在食品工业、酿酒行业、石化和工矿企业、环境检测、公安交通管理、社会公用事业等一些国民经济生产和人们工作生活的领域和场合中，常常需要检测特定环境中酒精气体的浓度，以确保工厂企业环境安全和人民生命财产安全[1-4]。如监控酒精生产车间和石化厂的酒精浓度，可以避免工厂起火和爆炸事故的发生；监测工矿企业场地的酒精浓度，能避免工作人员出现酒精中毒等恶性事故；检测司机体内酒精含量，可以防止驾驶人员酒后驾车，减少恶性交通事故的发生。因此，研制酒精气体浓度检测仪具有十分广阔的现实和潜在的市场需求，并具有十分重要的意义。传统的酒精气体检测仪因传感器性能、电路设计、数据处理算法等原因，存在着气体选择性不高、抗干扰性能差、智能化程度低、仪器操作复杂、无法实时保存和调看数据等突出问题[3-4]。鉴于此，笔者设计和研制了一种无线智能酒精浓度探测仪，弥补了传统酒精检测仪器的缺点和不足。
1 系统总体方案
该酒精浓度探测仪由发送端和接收端两部分组成，其原理框图分别如图1和图2所示。发送端主要包括酒精浓度传感器与A/D转换电路、STC90C52RC单片机、浓度阈值设置与声音报警电路、语音播报电路、LCD显示电路和无线收发电路六部分；接收端由无线收发电路、STC90C52RC单片机、数据接口通信电路和上位计算机组成。
2 系统硬件电路设计
传感器电路与A/D转换电路
TGS2620为日本费加罗(FIGARO)公司生产的一款可以探测气体中酒精浓度的半导体气体传感器，具有灵敏度高、功耗低、寿命长、成本低等特点[5-6]。其电路连接如图3所示，其中，RH为加热器电阻，室温下时为83±8 Ω；RS为传感器电阻，其阻值和还原性气体浓度之间的数学关系为：
通过检测VRL就可以确定出待测气体浓度C。
电路中运放OP07接成电压跟随器形式，对传感器和后级电路进行隔离，减小电源波动和外界因素对采样数据的影响。ICL7660是MAXIM公司生产的小功率极性反转电源转换器，作用是将+5 V电源变换成-5 V电源为OP07供电。其中，CC2采用漏电小、介质损耗低的10 μF钽电容，以提高电源转换效率。TLC1549是TI公司生产的10位分辨率逐次逼近型ADC芯片，具有自动采样和保持、可按比例量程校准转换范围、抗噪声干扰功能，在满刻度时总误差最大仅为±1 LSB。
LCD显示、阈值设置与声音报警电路
16×2个字符液晶显示模块DM-162显示报警阈值和酒精浓度值。为了减少单片机I/O口的使用数量和简化电路结构，采用间接控制(4位数据总线)方式，接口电路如图4上部分所示。初始化时，需写入28H指令码将8位总线转为4位数据接口方式。管脚BLA、BLK和VL分别是液晶背光源正极、负极和显示对比度调整端，RS、E分别是寄存器选择端、读/写信号线和使能端。
酒精浓度阈值设置和声音报警电路如图4下部分所示。当设置键S1按下时，进入阈值设置(初始阈值为500 ppm)界面，再按下键S2或S3，对阈值作增加或减小操作，步长为20 ppm。阈值设置好后写入STC90C52RC单片机片内5 KB EEPROM的第一扇区2000H和2001H地址中，使系统重启不必重新设置。若酒精浓度值大于阈值，将口线置为低电平，三极管8550驱动蜂鸣器发声音报警。
语音播报电路
采用华邦(Winbond)公司的ISD2560语音录放集成芯片作酒精浓度值播放，电路如图5所示。话筒采用差分形式接入到片内前置放大器的MIC端和MIC REF端，以抵消噪声和提高输入共模抑制比。扬声器接成双端输出形式，输出功率为单端用法时功率的4倍。单片机的P2口、和口线分别与地址线A0~A9相连，用来设定ISD2560片内480 KB EEPROM(地址为0H~257H)中存储语音段的起始地址，录音和放音功能均从该起始地址开始，录音过程中信息段地址自动增加。本系统在ISD2560中需录入语音信息有：“当前酒精浓度值为”、“零”、“一”、“二”、“三”、“四”、“五”、“六”、“七”、“八”、“九”、“十”、“百”、“千”、“点”、“ppm(浓度单位)”。由于ISD2560的语音录放时间为60 s，按每秒3个汉字计算，则可录放180个汉字，因此满足播报要求。此外，通过、和口线可以配置ISD2560的操作模式[7-8](地址为300H~3FFH)。口线分别用来控制语音芯片的片选、芯片的开关、录音/放音模式选择。口用来判断芯片的存储空间是否已经填满或者信息存储是否溢出。由于录音时在每个信息段结尾处自动插入标志，当放音遇到该标志时产生宽约为 ms的负脉冲。用口检测到此脉冲的上升沿后才播放另一段录音，避免语音播放不连续。
无线收发电路
系统采用NORDIC公司生产的工作于 5 GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片nRF24L01完成无线数据的收发工作，nRF24L01的最高传输速率为2 Mb/s，电路如图6所示。稳压芯片 V将5 V输入电压转换成 V给nRF24L01供电。nRF24L01与单片机接口为四线SPI方式，CSN、SCK、MOSI、MISO管脚分别是SPI的片选使能线、时钟线、数据输入线、数据输出线。IRQ为中断信号线(低电平有效)，接至单片机的外部中断管脚，单片机主要是通过该接口线与nRF24L01进行通信并判断数据接收和数据发送是否完成。CE为芯片的RX/TX模式选择线。IREF为参考电流输入端，通过22 kΩ电阻接地。管脚ANT1和ANT2给天线提供平衡的RF输出，通过后接的简单射频网络匹配电路获得单端50 Ω的阻抗输出。网络匹配电路在发送模式时阻止谐波，在接收模式时克制本地振荡漏出。VDD_PA管脚输出 V电压，给片内功率放大器提供电源。
数据接口通信电路
接收端的计算机与单片机间的通信由串行USB接口集成电路CH340T完成，如图7所示。CH340T支持或者通信，具有仿真接口，并且可以升级外围串口设备，支持常用的MODEM联络信号，支持IRDA规范的SIR红外通信，提供RS23RS48RS422接口等功能。CH340T内置有独立的收发缓冲区，支持通信波特率50 b/s～2 Mb/s的单工、半双工、全双工等异步串行通信。图7中，在CH340T芯片的发送脚TXD上反接一个二极管1N4001，防止该引脚将电流倒灌到单片机；在接收引脚RXD上加一个300 Ω的限流电阻来防止单片机对CH340T倒灌电流；从而避免电流倒灌导致不需要供电工作的另一方芯片继续工作。
3 系统软件设计
下位机软件设计
下位机的程序开发和调试是在Keil μVision4集成开发环境下进行的，包括发送端和接收端的软件设计。
发送端软件设计
发送端软件流程如图8所示。单片机上电后进行系统初始化，完成单片机内部系统变量的初始化以及TLC154DM-16ISD2560和nRF24L01等外部设备的初始设置；然后延时大约5 min，预热传感器TGS2620，保证传感器工作正常；程序初始化结束后，系统进入监控状态。若报警阈值设置键按下，进入报警限设置模式；若录音键按下，进入录音模式；然后启动A/D转换获取采样数据，作滤波处理、标度变换和系统误差校正后得到被测酒精浓度值。该值与报警阈值比较，若结果是“大于”或“等于”，启动蜂鸣器发声程序，作声音报警，提示酒精浓度超标；接着该值在DM-162液晶模块上实时显示；最后判断放音键是否按下。若按下则根据酒精浓度值查找ISD2560中对应语音信息的存储地址开始放音；放音结束后，该值由nRF24L01发送程序发送到接收端；待发送完成后，采集、显示和发送新一轮的酒精浓度数据。
发送端软件应用了防脉冲干扰平均滤波法[9]对A/D采样数据作预处理。其原理是：连续采样K次，然后对这K个采样数据进行比较，去除其中的最大值和最小值，计算剩下的K-2个数据的算术平均值作为采样有效值。该方法融合了中位值滤波法和算术平均滤波法的优点，既可去掉脉动性质的干扰，又可消除偶然出现的脉冲性干扰引起的采样值偏差。为加快计算速度，设计数字滤波器时K=10。
为了提高系统的实时性，软件中采用分段线性插值法[10-11]作标度变换。过程如下：(1)按传感器TGS2620的标定曲线，将该曲线进行非等距分段(曲率变化大(小)时，样点距离取小(大))，选取各分段点坐标(VRLi，Ci)(i=0，1，…，M)，其中：VRLi和Ci分别为不同样点时传感器输出电压值和对应浓度值；(2)计算相邻样点间的拟合直线斜率ki=(Ci+1-Ci)/(VRLi+1-VRLi)(i=0，1，…，M-1)；(3)将M组坐标数据(VRLi，Ci)和对应斜率ki存储于单片机片内EEPROM的第二扇区(地址为2200H~23FFH)中；(4)每采集到一个电压值VRL即查询EEPROM表，找出VRL所在区间(VRLi，Ci)~(VRLi+1，Ci+1)，取出该区间(VRLi，Ci)和ki数据，用线性插值公式C=Ci+ki(VRL-VRLi)计算出当前酒精浓度值C。
