畢業(yè)設計--車載酒精測試控制器的設計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人民的生活水平提高，越來越多的人有了自己的車，而酒后駕車造成的交通事故也越來越多，國家也出臺了一系列的法律法規(guī)，試圖通過法律的手段遏制這一現(xiàn)象的進一步發(fā)展。</p><p>　　介于人們對于醉駕的逐漸重視，酒精測試課題便更加受人關注。酒駕引起的交通事故是由于司機飲酒過量造成酒精

2、麻痹神經(jīng)，使大腦反應遲鈍，肢體不受控制的癥狀。所以本設計研究的是以氣敏傳感器和單片機為主，監(jiān)控空氣酒精濃度，并由LCD顯示功能的空氣酒精濃度測控電路。它可以監(jiān)控空氣中和呼氣中酒精濃度值，對超過設定值進行報警，并顯示數(shù)值，來提示危險。</p><p>　　車載酒精測控電路的設計可以達到以下目的：（1）有利于社會公共交通安全；（2）有效的降低交通事故的發(fā)生率;（3）使酒精測控變得更加便捷、安全、準確、高效，便于家庭酒

3、精測控器的普及化。</p><p>　　關鍵詞：STG89C52; ADC0804 ; 酒精傳感器MQ-3； 繼電器</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This year, with Chinese economic development, people's living stand

4、ards improve, more and more people have their own cars, traffic accidents caused by drunk driving more and more, countries have also introduced a series oflaws and regulations, in an attempt to curb the further developme

5、nt of this phenomenon through legal means.</p><p>　　Between the increasing emphasis on drunk driving, alcohol test subject will be more people's minds. Traffic accidents caused by drunk driving is the dr

6、iver drinking excessive amounts of alcoholic paralysis of nerves, the brain is unresponsive, physically out of control symptoms. Therefore, this research project is a gas sensor and microcontroller-based, monitoring air

7、alcohol concentration, the LCD display the functions of the air alcohol concentration measurement and control instrument. It moni</p><p>　　Car alcohol monitoring and control of the design can achieve the fol

8、lowing objectives: (1) in favor of social and public transportation security; (2) effectively reduce the incidence of traffic accidents; (3) alcohol monitoring and control has become more convenient, safe, accurate and e

9、fficient, to facilitate the popularization of home alcohol monitoring and control.</p><p>　　Keyword: Microcontroller; the ADC0804; MQ-3 Alcohol Sensor; relay目錄</p><p><b>　　1 緒論1</b>

10、</p><p>　　1.1 設計背景1</p><p>　　1.2 氣敏傳感器的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 設計酒精濃度測試控制電路的意義2</p><p>　　2 硬件電路設計與實現(xiàn)4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)硬件設計原理圖分析4</p><p>　　2.2 單

11、片機模塊5</p><p>　　2.4 酒精傳感器模塊9</p><p>　　2.5 液晶顯示模塊12</p><p>　　2.6 系統(tǒng)功能電路14</p><p>　　2.6.1 最小系統(tǒng)電路14</p><p>　　2.6.2 蜂鳴器報警原理及其電路15</p><p>　　2.

12、6.3 繼電器驅(qū)動原理17</p><p>　　2.6.4 液晶1602顯示原理18</p><p>　　2.6.5 電源電路原理19</p><p>　　2.6.6 ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換電路20</p><p>　　2.7 系統(tǒng)總原理圖22</p><p>　　3 系統(tǒng)軟件設計23</p>

13、<p>　　3.1 編程語言介紹23</p><p>　　3.1.1 開發(fā)環(huán)境23</p><p>　　3.2 系統(tǒng)程序設計24</p><p>　　3.2.1 系統(tǒng)程序設計步驟24</p><p>　　3.3 程序源代碼26</p><p>　　4 心得體會27</p><

14、;p><b>　　5 總結(jié)28</b></p><p><b>　　參考文獻29</b></p><p><b>　　附錄30</b></p><p><b>　　致 謝38</b></p><p><b>　　1 緒論&l

