基于stm32的便攜式酒精濃度檢測(cè)儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-測(cè)控畢業(yè)論文最終版

1、<p>　　分類號(hào)：TP932 U C D：D10621-408-(2015)-1410-0</p><p>　　密 級(jí)：公開(kāi) 編 號(hào)：2011071024</p><p><b>　　成都信息工程大學(xué)</b></p><p>&l

2、t;b>　　學(xué)位論文</b></p><p>　　基于STM32的便攜式酒精濃度檢測(cè)儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　基于STM32的便攜式酒精氣體濃度檢測(cè)儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，給人們也帶來(lái)了很多利益。人們的生活和消

3、費(fèi)水平迅速提高，制造業(yè)也在快速地發(fā)展?，F(xiàn)在，私家車對(duì)于很多人來(lái)說(shuō)已經(jīng)不再是奢侈品了。但是交通事故發(fā)生概率也大大增加了，尤其是由于酒后駕車而引起的。如果飲酒過(guò)多，會(huì)造成體內(nèi)酒精濃度過(guò)高，給飲酒者帶來(lái)不良的生理反應(yīng)。例如，麻痹神經(jīng)、肢體不受控制、大腦反應(yīng)遲鈍等等。所以,過(guò)量飲酒者開(kāi)車是一件非常危險(xiǎn)的事情，但是少量飲酒并不會(huì)有上述癥狀。因此，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)能夠檢測(cè)駕駛員體內(nèi)酒精含量的智能儀器。目前，許多國(guó)家采用呼氣酒精檢測(cè)儀來(lái)檢測(cè)駕駛員體內(nèi)

4、的酒精含量。在本課題中使用MQ-3氣體傳感器采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)STM32單片機(jī)處理，如果濃度值超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)將給予聲光報(bào)警，并液晶顯示濃度。</p><p>　　關(guān)鍵詞:酒駕；MQ-3氣體傳感器；STM32單片機(jī)；酒精含量；聲光報(bào)警</p><p>　　Design of Portable Alcohol Concentration Detection Instrument Based on

5、STM32</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In recent years, With the rapid development of China's economy , it has brought people a lot of benefits. People's life and consumptio

6、n level increase rapidly, and manufacturing industry is also developing quickly. Now, the private car for a lot of people have is no longer a luxury. But the traffic accident probability has greatly increased, especially

7、 due to drunk driving. If excessive drinking, the alcohol concentration will raise in body, bring the adverse physiological responses to the drink</p><p>　　Key words: drunk driving; MQ-3 alcohol concentratio

8、n sensor; STM32 MCU; alcohol content; sound and light alarm</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　論文總頁(yè)數(shù)：31頁(yè)</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p

9、>　　1.1 課題研究背景及意義1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 課題研究思路2</p><p>　　2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 技術(shù)指標(biāo)3</p><p>　　2.2 總體設(shè)計(jì)方案3</p><p>　　3 硬件

10、電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　3.1 元器件選擇4</p><p>　　3.1.1 酒精氣體傳感器4</p><p>　　3.1.2 單片機(jī)介紹6</p><p>　　3.1.3 充電芯片10</p><p>　　3.1.4 低壓差調(diào)節(jié)器12</p><p>　　3.1.5 顯示屏

11、12</p><p>　　3.2 主要功能模塊電路圖13</p><p>　　3.2.1 充電及穩(wěn)壓電路模塊13</p><p>　　3.2.2 傳感器及信號(hào)調(diào)理電路模塊14</p><p>　　3.2.3 聲光報(bào)警電路模塊14</p><p>　　3.2.4 顯示屏模塊電路15</p>&l

12、t;p>　　3.3 硬件成品展示15</p><p>　　4 軟件編程設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.1 軟件整體設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.1.1 整體設(shè)計(jì)方案16</p><p>　　4.1.2 主程序流程圖16</p><p>　　4.1.3 主程序設(shè)計(jì)17</p><

13、;p>　　4.2 數(shù)據(jù)采集模塊程序設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.3 液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.4 報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.5 A/D轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計(jì)21</p><p><b>　　5 系統(tǒng)調(diào)試22</b></p><p>　　5.

14、1 各模塊調(diào)試22</p><p>　　5.1.1 傳感器測(cè)試22</p><p>　　5.1.2 充電電路測(cè)試22</p><p>　　5.1.3 報(bào)警電路測(cè)試23</p><p>　　5.1.4 系統(tǒng)整體調(diào)試23</p><p>　　5.2 調(diào)試結(jié)果分析23</p><p>　　

15、5.2.1 測(cè)試數(shù)據(jù)23</p><p>　　5.2.2 誤差分析23</p><p>　　5.3 調(diào)試中的問(wèn)題及解決方案24</p><p><b>　　6 結(jié)論25</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)26</b></p><p><b>　

16、　致 謝27</b></p><p><b>　　聲 明28</b></p><p><b>　　附 件29</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 課題研究背景及意義</p><

17、p>　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年我國(guó)共生產(chǎn)了白酒約1026萬(wàn)噸，排除重復(fù)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，實(shí)際的消費(fèi)量為800萬(wàn)噸。如果把消費(fèi)群體定位在15歲以上的成人，當(dāng)時(shí)我國(guó)約有11.5億15歲以上的成人，那么可以計(jì)算出當(dāng)時(shí)我國(guó)成人人均消費(fèi)的白酒為6.96升。另外，還有啤酒，洋酒，紅酒的消費(fèi)，當(dāng)時(shí)我國(guó)人均消費(fèi)的啤酒約為36升、洋酒約為1.2升、紅酒約為1.24升。如果按照白酒的酒精含量65%、紅酒的酒精含量10%、洋酒的酒精含量40%、啤酒的酒精含量4%

18、來(lái)計(jì)算，那么當(dāng)時(shí)我國(guó)人均純酒精消費(fèi)量約為6.566升。但是隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們的生活、消費(fèi)水平也逐漸提高，酒精的消費(fèi)量也再快速的增長(zhǎng)，由于飲酒過(guò)多而造成的社會(huì)安全問(wèn)題也頻頻發(fā)生。比如由于酒駕引起的交通事故等等。</p><p>　　當(dāng)酒精在人體血液里達(dá)到一定濃度的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致駕駛者神經(jīng)麻痹、觸覺(jué)能力降低、判斷能力和操作能力也會(huì)降低。并且會(huì)使駕駛員視力暫時(shí)受損，分辨顏色的能力下降，視像不穩(wěn)等，這些癥狀會(huì)使駕

19、駛者不能發(fā)現(xiàn)或正確領(lǐng)會(huì)標(biāo)志、標(biāo)線、交通信號(hào)燈所要表達(dá)的意思，在這種情況下，駕駛員幾乎失去了駕駛能力，發(fā)生交通事故的概率極限增加。據(jù)世界衛(wèi)生組織調(diào)查，由于酒后駕車造成的交通事故的數(shù)量非常龐大，大約占所有交通事故的50%—69%，而且由酒駕造成的交通事故后果一般都非常嚴(yán)重，所以酒后駕車已經(jīng)被認(rèn)為是車禍致死的主要原因。在中國(guó)，每年都有數(shù)萬(wàn)起交通事故是由于酒后駕車而造成的，因此交通事故的第一“殺手”被認(rèn)為是酒后駕車。</p>&l

20、t;p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前，電化學(xué)性質(zhì)的酒精檢測(cè)儀在全世界是使用得最多的。酒精檢測(cè)儀根據(jù)顯示方式的不同主要分為兩種：其中一種是發(fā)光管顯示。最常見(jiàn)的發(fā)光管顯示是三段式顯示，其中未飲酒區(qū)為第一段，飲酒區(qū)為第二段，酗酒區(qū)為第三段。并且每一段都有一個(gè)不同顏色的LED燈，根據(jù)測(cè)試的結(jié)果，來(lái)點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)那一段的LED指示燈。另一種酒精測(cè)試儀是數(shù)碼管顯式，它是以數(shù)字的形式來(lái)顯示檢測(cè)的結(jié)果。而