将采集到的N个样本数据(xi，yi)代入式(5)中即得到系数a、b的值，并存入单片机的内存单元中。系统测量时，将标度变换后的酒精浓度测量值x代入误差校正方程y=ax+b中，即可得到校正后的酒精浓度值y，从而达到消除系统误差的目的。
接收端软件设计
接收端单片机的软件流程如图9所示。接收端开机上电后，程序初始化设置nRF24L01和串口，然后进入监控场景。当nRF24L01接收到一帧完整的酒精浓度数据后，立即通过串口发送到上位机。接收端单片机与PC之间数据交互采用异步通信模式。独立波特率，串口协议设置为：波特率9 600 b/s，8 bit数据位，1 bit停止位，无校验位。
上位机软件设计
上位机用户界面采用通用的基于对象的程序设计语言Microsoft Visual Basic 开发，实现酒精浓度数据的接收、显示和保存。软件用到了串行通信控件MSComm。MSComm控件是Microsoft公司提供的Windows下串行通信编程的ActiveX控件，通过对此控件的属性和事件进行相应的编程操作，即可轻松地实现串行通信。串口通信协议与接收端完全相同。上位机软件的程序流程如图10所示。
4 系统测试
为了检验本系统的测量性能，采用无水乙醇和纯净水按照一定体积比配制标准的酒精溶液作为被测量对象，测试结果如表1所示。其中：单位ppm=μg/mL表示1 mL酒精溶液中含酒精的质量。由测量结果可以看出，测试数据覆盖传感器的量程，测试最大相对误差小于±2%，优于同类设计产品[3-5]。
为了获得本仪器发送端与接收端的最大无错误率的通信距离，在室外进行了nRF24L01随距离的错误率(临界区间)测试实验，结果如表2所示。其中，每米的错误率是10次试验后计算得到的平均值。可见，nRF24L01的传输距离可达到100 m，略高于RFID、ZIGBEE和蓝牙等无线通信技术[12]。
5 主要技术指标
本仪器主要技术指标如下：(1)测量范围：50~5 000 ppm；(2)灵敏度(传感器电阻变化率)：；(3)测量精度：≤±2%；(4)传输距离：≤100 m；(5)工作电源：DC+5 V；(6)工作环境温度：-40 ℃~+70 ℃；(7)工作环境相对湿度：0~85％RH。
6 结束语
本文设计研制了一种基于STC90C52RC单片机、TGS2620酒精传感器和nRF24L01无线通信芯片的酒精浓度探测仪。该仪器现已投入到成都市某小型酿酒厂酒池的实际生产中。现场工作情况表明：系统运行正常，工作可靠；系统具有气体选择性和灵敏度高、稳定性好、智能化程度高、通信距离远、功耗低、抗工业干扰能力强、性价比优异等优点。该仪器可以应用于食品加工行业、工矿企业、石油和化学工业、环境检测与保护、社会公用事业、高空作业人员、公安交通管理（如酒后驾车、交通警察执法）等需要现场检测或无线遥测酒精气体浓度的场合中，市场应用前景广阔、推广价值较高。
参考文献
[1] 李海涛.基于QNX的远程车载酒驾智能监控系统[J].电子技术应用，2014，40(8)：136-139.
[2] 宋晓宇，高国伟，李世川，等.基于单片机控制的酒精浓度检测系统的设计[J].传感器世界，2017，23(8)：18-23.
[3] 俞露芦，陶大锦.基于单片机的酒精浓度检测仪的设计[J].微型机与应用，2014，33(22)：34-36.
[4] 葛毓.基于GPRS/GPS的车载酒精检测和控制电路的设计[D].南昌：南昌大学，2010.
[5] Zhang Zhe，Tong Jin，Chen Donghui，et al. Electronic nose with an air sensor matrix for detecting beef freshness[J].Journal of Bionic Engineering，2008，5(1)：67-73.
[6] FIGARO Information for TGS sensors[EB/OL].(2008-04-23)[2019-07-03].(1104).pdf.
[7] 程可嘉，王振松，刘晓云.ISD2560在门禁系统语音播报中的应用[J].自动化技术与应用，2009，28(5)：75-77.
[8] 胡珍玉.智能语音提示器系统设计[J].应用能源技术，2012，15(12)：34-38.
[9] 张秀再，陈彭鑫，张光宇，等.河流水质实时监测系统[J].电子技术应用，2015，41(2)：82-85.
[10] 梁晓雷.基于单片机的分段线性插值算法实现[J].电脑知识与技术，2012，8(21)：5236-5243.
[11] 韩潇，曾立，占丰，等.基于分段多项式近似的DDFS研究及FPGA实现[J].电子技术应用，2018，44(3)：22-30.
[12] 佚名.各种主流无线通信技术[EB/OL].(2018-05-11)[2019-07-03]..
胡仕兵，陈子为
(成都信息工程大学 电子工程学院，四川 成都610225)
嗯！原理很简单，就是通过检测红外线的探透率而转换成酒精浓度的。一对红外传感器（发射+接收）通过接收到的红外线（光电反应）形成的电流信号的大小来判断酒精浓度（相当于红外线传播的介质）。不过要求的器件灵敏度和线性度非常高。
在食品工业、酿酒行业、石化和工矿企业、环境检测、公安交通管理、社会公用事业等一些国民经济生产和人们工作生活的领域和场合中，常常需要检测特定环境中酒精气体的浓度，以确保工厂企业环境安全和人民生命财产安全[1-4]。如监控酒精生产车间和石化厂的酒精浓度，可以避免工厂起火和爆炸事故的发生；监测工矿企业场地的酒精浓度，能避免工作人员出现酒精中毒等恶性事故；检测司机体内酒精含量，可以防止驾驶人员酒后驾车，减少恶性交通事故的发生。因此，研制酒精气体浓度检测仪具有十分广阔的现实和潜在的市场需求，并具有十分重要的意义。传统的酒精气体检测仪因传感器性能、电路设计、数据处理算法等原因，存在着气体选择性不高、抗干扰性能差、智能化程度低、仪器操作复杂、无法实时保存和调看数据等突出问题[3-4]。鉴于此，笔者设计和研制了一种无线智能酒精浓度探测仪，弥补了传统酒精检测仪器的缺点和不足。
1 系统总体方案
该酒精浓度探测仪由发送端和接收端两部分组成，其原理框图分别如图1和图2所示。发送端主要包括酒精浓度传感器与A/D转换电路、STC90C52RC单片机、浓度阈值设置与声音报警电路、语音播报电路、LCD显示电路和无线收发电路六部分；接收端由无线收发电路、STC90C52RC单片机、数据接口通信电路和上位计算机组成。
2 系统硬件电路设计
传感器电路与A/D转换电路
TGS2620为日本费加罗(FIGARO)公司生产的一款可以探测气体中酒精浓度的半导体气体传感器，具有灵敏度高、功耗低、寿命长、成本低等特点[5-6]。其电路连接如图3所示，其中，RH为加热器电阻，室温下时为83±8 Ω；RS为传感器电阻，其阻值和还原性气体浓度之间的数学关系为：
通过检测VRL就可以确定出待测气体浓度C。
电路中运放OP07接成电压跟随器形式，对传感器和后级电路进行隔离，减小电源波动和外界因素对采样数据的影响。ICL7660是MAXIM公司生产的小功率极性反转电源转换器，作用是将+5 V电源变换成-5 V电源为OP07供电。其中，CC2采用漏电小、介质损耗低的10 μF钽电容，以提高电源转换效率。TLC1549是TI公司生产的10位分辨率逐次逼近型ADC芯片，具有自动采样和保持、可按比例量程校准转换范围、抗噪声干扰功能，在满刻度时总误差最大仅为±1 LSB。
LCD显示、阈值设置与声音报警电路
16×2个字符液晶显示模块DM-162显示报警阈值和酒精浓度值。为了减少单片机I/O口的使用数量和简化电路结构，采用间接控制(4位数据总线)方式，接口电路如图4上部分所示。初始化时，需写入28H指令码将8位总线转为4位数据接口方式。管脚BLA、BLK和VL分别是液晶背光源正极、负极和显示对比度调整端，RS、E分别是寄存器选择端、读/写信号线和使能端。
酒精浓度阈值设置和声音报警电路如图4下部分所示。当设置键S1按下时，进入阈值设置(初始阈值为500 ppm)界面，再按下键S2或S3，对阈值作增加或减小操作，步长为20 ppm。阈值设置好后写入STC90C52RC单片机片内5 KB EEPROM的第一扇区2000H和2001H地址中，使系统重启不必重新设置。若酒精浓度值大于阈值，将口线置为低电平，三极管8550驱动蜂鸣器发声音报警。
语音播报电路
