毕业设计基于51单片机的酒精监测系统

汪老师单片机

已于 2023-10-31 18:30:11 修改

阅读量997

点赞数 1

分类专栏： 51单片机文章标签：课程设计 51单片机 java 嵌入式硬件单片机 php c++

于 2023-10-31 17:41:24 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Nueve_Y/article/details/134145309

版权

51单片机专栏收录该内容

241 篇文章

订阅专栏

序
🔥 毕业设计和毕业答辩的要求和难度不断提升，传统的毕设题目缺少创新和亮点，往往达不到毕业答辩的要求，这两年不断有学弟学妹告诉学长自己做的项目系统达不到老师的要求。
为了大家能够顺利以及最少的精力通过毕设，学长分享优质毕业设计项目，今天要分享的是：基于51单片机的酒精监测系统

一、硬件设计

1.1 传感器的选择

监测系统重点直接监测呼出的空气中酒精所含量，接着再转变成血液当中所含有的酒精浓度，因此采取气敏传输感应器。周边空气当中包括的气体组分或许会影响到传输感应器的准确度，所以传输感应器仅对酒精气体敏感，不会对其它气体敏感，所以采取MQ3式的气敏传输感应器。高灵敏性，优良的选择性与长效应用周期，拥有较强的稳定性等均是其优势特征。MQ3式气敏感应器所包含的各类气敏器件有微型Al2O3，陶瓷管和二氧化锡敏感层，测定电极，加热器，气敏部件，为加热器提供了需要的条件。传输感应器其架构关系如图1-1,1-2,1-3所示。

图1-1 MQ3 结构和外形图

图1-2 MQ3 结构图

1.2 A/D转换电路

系统中需经过传输感应器把各种非电量数据转变成电讯号才能够执行数据解析处理。将完成仿真量转变为数字量的元件称之为模/数转化器（ADC）[4]。

此设计中选用的转换器是ADC0809。

1.2.1 ADC0809的引脚及功能

此是逐一对比型模/数转化器，它的精确度、速率和价格方面都处于适中状态。系统采用的芯片是ADC0809。ADC0809的引脚和功能芯片如图1-4所示。

1-4 ADC0809引脚

ADC0809的重要引脚功能如下：

IN0～IN7：8个输入模拟量的输入端。

2-1～2-8：输出8个数字量的输出端。

ADDA、ADDB、ADDC：地址传入线具有三位，选择联通八路仿真输入的那一路

ALE：对高电平有效的，是地址锁存的允许信号的输入端。

START：数字电平从高电平变为低电平的那一瞬间将启动A/D转换。

EOC：模/数转化传出端，其转化阶段将始终是低电压，当模/数转化完成的时候，传出端将会传出1个高电压。

OE：对高电平有效的输入端。

REF（+）、REF（-）：0点电压。

Vcc：电源，单一+5V。

GND：地。

为此可采用下述三种传送方式。

（1）定时传送方式

已得知的固定转化时间对模/数转化器来讲做为其中一项技术参数指标。能够设计1个子程序，可延迟，模/数转化可调取这一子程序，条件是需在起动以后。

（2）验证方式

据此可以运用验证方法，测定EOC的状态，确定转化有没有完成，接着执行数据传送。

（3）中断方式

不管运用上面所述哪类方法，当确认转化完成的时候，就能够经过命令来执行数据传输。

要注意的重点：用总线连接的方式来直接连接系统数据，通道选择表如图1-5所示【5】。

图1-5 通道选择表

1.2.2 ADC0809结构以及转换的原理

每当0809完成一次转化，时间大约需要100μs，传出有TTL的三态锁存缓冲器，可以直接连接到MCS-51数据信息总线上。ADC0809结构框图如图1-6所示。

图1-6 ADC0809的结构框图

1.2.3 ADC0809连线图

ADC0809与单片机的连线图如图1-7所示。

图1-7 ADC0809的连线图

1.3 89C51单片机系统

单片机89c51实际上是种集成线路的芯片，它采取的是大规模技术，把拥有数据处理的性能（例如数学计算、逻辑计算与信息传输与中断操作）的这类微型处理器，及脉冲宽度调制线路，用来仿真多路的转化器及模/数转化器之类的线路，把其集中到一块芯片上，组成1个虽小但完备的一款计算机系统。上述线路能够在程序软件的调控下执行精确、快速且高效的实现预设的工作任务[5]。