21、這兩年出現(xiàn)了一種新型的半導(dǎo)體酒精檢測(cè)儀，它就是一種擁有高可靠性、高精度、呼吸式等特點(diǎn)的酒精濃度檢測(cè)儀ca2000。新型高科技微變氧化物半導(dǎo)體是它的核心部件，可以非常準(zhǔn)確的檢測(cè)氣體的酒精含量，而且不會(huì)受非酒精類氣體的干擾，比如煙味、可樂(lè)、咖啡等等。ca2000擁有小巧輕便，操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，所以它是便攜應(yīng)用的最佳選擇[1,2]。</p><p>　　如果駕駛員喝了酒，那么他呼出的氣體中就含有酒精氣體，所以為了檢查酒駕

22、，便攜式的酒精檢測(cè)儀得到了交警的廣泛使用。而目前使用的酒精檢測(cè)儀檢測(cè)駕駛員是否飲酒只能夠初步的判斷，最終還需要通過(guò)血檢來(lái)檢測(cè)駕駛員體內(nèi)的酒精含量，來(lái)判定駕駛員是不是構(gòu)成了酒駕。為了檢測(cè)更方便，一種超級(jí)酒精呼吸檢測(cè)儀誕生了，它是由英國(guó)內(nèi)政部推出的。這種酒精檢測(cè)儀不僅僅是通過(guò)駕駛員體內(nèi)的酒精含量來(lái)判斷駕駛員是否酒駕，它還根據(jù)駕駛員的體溫，呼吸頻率等多方面的因素當(dāng)場(chǎng)判斷駕駛者是否酒駕[3]。</p><p>　　受20

23、世紀(jì)信息技術(shù)快速發(fā)展的影響，傳感器技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)非常高的地步了，在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的使用，扮演著非常重要的角色。因此酒精濃度檢測(cè)儀應(yīng)該向著高精度，高可靠性，高穩(wěn)定性與微型化的方向發(fā)展。</p><p>　　到目前為止，檢測(cè)酒精氣體含量的設(shè)備主要分為5種類型，它們分別是：燃料電池型（電化學(xué)）、氣體色譜分析型、比色型、半導(dǎo)體型和紅外線型。其中燃料電池和半導(dǎo)體型這兩種類型的酒精含量檢測(cè)儀在價(jià)格這方面比起其他類

24、型的較便宜，而且使用起來(lái)非常方便。所以這兩種類型的酒精含量檢測(cè)儀使用得比較多。</p><p>　　環(huán)保型能源燃料電池可以直接把可燃?xì)怏w轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，而在整個(gè)過(guò)程中卻不產(chǎn)生污染，所以全世界都在廣泛的研究。而酒精傳感器只是研究燃料電池的一個(gè)小小的分支。因此燃料電池型酒精傳感器誕生，它的原理是：使用貴金屬鉑金作為電極，在燃燒室內(nèi)燃燒酒精，在燃燒的過(guò)程中使用了特種催化劑，使酒精充分燃燒。并且轉(zhuǎn)變成電能，也就是在兩個(gè)電極上

25、產(chǎn)生了電壓，由此轉(zhuǎn)換來(lái)的電壓與在燃燒室內(nèi)燃燒的氣體的酒精濃度是成正比的，在外部通過(guò)接入負(fù)載來(lái)消耗電能[4,5]。</p><p>　　燃料電池型酒精濃度檢測(cè)儀與半導(dǎo)體型的相比，它具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)</p><p><b>　　1) 穩(wěn)定性好</b></p><p><b>　　2) 精度高</b></p>&l

26、t;p>　　3) 抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　但是燃料電池型酒精傳感器也存在一些致命缺點(diǎn)，比如說(shuō)在制造過(guò)程中對(duì)傳感器的結(jié)構(gòu)要求非常精密，制造難度非常大等。所以目前能夠生產(chǎn)燃料電池型酒精傳感器的只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家，比如美國(guó)、英國(guó)和德國(guó)等，再加上制造成本高，所以成品的價(jià)格較貴，與半導(dǎo)體型酒精傳感器比起來(lái)貴幾十倍。所以在日常生活中用得最多的還是半導(dǎo)體型酒精傳感器[6]。</p><p

27、>　　1.3 課題研究思路</p><p>　　伴隨著單片機(jī)（MCU）技術(shù)的快速發(fā)展和日益完善，單片機(jī)在我們的日常生活中已經(jīng)是屢見(jiàn)不鮮了，我們將它應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。從智能控制到監(jiān)測(cè)方面，與其他技術(shù)相比，單片機(jī)的優(yōu)越性是非常的明顯。本課題研究的是一種以酒精濃度傳感器和STM32單片機(jī)為主，對(duì)空氣中的酒精濃度值進(jìn)行檢測(cè)，并且將濃度值通過(guò)LED顯示屏顯示出來(lái)，最終對(duì)超過(guò)閥值的濃度值進(jìn)行聲光報(bào)警。其可檢測(cè)出人體呼出的

28、氣體和空氣環(huán)境中的酒精濃度,只要濃度值大于閾值就進(jìn)行聲光報(bào)警，這個(gè)閾值是根據(jù)要求和環(huán)境的不同來(lái)設(shè)定的。</p><p>　　在本課題設(shè)計(jì)中使用MQ-3酒精傳感器采集數(shù)據(jù)，它將采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后傳給STM32單片機(jī)，STM32單片機(jī)內(nèi)嵌有A/D轉(zhuǎn)換器，它將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后STM32單片機(jī)再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析處理，轉(zhuǎn)換為酒精濃度值，最后通過(guò)顯示屏將濃度值顯示出來(lái)。在程序編寫(xiě)的過(guò)程中設(shè)

29、置了一個(gè)閥值，當(dāng)被檢測(cè)空氣中的酒精濃度值大于閥值時(shí)，單片機(jī)會(huì)控制LED燈亮和蜂鳴器響來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警的功能。</p><p>　　綜上所述，本課題研究的主要思路是：以空氣中酒精濃度為感知量，設(shè)計(jì)酒精氣體傳感電路，傳感器負(fù)責(zé)采集信號(hào)，然后將采集的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，再由單片機(jī)分析處理轉(zhuǎn)換成濃度值以完成空氣中酒精濃度的測(cè)量。如果濃度值大于了閥值，就進(jìn)行聲光報(bào)警。</p><p&g

30、t;<b>　　2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1 技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　　中國(guó)大陸地區(qū)血液中酒精濃度（BAC）與呼氣酒精濃度（BrAC）的比值采用2200，即兩種單位之間的換算關(guān)系為BAC=BrAC*2200。判斷是否酒駕以及醉駕的標(biāo)準(zhǔn)如表2-1所示：</p><p>　　表2-1

31、 是否構(gòu)成酒駕或醉駕參考標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　根據(jù)酒精氣體濃度檢測(cè)儀的測(cè)量結(jié)果，來(lái)看結(jié)果是落在哪個(gè)區(qū)域，從而判斷駕駛員是否酒駕。同時(shí)判斷是否報(bào)警。</p><p>　　2.2 總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　總體設(shè)計(jì)方案如圖2-1所示，由MQ-3酒精氣體傳感器負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，采集的信號(hào)通過(guò)調(diào)理電路處理后，再輸入給單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)嵌的A/D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)