采用华邦(Winbond)公司的ISD2560语音录放集成芯片作酒精浓度值播放，电路如图5所示。话筒采用差分形式接入到片内前置放大器的MIC端和MIC REF端，以抵消噪声和提高输入共模抑制比。扬声器接成双端输出形式，输出功率为单端用法时功率的4倍。单片机的P2口、和口线分别与地址线A0~A9相连，用来设定ISD2560片内480 KB EEPROM(地址为0H~257H)中存储语音段的起始地址，录音和放音功能均从该起始地址开始，录音过程中信息段地址自动增加。本系统在ISD2560中需录入语音信息有：“当前酒精浓度值为”、“零”、“一”、“二”、“三”、“四”、“五”、“六”、“七”、“八”、“九”、“十”、“百”、“千”、“点”、“ppm(浓度单位)”。由于ISD2560的语音录放时间为60 s，按每秒3个汉字计算，则可录放180个汉字，因此满足播报要求。此外，通过、和口线可以配置ISD2560的操作模式[7-8](地址为300H~3FFH)。口线分别用来控制语音芯片的片选、芯片的开关、录音/放音模式选择。口用来判断芯片的存储空间是否已经填满或者信息存储是否溢出。由于录音时在每个信息段结尾处自动插入标志，当放音遇到该标志时产生宽约为 ms的负脉冲。用口检测到此脉冲的上升沿后才播放另一段录音，避免语音播放不连续。
无线收发电路
系统采用NORDIC公司生产的工作于 5 GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片nRF24L01完成无线数据的收发工作，nRF24L01的最高传输速率为2 Mb/s，电路如图6所示。稳压芯片 V将5 V输入电压转换成 V给nRF24L01供电。nRF24L01与单片机接口为四线SPI方式，CSN、SCK、MOSI、MISO管脚分别是SPI的片选使能线、时钟线、数据输入线、数据输出线。IRQ为中断信号线(低电平有效)，接至单片机的外部中断管脚，单片机主要是通过该接口线与nRF24L01进行通信并判断数据接收和数据发送是否完成。CE为芯片的RX/TX模式选择线。IREF为参考电流输入端，通过22 kΩ电阻接地。管脚ANT1和ANT2给天线提供平衡的RF输出，通过后接的简单射频网络匹配电路获得单端50 Ω的阻抗输出。网络匹配电路在发送模式时阻止谐波，在接收模式时克制本地振荡漏出。VDD_PA管脚输出 V电压，给片内功率放大器提供电源。
数据接口通信电路
接收端的计算机与单片机间的通信由串行USB接口集成电路CH340T完成，如图7所示。CH340T支持或者通信，具有仿真接口，并且可以升级外围串口设备，支持常用的MODEM联络信号，支持IRDA规范的SIR红外通信，提供RS23RS48RS422接口等功能。CH340T内置有独立的收发缓冲区，支持通信波特率50 b/s～2 Mb/s的单工、半双工、全双工等异步串行通信。图7中，在CH340T芯片的发送脚TXD上反接一个二极管1N4001，防止该引脚将电流倒灌到单片机；在接收引脚RXD上加一个300 Ω的限流电阻来防止单片机对CH340T倒灌电流；从而避免电流倒灌导致不需要供电工作的另一方芯片继续工作。
3 系统软件设计
下位机软件设计
下位机的程序开发和调试是在Keil μVision4集成开发环境下进行的，包括发送端和接收端的软件设计。
发送端软件设计
发送端软件流程如图8所示。单片机上电后进行系统初始化，完成单片机内部系统变量的初始化以及TLC154DM-16ISD2560和nRF24L01等外部设备的初始设置；然后延时大约5 min，预热传感器TGS2620，保证传感器工作正常；程序初始化结束后，系统进入监控状态。若报警阈值设置键按下，进入报警限设置模式；若录音键按下，进入录音模式；然后启动A/D转换获取采样数据，作滤波处理、标度变换和系统误差校正后得到被测酒精浓度值。该值与报警阈值比较，若结果是“大于”或“等于”，启动蜂鸣器发声程序，作声音报警，提示酒精浓度超标；接着该值在DM-162液晶模块上实时显示；最后判断放音键是否按下。若按下则根据酒精浓度值查找ISD2560中对应语音信息的存储地址开始放音；放音结束后，该值由nRF24L01发送程序发送到接收端；待发送完成后，采集、显示和发送新一轮的酒精浓度数据。
发送端软件应用了防脉冲干扰平均滤波法[9]对A/D采样数据作预处理。其原理是：连续采样K次，然后对这K个采样数据进行比较，去除其中的最大值和最小值，计算剩下的K-2个数据的算术平均值作为采样有效值。该方法融合了中位值滤波法和算术平均滤波法的优点，既可去掉脉动性质的干扰，又可消除偶然出现的脉冲性干扰引起的采样值偏差。为加快计算速度，设计数字滤波器时K=10。
为了提高系统的实时性，软件中采用分段线性插值法[10-11]作标度变换。过程如下：(1)按传感器TGS2620的标定曲线，将该曲线进行非等距分段(曲率变化大(小)时，样点距离取小(大))，选取各分段点坐标(VRLi，Ci)(i=0，1，…，M)，其中：VRLi和Ci分别为不同样点时传感器输出电压值和对应浓度值；(2)计算相邻样点间的拟合直线斜率ki=(Ci+1-Ci)/(VRLi+1-VRLi)(i=0，1，…，M-1)；(3)将M组坐标数据(VRLi，Ci)和对应斜率ki存储于单片机片内EEPROM的第二扇区(地址为2200H~23FFH)中；(4)每采集到一个电压值VRL即查询EEPROM表，找出VRL所在区间(VRLi，Ci)~(VRLi+1，Ci+1)，取出该区间(VRLi，Ci)和ki数据，用线性插值公式C=Ci+ki(VRL-VRLi)计算出当前酒精浓度值C。
将采集到的N个样本数据(xi，yi)代入式(5)中即得到系数a、b的值，并存入单片机的内存单元中。系统测量时，将标度变换后的酒精浓度测量值x代入误差校正方程y=ax+b中，即可得到校正后的酒精浓度值y，从而达到消除系统误差的目的。
接收端软件设计
接收端单片机的软件流程如图9所示。接收端开机上电后，程序初始化设置nRF24L01和串口，然后进入监控场景。当nRF24L01接收到一帧完整的酒精浓度数据后，立即通过串口发送到上位机。接收端单片机与PC之间数据交互采用异步通信模式。独立波特率，串口协议设置为：波特率9 600 b/s，8 bit数据位，1 bit停止位，无校验位。
上位机软件设计
上位机用户界面采用通用的基于对象的程序设计语言Microsoft Visual Basic 开发，实现酒精浓度数据的接收、显示和保存。软件用到了串行通信控件MSComm。MSComm控件是Microsoft公司提供的Windows下串行通信编程的ActiveX控件，通过对此控件的属性和事件进行相应的编程操作，即可轻松地实现串行通信。串口通信协议与接收端完全相同。上位机软件的程序流程如图10所示。
4 系统测试
为了检验本系统的测量性能，采用无水乙醇和纯净水按照一定体积比配制标准的酒精溶液作为被测量对象，测试结果如表1所示。其中：单位ppm=μg/mL表示1 mL酒精溶液中含酒精的质量。由测量结果可以看出，测试数据覆盖传感器的量程，测试最大相对误差小于±2%，优于同类设计产品[3-5]。
为了获得本仪器发送端与接收端的最大无错误率的通信距离，在室外进行了nRF24L01随距离的错误率(临界区间)测试实验，结果如表2所示。其中，每米的错误率是10次试验后计算得到的平均值。可见，nRF24L01的传输距离可达到100 m，略高于RFID、ZIGBEE和蓝牙等无线通信技术[12]。
5 主要技术指标
本仪器主要技术指标如下：(1)测量范围：50~5 000 ppm；(2)灵敏度(传感器电阻变化率)：；(3)测量精度：≤±2%；(4)传输距离：≤100 m；(5)工作电源：DC+5 V；(6)工作环境温度：-40 ℃~+70 ℃；(7)工作环境相对湿度：0~85％RH。
6 结束语
本文设计研制了一种基于STC90C52RC单片机、TGS2620酒精传感器和nRF24L01无线通信芯片的酒精浓度探测仪。该仪器现已投入到成都市某小型酿酒厂酒池的实际生产中。现场工作情况表明：系统运行正常，工作可靠；系统具有气体选择性和灵敏度高、稳定性好、智能化程度高、通信距离远、功耗低、抗工业干扰能力强、性价比优异等优点。该仪器可以应用于食品加工行业、工矿企业、石油和化学工业、环境检测与保护、社会公用事业、高空作业人员、公安交通管理（如酒后驾车、交通警察执法）等需要现场检测或无线遥测酒精气体浓度的场合中，市场应用前景广阔、推广价值较高。
参考文献
[1] 李海涛.基于QNX的远程车载酒驾智能监控系统[J].电子技术应用，2014，40(8)：136-139.
