用用来提示示危害。2.2 MQQR2酒酒精传感感器 MQRR2酒精精传感器器是气敏敏传感器器，其具具有很高高的灵敏敏度、良好的的选择性性、长期的的使用寿寿命和可可靠的稳稳定性。传感器器的标准准回路有有两部分分组成：其一为为加热回回路；其其二为信信号输出出回路，它它可以准准确反映映传感器器表面电电阻的变变化。酒精浓浓度同输输出电压压的近似似关系如如图二所所示。 图图二酒精精浓度同同输出电电压的近近似关系系 2.3 传感器器信号采采集电路路电路的前前端部分分M
4、QKK2传感感器按照照常规设设计即可可，如图图三所示示，MQQK3外外接+55V电压压时，可可将电阻阻丝加热热至27703000.电电路将MMQK22的阻值值变化转转换成输输出电压压的变化化,从而而可以通通过A/D转换换成数字字信号供供单片机机处理。在酒精浓浓度为00时，其其输出电电压为33v。但但由于其其输出的的电压范范围超过过了ATT89SS52的的输入电电压范围围，所以以在本设设计中加加入了一一个调整整电路来来使其输输出的电电压能够够满足AAT899S522的输入入要求。其其调整电电路的原原理图如如图四。采采用LMM336625作为为一个225 V的基基准电压压，采用用差动输输入使得得V
5、ouut=-2.55V从而而使得传传感器信信号的输输出符合合AT889S552的范范围。 图三 MKQQ2酒精精传感器器电路图图4传感感器处理理电路2.4 A/DD转换电电路模数转换换电路的的功能是是将连续续变化的的模拟量量转换为为离散的的数字量量，是架架起模拟拟系统跟跟数字系系统之间间连接的的桥梁。对于本本系统而而言，就就是用于于快速、高精度度地对输输入的酒酒精浓度度信号进进行采样样编码，将将其转换换成单片片机所能能够处理理的数字字量。模数转转换电路路是本系系统的关关键部分分，其性性能的好好坏直接接影响整整个系统统的质量量。 模数转转换采用用ADCC08004,对对输入模模拟量要要求：信信号
6、单极极性，电电压范围围是05V，若若信号太太小，必必须进行行放大；输入的的模拟量量在转换换过程中中应该保保持不变变，如若若模拟量量变化太太快，则则需在输输入前增增加采样样保持电电路。AADC008044有200个引脚脚，其中中11-18管管脚为数数字信号号输出端端，与单单片机PP1口相相连；ccs为片片选端，接接单片机机P3.5口，当当cs接低低电平时时ADCC08004开始始工作，WWR接PP3.66口，当当WR变变为低电电平再跳跳变为高高电平后后启动AA/D转转换，RRD接单单片机PP3.77口，当当RD由由低电平平跳变为为高电平平时，单单片机读读走A/D转换换完的数数字信号号。CLLK为
7、时时钟输入入信号线线, 因因ADCC08004的内内部没有有时钟电电路，所所需时钟钟信号必必须由外外界提供供，通常常使用频频率为5500KKHZ，VVREFF（），VVREFF（）为为参考电电压输入入。INNTR为为中断控控制信号号，接单单片机外外部中断断端口，当当A/DD转换完完后向单单片机发发出中断断信号，等等待读走数数字信号号，INNTR也也可空可可置不接接，因为为当启动动A/DD后一段段时间后后模数转转换完后后，等待待一段时时间后单单片机也也可以读读走数字字量。原原理图如如图五。 图图 五 A/DD转换电电路2.5 单片机机系统 AT889S552是一一种低功功耗、高高性能CCMOSS
8、8位微微控制器器，具有有8K 在系统统可编程程Flaash 存储器器。使用用Atmmel 公司高高密度非非易失性性存储器器技术制制造，与与工业880C551 产产品指令令和引脚脚完全兼兼容。片片上Fllashh允许程程序存储储器在系系统可编编程，亦亦适于常常规编程程器。在在单芯片片上，拥拥有灵巧巧的8 位CPPU 和和在系统统可编程程Flaash，使使得ATT89SS52为为众多嵌嵌入式控控制应用用系统提提供高灵灵活、超超有效的的解决方方案。AT899S522具有以以下标准准功能： 8kk字节FFlassh，2256字字节RAAM，332 位位I/OO 口线线，看门门狗定时时器，22 个数据指
