单片机课程设计
专 业： 动化
班 级： xx动化班
学生姓名： xxxxxxxxxx
指导教师： xxxxxxxxx
成 绩：
20XX年 X 月 X日
单 片 机 课 程 设 计 务 书
课程设计题目
基QMJ3酒精传感器酒精检测仪
1 容概述
2 方案框图
1容概述
基QMJ3酒精传感器酒精检测仪检测酒精浓度酒精传感器模数转换器单片机蜂鸣器发光二极LED 数码显示构成酒精传感器检测酒精浓度转化电信号然电信号传送AD转换器AD转换器转换转换数字信号传单片机单片机输入数字信号进行分析处理分析处理结果通LED数码显示器显示出酒精浓度超设定限值时蜂鸣器会发出响声时发光二极会发出光芒
1 方案框图
1 应价值
2 技术指标
1 应价值
次酒精检测仪设计基STC89 C51单片控制仪器实现酒精浓度检测应生活中常见检测驾驶员酒驾问题酒精测试仪工作原理通测试呼吸气体中酒精含量便测出醉酒程度饮酒概百分九十酒精会肺部呼吸系统排出样通测试呼吸气体中酒精含量驾驶员需着传感器呼出气体进行检测酒精测试仪便显示出相应结果
然酒精测试仪仅仅查酒驾应室环境检测检测出某特殊工厂车间等根空气中酒精浓度进行报警避免处危险环境中
2技术指标
（1） LM358技术指标
①部频率补偿
②低输入偏流
③低输入失调电压失调电流
④模输入电压范围宽包括接差模输入电压范围宽等电源电压范围
⑤直流电压增益高(约100dB)
⑥单位增益频带宽(约1MHz)
⑦电源电压范围宽：单电源(3—30V)
⑧双电源(±15±15V)
(2)QMJ3技术指标表：
类
说明
加热电压（）
ACDC 5±02V
回路电压 ()
DC 24V
负载电阻()
4KΩ(调)
清洁空气中电阻（）
2000 KΩ
灵敏度（））
5（100ppm蒸汽中）
分辨率（）
3（100ppm汽油蒸汽中）
响应时间（tres）
10S
恢复时间 (tres)
30S
元件功耗
07W
监测范围
50—5000ppm
寿命
2年
（3）TLC1543技术指标
①A0～A10（1～9 1112脚）11 模拟输入端
②REF+（14脚通常VCC）REF（13脚通常）基准电压正负端
③CS（15脚）片选端CS端降变化复位部计数器控制ADDRESSIO CLOCK （18脚）DATA OUT（16脚）
④ADDRESS（17脚）串行数输入端1串行址选择转换模拟输入测试电压
⑤EOC（19脚）输出端变高表明转换完成部转换器具高速（10µS转换时间）高精度（10分辨率±1LSB调整误差）
发挥部分
酒精达设定值时利LM358输出高电时三极导通蜂鸣器发光二极（红色）接通蜂鸣器会发出报警响声二极会发出红色报警灯
20XX年 X月 X日
摘
酒驾车问题越越社会关注酒精浓度工业安全生产重设计酒精测试仪检测空气中酒精浓度
AT89C51种编程控制微处理器具体积价格低性稳定特点广泛应工业动化 智仪器仪表等领域酒精传感器QMJ3灵敏度高性稳定价格便宜体积酒精检测设计中广泛
酒精测试仪硬件89C51酒精传感器QMJ3AD转换器TLC1543数码发光二极较器LM258蜂鸣器七部分组成中89C51核心软件C语言进行编程采模块化设计思想该装置中QMJ3检测酒精浓度值转化电压信号电压信号TLC1543转化数字信号送入单片机单片机输入数字信号分析处理送数码显示酒精浓度设定值时通较器蜂鸣器发出警报发光二极发出亮光实现酒精浓度监测显示报警功
关键词：酒精测试仪89C51TLC1543酒精传感器QMJ3LM358
ABSTRACT
Drinking driving is becoming a serious social problem with more social concerns alcohol concentration is also important in industrial production so an alcohol detector is designed to detect the alcohol concentration in the air
89C51 is a programmable control microprocessor with small volume low price stable performance characteristics and widely applied to industrial automation intelligent instrument etc Alcohol sensor MQJ3 is widely used for its high sensitivity stability price cheap small volume
Alcohol detector's hardware consists of STC89C52 alcohol sensor MQJ3 AD converter TLC1543 keyboard and buzzer Software with C language programming the use of modular designIn the device QMJ3 will detect that the alcohol concentration value transformation into a voltage signal voltage signal by TLC1543 transformed into digital signals and into the SCM SCM to the input digital signal processing and analysis and send to the digital tube displayWhen the alcohol concentration is higher than the set value the buzzer sends out the alarm through the comparator and the light emitting diode emits light to realize the monitoring the display and the alarm function of the alcohol concentration