32、換后變成數(shù)字信號(hào)，然后單片機(jī)再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析處理轉(zhuǎn)換成酒精濃度值，再通過(guò)顯示屏將濃度值顯示出來(lái)。同時(shí)將酒精濃度值與閥值進(jìn)行比較，對(duì)于超過(guò)閥值的進(jìn)行聲光報(bào)警。</p><p><b>　　3 硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1 元器件選擇</b></p><p>　　3.1.1 酒精氣體傳感器<

33、;/p><p>　　1)MQ-3傳感器工作原理</p><p>　　MQ-3酒精氣體傳感器中使用了氣敏材料二氧化錫，該傳感器是半導(dǎo)體氣敏元件。它的電導(dǎo)率會(huì)根據(jù)空氣中酒精氣體濃度的不同而不同，酒精氣體的濃度越大，電導(dǎo)率也就越大。那么它輸出的電壓值就會(huì)隨著酒精濃度的增加而增大?在外部使用簡(jiǎn)單的電路就可以通過(guò)電壓值的變化將電導(dǎo)率的變化表現(xiàn)出來(lái)，并且該電壓值是與酒精氣體濃度值相對(duì)應(yīng)的，最后將該信號(hào)與預(yù)

34、先設(shè)定的閥值進(jìn)行比較，如果大于閥值就進(jìn)行報(bào)警[7]。</p><p>　　2)傳感器的管腳分布及外形</p><p>　　MQ-3酒精氣體傳感器由以下幾部分組成：</p><p>　　(1) SnO2敏感層</p><p>　　(2) 微型AL2O3陶瓷管</p><p><b>　　(3) 加熱器</

35、b></p><p>　　(4) 測(cè)量電極構(gòu)成的敏感元件</p><p>　　它被固定在不銹鋼或塑料制成的腔體內(nèi)，由于傳感器工作前必須要預(yù)熱，所以它的內(nèi)部有一個(gè)加熱器專門(mén)用來(lái)加熱傳感器。封裝好的MQ-3酒精氣體傳感器有6只針狀管腳，讀取信號(hào)的引腳有4個(gè)，另外2個(gè)引腳專門(mén)提供電流來(lái)加熱傳感器。MQ-3的管腳分布如圖3-1所示，A腳和B腳是用來(lái)讀取信號(hào)的；提供加熱電流的是2個(gè)f引腳，電阻

36、絲的阻值為30Ω，當(dāng)電流經(jīng)過(guò)電阻絲時(shí)，電阻絲會(huì)被加熱。MQ-3的引腳分布如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-1 MQ-3的引腳</p><p>　　圖3-2 MQ-3傳感器實(shí)物圖</p><p>　　3)MQ-3氣體傳感器的特點(diǎn)</p><p><b>　　(1) 靈敏度高</b></p><

37、p>　　(2) 快速響應(yīng)恢復(fù)特性</p><p><b>　　(3) 使用壽命長(zhǎng)</b></p><p><b>　　(4) 穩(wěn)定性可靠</b></p><p>　　(5) 驅(qū)動(dòng)回路簡(jiǎn)單</p><p>　　(6) 可以抵抗其他氣體的干擾</p><p>　　(7) 具

38、有信號(hào)輸出指示</p><p>　　(8) 雙路信號(hào)輸出，并具有信號(hào)輸出指示</p><p>　　(9) TTL輸出有效信號(hào)為低電平</p><p>　　(10) 輸出電壓范圍為0-5V</p><p>　　4)MQ-3氣體傳感器對(duì)酒精氣體濃度的標(biāo)定</p><p>　　傳感器內(nèi)部的氣敏電阻的輸出阻值與酒精氣體濃度有關(guān)

39、，它隨著酒精濃度的變化而變化。如圖3-3所示，其中: Rs是MQ-3酒精氣體傳感器的輸出阻值，它在不同氣體以及不同濃度下是不同的；R0是MQ-3酒精氣體傳感器在潔凈空氣中的電阻值。從圖中可以看出Rs/R0的值與酒精濃度成某種關(guān)系，而Vs與Rs、V0與R0也都成正比，所以Vs/V0=Rs/R0，所以Vs/V0與酒精濃度也成同樣的關(guān)系。通過(guò)查看手冊(cè)，找出了這種關(guān)系。如公式3-1所示：</p><p>　　alcome

40、ter = (V0/Vs-1.12)/(-0.101)-1.1 (3-1)</p><p>　　在環(huán)境不變的情況下V0是一個(gè)定值，所以只需要算出MQ-3氣體傳感器在酒精氣體環(huán)境下的輸出電壓值，就可以算出酒精氣體的濃度。Vs是根據(jù)公式3-2算出的。</p><p>　　Vs= Adc_avg * 3.34 / 4 096 (3-2)</p&g

41、t;<p>　　式中的Adc_avg是A/D轉(zhuǎn)換器輸出的平均值，Vs是傳感器在有酒精氣體環(huán)境中的輸出電壓。</p><p>　　圖3-3中的Rs/R0與酒精濃度的關(guān)系是建立在如下環(huán)境中的：</p><p><b>　　溫度：20°C</b></p><p><b>　　相對(duì)濕度：65%</b><

42、;/p><p>　　圖3-3 MQ-3的靈敏度特性曲線</p><p>　　3.1.2 單片機(jī)介紹</p><p>　　在本課題中選用的單片機(jī)型號(hào)是STM32F103VCT6，它的管腳分布如圖3-4所示。STM32 F103xxx系列單片機(jī)的功能以及外部設(shè)備配置如表3-1所示。</p><p>　　圖3-4 STM32F103VCT6單片機(jī)管腳分

43、布</p><p>　　表3-1 STM32F103xx系列單片機(jī)功能及外部設(shè)備配置</p><p>　　1)STM32F103VCT6的主要特點(diǎn)</p><p>　　(1) 核心處理器是ARM Cortex M3</p><p>　　(2) 縮減的引腳數(shù)目</p><p><b>　　(3) 系統(tǒng)功耗低&l

44、t;/b></p><p>　　(4) 計(jì)算性能優(yōu)越</p><p>　　(5) 高級(jí)的中斷系統(tǒng)響應(yīng)</p><p>　　(6) 程序存儲(chǔ)器256KB</p><p>　　(7) 數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲(chǔ)器48KB</p><p>　　(8) 工作電壓：2.5V或3.3V</p><p>　　(9)

45、工作溫度：-40°C- +85°C</p><p>　　(10) 內(nèi)嵌2個(gè)12bit的A/D轉(zhuǎn)換器，可用A/D通道16個(gè)，轉(zhuǎn)換范圍為0V-3.3V</p><p>　　(11) 一共有100個(gè)引腳，其中80個(gè)為I/O端口。絕大部分端口都可以接受5V信號(hào)</p><p>　　(12) 擁有7個(gè)定時(shí)器</p><p><

46、b>　　2)低功耗模式</b></p><p>　　(1) 睡眠模式：在睡眠模式時(shí)，只有CPU停止，其他的外部設(shè)備都處于工作狀態(tài)，可以通過(guò)中斷或事件來(lái)喚醒CPU。</p><p>　　(2) 待機(jī)模式：在待機(jī)模式下會(huì)關(guān)閉內(nèi)部的電壓調(diào)壓器，電能消耗達(dá)到最低。并且此時(shí)內(nèi)部所有由1.8V供電的部分將被斷開(kāi)；并且RC振蕩器也都會(huì)被關(guān)閉；在待機(jī)模式下，待機(jī)電路仍然在工作，但是，寄存