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胡仕兵，陈子为
(成都信息工程大学 电子工程学院，四川 成都610225)
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285.集约型无绳多元心脉传感器研究与设计 286.电气电子信息工程,通信工程,课程设计 交流接触器的工艺与工装 288.六路抢答器设计 双闭环不可逆直流调速系统设计 290.机床润滑系统的设计 291.塑壳式低压断路器设计 292.直流接触器设计 工艺流程及各流程分析介绍 294.大棚温湿自动控制系统 295.基于单片机的短信收发系统设计 ――硬件设计 296.三层电梯的单片机控制电路 297.交通灯89C51控制电路设计 298.基于D类放大器的可调开关电源的设计 299.直流电动机的脉冲调速 300.红外快速检测人体温度装置的设计与研制 301.基于8051单片机的数字钟 直流高频开关电源设计 303.继电器保护毕业设计 304.电力系统电压频率紧急控制装置研究 305.用单片机控制的多功能门铃 306.全氢煤气罩式炉的温度控制系统的研究与改造 307.基于ATmega16单片机的高炉透气性监测仪表的设计 308.基于MSP430的智能网络热量表 309.火电厂石灰石湿法烟气脱硫的控制 310.家用豆浆机全自动控制装置 311.新型起倒靶控制系统的设计与实现 312.软开关技术在变频器中的应用 313.中频感应加热电源的设计 314.智能小区无线防盗系统的设计 315.智能脉搏记录仪系统 316.直流开关稳压电源设计 317.用单片机实现电话远程控制家用电器 318.无线话筒制作 319.温度检测与控制系统 320.数字钟的设计 321.汽车尾灯电路设计 322.篮球比赛计时器的硬件设计 323.节能型电冰箱研究 324.交流异步电动机变频调速设计 325.基于单片机控制的PWM调速系统 326.基于单片机的数字温度计的电路设计 327.基于Atmel89系列芯片串行编程器设计 328.基于单片机的实时时钟 329.基于MCS-51通用开发平台设计 330.基于MP3格式的单片机音乐播放系统 331.基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计 332.基于MATLAB的FIR数字滤波器设计 333.单片机水温控制系统 334.基于PIC16F74单片机串行通信中继控制器 335.火灾自动报警系统336.基于单片机的电子时钟控制系统337.基于单片机mega16L的煤气报警器的设计338.微机型高压电网继电保护系统的设计 339.智能毫伏表的设计 340.基于单片机的波形发生器设计341.国产化PLC的研制 342.串行显示的步进电机单片机控制系统 343.编码发射与接收报警系统设计：看护机 345.编码发射接收报警设计：爱情鸟346.基于IC卡的楼宇门禁系统的设计 347.基于DirectShow的视频监控系统 348.智能机器人的研究与设计 ——自动循轨和语音控制的349.基于CPLD的出租车计价器设计——软件设计 电子商务在线信任模型实证研究
可以对气体中酒精含量进行检测的设备有五种基本类型，分别是：1，燃料电池型（电化学）2，半导体型3，红外线型4，气体色谱分析型5，比色型由于价格和使用是否方便等因素所决定，目前普遍使用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型二种。这二种能够制造成便携型呼气酒精测试器，适合于现场使用。半导体型采用氧化锡半导体作为传感器，这类半导体器件具有气敏特性，当接触的气体中其敏感的气体浓度增加，它对外呈现的电阻值就降低，半导体型呼气酒精测试仪就是利用这个原理做成的。这种半导体在不同工作温度时，对不同的气体敏感程度是不同的，因此半导体型呼气酒精测试仪中都采用加热元件，把传感器加热到一定的温度，在该温度下，该传感器对酒精具有最高的敏感度。燃料电池型呼气酒精测试仪采用燃料电池酒精传感器作为气敏元件，它属于电化学类型，因此又称为电化学型。燃料电池是当前全世界都在广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染。作为酒精传感器只是燃料电池的一个分支。燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极，在燃烧室内充满了特种催化剂，它能使进入燃烧室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在二个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上。此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比，这就是燃料电池型呼气酒精测试仪的基本工作原理
（1）由图甲可知，气敏电阻随酒精气体浓度的增大而减小；（2）由图乙可知，电流从电源正极开始依次经过R2、R1、电流表回到电源负极，即R1、R2串联；（3）酒精气体浓度越大，气敏电阻的阻值越小，电路中的总电阻越小，由I=UR可知，电路中的电流越大，即电流表的示数越大；（4）由图象可知，当酒精气体的浓度为0时，酒精气体传感器R1的阻值为60Ω，∵串联电路中总电阻等于各分电阻之和，∴根据欧姆定律可得，电路中的电流：I=UR1+R2=8V60Ω+20Ω=；（5）当电流表的示数为时，由公式I=UR得：R总=UI′=Ω，此时气敏电阻的阻值：R1′=R总-R2=40Ω-20Ω=20Ω，由图象可知，被检测者的酒精气体浓度为，＜＜，所以被检测者属于酒驾．答：（1）变小；（2）串联；（3）越大；（4）；（5）该驾驶员为酒驾．
嗯！原理很简单，就是通过检测红外线的探透率而转换成酒精浓度的。一对红外传感器（发射+接收）通过接收到的红外线（光电反应）形成的电流信号的大小来判断酒精浓度（相当于红外线传播的介质）。不过要求的器件灵敏度和线性度非常高。
在食品工业、酿酒行业、石化和工矿企业、环境检测、公安交通管理、社会公用事业等一些国民经济生产和人们工作生活的领域和场合中，常常需要检测特定环境中酒精气体的浓度，以确保工厂企业环境安全和人民生命财产安全[1-4]。如监控酒精生产车间和石化厂的酒精浓度，可以避免工厂起火和爆炸事故的发生；监测工矿企业场地的酒精浓度，能避免工作人员出现酒精中毒等恶性事故；检测司机体内酒精含量，可以防止驾驶人员酒后驾车，减少恶性交通事故的发生。因此，研制酒精气体浓度检测仪具有十分广阔的现实和潜在的市场需求，并具有十分重要的意义。传统的酒精气体检测仪因传感器性能、电路设计、数据处理算法等原因，存在着气体选择性不高、抗干扰性能差、智能化程度低、仪器操作复杂、无法实时保存和调看数据等突出问题[3-4]。鉴于此，笔者设计和研制了一种无线智能酒精浓度探测仪，弥补了传统酒精检测仪器的缺点和不足。
1 系统总体方案
该酒精浓度探测仪由发送端和接收端两部分组成，其原理框图分别如图1和图2所示。发送端主要包括酒精浓度传感器与A/D转换电路、STC90C52RC单片机、浓度阈值设置与声音报警电路、语音播报电路、LCD显示电路和无线收发电路六部分；接收端由无线收发电路、STC90C52RC单片机、数据接口通信电路和上位计算机组成。
2 系统硬件电路设计
传感器电路与A/D转换电路
TGS2620为日本费加罗(FIGARO)公司生产的一款可以探测气体中酒精浓度的半导体气体传感器，具有灵敏度高、功耗低、寿命长、成本低等特点[5-6]。其电路连接如图3所示，其中，RH为加热器电阻，室温下时为83±8 Ω；RS为传感器电阻，其阻值和还原性气体浓度之间的数学关系为：
通过检测VRL就可以确定出待测气体浓度C。
电路中运放OP07接成电压跟随器形式，对传感器和后级电路进行隔离，减小电源波动和外界因素对采样数据的影响。ICL7660是MAXIM公司生产的小功率极性反转电源转换器，作用是将+5 V电源变换成-5 V电源为OP07供电。其中，CC2采用漏电小、介质损耗低的10 μF钽电容，以提高电源转换效率。TLC1549是TI公司生产的10位分辨率逐次逼近型ADC芯片，具有自动采样和保持、可按比例量程校准转换范围、抗噪声干扰功能，在满刻度时总误差最大仅为±1 LSB。
LCD显示、阈值设置与声音报警电路
16×2个字符液晶显示模块DM-162显示报警阈值和酒精浓度值。为了减少单片机I/O口的使用数量和简化电路结构，采用间接控制(4位数据总线)方式，接口电路如图4上部分所示。初始化时，需写入28H指令码将8位总线转为4位数据接口方式。管脚BLA、BLK和VL分别是液晶背光源正极、负极和显示对比度调整端，RS、E分别是寄存器选择端、读/写信号线和使能端。