KEY WORDS Alcohol Concentration Monitor89C51TLC1543Alcohol Sensor MQJ3 LM358
目 录
第1章 设计容方案概述 1
11 设计思路 1
12 设计方案 1
13 方案框图 1
第2章 硬件电路设计 3
21 电源开关模块 3
22 QMJ3传感器模块 3
23 蜂鸣器发光二极模块 4
24 单片机系统模块 4
25 AD采集模块 5
26 数码显示模块 5
第3章 电路工作原理器件介绍 7
31 QMJ3酒精传感器部分 7
32 TLC1543数采集部分 8
33 数数处理（单片机系统）部分 9
331 单片机选择介绍 9
332 引脚功描述 10
34数码显示原理 12
第4章 软件设计 14
第5章 原理图PCB图 17
51 原理图 17
52 PCB图 17
第6章 结心 18
参考文献 19
第1章 设计容方案概述
11 设计思路
基QMJ3酒精传感器酒精检测仪检测酒精浓度酒精传感器模数转换器单片机蜂鸣器发光二极LED 数码显示构成酒精传感器检测酒精浓度转化电信号然电信号传送AD转换器AD转换器转换转换数字信号传单片机单片机输入数字信号进行分析处理分析处理结果通LED数码显示器显示出酒精浓度超设定限值时蜂鸣器会发出响声时发光二极会发出光芒
12 设计方案
121硬件部分
硬件设计时考虑酒精浓度传感器非电量转换电量传感器输出05伏电压值电压值稳定（变化）外部干扰等直接传感器输出电压值TLC1543采集数送入单片机进行处理输出电压值参考标定电压值进行较果某范围范围档数显示LED酒精浓度超设定限值时LM358较器较蜂鸣器会发出响声时发光二极会发出光芒
122软件部分
采STC89C51单片机C语言进行程序编写流程单片机采集数进行处理数码显示两环节具体见软件流程图
13 方案框图
131硬件原理设计框图
酒精传感器
AD转换器
LM358较器
STC89C51单片机
蜂鸣器
发光二极
数码
图1 硬件设计框图
132软件原理设计框图（流程图）
开 始
定时器初始化
延时500ms采集数进行AD转换
AD转换数进行数码显示
结 束
图2 软件设计框图（流程图）
第2章 硬件电路设计
21 电源开关模块
完整电子设计讲首问题整系统提供电源供电模块电源模块稳定系统稳运行前提基础51单片机然时间早应范围广实际程中典型问题相系列单片机51单片机更容易受干扰出现程序跑飞现象克服种现象出现重手段单片机系统配置稳定电源供电模块
图3 电源开关模块
图电源模块通排针P1接外输入+5V电源接入电源六角锁开关K1控制电源通断电路中接入二极D2防止电源正负极接反模块造成损坏电容C5C6起滤波作稳定输出VCC电压值发光二极POWER检测电源否接通正负极接否正确亮表示电源连接正确否连接错误没接通
22 QMJ3传感器模块
根QMJ3传感器[1]性知电导率气体浓度增加迅速升高相阻值气体浓度增加减VOUT输出端输出电压约002V5V滑动变阻器RP1分压接较器LM358[2]正极端负极端电压16V进行较控制面蜂鸣器等原件（见面蜂鸣器发光二极模块）VOUT输出端AD转换器TLC1543连接（见面AD采集模块）
图4 QMJ3传感器模块
23 蜂鸣器发光二极模块
VOUT输出端输出电压滑动变阻器RP1分压接较器LM358正极端负极端电压16V进行较16V时较器LM358输出高电作三极VT1基极输入信号三极发射极接三极导通YBZ相接蜂鸣器BZ发红光二极D1接通会发出响声发出红光反VOUT输出端输出电压没16V三极没导通蜂鸣器发光二极会接通会反应
图5 蜂鸣器发光二极模块
24 单片机系统模块
设计复位电路采键复位利动开关产生高电单片机复位晶振12MHz51单片机提供工作动力P10P13端口连接TLC1543芯片P0口硬件漏极开路需接拉电阻端口接数码P26P27连接数码公选择端
图6 单片机系统
25 AD采集模块
模数转换电路功连续变化模拟量转换离散数字量架起模拟系统数字系统间连接桥梁输入模拟量求：信号单极性电压范围0－5V信号太必须进行放输入模拟量转换程中应该保持变模拟量变化太快需输入前增加采样保持电路VOUT端输入模拟信号DOUT端输出转换数字信号CS片选引脚
图7 AD采集模块
26 数码显示模块
LED数码发光二极封装起组成8字型器件引线已部连接完成需引出笔划公电极LED数码常段数般7段加数点采两位数码显示P0口连接数码7段数点P26P27连接两位数码选择位通两引脚空着两数码显示出应数字
图8 数码显示模块
第3章 电路工作原理器件介绍
31 QMJ3酒精传感器部分
气体传感器气体检测系统核心通常安装探测头质讲气体传感器种某种气体体积分数转化成应电信号转换器探测头通气体传感器气体样品进行调理通常包括滤杂质干扰气体干燥制冷处理样品抽吸甚样品进行化学处理便化学传感器进行更快速测量
选择传感器时候定考虑稳定性灵敏度选择性抗腐蚀性设计求够抗干扰测量范围03000ppm范围常见气敏传感器MQ3QMJ3TGS822三种传感器第种测量范围01000ppm排面两种传感器性相似TGS822常见价格QMJ3贵综合考虑里选择QMJ3QMJ3[3]复合金属氧化物体材料N型半导体气敏元件元件接触乙醇蒸汽时电导率气体浓度增加迅速升高汽油蒸汽抗干扰力灵敏度高响应速度寿命长工作稳定等特点
表1 QMJ3技术指标表
类
说明
加热电压（）
ACDC 5±02V
回路电压 ()
DC 24V
负载电阻()
4KΩ(调)
清洁空气中电阻（）
2000 KΩ
灵敏度（））
5（100ppm蒸汽中）
分辨率（）
3（100ppm汽油蒸汽中）