47、器和SRAM的內(nèi)容將會(huì)消失，后備寄存器的內(nèi)容仍會(huì)保留。只需要滿足NRST上的外部復(fù)位信號(hào)或者是WKUP管腳上的一個(gè)上升邊沿這兩個(gè)中的任意一個(gè)條件，就可以從待機(jī)模式中退出。 </p><p>　　(3) 停機(jī)模式：在停機(jī)模式下，內(nèi)部由1.8V供電的部分將不能工作，并且RC振蕩器也都會(huì)被關(guān)閉，可以把調(diào)壓器設(shè)置成低功耗和普通模式這兩種模式。把CPU從停機(jī)模式中喚醒的前提條件是配置一個(gè)EXTI的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)的來(lái)源有很多

48、方式，比如說(shuō)可以由16個(gè)外部I/O端口中的任意產(chǎn)生，也可以是PVD的輸出，也可以是RTC鬧鐘和USB的喚醒信號(hào)[8,9]。</p><p><b>　　3)I2C總線</b></p><p>　　有多達(dá)2個(gè)I2C總線接口，它們的特點(diǎn)如下</p><p>　　(1) 支持標(biāo)準(zhǔn)和快速模式</p><p>　　(2) 支持7位

49、或10位尋址</p><p>　　(3) 可以使用DMA操作</p><p>　　(4) 支持SMBus和PMBus總線</p><p><b>　　4)定時(shí)器</b></p><p>　　STM32F103VCT6中包含7個(gè)定時(shí)器，它們分別如下：</p><p>　　(1) 高級(jí)控制定時(shí)器1個(gè)，

50、特點(diǎn)如下</p><p>　?、?可以被當(dāng)成是完整的通用定時(shí)器</p><p>　?、?可以被當(dāng)成是三相PWM發(fā)生器</p><p>　?、?具有帶死區(qū)插入互補(bǔ)PWM輸出</p><p>　　④ 擁有四個(gè)獨(dú)立通道，它們都可以用于單脈沖輸出、輸入捕獲、輸出比較以及產(chǎn)生PWM</p><p>　?、?計(jì)數(shù)器可以被凍結(jié)，用于

51、調(diào)試</p><p>　　(2) 通用定時(shí)器（TIMx）</p><p>　　有3個(gè)可以同步運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器，特點(diǎn)如下</p><p>　　① 擁有一個(gè)16位自動(dòng)加載遞加計(jì)數(shù)器，也可以用作遞減計(jì)數(shù)器</p><p>　　② 擁有一個(gè)16位預(yù)分頻器</p><p>　?、?擁有4個(gè)獨(dú)立的通道，可以用于單脈沖模式輸出、輸入

52、捕獲以及輸出比較</p><p>　　(3) 獨(dú)立看門(mén)狗定時(shí)器1個(gè)</p><p>　　它的時(shí)鐘是由一個(gè)內(nèi)部獨(dú)立的40KHz的RC振蕩器來(lái)提供的，并且這個(gè)RC振蕩器獨(dú)立于主時(shí)鐘，所以它可以在待機(jī)模式和停機(jī)模式之間切換。它的特點(diǎn)如下：</p><p>　　① 可以復(fù)位整個(gè)系統(tǒng)</p><p>　?、?可以為應(yīng)用程序提供超時(shí)管理</p>

53、;<p>　?、?可以通過(guò)硬件或者軟件啟動(dòng)</p><p>　?、?有一個(gè)12位的遞減計(jì)數(shù)器</p><p>　　⑤ 有一個(gè)8位的預(yù)分頻器</p><p>　　(4) 窗口看門(mén)狗定時(shí)器1個(gè)，特點(diǎn)如下</p><p>　?、?有一個(gè)7位的遞減計(jì)數(shù)器</p><p>　　② 可以被配置為自由運(yùn)行</p&

54、gt;<p>　　③ 可以復(fù)位整個(gè)系統(tǒng)</p><p>　?、?有早期預(yù)警中斷的功能</p><p>　　(5) 系統(tǒng)時(shí)基定時(shí)器1個(gè)</p><p>　　它既可以用于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，也可以用作是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的遞減計(jì)數(shù)器。它具有以下四個(gè)特點(diǎn)：</p><p>　?、?24位的遞減計(jì)數(shù)器</p><p><b

55、>　?、?可編程時(shí)鐘源</b></p><p>　?、?當(dāng)計(jì)數(shù)器為0時(shí)能夠產(chǎn)生一個(gè)可屏蔽系統(tǒng)的中斷</p><p><b>　?、?自動(dòng)重加載功能</b></p><p>　　5)通用輸入輸出接口（GPIO）</p><p>　　每一個(gè)GPIO引腳都能夠通過(guò)軟件來(lái)配置，可以將它們?cè)O(shè)置成輸入、輸出或復(fù)用端

56、口。除了那些具有模擬輸入功能的端口，其余的GPIO引腳都能夠通過(guò)大電流。如果想要將I/O引腳的外設(shè)功能鎖定，那么只需要進(jìn)行一個(gè)特定的操作就可以了，這樣就可以防止意外寫(xiě)入I/O寄存器。</p><p><b>　　6)ADC</b></p><p>　　STM32F103VCT6單片機(jī)內(nèi)部嵌有2個(gè)12位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，這兩個(gè)轉(zhuǎn)換器有以下幾個(gè)特點(diǎn)：</p>

57、<p>　　(1) 每一個(gè)ADC都擁用16個(gè)外部通道</p><p>　　(2) 可以實(shí)現(xiàn)單次或掃描轉(zhuǎn)換</p><p>　　(3) 在掃描模式下，可以自動(dòng)切換為選定的模擬輸入中的任何一個(gè)</p><p>　　ADC接口上其它的邏輯功能還包括</p><p>　　(1) 交叉采樣和保持</p><p>　

58、　(2) 同步采樣和保持</p><p><b>　　(3) 單次采樣</b></p><p>　　3.1.3 充電芯片</p><p><b>　　1)工作原理</b></p><p>　　整個(gè)設(shè)計(jì)使用鋰電池來(lái)供電，當(dāng)鋰電池電能用完時(shí)，就要對(duì)它進(jìn)行充電。在本設(shè)計(jì)中選擇了TP4054這塊充電芯片，它

59、是一款采用恒定電壓/電流的單節(jié)鋰電池線性充電器，它能夠提供800mA的充電電流，它采用的是SOT-25封裝，并且外部元件數(shù)目較少，因此TP4054是便攜式應(yīng)用的最佳選擇，它可以通過(guò)USB電源和適配器電源對(duì)鋰電池進(jìn)行充電，并且它的內(nèi)部有防倒充電路，所以沒(méi)有必要在外部單獨(dú)設(shè)計(jì)檢測(cè)電路和隔離二極管。它的輸出電壓穩(wěn)定于4.2V，而且充電電流是可以進(jìn)行設(shè)置的，只需要在外部設(shè)計(jì)一個(gè)電阻器就可以了。讓一個(gè)充電循環(huán)開(kāi)始的條件有3個(gè)，它們分別是</

60、p><p>　　(1) Vcc引腳的電壓大于UVLO門(mén)限電壓</p><p>　　(2) 5引腳與地之間連接一個(gè)設(shè)定電阻器</p><p>　　(3) 3引腳連接一塊電池</p><p><b>　　2)工作模式</b></p><p>　　(1) 涓流充電模式</p><p>

61、;　　TP4054進(jìn)入涓流充電模式的條件是3引腳的電壓小于2.9V。在該模式下，TP4054提供的電流只有設(shè)定充電電流的1/10，當(dāng)電流電壓大于安全的電平時(shí)，就可以達(dá)到滿電流進(jìn)行充電。</p><p>　　(2) 恒定電流模式</p><p>　　TP4054進(jìn)入恒定電流模式的條件是3引腳的電壓大于2.9V，在此模式下向電池提供穩(wěn)定的電流進(jìn)行充電。</p><p>