15、t;/b></p><p><b>　　1.1 設計背景</b></p><p>　　我國傳感器市場的增長率超過15%，2010年銷售額為186億元人民幣，2011年銷售額為283億元人民幣，預計2012年為325億元人民幣，2012年為374億元人民幣。我國傳感器4大類中，工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品占市場份額的33.5%。近年來，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的

16、發(fā)展階段，新型傳感器的特點是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化，它將不僅促進系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導致建立新型工業(yè)和軍事變革，是21世紀新的經(jīng)濟增長點。</p><p>　　因為氣體與人類的日常生活密切關系，對氣體的檢測已經(jīng)是保護和改善人民居住環(huán)境不可或缺的手段，氣體傳感器在里面發(fā)揮了非常重要的作用。氣體傳感器是把氣體中的所含成分檢測出來，并轉(zhuǎn)化成電信號的一系列器件，用來對有害氣體，易燃易爆氣體等進

17、行安全監(jiān)控，對生活中需要監(jiān)控的氣體進行檢測，分析，研究等。近年來，我國氣敏傳感器產(chǎn)業(yè)有了較快的發(fā)展，但與國外相比，在技術層面，實際應用等領域均存在著不小的差距。</p><p>　　目前，氣敏傳感器領域還存在一系列問題。一是元件的穩(wěn)定性不好。由于元件電阻和靈敏度隨時間而不斷變化，誤差大給檢測結(jié)果的可靠性帶來不穩(wěn)定的因素。二是選擇性差。由于在檢測氣體時，通常在空氣中含有其它的干擾氣體(如煙酒等)，使氣敏元件發(fā)生交叉

18、響應，造成誤差。三是催化劑中毒。摻有催化劑的氣敏元件接觸某些氣體后，活性部分度化，這將改變元件的選擇性，降低傳感器的敏感度和穩(wěn)定性。另外催化劑本身還存在著不穩(wěn)定性因素，靈敏度問題。四是SnO2元件有時由于靈敏度過高而產(chǎn)生誤差，但是在檢測某些低濃度氣體的時侯靈敏度卻往往達不到要求。</p><p>　　1.2 氣敏傳感器的研究現(xiàn)狀</p><p>　　金屬氧氣敏元件性能與敏感功能材料的選擇

19、、結(jié)構及其制作工藝有密切的關系。用化敏感材料制作的半導體式氣敏元件具有靈敏度高，結(jié)構簡單，體積小質(zhì)量輕，堅固耐用等優(yōu)點而被廣泛的應用，目前市場上以SnO2材料為主。SnO2是一種被廣泛應用的氣敏材料，圍繞SnO2為主材料的氣敏材料的設備及其氣敏元件制備的研究課題也相當廣泛。純SnO2的氣敏特性不是很好，尤其是它的熱穩(wěn)定性不高。為改善其氣敏特性，常在SnO2基體中加入其他元素金屬或其他金屬氧化物。盡管SnO2傳感材料有許多優(yōu)點，但作為材料

20、也存在一些缺點。通過控制氣敏材料微粒體積的大小，摻雜其它添加劑或催化劑，利用過濾設備或透氣膜來增加選擇性，也可以通過控制工作溫度和環(huán)境濕度，改進設備等方法也可以改善SnO2傳感器的氣敏特性。</p><p>　　納米科技(Nano—ST)是研究尺寸在0.1—100nm的物質(zhì)組成體系的運動規(guī)律和相互作用以及可能在實際應用中的技術問題的科學技術。納米技術的發(fā)展，不僅為傳感器提供了良好的氣敏材料，而且為傳感器設備提供了

21、許多新型制作方法。納米固體材料具有龐大的界面，提供了大量氣體通道，從而大大提高了靈敏度，工作溫度大大降低，大大縮小了傳感器的尺寸。當然，在己獲得明顯進展的納米傳感領域中尚存在很多問題，從敏感材料到制作技術都很不成熟，其性能也有不盡人意的地方。</p><p>　　氣敏傳感器在家用電器中也有相當廣泛的應用。吸油煙機等產(chǎn)品上常用MQ-3型半導體氣敏傳感器，它采用旁熱式結(jié)構，陶瓷管內(nèi)裝有高阻抗加熱絲，管外涂有梳狀金屬電