响应时间（tres）
10S
恢复时间 (tres)
30S
元件功耗
07W
监测范围
50—5000ppm
寿命
2年
方法注意事项：
(1) 元件开始通电工作时没接触检测气体电导率急剧增加约1分钟达稳定时方正常段变化设计中电路时采延时处理解决基酒精测试电路图4示
(2) 加热电压改变会直接影响元件性规定电压范围佳
(3) 元件接触标定气体100ppm10秒钟负载电阻两端电压达（）差值80（响应时间）脱离标定气体100ppm30秒钟负载电阻两端电压降（）差值80（恢复时间）
(4) 负载电阻根需适改动影响元件灵敏度
(5) 条件：温度－15～35℃相湿度45～75RH气压力80～106KPa
(6) 环境适度变化会元件电阻带影响元件精密仪器时应进行温度补偿简便方法采热敏电阻补偿
传感器检测原理：
半导体气敏传感器利测气体半导体表面氧化原反应导致敏感元件阻值变化检测气体种类浓度半导体器件加热稳定状态气体接触半导体表面吸附时吸附分子首先表面扩散失运动量部分分子蒸发掉部分残留分子产生热分解固定吸附处时果半导体功函数吸附分子离解吸附分子器件释放电子形成正离子吸附H2CO碳氢化合物等称原型气体原型气体吸附N型半导体时载流子增半导体电阻值降根模块电路设计吹进定量含酒精气体时测试电压电路中输出求范围测试电压05V间外模块电路回路电压VCC产生样利运放标准5V电压进行进滤波噪电路中稳压保证输出回路电压稳定5V左右
32 TLC1543数采集部分
模数转换电路功连续变化模拟量转换离散数字量架起模拟系统数字系统间连接桥梁系统言快速高精度输入酒精浓度信号进行采样编码转换成单片机够处理数字量模数转换电路系统关键部分性坏直接影响整系统质量
模数转换采TLC1543TLC1543 TI 公司开发开关电容式AD转换器该芯片具特点：10 位精度11 通道三种建测模式提供EOC（转换完成）信号等该芯片单片机接口采串行接口方式引线少单片机连接简单
图9 TLC1543 引脚示意图中A0A1011路输入Vcc GND分电源引脚REF+REF分参考电源正负引脚时般REF接系统达点接求减少干扰余引脚TLC1543CPU接口中CS片选端需选片直接接IO Clock芯片时钟端Adress 址选择端Data Out数输出端三根引脚分接CPU 三IO端EOC 指示次AD转换已完成CPU读取数该引脚低电效根需该引脚接入CPU中断引脚旦数转换完成CPU提出中断请求外该引脚接入普通IO引脚CPU通查询该引脚状态解前状态甚该引脚接CPUTLC1543发出转换命令段固定时间读取数
图9 TLC1543 引脚示意图
33 数数处理（单片机系统）部分
331 单片机选择介绍
根常见单片夹类型结合次设计方案选择出STC89C51[5]适合STC89C51采8051核ISP（In System Programming）系统编程芯片高工作时钟频率80MHz片含8K Bytes反复擦写1000次Flash读程序存储器器件兼容标准MCS51指令系统80C51引脚结构芯片集成通8位中央处理器ISP Flash存储单元具系统编程（ISP）特性配合PC端控制程序户程序代码载进单片机部省购买通编程器速度更快STC89C51系列单片机单时钟机器周期(1T)兼容8051核单片机高速低功耗新代8051单片机全新流水线精简指令集结构部集成MAX810专复位电路
性
(1)增强型1T流水线精简指令集结构8051CPU
(2)（5V单片机)20V~38V
(3)相普通80510～420MHz实际工作频率达48MHz
(4)户应程序空间12K10K8K6K4K2K字节
(5)片集成512字节RAM
(6)通IO口（2723）复位：准双口弱拉（普通8051传统IO口设置成四种模式：准双口弱拉推挽强拉仅输入高阻开漏IO口驱动力均达20mA整芯片超55mA
(7)ISP（系统编程）IAP（应编程）需专编程器
通串口（P30P31）直接载户程序数秒完成片
(8)EEPROM功
(9)门狗
(10)部集成MAX810专复位电路（外部晶体20M时省外部复位电路）
(11)时钟源：外部高精度晶体时钟部RC振荡器户载户程序时选择部RC振荡器外部晶体时钟常温部RC振荡器频率：52MHz ～68MHz精度求高时选择部时钟温漂请选4MHz ～8MHz
(12)216 位定时器计数器
(13)外部中断2 路降中断低电触发中断Power Down 模式外部中断低电触发中断方式唤醒
(14)PWM(4路）PCA（编程计数器阵列）实现4定时器4外部中断(升中断降中断均支持)
(15)通异步串行口(UART)
(16)SPI步通信口模式 模式
(17)工作温度范围：0~75℃40~ +85℃
332 引脚功描述
图9 AT89C51引脚
（1）VCC 供电电压
（2） GND 接
（3）P0口：P0口8位漏极开路双IO口作输出口位驱动8TTL逻辑电P0端口写1时引脚作高阻抗输入访问外部程序数存储器时P0口作低8位址数复种模式P0具部拉电阻Flash编程时P0口接收指令字节程序校验时输出指令字节程序校验时需外部拉电阻
（4）P1口：P1口具部拉电阻8位双IO口P1输出缓器驱动4TTL逻辑电P1端口写1时部拉电阻端口拉高时作输入口作输入时外部拉低引脚部电阻原输出电流（IIL）外P10P12分作定时器计数器2外部计数输入（P10T2）时器计数器2触发输入（P11T2EX）Flash编程校验时P1口接收低8位址字节
（5）P2口：P2口具部拉电阻8位双IO口P2输出缓器驱动4TTL逻辑电P2端口写1时部拉电阻端口拉高时作输入口作输入时外部拉低引脚部电阻原输出电流（IIL）访问外部程序存储器16位址读取外部数存储器时P2口送出高八位址种应中P2口强部拉发送18位址访问外部数存储器时P2口输出P2锁存器容Flash编程校验时P2口接收高8位址字节控制信号
（6）P3口：P3口具部拉电阻8位双IO口P3输出缓器驱动4TTL逻辑电P3端口写1时部拉电阻端口拉高时作输入口作输入时外部拉低引脚部电阻原输出电流（IIL）P3口作AT89C51特殊功（第二功）Flash编程校验时P3口接收控制信号