62、　　(3) 恒定電壓模式</p><p>　　TP4054進(jìn)入恒定電壓模式的條件是3引腳的電壓達(dá)到最終浮充電壓4.2V，在此模式下充電電流開(kāi)始慢慢地減小。當(dāng)充電電流小于設(shè)定值的1/10的時(shí)候，整個(gè)充電循環(huán)就結(jié)束了。</p><p>　　當(dāng)輸入電壓被斷開(kāi)的時(shí)候，TP4054自行變成低電流的狀態(tài)，將電流下降至2uA以下。也可以將TP4054設(shè)置為停機(jī)模式，在此模式下供電電流為45uA。<

63、/p><p>　　3)TP4054的特點(diǎn)</p><p>　　(1) 高達(dá)800mA的可編程充電電流</p><p>　　(2) 恒定電流/電壓操作</p><p>　　(3) C/10充電終止</p><p><b>　　(4) 自動(dòng)再充電</b></p><p>　　(5)

64、 軟啟動(dòng)限制了浪涌電流</p><p>　　(6) 待機(jī)模式下的供電電流為45uA</p><p>　　(7) 精度達(dá)到±1%的4.2V預(yù)設(shè)充電電壓</p><p>　　(8) 充電電流監(jiān)視器</p><p><b>　　(9) 欠壓閉鎖</b></p><p>　　(10) 表示充電結(jié)

65、束或是輸入電壓接入的狀態(tài)引腳</p><p>　　4)TP4054引腳如圖3-5所示</p><p>　　圖3-5 TP4054引腳圖</p><p><b>　　5)引腳介紹</b></p><p>　　引腳1（CHRG）：漏極開(kāi)路狀態(tài)下的輸出</p><p>　　引腳2（GND）：接地<

66、/p><p>　　引腳3（BAT）：該引腳向電池提供充電電流</p><p>　　引腳4（VCC）：該引腳接入正電源電壓。Vcc的值在4.25V至6.5V之間，并通過(guò)一個(gè)電容器進(jìn)行旁路，這個(gè)電容器的值至少為1uF</p><p>　　引腳5（PROG)：該引腳的作用是對(duì)充電電流進(jìn)行監(jiān)控/設(shè)定和停機(jī)。在該引腳與地之間連接了一個(gè)電阻器PPROG，通過(guò)它來(lái)進(jìn)行充電電流的設(shè)定。

67、當(dāng)在穩(wěn)定電流模式下充電的時(shí)候，該引腳的電壓可以保持在1V左右。并且在所有的模式下，充電電流都可以通過(guò)該引腳上的電壓來(lái)計(jì)算，如公式3-3所示：</p><p>　　IBAT=（VPROG/RPROG）*1 000 (3-3)</p><p>　　PROG引腳還可以用來(lái)關(guān)斷充電器。斷開(kāi)設(shè)定電阻器與地的連接，PROG引腳通過(guò)內(nèi)部一個(gè)2.5uA的電流件將電壓升至高電

68、平，充電器啟動(dòng)停機(jī)模式，此時(shí)停止充電，并且將輸入電流降至45uA。只需要將RPROG與地相連，就可以讓充電器恢復(fù)正常操作狀態(tài)。</p><p>　　3.1.4 低壓差調(diào)節(jié)器</p><p>　　由于整個(gè)設(shè)計(jì)的供電電壓是3.3V，但是鋰電池的輸出電壓是3.7V，所以必須要選擇一款能穩(wěn)定輸出3.3V的低壓差調(diào)節(jié)器。KV5033芯片是由SIPEX公司生產(chǎn)的，它是一款低功耗、低電壓調(diào)節(jié)器。它很適合

69、用于某些電池供電的系統(tǒng)，比如無(wú)繩電話、便攜式電子設(shè)備和一些無(wú)線控制系統(tǒng)等。其擁有低壓差、低靜態(tài)的電流等特性，而且具有非常小的初始容限，極低的線路調(diào)節(jié)率以及良好的負(fù)載等特性，并且擁有很低的溫度系數(shù)，所以適用于當(dāng)做低功耗電源。錯(cuò)誤的標(biāo)志輸出模塊還能夠?qū)ο到y(tǒng)的電壓進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)系統(tǒng)電壓不足或者是輸入的電壓下降等情況時(shí)，邏輯關(guān)斷模塊能夠改變調(diào)節(jié)器的開(kāi)、關(guān)狀態(tài)。</p><p>　　它具體的一些特點(diǎn)如下</p>

70、<p>　　1) 輸出電壓：5.0V及3.3V</p><p><b>　　2) 極低靜態(tài)電流</b></p><p>　　3) 過(guò)熱保護(hù)和過(guò)流保護(hù)</p><p><b>　　4) 極低溫度系數(shù)</b></p><p>　　5) 僅需1us即可穩(wěn)定輸出</p><p

71、>　　6) 極低的線路調(diào)節(jié)率以及負(fù)載調(diào)節(jié)率</p><p><b>　　3.1.5 顯示屏</b></p><p>　　1)對(duì)12864液晶顯示屏的概述</p><p>　　設(shè)計(jì)采用12864OLED液晶顯示屏來(lái)顯示數(shù)據(jù)，由于它的內(nèi)部自帶中文字庫(kù)，所以它能夠顯示中文字符。12864液晶顯示屏擁有多種接口方式，比如4/8位并行以及2/3線串

72、行等，它的內(nèi)部還包含有國(guó)標(biāo)一級(jí)和二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其低電壓低功耗的顯著特點(diǎn)，再加上分辨率高的特點(diǎn)，讓它在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。而且它的顯示方案與同類型液晶顯示模塊相比，在硬件電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及程序的編寫(xiě)方面都要簡(jiǎn)單很多。</p><p>　　2)12864液晶顯示器的特點(diǎn)</p><p>　　(1) 低電源電壓（VDD：+3.0V至+5.5V）</p

73、><p>　　(2) 顯示分辨率：128*64點(diǎn)</p><p>　　(3) 內(nèi)置128個(gè)16*8點(diǎn)陣字符</p><p>　　(4) 內(nèi)置漢字字庫(kù)</p><p>　　(5) 2MHz時(shí)鐘頻率</p><p>　　(6) 不需片選信號(hào)，方便軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　(7) 不用外加負(fù)壓<

74、/p><p>　　(8) 工作溫度：0°C至+55°C</p><p>　　(9) 存儲(chǔ)溫度：-20°C至+60°C</p><p>　　3.2 主要功能模塊電路圖</p><p>　　3.2.1 充電及穩(wěn)壓電路模塊</p><p>　　充電及穩(wěn)壓電路模塊設(shè)計(jì)如圖3-6所示，3-6（

75、A）中+5V電壓是USB電源提供，通過(guò)TP4054充電芯片的3引腳輸出電壓給鋰電池充電，通過(guò)撥動(dòng)3-6（B）中的S1開(kāi)關(guān)來(lái)控制鋰電池給整個(gè)系統(tǒng)供電，鋰電池輸出3.7V電壓，但是系統(tǒng)的其它模塊都需要3.3V的工作電壓，所以使用了3-6（C）中的KV5033低差調(diào)節(jié)器，將電壓降至3.3V穩(wěn)定輸出，給整個(gè)系統(tǒng)供電。</p><p>　　圖3-6 充電及穩(wěn)壓電路</p><p>　　3.2.2 傳