酒精浓度阈值设置和声音报警电路如图4下部分所示。当设置键S1按下时，进入阈值设置(初始阈值为500 ppm)界面，再按下键S2或S3，对阈值作增加或减小操作，步长为20 ppm。阈值设置好后写入STC90C52RC单片机片内5 KB EEPROM的第一扇区2000H和2001H地址中，使系统重启不必重新设置。若酒精浓度值大于阈值，将口线置为低电平，三极管8550驱动蜂鸣器发声音报警。
语音播报电路
采用华邦(Winbond)公司的ISD2560语音录放集成芯片作酒精浓度值播放，电路如图5所示。话筒采用差分形式接入到片内前置放大器的MIC端和MIC REF端，以抵消噪声和提高输入共模抑制比。扬声器接成双端输出形式，输出功率为单端用法时功率的4倍。单片机的P2口、和口线分别与地址线A0~A9相连，用来设定ISD2560片内480 KB EEPROM(地址为0H~257H)中存储语音段的起始地址，录音和放音功能均从该起始地址开始，录音过程中信息段地址自动增加。本系统在ISD2560中需录入语音信息有：“当前酒精浓度值为”、“零”、“一”、“二”、“三”、“四”、“五”、“六”、“七”、“八”、“九”、“十”、“百”、“千”、“点”、“ppm(浓度单位)”。由于ISD2560的语音录放时间为60 s，按每秒3个汉字计算，则可录放180个汉字，因此满足播报要求。此外，通过、和口线可以配置ISD2560的操作模式[7-8](地址为300H~3FFH)。口线分别用来控制语音芯片的片选、芯片的开关、录音/放音模式选择。口用来判断芯片的存储空间是否已经填满或者信息存储是否溢出。由于录音时在每个信息段结尾处自动插入标志，当放音遇到该标志时产生宽约为 ms的负脉冲。用口检测到此脉冲的上升沿后才播放另一段录音，避免语音播放不连续。
无线收发电路
系统采用NORDIC公司生产的工作于 5 GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片nRF24L01完成无线数据的收发工作，nRF24L01的最高传输速率为2 Mb/s，电路如图6所示。稳压芯片 V将5 V输入电压转换成 V给nRF24L01供电。nRF24L01与单片机接口为四线SPI方式，CSN、SCK、MOSI、MISO管脚分别是SPI的片选使能线、时钟线、数据输入线、数据输出线。IRQ为中断信号线(低电平有效)，接至单片机的外部中断管脚，单片机主要是通过该接口线与nRF24L01进行通信并判断数据接收和数据发送是否完成。CE为芯片的RX/TX模式选择线。IREF为参考电流输入端，通过22 kΩ电阻接地。管脚ANT1和ANT2给天线提供平衡的RF输出，通过后接的简单射频网络匹配电路获得单端50 Ω的阻抗输出。网络匹配电路在发送模式时阻止谐波，在接收模式时克制本地振荡漏出。VDD_PA管脚输出 V电压，给片内功率放大器提供电源。
数据接口通信电路
接收端的计算机与单片机间的通信由串行USB接口集成电路CH340T完成，如图7所示。CH340T支持或者通信，具有仿真接口，并且可以升级外围串口设备，支持常用的MODEM联络信号，支持IRDA规范的SIR红外通信，提供RS23RS48RS422接口等功能。CH340T内置有独立的收发缓冲区，支持通信波特率50 b/s～2 Mb/s的单工、半双工、全双工等异步串行通信。图7中，在CH340T芯片的发送脚TXD上反接一个二极管1N4001，防止该引脚将电流倒灌到单片机；在接收引脚RXD上加一个300 Ω的限流电阻来防止单片机对CH340T倒灌电流；从而避免电流倒灌导致不需要供电工作的另一方芯片继续工作。
3 系统软件设计
下位机软件设计
下位机的程序开发和调试是在Keil μVision4集成开发环境下进行的，包括发送端和接收端的软件设计。
发送端软件设计
发送端软件流程如图8所示。单片机上电后进行系统初始化，完成单片机内部系统变量的初始化以及TLC154DM-16ISD2560和nRF24L01等外部设备的初始设置；然后延时大约5 min，预热传感器TGS2620，保证传感器工作正常；程序初始化结束后，系统进入监控状态。若报警阈值设置键按下，进入报警限设置模式；若录音键按下，进入录音模式；然后启动A/D转换获取采样数据，作滤波处理、标度变换和系统误差校正后得到被测酒精浓度值。该值与报警阈值比较，若结果是“大于”或“等于”，启动蜂鸣器发声程序，作声音报警，提示酒精浓度超标；接着该值在DM-162液晶模块上实时显示；最后判断放音键是否按下。若按下则根据酒精浓度值查找ISD2560中对应语音信息的存储地址开始放音；放音结束后，该值由nRF24L01发送程序发送到接收端；待发送完成后，采集、显示和发送新一轮的酒精浓度数据。
发送端软件应用了防脉冲干扰平均滤波法[9]对A/D采样数据作预处理。其原理是：连续采样K次，然后对这K个采样数据进行比较，去除其中的最大值和最小值，计算剩下的K-2个数据的算术平均值作为采样有效值。该方法融合了中位值滤波法和算术平均滤波法的优点，既可去掉脉动性质的干扰，又可消除偶然出现的脉冲性干扰引起的采样值偏差。为加快计算速度，设计数字滤波器时K=10。
为了提高系统的实时性，软件中采用分段线性插值法[10-11]作标度变换。过程如下：(1)按传感器TGS2620的标定曲线，将该曲线进行非等距分段(曲率变化大(小)时，样点距离取小(大))，选取各分段点坐标(VRLi，Ci)(i=0，1，…，M)，其中：VRLi和Ci分别为不同样点时传感器输出电压值和对应浓度值；(2)计算相邻样点间的拟合直线斜率ki=(Ci+1-Ci)/(VRLi+1-VRLi)(i=0，1，…，M-1)；(3)将M组坐标数据(VRLi，Ci)和对应斜率ki存储于单片机片内EEPROM的第二扇区(地址为2200H~23FFH)中；(4)每采集到一个电压值VRL即查询EEPROM表，找出VRL所在区间(VRLi，Ci)~(VRLi+1，Ci+1)，取出该区间(VRLi，Ci)和ki数据，用线性插值公式C=Ci+ki(VRL-VRLi)计算出当前酒精浓度值C。
将采集到的N个样本数据(xi，yi)代入式(5)中即得到系数a、b的值，并存入单片机的内存单元中。系统测量时，将标度变换后的酒精浓度测量值x代入误差校正方程y=ax+b中，即可得到校正后的酒精浓度值y，从而达到消除系统误差的目的。
接收端软件设计
接收端单片机的软件流程如图9所示。接收端开机上电后，程序初始化设置nRF24L01和串口，然后进入监控场景。当nRF24L01接收到一帧完整的酒精浓度数据后，立即通过串口发送到上位机。接收端单片机与PC之间数据交互采用异步通信模式。独立波特率，串口协议设置为：波特率9 600 b/s，8 bit数据位，1 bit停止位，无校验位。
上位机软件设计
上位机用户界面采用通用的基于对象的程序设计语言Microsoft Visual Basic 开发，实现酒精浓度数据的接收、显示和保存。软件用到了串行通信控件MSComm。MSComm控件是Microsoft公司提供的Windows下串行通信编程的ActiveX控件，通过对此控件的属性和事件进行相应的编程操作，即可轻松地实现串行通信。串口通信协议与接收端完全相同。上位机软件的程序流程如图10所示。
4 系统测试
为了检验本系统的测量性能，采用无水乙醇和纯净水按照一定体积比配制标准的酒精溶液作为被测量对象，测试结果如表1所示。其中：单位ppm=μg/mL表示1 mL酒精溶液中含酒精的质量。由测量结果可以看出，测试数据覆盖传感器的量程，测试最大相对误差小于±2%，优于同类设计产品[3-5]。
为了获得本仪器发送端与接收端的最大无错误率的通信距离，在室外进行了nRF24L01随距离的错误率(临界区间)测试实验，结果如表2所示。其中，每米的错误率是10次试验后计算得到的平均值。可见，nRF24L01的传输距离可达到100 m，略高于RFID、ZIGBEE和蓝牙等无线通信技术[12]。
5 主要技术指标
本仪器主要技术指标如下：(1)测量范围：50~5 000 ppm；(2)灵敏度(传感器电阻变化率)：；(3)测量精度：≤±2%；(4)传输距离：≤100 m；(5)工作电源：DC+5 V；(6)工作环境温度：-40 ℃~+70 ℃；(7)工作环境相对湿度：0~85％RH。
6 结束语
本文设计研制了一种基于STC90C52RC单片机、TGS2620酒精传感器和nRF24L01无线通信芯片的酒精浓度探测仪。该仪器现已投入到成都市某小型酿酒厂酒池的实际生产中。现场工作情况表明：系统运行正常，工作可靠；系统具有气体选择性和灵敏度高、稳定性好、智能化程度高、通信距离远、功耗低、抗工业干扰能力强、性价比优异等优点。该仪器可以应用于食品加工行业、工矿企业、石油和化学工业、环境检测与保护、社会公用事业、高空作业人员、公安交通管理（如酒后驾车、交通警察执法）等需要现场检测或无线遥测酒精气体浓度的场合中，市场应用前景广阔、推广价值较高。