引脚号第二功
·P30 RXD（串行输入）
·P31 TXD（串行输出）
·P32 INT0 (外部中断0)
·P33 INT1 (外部中断1)
·P34 T0（定时器0外部输入）
·P35 T1（定时器1外部输入）
·P36 WR(外部数存储器写选通)
·P37 RD(外部数存储器读选通)
（7）RST 复位输入晶振工作时RST脚持续2机器周期高电单片机复位门狗计时完成RST脚输出96晶振周期高电特殊寄存器AUXR(址8EH)DISRTO位功效DISRTO默认状态复位高电效
（8）ALEPROG：址锁存控制信号（ALE）访问外部程序存储器时锁存低8位址输出脉Flash编程时引脚（PROG）作编程输入脉般情况ALE晶振六分固定频率输出脉作外部定时器时钟然特强调次访问外部数存储器时ALE脉会跳果需通址8EHSFR第0位置1ALE操作效位置1 ALE仅执行MOVXMOVC指令时效否ALE微弱拉高ALE标志位（址8EHSFR第0位）设置微控制器处外部执行模式效
（9）PSEN 外部程序存储器选通信号（PSEN）外部程序存储器选通信号AT89C51外部程序存储器执行外部代码时PSEN机器周期激活两次访问外部数存储器时PSEN激活
（10）EAVPP 访问外部程序存储器控制信号0000HFFFFH外部程序存储器读取指令EA必须接GND执行部程序指令EA应该接VCC
34数码显示原理
LED数码（LED Segment Displays）发光二极封装起组成8字型器件引线已部连接完成需引出笔划公电极LED数码常段数般7段加数点种类似3位+1型位数半位123456810位等等LED数码根LED接法分阴阳两类里采阳数码阳7段显示字码电源正极LED数码原理图示意：图出数码显示数字两条件：1VT端（38脚）加正电源2（abcdefgdp)端接低电0电样显示
图10 阳极LED数码部结构原理
表2 阳极数码编码
数字
（dp）gfedcba
十六进制
0
11000000
0xc0
1
11111001
0xf9
2
10100100
0xa4
3
10110000
0xb0
4
10011001
0x99
5
10010010
0x92
6
10000011
0x82
7
11111000
0xf8
8
10000000
0x80
9
10011000
0x90
第4章 软件设计
程序[4]：
#include
sbit CLKP1^0
sbit DINP1^1
sbit DOUTP1^2
sbit CSP1^3
sbit smg_shiP2^6
sbit smg_geP2^7
unsigned int AD_result
unsigned char code dofly_DuanMa[10]{0x3f0x060x5b0x4f0x660x6d0x7d0x070x7f0x6f} 显示段码值0~9
void delayms( unsigned char xms) 延时毫秒函数
{unsigned char xy
for(xxmsx>0x)
for(y110y>0y)
}
*
定时器初始化子程序
*
void Init_Timer0(void)
{
TMOD | 0x01 选T0模式116位定时器|符号定时器时受影响
TH00x00 定初值
TL00x00
EA1 总中断开
ET01 定时器中断开
TR00
TR01 定时器开关开
}
unsigned int read_ad(unsigned char anx) 读取TLC1543ad采集数
{
unsigned int ad_v
unsigned char anij
CLK0
CS1
CS0 片选效
for(i0i<2i++) 采集两次信号
{
ananx
ad_v0
for(j0j<10j++)
{
DINan&0x80
anan<<1
CLK1
ad_vad_v<<1
ACCDOUT
ad_v+ACC
CLK0
}
}
return(ad_v)
}
void main() 函数
{
Init_Timer0()
while(1)
{
delayms(500)
AD_resultread_ad(0)
}
}
void Timer0_isr(void) interrupt 1
{
float AD
unsigned char shige
TH0(655362000)256 重新赋值
TL0(655362000)256
AD(float)(((AD_result)256)*5)
AD*10
shi(unsigned char)AD10
ge(unsigned char)AD10
smg_shi0
smg_ge1
P0dofly_DuanMa[shi]+0X80
delayms(10)
smg_shi1
smg_ge0
P0dofly_DuanMa[ge]
delayms(10)
}
第5章 原理图PCB图
51 原理图
52 PCB图
第6章 结心
代课老师悉心指导帮助完成课程设计课设程中代课身学东西特解决问题方法乐观精神做道理时感谢帮助学朋友次课程设计学仅知道气敏传感器工作原理会运传感器采集需数外熟练掌握单片机工作性编程提高单片机尤51单片机运力
参考文献
[1]付秀伟 汽车酒精含量探测器设计[J] 河南科技201312 ： 3
[2]翁海勇俞加明叶鹏基LM358单片机掉电保护系统设计实现[J]电子世界201304：37
[3]李宗睿许振忠基单片机车载酒精探测安全控制系统设计实现[J]北华航天工业学院学报20080478
[4]谭浩强 C程序设计（第四版)[M] 北京：清华学出版社20106（20156重印） ：1416
[5]周国运单片机原理应教程[M]北京：中国水利水电出版社2014 ：912
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单片机课程设计