76、感器及信號(hào)調(diào)理電路模塊</p><p>　　傳感器及信號(hào)調(diào)理電路模塊設(shè)計(jì)如圖3-7所示，由電源模塊輸出的3.3V電壓給傳感器供電，為了讓傳感器能夠測(cè)量得更準(zhǔn)確，誤差達(dá)到最小，傳感器要先預(yù)熱5分鐘，再進(jìn)行測(cè)量。由2腳和5腳提供加熱電流。當(dāng)傳感器所在的環(huán)境中有酒精氣體時(shí)，它的電導(dǎo)率會(huì)根據(jù)空氣中酒精氣體濃度的不同而不同，酒精氣體的濃度越大，電導(dǎo)率也就越大。所以輸出的電壓值就會(huì)越大，輸出信號(hào)通過(guò)一個(gè)電壓跟隨器后從A4引腳

77、輸入單片機(jī)進(jìn)行處理。</p><p>　　圖3-7 傳感器及信號(hào)處理電路</p><p>　　3.2.3 聲光報(bào)警電路模塊</p><p>　　聲光報(bào)警電路模塊設(shè)計(jì)如圖3-8所示，當(dāng)CTRO端（與單片機(jī)的D2引腳相連）輸出高電平時(shí)（即傳感器輸出電壓高于閥值），三極管就會(huì)導(dǎo)通，蜂鳴器就會(huì)開(kāi)始報(bào)警。如果傳感器所測(cè)電壓值大于閥值，單片機(jī)的A8引腳就會(huì)輸出低電平，A7引腳就

78、會(huì)輸出高電平，此時(shí)LED2指示燈亮，LED3指示燈滅。否則LED3指示燈亮，LED2指示燈滅。</p><p>　　圖3-8聲光報(bào)警電路</p><p>　　3.2.4 顯示屏模塊電路</p><p>　　液晶顯示模塊電路如圖3-9所示，P5是一個(gè)4孔的排針，專門(mén)供12864液晶顯示屏使用，V33是指接的3.3V電壓；顯示屏的SCL引腳連接的是單片機(jī)的E13引腳，通

79、過(guò)SCL引腳傳輸串行時(shí)鐘數(shù)據(jù)；SDA引腳連接的是單片機(jī)的E15引腳，通過(guò)SDA引腳傳輸串行數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖3-9 液晶顯示屏電路</p><p>　　3.3 硬件成品展示</p><p>　　硬件成品如圖3-10所示,這個(gè)系統(tǒng)是鋰電池供電，通過(guò)單片機(jī)最小系統(tǒng)上的USB數(shù)據(jù)線接口來(lái)給鋰電池充電。圖3-10中有兩個(gè)LED指示燈，當(dāng)酒精濃度超過(guò)閥值時(shí)，蜂鳴器

80、響并且紅色指示燈亮，否則黃色指示燈亮。從圖中可以看出，整個(gè)系統(tǒng)體積比較小，顯示屏小巧，外觀看起來(lái)比較舒適，而且采用鋰電池供電，可以隨時(shí)充電，這些都滿足了設(shè)計(jì)要求的便攜式功能。</p><p>　　圖3-10 硬件成品正面圖</p><p><b>　　4 軟件編程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 軟件整體設(shè)計(jì)</p>&l

81、t;p>　　4.1.1 整體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　主程序要實(shí)現(xiàn)的功能是結(jié)合系統(tǒng)的硬件完成對(duì)酒精氣體濃度檢測(cè)的各項(xiàng)任務(wù)。主要的程序有以下幾個(gè)模塊：數(shù)據(jù)的采集模塊；A/D轉(zhuǎn)換模塊；數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)顯示模塊；報(bào)警模塊。</p><p>　　主程序模塊：系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)入初始化模塊，進(jìn)入酒精濃度檢測(cè)界面測(cè)量酒精濃度，首先等待讀數(shù)歸零，然后再進(jìn)行測(cè)量。系統(tǒng)測(cè)出酒精濃度值后一方面在顯

82、示屏上顯示，另一方面判斷濃度值是否超過(guò)閥值，如超過(guò)閥值進(jìn)行報(bào)警。</p><p>　　4.1.2 主程序流程圖</p><p>　　如圖4-1所示，是整個(gè)系統(tǒng)的主程序流程圖</p><p>　　4.1.3 主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　本課題軟件設(shè)計(jì)主要采用分模塊設(shè)計(jì)的思想，這樣便于修改和調(diào)試。主要程序模塊包括：數(shù)據(jù)采集子程序、ADC轉(zhuǎn)換及

83、數(shù)據(jù)處理子程序、報(bào)警子程序、OLED顯示子程序。下面的程序展示如何調(diào)用這些子程序。</p><p>　　#include "stm32f10x.h"</p><p>　　#include "sys.h"</p><p>　　#include "usart1.h"</p><p>　　

84、#include "led.h"</p><p>　　#include "delay.h"</p><p>　　#include "sys.h"</p><p>　　#include "usart1.h"</p><p>　　#include "adc.

85、h"</p><p>　　#include "oled.h"</p><p>　　#include "warning.h"</p><p>　　int main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Warning

86、_init();</p><p><b>　　while(1);</b></p><p>　　Adc_Init();調(diào)用ADC轉(zhuǎn)換子程序 </p><p>　　delay_init();調(diào)用延時(shí)子程序</p><p>　　NVIC_Configuration(); </p><p>　

87、　Warning_init();調(diào)用報(bào)警子程序</p><p>　　OLED_Init();調(diào)用LED顯示子程序 </p><p>　　OLED_P8x16Str(20, 0,"Alcometer");</p><p>　　OLED_P6x8Str(0, 2,"Oncentration :");</p><

88、;p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　Voltage_Deal();</p><p>　　}</p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.2 數(shù)

89、據(jù)采集模塊程序設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)據(jù)采集模塊程序?yàn)椋菏紫冗M(jìn)入初始化，界面歸零，然后開(kāi)始測(cè)量濃度值，A/D設(shè)置成連續(xù)掃描模式，一次采集12個(gè)數(shù)，去掉最大值和最小值，然后算出平均值并顯示。程序流程圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 數(shù)據(jù)采集模塊程序流程圖</p><p>　　4.3 液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì)</p><p>　　

90、要讓液晶顯示屏正常工作，首先寫(xiě)入命令控制字，然后在寫(xiě)入需要顯示的數(shù)據(jù)。寫(xiě)入命令控制字之前,必須用指令來(lái)查看液晶是否正在工作。如果正在工作,那就必須等待,直到液晶發(fā)出工作完成的信號(hào)時(shí),才能夠?qū)懭肟刂谱趾蛿?shù)據(jù)。液晶顯示模塊程序流程圖如圖4-3 設(shè)計(jì)如圖所示。</p><p>　　圖4-3 液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　4.4 報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)</p><p

91、>　　傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，與閥值進(jìn)行比較，超過(guò)閥值進(jìn)行聲光報(bào)警。如圖4-4所示，是報(bào)警模塊程序流程圖。</p><p>　　圖4-4 報(bào)警模塊程序流程圖</p><p>　　4.5 A/D轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計(jì)</p><p>　　由于STM32單片機(jī)自帶ADC轉(zhuǎn)換器，所以減少了很多外部硬件電路，但是編程這一塊也是非常重要的。在本次編程設(shè)計(jì)中

92、采用的是DMA模式，只要ADC轉(zhuǎn)換一次，DMA就搬運(yùn)一次，達(dá)到指定的次數(shù)后完成一次傳輸。在本程序中采用的是使能掃描模式并且連續(xù)轉(zhuǎn)換，由軟件觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換。采樣速率設(shè)置為50MHz，選擇1通道傳輸數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在指定的地址。最后對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，找出其最大值和最小值，除去最大值和最小值后計(jì)算出平均值。再根據(jù)公式算出實(shí)際電壓值并與閥值進(jìn)行比較，判斷是否報(bào)警。AD轉(zhuǎn)換流程如圖4-5所示。</p><p>