22、極，金屬電極之外涂有SnO2材料，使SnO2燒結(jié)體位于兩電極之間。氣敏傳感器工作時，加熱器通電加熱，若無被檢氣體侵入時，氣敏元件的阻值基本不變當氣敏元件表面產(chǎn)生吸附作用，其阻值將隨氣體濃度的變化變化。當被檢氣體濃度增大到一定值時，氣敏元件的阻值將隨之下降到某一值，使電壓比較器的狀態(tài)發(fā)生變化，輸出控制信號經(jīng)電流放大后，控制繼電器或雙向晶閘管接通電動機電源使吸排油煙機工作。</p><p>　　1.3 設計酒精濃度

23、測試控制電路的意義</p><p>　　本設計基于STG89C52單片機設計的車載酒精測試控制電路，用來檢測司機的酒精含量，并控制汽車發(fā)動的啟動。酒后駕車發(fā)生事故的概率高達27%。隨著攝入酒精量的增加，發(fā)生事故的幾率也隨之增加，當血液中酒精含量由0.5‰增至1‰，發(fā)生車禍的可能性便增加5倍，如果增至1.5‰，可能性再增加6倍。汽車司機“酒后駕車” 以及“醉酒駕車”都極易引發(fā)交通事故, 嚴重危害了道路交通安全和人民

24、生命財產(chǎn)安全。人飲酒后, 酒精被消化系統(tǒng)吸收后, 通過血液循環(huán), 大概90%的酒精通過呼吸排除體外, 因此測量車內(nèi)的酒精含量, 就可判斷其醉酒程度。開車司機只要進入車內(nèi)，儀器就能根據(jù)空氣中的酒精含量顯示出酒精濃度的高低，從而判斷該司機是否酒后駕車，然后通過控制發(fā)動機的啟動來避免事故的發(fā)生。這樣就可以從根本上解決酒后駕車問題。</p><p>　　2 硬件電路設計與實現(xiàn)</p><p>　

25、　2.1 系統(tǒng)硬件設計原理圖分析 </p><p>　　車載酒精測試控制電路主要由部分組成：單片機模塊、 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、 酒精傳感器模塊LCD顯示模塊。系統(tǒng)硬件設計如圖所示，工作原理如下，系統(tǒng)由AT89C52控制，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0804將酒精傳感器采集到的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成8位二進制的數(shù)字量輸送給單片機控制處理，單片機將得到的8位二進制的數(shù)字量轉(zhuǎn)化成為0-255的十進制數(shù)，然后通過LCD顯示模塊可以將值顯示

26、出來，單片機根據(jù)得到的十進制數(shù)值的大小，判斷酒精濃度，從而控制繼電器得電還是失電，當繼電器得電的時候，汽車發(fā)動機可以啟動。反之，汽車發(fā)動機不能啟動。系統(tǒng)方框圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)方框圖</p><p>　　2.2 單片機模塊</p><p>　　本次設計選用的是STG89C52。單片機STC89C52具有低能耗，高性能等特點，采用

27、CMOS工藝的8位單片機。具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。具有8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線。</p><p>　　STC89C52單片機采用40引腳雙排列直插封裝方式。引腳排列如圖2-2所示，以及40條引腳說明。</p><

28、p>　　圖2-2 單片機STG89C52引腳圖</p><p><b>　　?VCC：電源電壓</b></p><p><b>　　?GND：地</b></p><p>　　?P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。</p><p>　　?P1口：P1是一個

29、帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。</p><p>　　?P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。</p><p>　　?P3口：P3口時一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。</p&g

30、t;<p>　　?RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。</p><p>　　?ALE ：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。</p><p>　　? ：程序儲存允許（ ）