1.3.1 单片机片内结构

51单片机的结构如图1-8所示。将能够当作它对应调控功能所需要的一些内容，全都放在一个体积较小的集成线路芯片上。按照功能划分，由如下功能部件组成：

（1）中央处理器（CPU）。

⑵ 随机存取存储器(RAM)。

⑶ 程序存储器（ROM/EPROM）。

⑷ 4个8位并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）。

⑸ 一个串行口。

⑹ 2个16位定时器、计数器。

⑺ 中断装置和中断处理程序。

⑻ 80C51单片机中各功能部件对应的寄存器（SFR）。

图1-8 51单片机片内结构

上面描述的功能的元件都是经过内部单总线相连组成，其基础架构是处理器外加外部芯片这里固有的架构形式。但是处理器对各类功能的元件的调控均是采取这类独特功能的存储器，用于集中调控模式。

从硬件的层面来剖析，其和MCS-51命令能完全兼容全新的AT89CXX型号机型，和外增EPROM才能够与8031单片机对比，抗干扰特性比较强，和87C51单片机技能相当，但功耗更小[6]。

1.3.2 89C51芯片介绍

如果要掌控MCS-51单片机，第一应当先认识MCS-51的各种管脚，熟悉而且谨记各个管脚的相应功能，它的直插封装方式如图1-9所示。

图1-9 单片机芯片管脚图

40只引脚按照各自功能来划分，可以分如下3类：

电源和时钟引脚：Vcc.Vss.XTAL1.XTAL2。

电源的引脚要连入这个单片机所需要的工作电源。Vcc接+5V电源，Vss接地。

这两时钟管脚一样能够外联到独立晶振器上。XTAL1连接外围1个管脚。此管脚的内部自身是反相放大器传入端。假如XTAL2连接外围晶体另一个接口，则在此管脚的内部连接反相的放大器的传出接口。假如运用外围时钟震荡器，则此管脚接收到时钟振荡器讯号，就把此讯号接收至内部时钟形成器的传入接口。

⑵ 控制引脚：这类管脚供应了调控讯号，其它的还拥有部分复用功能。

1.3.3 晶振电路和复位电路

89C51单片机最大的特点是内置ROM或者EPROM，因此89C51单片机具有可靠的储存性能。89C51单片机经常应用于基础的电路系统，在使用时仅将89C51和时钟、复位电路相连就能够组成最小的单片机单元模块。基于89C51单片机的最小系统原理图如图1-10所示。

图1-10单片机的最小系统的原理图

(1)

处理模式：内部和外部。内部时钟方式如图1-11所示。当单片机的18和19引脚与晶振电路相连时，单片机内部的自激振荡器就引发内部时钟脉冲信号。图中的电容C1以及C2的作用为稳定其频率和快速起振，它的电容值为5~30pF，它的典型值是30pF。晶振具有一定的频率波动区间，通常是在1.2-12MHz之间波动。晶振存在两个典型振荡频率，分布是12和6MHz。

图1-11 89C51内部时钟电路

(2)

复位电路除了能够自动复位的功能还有着手动复位的功能。此次系统便是使用的按键手动复位功能。

图1-12 89C51复位电路

（3）89C51中断技术概述

中断需求通过中断响应来实现单片机的实时管理与监控。这种是通过片内的中断系统来进行实现的。出现中断需求且允许中断时，则单片机主程序接受到中断运行的信号并暂停工作。随后中断程序接手单片机主程序的工作，当中断程序处理结束之后则返回中断节点同时让主程序继续工作。中断响应和处理过程如图1-13。

图1-13 中断响应和处理过程

1.4 LCD1602液晶显示电路

工业显示模块，LCD1602A可以展示32个字符并且展示方式为16列2行。显示的东西主要是数字和专用符号和图形，以下优点。

当系统显示器接收到信号时就会发出稳定的光，这种光以多样的色彩和稳定的亮度形式出现。相比CRT而言，液晶显示器不需要被不间断的刷新，从而稳定的显示。

2. 液晶显示器具有很多优势，一方面，液晶显示器的展示方式为阿拉伯数字，简单直观。另一方面，液晶显示器和单片机的连接方式极为渐变，降低了两个模块连接的难度。

3. 液晶显示器更加的轻便，且容易携带。不仅如此还有低功耗特性。

（1）引脚说明：

第1脚VSS

第2脚VDD

第3脚VL

第4脚RS

第5脚R/W：高电平状态时显示“忙”，低电平状态时则能够输入数据。

第6脚E端：使能端，E端发生电平的高低转换时液晶单元开始工作。

第7～14脚D0～D7：为8位双向数据线。

第15脚：夜间显示器背后光源的正极。

第16脚：夜间显示器背后光源的负极。

（2）1602LCD的RAM地址映射以及标准字库表

LCD1602含160个不同的字符图，其中包括常用的符号、数字、26个英文字母、日语片假名、日语平假名等等。不同字符有其相应的代码，如当显示的时候大写英文字母“A”的代码是01000001B（41H）。