93、　　圖4-5 A/D轉(zhuǎn)換模塊流程圖</p><p><b>　　5 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p><b>　　5.1 各模塊調(diào)試</b></p><p>　　5.1.1 傳感器測(cè)試</p><p>　　根據(jù)MQ-3酒精氣體傳感器的特性，接好電源后，分別測(cè)出傳感器在潔凈空氣中和有酒精氣體的空氣中的

94、輸出信號(hào)，發(fā)現(xiàn)輸出信號(hào)有變化，并且當(dāng)傳感器與酒精氣體源的距離發(fā)生變化時(shí)，輸出信號(hào)也會(huì)發(fā)生變化，由此可以判斷傳感器是完好的。</p><p>　　5.1.2 充電電路測(cè)試</p><p>　　TP4054接入5V電源時(shí)，通過(guò)3引腳給鋰電池充電，當(dāng)測(cè)得3引腳電壓大于2.9V時(shí)，此時(shí)的充電電流比較穩(wěn)定。測(cè)得鋰電池的輸出電壓為3.7V，通過(guò)KV5033低壓差調(diào)節(jié)器后，輸出電壓為3.3V。此電壓完全

95、能使整個(gè)系統(tǒng)正常工作。</p><p>　　5.1.3 報(bào)警電路測(cè)試</p><p>　　首先，檢查連線是否正確，排除斷路、短路等情況，然后通過(guò)編程設(shè)置蜂鳴器和LED燈與單片機(jī)相連的腳為高或低電平，然后觀察蜂鳴器和LED燈的變化。</p><p>　　5.1.4 系統(tǒng)整體調(diào)試</p><p>　　在對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行調(diào)試時(shí)，系統(tǒng)上電后，要先等待大

96、約1分鐘左右，目的是要給傳感器預(yù)熱，這樣測(cè)試的準(zhǔn)確度才會(huì)更高。當(dāng)系統(tǒng)上電后，顯示屏上會(huì)顯示Alcometer的字樣，以及初始濃度0.000mg/L。并且此時(shí)黃色指示燈亮。大約一分鐘過(guò)后就可以開(kāi)始測(cè)試了，在測(cè)試的時(shí)候，找了一瓶45度的白酒，將系統(tǒng)的傳感器靠近瓶口，此時(shí)顯示屏上的濃度值會(huì)發(fā)生變化，大約10秒鐘后顯示出最終的測(cè)量結(jié)果，當(dāng)濃度值大于閥值時(shí)，就會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警。此時(shí)蜂鳴器響、紅色指示燈亮，黃色指示燈滅。</p><

97、;p>　　5.2 調(diào)試結(jié)果分析</p><p>　　5.2.1 測(cè)試數(shù)據(jù)</p><p>　　給整個(gè)系統(tǒng)上電后，等待大約一分鐘左右，然后找了一瓶45度的白酒，打開(kāi)瓶蓋，然后把系統(tǒng)上的酒精傳感器對(duì)準(zhǔn)瓶口，開(kāi)始測(cè)試數(shù)據(jù)。表5-1是對(duì)45度的白酒進(jìn)行測(cè)試的一組酒精濃度數(shù)據(jù)，單位是mg/L。</p><p>　　表5-1 檢測(cè)儀測(cè)量的數(shù)據(jù)</p><

98、;p>　　根據(jù)表中的數(shù)據(jù)去掉最大值和最小值算出平均值為0.524 mg/L。</p><p>　　從市面上買(mǎi)了一個(gè)精確度為±0.1%F.S的酒精氣體傳感器，由它測(cè)量的濃度值為1.5g/L，這個(gè)濃度是指血液中的酒精濃度（BAC），它與呼氣酒精濃度（BrAC）的關(guān)系為：BAC=BrAC×2200。所以由標(biāo)準(zhǔn)儀器測(cè)量的呼氣酒精濃度為BrAC=0.682mg/L。</p><

99、p>　　因此可以算出整個(gè)設(shè)計(jì)的相對(duì)誤差為：g=(0.682-0.524)/0.682=0.2</p><p>　　由于整個(gè)設(shè)計(jì)設(shè)定的閥值酒精濃度為0.24mg/L，轉(zhuǎn)化為電壓為1.41V，所以只要傳感器的輸出電壓大于1.41V，即所測(cè)的酒精濃度超過(guò)0.24mg/L時(shí)，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警。</p><p>　　5.2.2 誤差分析</p><p>　　以上測(cè)試數(shù)據(jù)是

100、對(duì)45度白酒測(cè)量12次的結(jié)果，測(cè)量結(jié)果精度較高，精度達(dá)到0.001mg/L。該酒精濃度檢測(cè)儀存在一些誤差，該誤差主要由以下幾方面造成。</p><p>　　1) 傳感器在工作時(shí)會(huì)受到溫度、濕度的影響，若在惡劣的環(huán)境中工作，傳感器所占的誤差比例會(huì)更大。</p><p>　　2) 在測(cè)量的過(guò)程中，傳感器與酒精源的距離也會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差，距離酒精源越近，酒精的濃度越大。</p>

101、<p>　　3) 酒精檢測(cè)儀在運(yùn)行過(guò)程中，單片機(jī)會(huì)受到軟件的控制，從而產(chǎn)生軟件延時(shí)誤差。</p><p>　　4) 在使用的過(guò)程中，若鋰電池的供電電壓不穩(wěn)定，會(huì)直接影響傳感器的輸出，從而產(chǎn)生誤差。</p><p>　　5.3 調(diào)試中的問(wèn)題及解決方案</p><p>　　1) 整個(gè)硬件模塊不能正常供電</p><p>　　最初選擇的

102、低壓差調(diào)節(jié)器的型號(hào)是AMS1117，它是一款正電壓輸出低壓差的三端線性穩(wěn)壓芯片，主要是利用它將鋰電池的輸出電壓降至3.3V來(lái)給整個(gè)系統(tǒng)供電。雖然在一些資料上看到它可以將輸出電壓調(diào)節(jié)為3.3V，但是在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)ASM1117的輸出電壓比我們想要的3.3V要小得多，所以整個(gè)系統(tǒng)不能正常工作。于是就把低壓差調(diào)節(jié)器換成了KV5033芯片，KV5033的輸出電壓剛好能達(dá)到我們想要的3.3V電壓。而且它能夠穩(wěn)定的輸出3.3V電壓來(lái)給整個(gè)系統(tǒng)

103、供電。換成KV5033低壓差調(diào)節(jié)器后系統(tǒng)就能正常供電了。</p><p>　　2) 傳感器輸出信號(hào)不正常</p><p>　　調(diào)試傳感器模塊時(shí)，在最初調(diào)試的過(guò)程中，我是在系統(tǒng)剛一開(kāi)始供電就開(kāi)始調(diào)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)傳感器的輸出信號(hào)變化不正常，與預(yù)期的結(jié)果不一樣，但是過(guò)幾分鐘后調(diào)試就正常了，剛開(kāi)始一直以為是電路哪里有問(wèn)題，但是找了很久都沒(méi)有找到問(wèn)題所在，后來(lái)再去查看MQ-3傳感器的使用手冊(cè)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)

104、，MQ-3傳感器在使用之前要先預(yù)熱5分鐘，才能使它的精度達(dá)到最高，誤差最小。</p><p><b>　　3) 蜂鳴器不報(bào)警</b></p><p>　　調(diào)試聲光報(bào)警模塊的時(shí)候，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)現(xiàn)酒精濃度值超過(guò)閥值時(shí)只有指示燈亮，蜂鳴器不響，就去檢查電路，覺(jué)得電路沒(méi)問(wèn)題，就以為是程序報(bào)警模塊寫(xiě)錯(cuò)了，又去檢查程序，檢查過(guò)后還是沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在。我在這一部分浪費(fèi)了