31、輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當89C5X單片機由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 有效，即輸出兩個脈沖。在次期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 信號。</p><p>　　? /VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFH）， 端必須保持低電平（接地）。</p><p>　　?XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的

32、輸入端。</p><p>　　?XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端</p><p>　　2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊</p><p>　　數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的功能是把連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量，使模擬系統(tǒng)跟數(shù)字系統(tǒng)相互連接轉(zhuǎn)換。對于本系統(tǒng)而言，就是用來快速、精確地對輸入的酒精濃度信號進行采樣編碼，把這些編碼轉(zhuǎn)換成單片機能處理的數(shù)字量。根據(jù)轉(zhuǎn)換器不同的工作原理可以分為

33、直接型A/D轉(zhuǎn)換器和間接型A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　本次設計采用的是ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADC0804為一只具有20引腳8位CMOS 連續(xù)近似的A/D 轉(zhuǎn)換器， 其規(guī)格如下：</p><p>　　(1) 高阻抗狀態(tài)輸出</p><p>　　(2) 分辨率：8 位(0~255)</p><p>　　(3) 存取時間：135 ms

34、</p><p>　　(4) 轉(zhuǎn)換時間：100 ms</p><p>　　(5) 總誤差：-1~+1LSB</p><p>　　(6) 工作溫度：ADC0804C為0度~70度；ADC0804L為-40 度~85 度</p><p>　　(7) 模擬輸入電壓范圍：0V~5V</p><p>　　(8) 參考電壓：2.5

35、V</p><p>　　(9) 工作電壓：5V</p><p>　　(10) 輸出為三態(tài)結(jié)構</p><p>　　1. 接腳說明見下圖2-3：</p><p>　　2. PIN1 (CS )：Chip Select，與RD、WR 接腳的輸入電壓高低一起判斷讀取或?qū)懭肱c否，當其為低位準(low)時會active。</p><

36、p>　　3. PIN2 ( RD )：Read。當CS 、RD 皆為低位準(low) 時，ADC0804 會將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字訊號經(jīng)由DB7 ~ DB0 輸出至其它處理單元。</p><p>　　4. PIN3 (WR )：啟動轉(zhuǎn)換的控制訊號。當CS 、WR 皆為低位準(low) 時ADC0804 做清除的動作，系統(tǒng)重置。當WR 由0→1且CS ＝0 時，ADC0804會開始轉(zhuǎn)換信號，此時INTR 設定為高位準

37、(high)。</p><p>　　5. PIN4、PIN19 (CLK IN、CLKR)：頻率輸入/輸出。頻率輸入可連接處理單元的訊號頻率范圍為100 kHz 至800 kHz。而頻率輸出頻率最大值無法大于640KHz，一般可選用外部或內(nèi)部來提供頻率。</p><p>　　6. PIN5 ( INTR )：中斷請求。轉(zhuǎn)換期間為高位準(high)，等到轉(zhuǎn)換完畢時INTR 會變?yōu)榈臀粶?lo

38、w)告知其它的處理單元已轉(zhuǎn)換完成，可讀取數(shù)字數(shù)據(jù)。</p><p>　　7. PIN6、PIN7 (VIN(+)、VIN(-))：差動模擬訊號的輸入端。輸入電壓VIN＝VIN(+)－VIN(-)，通常使用單端輸入，而將VIN(-)接地。</p><p>　　8. PIN8 (A GND):模擬電壓的接地端。</p><p>　　9. PIN9 (VREF∕2)︰模擬

39、參考電壓輸入端。VREF 為模擬輸入電壓VIN 的上限值。若PIN9空接，則VIN 的上限值即為VCC。</p><p>　　10. PIN10 (D GND)︰數(shù)字電壓的接地端。</p><p>　　11. PIN11 ~ PIN18 (DB7 ~ DB0)︰轉(zhuǎn)換后之數(shù)字數(shù)據(jù)輸出端。</p><p>　　12. PIN20 (Vcc)︰驅(qū)動電壓輸入端。</p