9、指针，三三个166 位定定时器/计数器器，一个个6向量量2级中中断结构构，全双双工串行行口，片片内晶振振及时钟钟电路。另另外，AAT899S522 可降降至0HHz 静静态逻辑辑操作，支支持2种种软件可可选择节节电模式式。空闲闲模式下下，CPPU停止止工作，允允许RAAM、定定时器/计数器器、串口口、中断断继续工工作。掉掉电保护护方式下下，RAAM内容容被保存存，振荡荡器被冻冻结，单单片机一一切工作作停止，直直到下一一个中断断或硬件件复位为为止，其其电路如如图六。报报警电路路采用单单片机II/O口口外接三三极管驱驱动蜂鸣鸣器，发发出报警警信号，如如图七所所示。 键盘分分编码键键盘和非非编码键键
10、盘。键键盘上闭闭合键的的识别由由专用的的硬件编编码器实实现，并并产生键键编码号号或键值值的称为为编码键键盘，如如计算机机键盘。而而靠软件件编程来来识别的的称为非非编码键键盘；在在单片机机组成的的各种系系统中，用用的最多多的是非非编码键键盘。非非编码键键盘有分分为：独独立键盘盘和行列列式（又又称为矩矩阵式）键键盘。本本设计采采用3个个独立键键盘来输输入数字字量，如如图八。33个键盘盘分别接接单片机机P2.0,PP2.11,P22.2。使使用时先先将键盘盘借口初初始化，即即将P22.0P2.2全部部置1，然然后判断断是否有有键按下下，若键键盘输入入端变为为低电平平，表明明此键盘盘按下，在在软件编编
11、程时，注注意键盘盘消抖。 图图六 单单片机基基本电路路图 图七七 蜂鸣鸣器电路路 图图八独立立键盘电电路 显示部部分用55个数码码管显示示当前数数据，数数码管分分别用22个744HC5573锁锁存器控控制段选选和位选选，锁存存器与单单片机II/O口口连接，位位锁存器器输出端端分别与与数码管管片选连连接，段段锁存器器输出端端接数码码管段输输入端连连接。锁锁存器片片选输入入端为高高电平时时，I/O口数数据输入入锁存器器，当输输入为低低电平时时，锁存存器关闭闭并将数数据保持持住。如如图九所所示。段段选接单单片机PP2.66,位选选接单片片机P22.7。主程序初始化温度测量子程序延时大约30s有键按下
12、？K1？K2?K3?调用酒精浓度子程序禁止A/D调用警戒值设置子程序数码管显示YYYYNNNN图九 显示电电路部分分 2.6 系统整整体软件件设计 主程序序流程如如图100所示。系系统共分分3个按按键K11、K22、K33 ,分别接接至单片片机P22.0-P2.2口，初初始化时时将P22.0-P2.2置11，当检检测到输输入端为为低电平平时表示示有键按按下，通通过软件件5mss延时,消除键键盘抖动动。在待机状状态时若若按下KK1键提提示被测测者吹气气，若检检测过程程中需要要取消测测试，可可按K22键，此此时系统统放弃测测试，并并可回到到待机状状态。考考虑到环环境、湿湿度以及及被测试试者的个个体
13、差异异等因素素，有时时需要修修改浓度度的警戒戒值，在在待机状状态下，按按下K33，数码码管上将将显示当当前设置置值，此此时按下下K1、KK2可调调节警戒戒值。每每按一次次K1值值可将报报警浓度度上调00.022mg/L（最最高到00.722mg/L）,按下KK2则下下调0.02mmg/LL(最低低到0.04mmg/LL),调调整完后后在按下下K3值值可保存存新的警警戒值。 图图十 主程程序流程程图 图十十 主程序序流程图图.4.11 ATT89SS52的的特性AT899S522 是低低功耗、高性能能、采用CMMOS 工艺的8 位单片片机，其其片内具具有8KKB 的的可在线线编程的的Flaash