指令1：将光标复位到地址00H位置，清显示，指令码是01H。

指令2：光标复位，光标返回地址00H 。

指令3：光标及显示模式设置为I/D。S：判断屏幕上文字是左移还是右移。高电平状态指令有效，低电平状态指令无效。

指令4：显示开关控制。 D：高电平时显示，低电平时不显示，利用高低电平的切换达到显示控制的目的。C：高电平状态限制光标、低电平状态不显示光标，通过高低电平切换改变光标的显示状态。B：高电平状态光标保持持续闪烁，低电平状态光标保持静止。

指令5：光标或者显示移到S/C位：高电压高信号状态文字移动，低电位零电压状态光标移动。

指令6：功能设置DL命令：高电平对应4位总线，低电平对应8位总线。N：高电平状态显示为双行，低电平状态显示为单行。F：高电平对应5x10点阵字符，而低电平则对应5x7点阵字符。（部分模块 DL：低电平和高电平对应的总线位数恰好相反，高电平对应8位总线，低电平对应4位总线）。

指令7：数字信号发生器RAM地址设置。

指令8：DDRAM地址设置。

指令9：读取出忙标准bf=1和光标地址。BF代表忙，如果高电平显示忙标注则显示模块暂停工作信号接收。如果低电平状态则代表不忙的信号，接收工作信号。

指令10：写数据。

指令11：读数据。

1602 内部显示地址如图1-14所示。

图1-14 1602内部显示地址

写入显示地址时需要求最高位的D7恒定是高电平1，所以实际写入数据是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H) 。在对液晶模块初始化的时要先设定显示模式，当液晶模块在显示字符时，光标是自动向右移的，并且不用进行人工干预。每当输入指令前都要先判断液晶模块是不是处于忙状态。于1602 液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）存储有160个不相同点阵字符和图形[8]。

液晶显示模块已经广泛的应用于各类电子设备和通信工具之中。

此设计灰度调节采用的是10k的电阻以及1k的电阻进行分压的形式，且灰度适中。液晶显示电路如图1-15所示。

1.5键盘电路

该设计选择低电平为数据读取按键，且单片机初始对应高电平的状态。

单片机键盘共有两种不同的接法：独立式和矩阵式。根据本次设计的要求使用独立式单片机键盘。

把按键端和地相连，另外一端与I/O口相连。当程序启动时调节I/O口为高电平的状态。如果按下按键则该I/O口和地连通，从而把I/O的高电平状态转换为低电平。当按键松开后，I/O口继续保持高电平的状态。通过I/O的状态就可以判断按键被按下还是被释放。

1.6报警电路

1.6.1 灯光提示电路

如图1-17所示。

本设计利用LED指示酒精是否超标。

1.6.2 声音报警电路

如图1-18所示。

图11111-18 声音报警电路

在通电源后，振荡器生成音频信号，电流将通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。这都可以根据需要来选择。本系统采用有源蜂鸣器。

三极管通过Q1实现蜂鸣器的开关功能，当低电平信号传至三极管时，三极管导通并且引导蜂鸣器工作。

二、测试结果及结论

2.1 调试

调式阶段首先要检测电路的连接是否正确、是否遵循正确的电路原理、是否符合设计的预期、设计目的是否容易实现等；第二是需要在焊接完成有线电路以后，认真仔细地检查清楚该电路的各处焊接情况。在依次每个模块的调试过程中，也采用了通过局部到整体，利用从简单到复杂的调试方法，最后再将个个模块组统合成个整体[11]。

在调试过程中遇到的问题有：

由于焊接电路之前，没有认真检查89C51管脚，管脚的顺序焊错了，只好另买器件重新焊接；
酒精值的显示一直较高，翻阅资料和换元件测试后才发现，传感器首次使用时，要先通电数个小时以上才能正常使用，并且还要做老化试验。
在进行解码程序编写的过程中，因为理解的东西越来越深入，同时也作了一些相应的修改。

2.2 调试过程

通电之前，系统整体状态如图5-1所示。通电后，系统进入倒计时，倒计时时间为60秒，这个时候LCD1602液晶显示屏的显示界面，如图5-2所示。缓冲结束之后，系统进到阈值设置和浓度监测显示界面。系统默认的报警阈值是浓度值为25，也就是当检测到的实际酒精浓度超过25时，系统就会报警，报警是声光报警。例如，当检测到的酒精浓度为219时，219大于25，所以系统报警。报警时，红色指示灯D1闪烁，蜂鸣器鸣笛。阈值设置电路是由3个按键组成，其功能分别为按键1设置按键，按键2阈值加，按键3阈值减。通过按键电路，将阈值设置为73，此时之前的实际浓度，仍然大于阈值，因此依旧会报警，其整体电路图如图5-3所示。当呼出气体中酒精浓度为41时，由于41小于报警阈值73，因此系统不再报警，红色指示灯熄灭，绿色指示灯点亮，并且蜂鸣器不再鸣笛。其整体电路图如图2-1所示。