专 业： 动化
班 级： xx动化班
学生姓名： xxxxxxxxxx
指导教师： xxxxxxxxx
成 绩：
20XX年 X 月 X日
单 片 机 课 程 设 计 务 书
课程设计题目
基QMJ3酒精传感器酒精检测仪
1 容概述
2 方案框图
1容概述
基QMJ3酒精传感器酒精检测仪检测酒精浓度酒精传感器模数转换器单片机蜂鸣器发光二极LED 数码显示构成酒精传感器检测酒精浓度转化电信号然电信号传送AD转换器AD转换器转换转换数字信号传单片机单片机输入数字信号进行分析处理分析处理结果通LED数码显示器显示出酒精浓度超设定限值时蜂鸣器会发出响声时发光二极会发出光芒
1 方案框图
1 应价值
2 技术指标
1 应价值
次酒精检测仪设计基STC89 C51单片控制仪器实现酒精浓度检测应生活中常见检测驾驶员酒驾问题酒精测试仪工作原理通测试呼吸气体中酒精含量便测出醉酒程度饮酒概百分九十酒精会肺部呼吸系统排出样通测试呼吸气体中酒精含量驾驶员需着传感器呼出气体进行检测酒精测试仪便显示出相应结果
然酒精测试仪仅仅查酒驾应室环境检测检测出某特殊工厂车间等根空气中酒精浓度进行报警避免处危险环境中
2技术指标
（1） LM358技术指标
①部频率补偿
②低输入偏流
③低输入失调电压失调电流
④模输入电压范围宽包括接差模输入电压范围宽等电源电压范围
⑤直流电压增益高(约100dB)
⑥单位增益频带宽(约1MHz)
⑦电源电压范围宽：单电源(3—30V)
⑧双电源(±15±15V)
(2)QMJ3技术指标表：
类
说明
加热电压（）
ACDC 5±02V
回路电压 ()
DC 24V
负载电阻()
4KΩ(调)
清洁空气中电阻（）
2000 KΩ
灵敏度（））
5（100ppm蒸汽中）
分辨率（）
3（100ppm汽油蒸汽中）
响应时间（tres）
10S
恢复时间 (tres)
30S
元件功耗
07W
监测范围
50—5000ppm
寿命
2年
（3）TLC1543技术指标
①A0～A10（1～9 1112脚）11 模拟输入端
②REF+（14脚通常VCC）REF（13脚通常）基准电压正负端
③CS（15脚）片选端CS端降变化复位部计数器控制ADDRESSIO CLOCK （18脚）DATA OUT（16脚）
④ADDRESS（17脚）串行数输入端1串行址选择转换模拟输入测试电压
⑤EOC（19脚）输出端变高表明转换完成部转换器具高速（10µS转换时间）高精度（10分辨率±1LSB调整误差）
发挥部分
酒精达设定值时利LM358输出高电时三极导通蜂鸣器发光二极（红色）接通蜂鸣器会发出报警响声二极会发出红色报警灯
20XX年 X月 X日
摘
酒驾车问题越越社会关注酒精浓度工业安全生产重设计酒精测试仪检测空气中酒精浓度
AT89C51种编程控制微处理器具体积价格低性稳定特点广泛应工业动化 智仪器仪表等领域酒精传感器QMJ3灵敏度高性稳定价格便宜体积酒精检测设计中广泛
酒精测试仪硬件89C51酒精传感器QMJ3AD转换器TLC1543数码发光二极较器LM258蜂鸣器七部分组成中89C51核心软件C语言进行编程采模块化设计思想该装置中QMJ3检测酒精浓度值转化电压信号电压信号TLC1543转化数字信号送入单片机单片机输入数字信号分析处理送数码显示酒精浓度设定值时通较器蜂鸣器发出警报发光二极发出亮光实现酒精浓度监测显示报警功
关键词：酒精测试仪89C51TLC1543酒精传感器QMJ3LM358
ABSTRACT
Drinking driving is becoming a serious social problem with more social concerns alcohol concentration is also important in industrial production so an alcohol detector is designed to detect the alcohol concentration in the air
89C51 is a programmable control microprocessor with small volume low price stable performance characteristics and widely applied to industrial automation intelligent instrument etc Alcohol sensor MQJ3 is widely used for its high sensitivity stability price cheap small volume
Alcohol detector's hardware consists of STC89C52 alcohol sensor MQJ3 AD converter TLC1543 keyboard and buzzer Software with C language programming the use of modular designIn the device QMJ3 will detect that the alcohol concentration value transformation into a voltage signal voltage signal by TLC1543 transformed into digital signals and into the SCM SCM to the input digital signal processing and analysis and send to the digital tube displayWhen the alcohol concentration is higher than the set value the buzzer sends out the alarm through the comparator and the light emitting diode emits light to realize the monitoring the display and the alarm function of the alcohol concentration