40、><p>　　圖2-3 ADC0804 模數(shù)轉(zhuǎn)換器引腳圖</p><p>　　2.4 酒精傳感器模塊</p><p>　　本系統(tǒng)選用的是MQ-3酒精傳感器, 特點:檢測范圍為10ppm～2000ppm ；靈敏度高，輸出信號為伏特級；響應速度快,小于10秒；功耗小于0.75W，尺寸：D17*H10。</p><p>　　MQ-3酒精傳感器對乙醇

41、蒸氣有很高的靈敏度，并且響應和恢復快速。另外，MQ-3酒精傳感器簡單的驅(qū)動回路和可靠的穩(wěn)定性是相比較于其他型號傳感器的優(yōu)點。MQ-3酒精傳感器可用于機動車駕駛?cè)藛T及其他嚴禁酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場檢測，也可用于其他場所乙醇蒸氣的檢測。</p><p>　　其外部結(jié)構如圖2-4所示：</p><p>　　圖2-4 MQ-3外部結(jié)構圖</p><p>　　MQ-3氣敏元件的

42、結(jié)構和外形如圖2-4-1所示(結(jié)構 A 或 B), 由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流。</p><p>　　整體電路圖如下圖2-5所示：</p><p>　　圖2-5 MQ-3整體電路圖</p>

43、<p>　　MQ-3型氣敏傳感器的敏感部分是由金屬氧化物（二氧化錫）的N型半導體微晶燒結(jié)層構成。當其表面接觸被測氣體酒精分子時，表面導電電子比例就會發(fā)生變化，從而其表面電阻會隨著被測氣體濃度的變化而變化。由于這種變化是可逆的，所以能重復使用。MQ-3的靈敏度特性曲線如圖2-6 所示。</p><p>　　圖2-6 MQ-3靈敏度曲線圖</p><p>　　其中：溫度：20℃

44、、相對濕度：65%、氧氣濃度：21% RL=200kΩ </p><p>　　Rs：元件在不同氣體，不同濃度下的電阻值。</p><p>　　R0:元件在潔凈空氣中的電阻值。</p><p>　　MQ-3型氣敏元件的溫濕度特性曲線如圖2-7：</p><p>　　圖2-7 MQ-3溫濕度特性曲線圖</p><p&g

45、t;　　其中：Ro: 20℃，33%RH條件下，200ppm的乙醇蒸汽中元件電阻。</p><p>　　Rs: 不同溫度，濕度下，200ppm的乙醇蒸汽中元件電阻。</p><p>　　2.5 液晶顯示模塊</p><p>　　液晶屏1602是一種專門用來顯示數(shù)字，符號，字母等的點陣型液晶模塊，液晶屏1602是由多個5X7或5X11等點陣字符組成，在液晶屏1602

46、中每一個單獨的點陣字符位都可以顯示一個字符；位與位之間有一個點距的間隔行與行之間也是一樣也有間隔，就是這些間隔讓液晶屏在顯示的時候呈現(xiàn)出字符間的間隔和行距之間間隔，使我們觀看的時候更直觀，清晰。但是就是這種因素的存在，所以它是不能顯示出圖形的。</p><p>　　1602LCD是指在顯示屏上我們可以看到16X2，也就是說可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊。</p><p>　　液晶屏1

47、602管腳的一些功能：</p><p>　　1602液晶顯示屏采用標準的16腳借口，下面一一介紹每個管腳的功能。</p><p>　　第一腳：VSS是接電源地。</p><p>　　第二腳：VDD接5V電源正極。</p><p>　　第三腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端口，當V0接至電源正極時，對比度最弱；相反當V0接地時，對比度卻是最高（對

48、比度過高時會 產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。 </p><p>　　第四腳：RS是寄存器選擇，當是高電平1時選擇的是數(shù)據(jù)寄存器，低電平0時選擇的是指令寄存器。</p><p>　　第五腳：RW是讀寫信號線，執(zhí)行讀操作的指令是高電平1時，執(zhí)行低電平的操作指令是低電平0。</p><p>　　第六腳：EN端是使能端。</p>