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胡仕兵，陈子为
(成都信息工程大学 电子工程学院，四川 成都610225)
随着公安部五条禁令的公布，酒精检测仪的需求逐渐增加。目前，酒精检测仪主要还是电化学性质的。在方式上主要有如下两种：一种是发光管显示；一种是数码显示。发光管显示一般常见的分为三段显示：一段为未饮酒区；一段为饮酒区；一段为酗酒区。根据测试的情况，相应的指示灯被点亮。另一种是数显式酒精检测仪。检测的结果直接以数字的形式显示出来。而这两年出现一种新型的半导体酒精检测仪，ca2000是一种高可靠、高精度、呼吸式酒精检测仪。它的核心部件采用新型高科技微变氧化物半导体，可以准确探测气体酒精含量，且不受烟味、可乐、咖啡等非酒精类气体的干扰。ca2000小巧轻便，操作简单,是便携应用的最佳选择。检测原理:当具有n型导电性的氧化物暴露在大气中时，会由于氧气的吸附而减少其内部的电子数量而使其电阻增大。其后如果大气中存在某种特定的还原性气体，它将与吸附的氧气反应,从而使氧化物内的电子数增加，导致氧化物电阻减小。半导体-氧化物传感器就是通过该阻值的变化来分析气体浓度。
机电毕业设计目录 001CA6140车床主轴箱的设计 002DTⅡ型固定式带式输送机的设计 003FXS80双出风口笼形转子选粉机 004MR141剥绒机锯筒部、工作箱部和总体设计 005PLC在高楼供水系统中的应用 006Φ3×11M水泥磨总体设计及传动部件设计 007车床变速箱中拔叉及专用夹具设计 008乘客电梯的PLC控制 009出租车计价器系统设计 010电动自行车调速系统的设计 011多用途气动机器人结构设计 012机油冷却器自动装备线压紧工位装备设计 013基于AT89C51的锁相频率合成器的设计 014基于普通机床的后托架及夹具的设计开发 015减速器的整体设计 016金属粉末成型液压机的PLC设计 017可调速钢筋弯曲机的设计' 018螺杆空气压缩机 019膜片式离合器的设计 020全自动洗衣机控制系统的设计 021生产线上运输升降机的自动化设计 022双铰接剪叉式液压升降台的设计 023四层楼电梯自动控制系统的设计 024万能外圆磨床液压传动系统设计 025卧式钢筋切断机的设计 026锡林右轴承座组件工艺及夹具设计 027新KS型单级单吸离心泵的设计 028压燃式发动机油管残留测量装置设计 029用于带式运输机传动装置中的同轴式二级圆柱齿轮减速器 030知识竞赛抢答器设计 031自动洗衣机行星齿轮减速器的设 麻烦采纳，谢谢!
单片机温度控制系统的设计 摘 要 随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么可编程控制器的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面。 随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子，温度控制将更好的服务于社会目前，单片机控制器在从生活工具到工业应用的各个领域，例如生活工具的电梯、工业生产中的现场控制仪表、数控机床等。尤其是用单片机控制器改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。 现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到温度控制,早期温度控制主要应用于工厂中，例如钢铁的水溶温度，不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来实现，这样就可能有效的利用温度控制来掌握所需要的产品了。 随着社会的发展，人们对食品温度的控制要求也越来越高，对于低温冷藏车的温度控制也就相应的不断提高，而我设计的低温冷藏车就是为了达到这样的温度控制要求而进行设计的。我所采用的控制芯片为AT89C51，此芯片功能强大，能够满足设计要求。通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对冷藏车温度的控制和调节功能。 关键字：AT89C51单片机、温度 、软件设计 目 录 摘 要………………………………………………………………………………6 目 录………………………………………………………………………………7 第一章 绪 论 1-1概述………………………………………………………………………………9 1-2温度控制的总体设计和思路……………………………………………………9 1-3温度控制方框图…………………………………………………………………10 1-4温度巡回测量控制仪基本要求…………………………………………………10 1-5发挥部分…………………………………………………………………………10 第二章 单片机AT89C51的结构和原理 2-1 AT89C51单片机的结构…………………………………………………………11 2-2 AT89C51单片机主要特性………………………………………………………11 2-3 AT89C51单片机引脚功能说明…………………………………………………11 2-4复位电路…………………………………………………………………………12 2-5时钟电路…………………………………………………………………………13 第三章 温度控制的硬件设备 3-1采样系统及温度传感器的选择 3-1-1采样系统…………………………………………………………………15 3-1-2温度传感器的选择………………………………………………………15 3-2集成运放的选择 3-2-1放大系统. ………………………………………………………………16 3-2-2集成运放的选择…………………………………………………………16 3-3控制系统及光电耦合器的选择 3-3-1控制系统…………………………………………………………………17 3-3-2光电耦合器的选择………………………………………………………17 3-4 A/D转换器的选择及介绍………………………………………………………18 3-5 显示系统及显示器的选择 3-5-1显示系统…………………………………………………………………18 3-5-2显示器的选择……………………………………………………………19 3-6电源电路…………………………………………………………………………20 第四章 温度控制的软件设计 4-1程序模块化处理………………………………………………………………22 4-2内RAM资源配置………………………………………………………………22 4-3程序清单 4-3-1程序入口地址……………………………………………………………22 4-3-2主程序……………………………………………………………………22 4-3-3显示程序…………………………………………………………………23 4-3-4定时器中断子程序………………………………………………………26 4-3-5温度检测子程序…………………………………………………………27 4-3-6温度控制子程序…………………………………………………………28 4-3-7报警子程序………………………………………………………………29 4-3-8键盘子程序用于调节设定值……………………………………………29 第五章 调试及小结 5-1单片机温度控制系统的工作原理……………………………………………32 5-2温度检测和A/D转换电路图……………………………………………………32 5-3测试报告………………………………………………………………………32 小 结………………………………………………………………………………34 致 谢………………………………………………………………………………35 参考文献……………………………………………………………………………36