KEY WORDS Alcohol Concentration Monitor89C51TLC1543Alcohol Sensor MQJ3 LM358
目 录
第1章 设计容方案概述 1
11 设计思路 1
12 设计方案 1
13 方案框图 1
第2章 硬件电路设计 3
21 电源开关模块 3
22 QMJ3传感器模块 3
23 蜂鸣器发光二极模块 4
24 单片机系统模块 4
25 AD采集模块 5
26 数码显示模块 5
第3章 电路工作原理器件介绍 7
31 QMJ3酒精传感器部分 7
32 TLC1543数采集部分 8
33 数数处理（单片机系统）部分 9
331 单片机选择介绍 9
332 引脚功描述 10
34数码显示原理 12
第4章 软件设计 14
第5章 原理图PCB图 17
51 原理图 17
52 PCB图 17
第6章 结心 18
参考文献 19
第1章 设计容方案概述
11 设计思路
基QMJ3酒精传感器酒精检测仪检测酒精浓度酒精传感器模数转换器单片机蜂鸣器发光二极LED 数码显示构成酒精传感器检测酒精浓度转化电信号然电信号传送AD转换器AD转换器转换转换数字信号传单片机单片机输入数字信号进行分析处理分析处理结果通LED数码显示器显示出酒精浓度超设定限值时蜂鸣器会发出响声时发光二极会发出光芒
12 设计方案
121硬件部分
硬件设计时考虑酒精浓度传感器非电量转换电量传感器输出05伏电压值电压值稳定（变化）外部干扰等直接传感器输出电压值TLC1543采集数送入单片机进行处理输出电压值参考标定电压值进行较果某范围范围档数显示LED酒精浓度超设定限值时LM358较器较蜂鸣器会发出响声时发光二极会发出光芒
122软件部分
采STC89C51单片机C语言进行程序编写流程单片机采集数进行处理数码显示两环节具体见软件流程图
13 方案框图
131硬件原理设计框图
酒精传感器
AD转换器
LM358较器
STC89C51单片机
蜂鸣器
发光二极
数码
图1 硬件设计框图
132软件原理设计框图（流程图）
开 始
定时器初始化
延时500ms采集数进行AD转换
AD转换数进行数码显示
结 束
图2 软件设计框图（流程图）
第2章 硬件电路设计
21 电源开关模块
完整电子设计讲首问题整系统提供电源供电模块电源模块稳定系统稳运行前提基础51单片机然时间早应范围广实际程中典型问题相系列单片机51单片机更容易受干扰出现程序跑飞现象克服种现象出现重手段单片机系统配置稳定电源供电模块
图3 电源开关模块
图电源模块通排针P1接外输入+5V电源接入电源六角锁开关K1控制电源通断电路中接入二极D2防止电源正负极接反模块造成损坏电容C5C6起滤波作稳定输出VCC电压值发光二极POWER检测电源否接通正负极接否正确亮表示电源连接正确否连接错误没接通
22 QMJ3传感器模块
根QMJ3传感器[1]性知电导率气体浓度增加迅速升高相阻值气体浓度增加减VOUT输出端输出电压约002V5V滑动变阻器RP1分压接较器LM358[2]正极端负极端电压16V进行较控制面蜂鸣器等原件（见面蜂鸣器发光二极模块）VOUT输出端AD转换器TLC1543连接（见面AD采集模块）
图4 QMJ3传感器模块
23 蜂鸣器发光二极模块
VOUT输出端输出电压滑动变阻器RP1分压接较器LM358正极端负极端电压16V进行较16V时较器LM358输出高电作三极VT1基极输入信号三极发射极接三极导通YBZ相接蜂鸣器BZ发红光二极D1接通会发出响声发出红光反VOUT输出端输出电压没16V三极没导通蜂鸣器发光二极会接通会反应
图5 蜂鸣器发光二极模块
24 单片机系统模块
设计复位电路采键复位利动开关产生高电单片机复位晶振12MHz51单片机提供工作动力P10P13端口连接TLC1543芯片P0口硬件漏极开路需接拉电阻端口接数码P26P27连接数码公选择端
图6 单片机系统
25 AD采集模块
模数转换电路功连续变化模拟量转换离散数字量架起模拟系统数字系统间连接桥梁输入模拟量求：信号单极性电压范围0－5V信号太必须进行放输入模拟量转换程中应该保持变模拟量变化太快需输入前增加采样保持电路VOUT端输入模拟信号DOUT端输出转换数字信号CS片选引脚
图7 AD采集模块
26 数码显示模块
LED数码发光二极封装起组成8字型器件引线已部连接完成需引出笔划公电极LED数码常段数般7段加数点采两位数码显示P0口连接数码7段数点P26P27连接两位数码选择位通两引脚空着两数码显示出应数字
图8 数码显示模块
第3章 电路工作原理器件介绍
31 QMJ3酒精传感器部分
气体传感器气体检测系统核心通常安装探测头质讲气体传感器种某种气体体积分数转化成应电信号转换器探测头通气体传感器气体样品进行调理通常包括滤杂质干扰气体干燥制冷处理样品抽吸甚样品进行化学处理便化学传感器进行更快速测量
选择传感器时候定考虑稳定性灵敏度选择性抗腐蚀性设计求够抗干扰测量范围03000ppm范围常见气敏传感器MQ3QMJ3TGS822三种传感器第种测量范围01000ppm排面两种传感器性相似TGS822常见价格QMJ3贵综合考虑里选择QMJ3QMJ3[3]复合金属氧化物体材料N型半导体气敏元件元件接触乙醇蒸汽时电导率气体浓度增加迅速升高汽油蒸汽抗干扰力灵敏度高响应速度寿命长工作稳定等特点
表1 QMJ3技术指标表
类
说明
加热电压（）
ACDC 5±02V
回路电压 ()
DC 24V
负载电阻()
4KΩ(调)
清洁空气中电阻（）
2000 KΩ
灵敏度（））
5（100ppm蒸汽中）
分辨率（）
3（100ppm汽油蒸汽中）