49、<p>　　第七~十四腳：D0~D7是8位雙向數(shù)據(jù)端。</p><p>　　第十五~十六腳：空腳或背燈電源，15腳是背光正極，16腳背光負極。</p><p>　　1602液晶顯示屏的特性：</p><p>　　n+5V電壓，對比度可調(diào)。 　</p><p>　　n內(nèi)含復位電路。 　　</p><p>　　n

50、提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能。 　　</p><p>　　n有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM。 　</p><p>　　n內(nèi)建有192個5X7點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM ?！?lt;/p><p>　　n8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。</p><p>　　1602LCD液晶顯示屏的特

51、征：</p><p>　　微功耗，體積較小，內(nèi)容顯示比較豐富，超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中。</p><p>　　液晶1602有三條控制線，RS/數(shù)據(jù)命令端，RW/讀寫選擇端、EN/使能端，一個8位的數(shù)據(jù)端口。常用指令說明如表2-1：</p><p>　　表2-1常用指令說明</p><p>　　2.6 系統(tǒng)功能電路<

52、/p><p>　　2.6.1 最小系統(tǒng)電路</p><p>　　圖2-8 最小系統(tǒng)電路圖</p><p>　　圖2-9 晶振電路</p><p>　　晶振電路是單片機的動力來源，單片機的XATL1和XATL2 11.0592M的晶振。</p><p>　　圖2-10 復位電路</p><p>

53、;　　上圖為復位電路，復位電路分為手動按鍵復位和上電復位。上電復位是指當系統(tǒng)剛上電時電容兩端電壓不會改變，相當于是短路，因此RSET上的電平為高電平，這個過程時間比較短，但還是能夠讓單片機復位。</p><p>　　手動按鍵復位的原理是在系統(tǒng)工作時可以通過手動按鍵來使單片機復位。</p><p>　　2.6.2 蜂鳴器報警原理及其電路</p><p>　　圖2-1

54、1 蜂鳴器報警電路</p><p>　　這次設計，我采用的是有源蜂鳴器，蜂鳴器的報警狀態(tài)由繼電器控制。當車內(nèi)酒精濃度超出系統(tǒng)預置值時，繼電器得電，蜂鳴器隨之得電，從而發(fā)出警報聲音，以提示車內(nèi)酒精濃度超標。當車內(nèi)酒精濃度沒有超過標準是，繼電器失電，蜂鳴器也隨之失電，不工作。系統(tǒng)可以通過蜂鳴器的報警狀態(tài)來判斷車內(nèi)酒精是否超標，那控制它的繼電器模塊是怎樣工作的呢，下面我將給大家?guī)砝^電器模塊。</p>

55、<p>　　2.6.3 繼電器驅(qū)動原理</p><p>　　圖2-12 繼電器驅(qū)動電路</p><p>　　本系統(tǒng)采用的是電磁式繼電器，這個繼電器由控制線圈、鐵芯、銜鐵、觸點簧片等組成，控制線圈和接點組之間是相互絕緣的，因此，可以為控制電路起到良好的電氣隔離作用。當我們再繼電器的線圈兩頭加上線圈的額定電壓的時候，線圈中有電流流過，產(chǎn)生電磁效應，銜鐵將在電磁力的作用下向鐵芯靠攏，

56、從而使銜鐵的動觸點和靜觸點吸合。當線圈斷電后，電磁效應消失，銜鐵返回原來的位置。這樣就能達到電路接通與切斷的開關目的。</p><p>　　三極管Q1的基極B接到單片機的P3.7，三極管的發(fā)射極E接到繼電器線圈的一端，線圈的另一端接到+5V電源VCC上；繼電器線圈兩端并接一個二極管，用來吸收釋放繼電器線圈斷電時產(chǎn)生的反向電動勢，從而達到保護三極管T5及保證其他電路不受干擾的作用。</p><p