105、不少時(shí)間，還是沒(méi)結(jié)果。后來(lái)找同學(xué)幫忙看一看才發(fā)現(xiàn)是一個(gè)非常小的問(wèn)題，由于自己的粗心把與蜂鳴器相連的三極管接反了。</p><p>　　4) LED指示燈指示不正確</p><p>　　在最后的調(diào)試中，感覺(jué)程序和硬件都做好了，但是就是有一個(gè)指示燈該亮的時(shí)候不亮，后來(lái)才發(fā)現(xiàn)是程序中的輸出引腳與硬件中的對(duì)不上，更改過(guò)來(lái)后運(yùn)行就正常了。</p><p>　　5) 傳感器的輸

106、出結(jié)果與電位器的分壓比較結(jié)果指示不正常</p><p>　　為了方便后期軟件編程過(guò)程中的調(diào)試，在最初的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中，本來(lái)是想將傳感器的輸出信號(hào)與電位器的分壓（設(shè)置成閥值）作比較，通過(guò)一個(gè)LED指示燈來(lái)指示比較結(jié)果。傳感器輸出信號(hào)接入比較器的正向端，電位器的分壓接入比較器的負(fù)向端，預(yù)期的結(jié)果是當(dāng)傳感器的輸出信號(hào)大于電位器分壓（即正向端電壓大于負(fù)向端電壓）時(shí)，比較器輸出為低電平，LED指示燈亮，否則LED指示燈不亮

107、。但是在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)比較器的輸出端很難達(dá)到一個(gè)能讓LED指示燈亮的低電平，即使LED指示燈亮了，肉眼也很難分辨出來(lái)。調(diào)試了很久也沒(méi)找出問(wèn)題在哪里，后來(lái)考慮到這個(gè)模塊對(duì)硬件的整體設(shè)計(jì)和功能沒(méi)有什么影響，于是決定把這個(gè)模塊取消了，現(xiàn)在在產(chǎn)品成品上還遺留著那個(gè)電位器。</p><p>　　6) 酒精濃度換算誤差較大</p><p>　　根據(jù)圖2-4氣敏元件靈敏度特性曲線來(lái)查找酒精傳感器的輸出電

108、壓與酒精濃度的關(guān)系，最初為了計(jì)算方便，就把酒精傳感器在純凈空氣中的電壓與在酒精氣體中輸出電壓的比值與酒精濃度看成是成正比的關(guān)系，根據(jù)這種關(guān)系來(lái)?yè)Q算酒精濃度值，后來(lái)發(fā)現(xiàn)誤差太大。就去查找原因，通過(guò)查找MQ-3酒精傳感器的使用手冊(cè)發(fā)現(xiàn)，并不是根據(jù)上述的關(guān)系來(lái)?yè)Q算的，酒精傳感器在純凈空氣中的電壓值與在酒精氣體中輸出的值電壓的比值與酒精濃度并不是成正比的。而是如式5-1這樣的一種關(guān)系：</p><p>　　alcomet

109、er = (V0/Vs-1.12)/(-0. 101)-1.1 （5-1）</p><p>　　根據(jù)這種關(guān)系換算出來(lái)的酒精濃度值與實(shí)際值更接近。但是受環(huán)境溫度和濕度的影響，還是存在一些誤差。</p><p><b>　　6 結(jié)論</b></p><p>　　綜上所述，基于STM32的便攜式酒精氣體濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，軟、硬

110、件的設(shè)計(jì)和調(diào)試都已完成，所有性能及功能基本已達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。硬件電路的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度較高，聲光報(bào)警模塊均工作正常。軟件的編程設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用的是分模塊設(shè)計(jì)，各個(gè)子程序之間互不影響，大大的簡(jiǎn)化了整個(gè)編程過(guò)程，這樣還有益于后期的調(diào)試和升級(jí)。該酒精濃度檢測(cè)系統(tǒng)不僅可以用于檢測(cè)空氣中的酒精含量，對(duì)人身安全起保護(hù)作用，而且也可以用于其他需要進(jìn)行酒精濃度檢測(cè)的環(huán)境中。</p><p><b>　　參考文

111、獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李建榮，薛亞平，錢(qián)松. 基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)[A]. 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào), 2013, 13(4):1-4</p><p>　　[2] 王彩紅，王學(xué)梅. 酒精檢測(cè)儀的研制[J]. 科技信息, 2008, 29:1-3</p><p>　　[3] 田哥. 國(guó)外酒后駕車檢測(cè)儀科技新動(dòng)向[J]. 道路交

112、通與安全, 2009,5</p><p>　　[4] 潘祖軍，朱文勝，岳睿. 汽車用酒精傳感器的分析[A]. 學(xué)術(shù)論壇, 2007:39-40</p><p>　　[5] 楊金瑞. 基于法布里—珀羅干涉效應(yīng)的多孔硅乙醇傳感器[J]. 重慶大學(xué)出版, 2009:19-20</p><p>　　[6] 韓瑞芳. 酒后駕車涉及問(wèn)題的綜合探討[M]. 西安文理學(xué)院學(xué)報(bào)（自然

113、科學(xué)報(bào)）, 2007, 4(10):126-130</p><p>　　[7] 龍光利. 一種駕駛員酒精超標(biāo)測(cè)控電路的設(shè)計(jì)[J]. 陜西理工學(xué)院報(bào)（自然科學(xué)報(bào)）, 2012,6</p><p>　　[8] 陳海生. 基于STM32的TransFlash卡讀寫(xiě)技術(shù)研究[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2009:18-19</p><p>　　[9] 劉婧. 電梯及扶梯GSM

114、無(wú)線遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]. 上海交通大學(xué)出版, 2011:21-28</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本文是在趙麗娜老師的指導(dǎo)下，以及實(shí)驗(yàn)室同學(xué)的幫助下完成的，在這里向指導(dǎo)和幫助我的老師和同學(xué)表示衷心的感謝并致以崇高的敬意！在硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試過(guò)程中遇到了許多問(wèn)題，在導(dǎo)師和同學(xué)的幫助下都迎刃而解了，在撰寫(xiě)論文的過(guò)程中也遇到了許

115、多這樣那樣的問(wèn)題，有的是專業(yè)上的問(wèn)題，有的是論文格式上的問(wèn)題，在趙麗娜老師的細(xì)心、耐心指導(dǎo)下，最終又快又好的完成了我的論文。在此，再一次向他們表示衷心的感謝。</p><p><b>　　作者簡(jiǎn)介</b></p><p>　　姓 名： 性別：男</p><p>　　出生年月：

116、 民族：漢</p><p>　　E-mail:328390202@qq.com</p><p><b>　　聲 明</b></p><p>　　本論文的工作是2014年12月至2015年6月在成都信息工程大學(xué)控制工程學(xué)院完成的。文中除了特別加以標(biāo)注地方外，不包含他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也

117、不包含為獲得成都信息工程大學(xué)或其他教學(xué)機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。</p><p>　　關(guān)于學(xué)位論文使用權(quán)和研究成果知識(shí)產(chǎn)權(quán)的說(shuō)明：</p><p>　　本人完全了解成都信息工程大學(xué)有關(guān)保管使用學(xué)位論文的規(guī)定，其中包括：</p><p>　　(1)學(xué)校有權(quán)保管并向有關(guān)部門(mén)遞交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件。</p><p>　　(2)學(xué)?？梢圆捎?/p>