响应时间（tres）
10S
恢复时间 (tres)
30S
元件功耗
07W
监测范围
50—5000ppm
寿命
2年
方法注意事项：
(1) 元件开始通电工作时没接触检测气体电导率急剧增加约1分钟达稳定时方正常段变化设计中电路时采延时处理解决基酒精测试电路图4示
(2) 加热电压改变会直接影响元件性规定电压范围佳
(3) 元件接触标定气体100ppm10秒钟负载电阻两端电压达（）差值80（响应时间）脱离标定气体100ppm30秒钟负载电阻两端电压降（）差值80（恢复时间）
(4) 负载电阻根需适改动影响元件灵敏度
(5) 条件：温度－15～35℃相湿度45～75RH气压力80～106KPa
(6) 环境适度变化会元件电阻带影响元件精密仪器时应进行温度补偿简便方法采热敏电阻补偿
传感器检测原理：
半导体气敏传感器利测气体半导体表面氧化原反应导致敏感元件阻值变化检测气体种类浓度半导体器件加热稳定状态气体接触半导体表面吸附时吸附分子首先表面扩散失运动量部分分子蒸发掉部分残留分子产生热分解固定吸附处时果半导体功函数吸附分子离解吸附分子器件释放电子形成正离子吸附H2CO碳氢化合物等称原型气体原型气体吸附N型半导体时载流子增半导体电阻值降根模块电路设计吹进定量含酒精气体时测试电压电路中输出求范围测试电压05V间外模块电路回路电压VCC产生样利运放标准5V电压进行进滤波噪电路中稳压保证输出回路电压稳定5V左右
32 TLC1543数采集部分
模数转换电路功连续变化模拟量转换离散数字量架起模拟系统数字系统间连接桥梁系统言快速高精度输入酒精浓度信号进行采样编码转换成单片机够处理数字量模数转换电路系统关键部分性坏直接影响整系统质量
模数转换采TLC1543TLC1543 TI 公司开发开关电容式AD转换器该芯片具特点：10 位精度11 通道三种建测模式提供EOC（转换完成）信号等该芯片单片机接口采串行接口方式引线少单片机连接简单
图9 TLC1543 引脚示意图中A0A1011路输入Vcc GND分电源引脚REF+REF分参考电源正负引脚时般REF接系统达点接求减少干扰余引脚TLC1543CPU接口中CS片选端需选片直接接IO Clock芯片时钟端Adress 址选择端Data Out数输出端三根引脚分接CPU 三IO端EOC 指示次AD转换已完成CPU读取数该引脚低电效根需该引脚接入CPU中断引脚旦数转换完成CPU提出中断请求外该引脚接入普通IO引脚CPU通查询该引脚状态解前状态甚该引脚接CPUTLC1543发出转换命令段固定时间读取数
图9 TLC1543 引脚示意图
33 数数处理（单片机系统）部分
331 单片机选择介绍
根常见单片夹类型结合次设计方案选择出STC89C51[5]适合STC89C51采8051核ISP（In System Programming）系统编程芯片高工作时钟频率80MHz片含8K Bytes反复擦写1000次Flash读程序存储器器件兼容标准MCS51指令系统80C51引脚结构芯片集成通8位中央处理器ISP Flash存储单元具系统编程（ISP）特性配合PC端控制程序户程序代码载进单片机部省购买通编程器速度更快STC89C51系列单片机单时钟机器周期(1T)兼容8051核单片机高速低功耗新代8051单片机全新流水线精简指令集结构部集成MAX810专复位电路
性
(1)增强型1T流水线精简指令集结构8051CPU
(2)（5V单片机)20V~38V
(3)相普通80510～420MHz实际工作频率达48MHz
(4)户应程序空间12K10K8K6K4K2K字节
(5)片集成512字节RAM
(6)通IO口（2723）复位：准双口弱拉（普通8051传统IO口设置成四种模式：准双口弱拉推挽强拉仅输入高阻开漏IO口驱动力均达20mA整芯片超55mA
(7)ISP（系统编程）IAP（应编程）需专编程器
通串口（P30P31）直接载户程序数秒完成片
(8)EEPROM功
(9)门狗
(10)部集成MAX810专复位电路（外部晶体20M时省外部复位电路）
(11)时钟源：外部高精度晶体时钟部RC振荡器户载户程序时选择部RC振荡器外部晶体时钟常温部RC振荡器频率：52MHz ～68MHz精度求高时选择部时钟温漂请选4MHz ～8MHz
(12)216 位定时器计数器
(13)外部中断2 路降中断低电触发中断Power Down 模式外部中断低电触发中断方式唤醒
(14)PWM(4路）PCA（编程计数器阵列）实现4定时器4外部中断(升中断降中断均支持)
(15)通异步串行口(UART)
(16)SPI步通信口模式 模式
(17)工作温度范围：0~75℃40~ +85℃
332 引脚功描述
图9 AT89C51引脚
（1）VCC 供电电压
（2） GND 接
（3）P0口：P0口8位漏极开路双IO口作输出口位驱动8TTL逻辑电P0端口写1时引脚作高阻抗输入访问外部程序数存储器时P0口作低8位址数复种模式P0具部拉电阻Flash编程时P0口接收指令字节程序校验时输出指令字节程序校验时需外部拉电阻
（4）P1口：P1口具部拉电阻8位双IO口P1输出缓器驱动4TTL逻辑电P1端口写1时部拉电阻端口拉高时作输入口作输入时外部拉低引脚部电阻原输出电流（IIL）外P10P12分作定时器计数器2外部计数输入（P10T2）时器计数器2触发输入（P11T2EX）Flash编程校验时P1口接收低8位址字节
（5）P2口：P2口具部拉电阻8位双IO口P2输出缓器驱动4TTL逻辑电P2端口写1时部拉电阻端口拉高时作输入口作输入时外部拉低引脚部电阻原输出电流（IIL）访问外部程序存储器16位址读取外部数存储器时P2口送出高八位址种应中P2口强部拉发送18位址访问外部数存储器时P2口输出P2锁存器容Flash编程校验时P2口接收高8位址字节控制信号
（6）P3口：P3口具部拉电阻8位双IO口P3输出缓器驱动4TTL逻辑电P3端口写1时部拉电阻端口拉高时作输入口作输入时外部拉低引脚部电阻原输出电流（IIL）P3口作AT89C51特殊功（第二功）Flash编程校验时P3口接收控制信号