你看下这些对你是否有些帮助,1.基于labVIEW虚拟滤波器的设计与实现 2.双闭环直流调速系统设计 3.单片机脉搏测量仪 4.单片机控制的全自动洗衣机毕业设计论文 电梯控制的设计与实现 6.恒温箱单片机控制 7.基于单片机的数字电压表 8.单片机控制步进电机毕业设计论文 9.函数信号发生器设计论文 变电所一次系统设计 11.报警门铃设计论文 单片机交通灯控制 13.单片机温度控制系统 通信系统中的接入信道部分进行仿真与分析 15.仓库温湿度的监测系统 16.基于单片机的电子密码锁 17.单片机控制交通灯系统设计 18.基于DSP的IIR数字低通滤波器的设计与实现 19.智能抢答器设计 20.基于LabVIEW的PC机与单片机串口通信 设计的IIR数字高通滤波器 22.单片机数字钟设计 23.自动起闭光控窗帘毕业设计论文 24.三容液位远程测控系统毕业论文 25.基于Matlab的PWM波形仿真与分析 26.集成功率放大电路的设计 27.波形发生器、频率计和数字电压表设计 28.水位遥测自控系统 毕业论文 29.宽带视频放大电路的设计 毕业设计 30.简易数字存储示波器设计毕业论文 31.球赛计时计分器 毕业设计论文 数字滤波器的设计毕业论文 机与单片机串行通信毕业论文 34.基于CPLD的低频信号发生器设计毕业论文 变电站电气主接线设计 序列在扩频通信中的应用 37.正弦信号发生器 38.红外报警器设计与实现 39.开关稳压电源设计 40.基于MCS51单片机温度控制毕业设计论文 41.步进电动机竹竿舞健身娱乐器材 42.单片机控制步进电机 毕业设计论文 43.单片机汽车倒车测距仪 44.基于单片机的自行车测速系统设计 45.水电站电气一次及发电机保护 46.基于单片机的数字显示温度系统毕业设计论文 47.语音电子门锁设计与实现 48.工厂总降压变电所设计-毕业论文 49.单片机无线抢答器设计 50.基于单片机控制直流电机调速系统毕业设计论文 51.单片机串行通信发射部分毕业设计论文 52.基于VHDL语言PLD设计的出租车计费系统毕业设计论文 53.超声波测距仪毕业设计论文 54.单片机控制的数控电流源毕业设计论文 55.声控报警器毕业设计论文 56.基于单片机的锁相频率合成器毕业设计论文 57.基于Multism/protel的数字抢答器 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174.发电机－变压器组中微型机保护系统 175.基于单片机的鸡雏恒温孵化器的设计 176.数字温度计的设计 177.生产流水线产品产量统计显示系统 178.水位报警显时控制系统的设计 179.红外遥控电子密码锁的设计 180.基于MCU温控智能风扇控制系统的设计 181.数字电容测量仪的设计 182.基于单片机的遥控器的设计 电话卡代拨器的设计 184.数字式心电信号发生器硬件设计及波形输出实现 185.电压稳定毕业设计论文 186.基于DSP的短波通信系统设计(IIR设计) 187.一氧化碳报警器 188.网络视频监控系统的设计 189.全氢罩式退火炉温度控制系统 190.通用串行总线数据采集卡的设计 191.单片机控制单闭环直流电动机的调速控制系统 192.单片机电加热炉温度控制系统 193.单片机大型建筑火灾监控系统 接口设备驱动程序的框架设计 195.基于Matlab的多频率FMICW的信号分离及时延信息提取 196.正弦信号发生器 197.小功率UPS系统设计 198.全数字控制SPWM单相变频器 199.点阵式汉字电子显示屏的设计与制作 200.基于AT89C51的路灯控制系统设计 201.基于AT89C51的宽范围高精度的电机转速测量系统 202.开关电源设计 203.基于PDIUSBD12和K9F2808简易USB闪存设计 204.微型机控制一体化监控系统 205.直流电机试验自动采集与控制系统的设计 206.新型自动装弹机控制系统的研究与开发 207.交流异步电机试验自动采集与控制系统的设计 208.转速闭环控制的直流调速系统的仿真与设计 209.基于单片机的数字直流调速系统设计 210.多功能频率计的设计 信息移频信号的频谱分析和识别 212.集散管理系统—终端设计 213.基于MATLAB的数字滤波器优化设计 214.基于AT89C51SND1C的MP3播放器 215.基于光纤的汽车CAN总线研究 216.汽车倒车雷达 217.基于DSP的电机控制 218.红外恒温控制器的设计与制作 219.串联稳压电源的设计 220.智能编码电控锁设计 221.多用定时器的电路设计与制作 222.基于单片机的数字电压表设计 223.智能饮水机控制系统 224.自行车 车速 报警系统 225.大棚仓库温湿度自动控制系统 226.浮点数运算FPGA实现 227.自行车里程,速度计的设计 228.等精度频率计的设计 229.人体健康监测系统设计 230.基于单片机的音乐喷泉控制系统设计 231.基于嵌入式系统的原油含水分析仪的硬件与人机界面设 232.基于LabVIEW环境下虚拟调幅波解调器的设计 233.虚拟示波器的设计 234.红外线遥控器系统设计 235.基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪的研究与设计 236.低频功率放大器设计 237.银行自动报警系统 238.超媒体技术 239.数字电子钟的设计与制作 240.温度报警器的电路设计与制作 241.数字电子钟的电路设计 242.鸡舍电子智能补光器的设计 243.高精度超声波传感器信号调理电路的设计 245.电子密码锁的电路设计与制作 246.单片机控制电梯系统的设计 247.常用电器维修方法综述 248.控制式智能计热表的设计 249.电子指南针设计 250.汽车防撞主控系统设计 251.单片机的智能电源管理系统 252.电力电子技术在绿色照明电路中的应用 253.电气火灾自动保护型断路器的设计 254.基于单片机的多功能智能小车设计 255.对漏电保护器安全性能的剖析 256.解析民用建筑的应急照明 257.电力拖动控制系统设计 区域降压变电所电气系统的设计 AT89系列通用单片机编程器的设计 260.基于单片机的金属探测器设计 261.双闭环三相异步电动机串级调速系统 262.基于单片机技术的自动停车器的设计 263.自动剪板机单片机控制系统设计 264.单片机电器遥控器的设计 265.试论供电系统中的导体和电器的选择 266.浅论10KV供电系统的继电保护的设计方案 267.论无线通信技术热点及发展趋势 268.论工厂的电气照明 269.论供电系统中短路电流及其计算 270.电气设备的选择与校验 271.电气控制线路的设计原则 272.蓄电池性能测试仪设计 273.红外恒温控制器的设计与制作 274.串联稳压电源的设计 275.智能编码电控锁设计 276.多用定时器的电路设计与制作 277.基于单片机的数字电压表设计 278.智能饮水机控制系统 279.自行车 车速 报警系统 280.大棚仓库温湿度自动控制系统 281.浮点数运算FPGA实现 282.自行车里程,速度计的设计 283.等精度频率计的设计 284.声纳式高度计系统设计和研究 285.集约型无绳多元心脉传感器研究与设计 286.电气电子信息工程,通信工程,课程设计 交流接触器的工艺与工装 288.六路抢答器设计 双闭环不可逆直流调速系统设计 290.机床润滑系统的设计 291.塑壳式低压断路器设计 292.直流接触器设计 工艺流程及各流程分析介绍 294.大棚温湿自动控制系统 295.基于单片机的短信收发系统设计 ――硬件设计 296.三层电梯的单片机控制电路 297.交通灯89C51控制电路设计 298.基于D类放大器的可调开关电源的设计 299.直流电动机的脉冲调速 300.红外快速检测人体温度装置的设计与研制 301.基于8051单片机的数字钟 直流高频开关电源设计 303.继电器保护毕业设计 304.电力系统电压频率紧急控制装置研究 305.用单片机控制的多功能门铃 306.全氢煤气罩式炉的温度控制系统的研究与改造 307.基于ATmega16单片机的高炉透气性监测仪表的设计 308.基于MSP430的智能网络热量表 309.火电厂石灰石湿法烟气脱硫的控制 310.家用豆浆机全自动控制装置 311.新型起倒靶控制系统的设计与实现 312.软开关技术在变频器中的应用 313.中频感应加热电源的设计 314.智能小区无线防盗系统的设计 315.智能脉搏记录仪系统 316.直流开关稳压电源设计 317.用单片机实现电话远程控制家用电器 318.无线话筒制作 319.温度检测与控制系统 320.数字钟的设计 321.汽车尾灯电路设计 322.篮球比赛计时器的硬件设计 323.节能型电冰箱研究 324.交流异步电动机变频调速设计 325.基于单片机控制的PWM调速系统 326.基于单片机的数字温度计的电路设计 327.基于Atmel89系列芯片串行编程器设计 328.基于单片机的实时时钟 329.基于MCS-51通用开发平台设计 330.基于MP3格式的单片机音乐播放系统 331.基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计 332.基于MATLAB的FIR数字滤波器设计 333.单片机水温控制系统 334.基于PIC16F74单片机串行通信中继控制器 335.火灾自动报警系统336.基于单片机的电子时钟控制系统337.基于单片机mega16L的煤气报警器的设计338.微机型高压电网继电保护系统的设计 339.智能毫伏表的设计 340.基于单片机的波形发生器设计341.国产化PLC的研制 342.串行显示的步进电机单片机控制系统 343.编码发射与接收报警系统设计：看护机 345.编码发射接收报警设计：爱情鸟346.基于IC卡的楼宇门禁系统的设计 347.基于DirectShow的视频监控系统 348.智能机器人的研究与设计 ——自动循轨和语音控制的349.基于CPLD的出租车计价器设计——软件设计 电子商务在线信任模型实证研究