14、 存储器器。该单片片机采用用了ATTMELL 公司司的高密密度、非易失失性存储储器技术术，与工工业标准准型800C511 单片片机的指指令系统统和引脚脚完全兼兼容；片片内的FFlassh 存存储器可可在线重重新编程程，或者者使用通通用的非非易失性性存储器器编程；通用的的8 位CPUU 与在在线可编编程Fllashh 集成成在一块块芯片上上，从而而使ATT89SS52 功能更更加完善善，应用用更加灵灵活；具具有较高高的性能能价格比比，使其其在嵌入入式控制制系统中中有着广广泛的应应用前景景。2.4.2 AADC的的选择模数转换换电路的的功能是是将连续续变化的的模拟量量转换为为离散的的数字量量，是架
15、架起模拟拟系统跟跟数字系系统之间间连接的的桥梁。对于本本系统而而言，就就是用于于快速、高精度度地对输输入的酒酒精浓度度信号进进行采样样编码，将将其转换换成单片片机所能能够处理理的数字字量。模数转转换电路路是本系系统的关关键部分分，其性性能的好好坏直接接影响整整个系统统的质量量。根据A/D 转转换器的的工作原原理可将将A/DD 转换换器分成成两大类类：一类类是直接接型A/D 转转换器；另一类类是间接接型A/D 转转换器。在直接接型A/D 转转换器中中，输入入的模拟拟电压被被直接转转换成数数字代码码，不经经任何中中间变量量。在间接接型A/D 转转换器中中，首先先把输入入的模拟拟电压转转换成某某种中
16、间间变量（时时间、频率、脉冲宽宽度等等等），然然后再把把这个中中间变量量转换为为数字代代码输出出。2.4.3 气体传传感器的的选择气体传感感器是气气体检测测系统的的核心，通通常安装装在探测测头内。从本质质上讲，气气体传感感器是一一种将某某种气体体体积分分数转化化成对应应电信号号的转换换器。探测头头通过气气体传感感器对气气体样品品进行调调理，通通常包括括滤除杂杂质和干干扰气体体、干燥或或制冷处处理、样品品抽吸，甚甚至对样样品进行行化学处处理，以以便化学学传感器器进行更更快速地地测量。在选择传传感器的的时候，一一定要考考虑到稳稳定性、灵敏度度、选择性性和抗腐腐蚀性，本本系统选选择MQQ3 型型酒精
17、传传感器。MQ3 酒精传传感器是是气敏传传感器，其其具有很很高的灵灵敏度、良好的的选择性性、长期的的使用寿寿命和可可靠的稳稳定性。MQ3型气敏敏传感器器由微型型Al2O3、陶瓷管管和SnnO2敏感层层、测量电电极和加加热器构构成的敏敏感元件件固定在在塑料或或者不锈锈钢的腔腔体内，加加热器为为气敏元元件的工工作提供供了必要要的工作作条件。传感器器的标准准回路有有两部分分组成：其一为为加热回回路；其其二为信信号输出出回路，它它可以准准确反映映传感器器表面电电阻的变变化。传感器器表面电电阻RSS 的变变化，是是通过与与其串联联的负载载电阻RRL上的有有效电压压信号VVRL出面面获得的的。二者之之间的
18、关关系表述述为：RRS/RRL=(VVCVRL)/VRLL，其中中VC 为回回路电压压，100V。负载电电阻RL可调为为0.552000K，加加热电压压Uh 为5V。上述这这些参数数使得传传感器输输出电压压为05V。MQ33 型气气敏传感感器的结结构和外外形如图图三所示示，标准准回路如如图四所所示，传传感器阻阻值变化化率与酒酒精浓度度、外界温温度的关关系如图图五所示示。为了使使测量的的精度达达到最高高，误差差最小，需需要找到到合适的的温度，一一般在测测量前需需要将传传感器预预热5 分钟。图三MQQ3 的的结构和和外形图四MQQ3 标标准回路路图五传感感器阻值值变化率率与酒精精浓度、外界温温度之间间的关系系为了更好好地使用用酒精传传感器MMQ3，现现将MQQ3 的的标准工工作条件件和环境境条件进进行介绍绍，如表表一和表二二所示。表一标准准工作条条件表二酒精精传感器器MQ33 的环环境条件件