引脚号第二功
·P30 RXD（串行输入）
·P31 TXD（串行输出）
·P32 INT0 (外部中断0)
·P33 INT1 (外部中断1)
·P34 T0（定时器0外部输入）
·P35 T1（定时器1外部输入）
·P36 WR(外部数存储器写选通)
·P37 RD(外部数存储器读选通)
（7）RST 复位输入晶振工作时RST脚持续2机器周期高电单片机复位门狗计时完成RST脚输出96晶振周期高电特殊寄存器AUXR(址8EH)DISRTO位功效DISRTO默认状态复位高电效
（8）ALEPROG：址锁存控制信号（ALE）访问外部程序存储器时锁存低8位址输出脉Flash编程时引脚（PROG）作编程输入脉般情况ALE晶振六分固定频率输出脉作外部定时器时钟然特强调次访问外部数存储器时ALE脉会跳果需通址8EHSFR第0位置1ALE操作效位置1 ALE仅执行MOVXMOVC指令时效否ALE微弱拉高ALE标志位（址8EHSFR第0位）设置微控制器处外部执行模式效
（9）PSEN 外部程序存储器选通信号（PSEN）外部程序存储器选通信号AT89C51外部程序存储器执行外部代码时PSEN机器周期激活两次访问外部数存储器时PSEN激活
（10）EAVPP 访问外部程序存储器控制信号0000HFFFFH外部程序存储器读取指令EA必须接GND执行部程序指令EA应该接VCC
34数码显示原理
LED数码（LED Segment Displays）发光二极封装起组成8字型器件引线已部连接完成需引出笔划公电极LED数码常段数般7段加数点种类似3位+1型位数半位123456810位等等LED数码根LED接法分阴阳两类里采阳数码阳7段显示字码电源正极LED数码原理图示意：图出数码显示数字两条件：1VT端（38脚）加正电源2（abcdefgdp)端接低电0电样显示
图10 阳极LED数码部结构原理
表2 阳极数码编码
数字
（dp）gfedcba
十六进制
0
11000000
0xc0
1
11111001
0xf9
2
10100100
0xa4
3
10110000
0xb0
4
10011001
0x99
5
10010010
0x92
6
10000011
0x82
7
11111000
0xf8
8
10000000
0x80
9
10011000
0x90
第4章 软件设计
程序[4]：
#include
sbit CLKP1^0
sbit DINP1^1
sbit DOUTP1^2
sbit CSP1^3
sbit smg_shiP2^6
sbit smg_geP2^7
unsigned int AD_result
unsigned char code dofly_DuanMa[10]{0x3f0x060x5b0x4f0x660x6d0x7d0x070x7f0x6f} 显示段码值0~9
void delayms( unsigned char xms) 延时毫秒函数
{unsigned char xy
for(xxmsx>0x)
for(y110y>0y)
}
*
定时器初始化子程序
*
void Init_Timer0(void)
{
TMOD | 0x01 选T0模式116位定时器|符号定时器时受影响
TH00x00 定初值
TL00x00
EA1 总中断开
ET01 定时器中断开
TR00
TR01 定时器开关开
}
unsigned int read_ad(unsigned char anx) 读取TLC1543ad采集数
{
unsigned int ad_v
unsigned char anij
CLK0
CS1
CS0 片选效
for(i0i<2i++) 采集两次信号
{
ananx
ad_v0
for(j0j<10j++)
{
DINan&0x80
anan<<1
CLK1
ad_vad_v<<1
ACCDOUT
ad_v+ACC
CLK0
}
}
return(ad_v)
}
void main() 函数
{
Init_Timer0()
while(1)
{
delayms(500)
AD_resultread_ad(0)
}
}
void Timer0_isr(void) interrupt 1
{
float AD
unsigned char shige
TH0(655362000)256 重新赋值
TL0(655362000)256
AD(float)(((AD_result)256)*5)
AD*10
shi(unsigned char)AD10
ge(unsigned char)AD10
smg_shi0
smg_ge1
P0dofly_DuanMa[shi]+0X80
delayms(10)
smg_shi1
smg_ge0
P0dofly_DuanMa[ge]
delayms(10)
}
第5章 原理图PCB图
51 原理图
52 PCB图
第6章 结心
代课老师悉心指导帮助完成课程设计课设程中代课身学东西特解决问题方法乐观精神做道理时感谢帮助学朋友次课程设计学仅知道气敏传感器工作原理会运传感器采集需数外熟练掌握单片机工作性编程提高单片机尤51单片机运力
参考文献
[1]付秀伟 汽车酒精含量探测器设计[J] 河南科技201312 ： 3
[2]翁海勇俞加明叶鹏基LM358单片机掉电保护系统设计实现[J]电子世界201304：37
[3]李宗睿许振忠基单片机车载酒精探测安全控制系统设计实现[J]北华航天工业学院学报20080478
[4]谭浩强 C程序设计（第四版)[M] 北京：清华学出版社20106（20156重印） ：1416
[5]周国运单片机原理应教程[M]北京：中国水利水电出版社2014 ：912
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