摘 要：基于AT89S52单片机与DS18B20温度传感器设计了一种温控上下限可调的温度报警及显示系统。该设计具有硬件电路相对简单，价格低廉、可靠性高、实时性好等特点。突出特点在于：具有温控的上、下限，而且温控值可键控调整，使得该设计的应用范围非常广泛，通用性极高。 关键词：AT89S52单片机；DS18B20；温度报警器；温控可调 1.引言 我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。在大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发，及在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位采用的实用的火灾自动探测报警装置，都离不开温度报警显示,因此研制一种结构简单、价格低廉的温度报警器是非常必要的,其发展前景广阔.本设计采用DS18B20温度传感器，其测温范围为-55～+125℃，并可设置温度报警的上、下值，当温度高于上限或低于下限时，系统自动报警。报警值具有可调性且温度测量范围较广，因此具有较高的应用前景。 2、系统组成框图 本系设计是基于AT89S52单片机的温度报警显示系统，系统组成框图如图1所示。用单片机AT89S52控制温度传感器DS18B20，读取数据。对DS18B20转换后的数据进行处理，将符号位、整数值和小数值分别存放在特定的存储单元中，转换成实际温度值通过液晶屏实时显示。通过键盘输入模块预先设定温度的上下限值，当温度超出报警值时，实时声光报警。 图1.系统组成框图 3.设计原理 （1）控制模块设计 本设计控制模块使用的单片机是最新型号的AT89S52单片机[1]。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位 CPU 和在系统可编程Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。 （2）温度传感模块设计 本设计采用Dallas 最新单线数字温度传感器DS18B20[2]作温度检测器。DS18B20能够直接将所采集得信号进行模／数转换。这样应用系统的硬件电路中就不需要增加类似于ADC0809之类的模／数转换器，可直接送单片机处理，节约成本。DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。测温范围-55～+125℃，以℃递增，可以分别在和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根数据线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高，其封装如图2所示。 图2 DS18B20芯片封装图 (3) 液晶显示模块设计 对于本系统而言，温度值的显示是一个重要的环节。设计中需显示的信息较多，为使显示内容更加丰富，采用LCD液晶显示。JM1602A[3]液晶显示器，它是一种字符点阵液晶显示器，主要由行驱动/列驱动组成，可完成字符点阵显示。JM1602A的实物图如图3所示: 带字库的JM1602可以显示汉字字符且编程简单,构成良好的人机交流界面，增强系统可操作性。另外考虑到本设计要显示字母，采用带字库的液晶显示“DS18B20 OK!”、“TEMP”等信息，直观效果非常好，功能比较强，操作也相对简单。 图3 LCD1602实物图 液晶模块与控制模块的通讯设计电路如图4所示：液晶显示使用并口方式，其中RD0-RD7为单片机的并行数据口， RA1为并行的指令/数据选择信号，RA2为并行的读写选择信号，RA3为并行的使能信号。 图4 LCD1602模块与控制模块通讯电路图 （4）报警模块设计 由于DS18B20具备自动的上、下限，当温度超出或低于报警值时，系统发出信号到报警系统，触发报警电路。报警考虑不同环境的影响采用声／光同时报警。蜂鸣器发出报警峰鸣，发光二极管闪烁。当单片机RC4端口为高电平时，三极管导通蜂鸣器发声报警。这个实验是喇叭里发出滴的按键声音声音,送出的端口是RC4（即单片机的口），输出1khz频率信号报警,每一秒交换一次。硬件中增加了发光二极管,和蜂鸣器一起接RC4端口，采用高电平触发，结构更简单，实现了声光报警，电路图如图5所示。 图5 声光报警电路图 （5）键盘输入方案 单片机的键盘结构可以采用独立式和矩阵式键盘两种[4]。独立式按键指直接用I/O口线构成单个按键电路，每个独立式按键单独占用一位I/O口线。电路配置灵活，软件结构简单。但在按键数量较多时，I/O口线浪费大。如果应用系统中的键较少，就可采用简单的键盘接口电路。 由于本设计要设置四个按键，按键较少，故采用独立式按键。由单片机的的四个端口分别检测四个按键，通过键扫描程序实时的监测按键是否操作。四个按键的功能如表1所示： 5、系统软件设计 根据本设计温度报警显示的要求，系统首先对单片机的系统进行初始化和常量的设置[5]，然后调用温度传感器的初始化子程序初始化芯片，芯片随即开始工作，系统读取转换的温度值通过液晶屏实时显示，键扫描初始设置的温度上下限，比较实时的温度是否超过限制值，一旦超过马上通过声光报警。软件设计流程图如图6所示。 图6 系统软件流程图 6、结语 通过实际测试，本系统可以监控环境温度，实时性较好并可以人为的设制温度上下限，而新型温度器芯片的实用，又使得设计成本下降，因此具有较为广泛的应用前景。 参考文献 [1]周兴华，手把手教你学单片机，北京航空航天大学出版社，67-79， 2007
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，本文介绍如何用单片机驱动蜂鸣器，他广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电话机等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后（直流工作电压），多谐振荡器起振,输出～的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。下面是电磁式蜂鸣器的外形图片及结构图。。。电磁式蜂鸣器实物图：电磁式蜂鸣器结构示意图：图 1图 2 电磁式蜂鸣器内部构成：1. 防水贴纸 2. 线轴 3. 线圈4. 磁铁 5. 底座6. 引脚7. 外壳8. 铁芯9. 封胶10. 小铁片11. 振动膜12. 电路板一、电磁式蜂鸣器驱动原理蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机IO引脚输出的电流较小，单片机输出的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路。S51增强型单片机实验板通过一个三极管C8550来放大驱动蜂鸣器，原理图见下面图3：S51增强型单片机实验板蜂鸣器驱动原理图：图 3 如图所示，蜂鸣器的正极接到VCC（＋5V）电源上面，蜂鸣器的负极接到三极管的发射极E，三极管的基级B经过限流电阻R1后由单片机的引脚控制，当输出高电平时，三极管T1截止，没有电流流过线圈，蜂鸣器不发声；当输出低电平时，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。因此，我们可以通过程序控制脚的电平来使蜂鸣器发出声音和关闭。程序中改变单片机引脚输出波形的频率，就可以调整控制蜂鸣器音调，产生各种不同音色、音调的声音。另外，改变输出电平的高低电平占空比，则可以控制蜂鸣器的声音大小，这些我们都可以通过编程实验来验证。二、蜂鸣器列子 下面我们举几个简单的单片机驱动蜂鸣器的编程和电路设计的列子。1、简单的蜂鸣器实验程序：本程序通过在输出一个音频范围的方波，驱动实验板上的蜂鸣器发出蜂鸣声，其中DELAY延时子程序的作用是使输出的方波频率在人耳朵听觉能力之内的20KHZ以下，如果没有这个延时程序的话，输出的频率将大大超出人耳朵的听觉能力，我们将不能听到声音。更改延时常数，可以改变输出频率，也就可以调整蜂鸣器的音调。大家可以在实验中更改#228为其他值，听听蜂鸣器音调的改变。2、倒车警示音实验程序：我们知道各种卡车、货柜车在倒车时候，会发出倒车的蜂鸣警示提示音，同时警示黄灯也同步闪烁，提醒后面的人或车辆注意。本实验例程就实现倒车警示功能，通过实验板上的蜂鸣器发出警示音，同时通过实验板上和上的两个黄色发光二极管来发出黄色警示灯。3、“叮咚”电子门铃实验程序：常见的家用电子门铃在有客人来访时候，如果按压门铃按钮时，室内会发出“叮咚”声音，本实验程序模拟电子门铃的发音，当我们按压实验板上的K1按钮时候，蜂鸣器发出“叮咚”音乐声，是一个比较实用的程序。