57、>　　2.6.4 液晶1602顯示原理</p><p>　　圖2-13 1602LCD電路</p><p>　　液晶1602顯示器共有16個引腳，其中每個引腳的功能意義都不相同。其中4號5號6號是控制引線7號到14號引腳是信號線。還有就是3號引腳是背光電源指示端，它這個所接的電阻阻值不一樣，背光就會有不一樣的結(jié)果，在此次我選用的背光電阻是10k的電阻</p><

58、;p>　　2.6.5 電源電路原理</p><p>　　圖2-14 電源電路圖</p><p>　　電源電路是由變壓器，單相橋式整流電路，三端穩(wěn)壓器7805，濾波電路組成。此次的設計需要的是一個5V的直流電源，但一般正常的日常電壓是220V，不能直接接在電路上，所以在這里我們就需要一個變壓器把電壓降下來。日常220V電壓是交流電壓，但我的設計需要的是直流，所以在此加上一個單相橋式

59、整流電路，將交流電壓轉(zhuǎn)換成設計所需的直流電壓，它是由四個二極管組成，橋式整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦裕盟膫€二極管，使他們交替的導通，在負載上得到的始終是一個單向的脈動電壓。電解電容單位體積電容比較大，能比其他的大到幾百倍，價格也比較合理，而且電解電容是有極性的，能夠防止電壓反相，電容的充放電也起到了濾波的作用，最后引出兩個接口作為電源的正極和負極。</p><p>　　2.6.6 ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換

60、電路</p><p>　　圖2-15 ADC0804電路</p><p>　　ADC0804是逐次比較性的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，它的一些主要特性如下：</p><p>　　工作電壓：Vcc =+5V。</p><p><b>　　分辨率：8位。</b></p><p>　　轉(zhuǎn)換時間：100us。<

61、/p><p>　　模擬輸入電壓范圍：0 到 +5v。</p><p>　　參考電壓：2.5V。</p><p>　　轉(zhuǎn)換誤差：+ -11SB。</p><p><b>　　引腳功能說明：</b></p><p>　　6號腳Vin(+)和7號腳Vin(-)是ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換器的兩模擬信號輸入端。&

62、lt;/p><p>　　DB0~DB7是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出端，具有三態(tài)特性。</p><p>　　AGND：模擬信號地。</p><p>　　10號腳：數(shù)字信號地。</p><p>　　CLKIN：外電路提供時鐘脈沖輸入端。</p><p>　　19號腳CLKR：內(nèi)部時鐘發(fā)生器外接電阻端口。</p><

63、;p>　　1號腳CS：片選信號輸入端，是低電平有效，只有在低電平的時候，才能選中該芯片，然后工作。</p><p>　　2號腳RD：讀信號端，低電平有效，該引腳要正常工作不僅要次引腳是低電平而且前提要CS為低電平。</p><p>　　3號腳WR：寫信號端，低電平有效，與讀信號端一樣，要前提選中該芯片即CS為0，才能啟動轉(zhuǎn)換。</p><p>　　INTR：轉(zhuǎn)

64、換結(jié)束輸出信號，低電平有效。當它輸出低電平時，就代表轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成。</p><p>　　2.7 系統(tǒng)總原理圖及實物圖</p><p>　　系統(tǒng)的總原理圖包括以上所有電路，有單片機最小系統(tǒng)，蜂鳴器報警電路，繼電器電路，1602液晶顯示電路，MQ-3傳感器電路，電源電路。詳情見附錄一。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)軟件設計</b><

65、;/p><p>　　3.1 編程語言介紹</p><p>　　3.1.1 開發(fā)環(huán)境</p><p>　　本系統(tǒng)選用的編程語言是C語言。相比于匯編語言，雖然匯編語言的可控性較好，機器代碼生成效率也高，控制性好，但是移植性不高。C語言編寫的程序比匯編編寫的程序更符合人們的習慣，并且很多處理器都支持C編譯器，也就是說處理器也能很快適應。并且具有良好的模塊化，易移植等特點。

66、所以本系統(tǒng)采用了C語言編寫程序。</p><p>　　C語言的主要特點共有8點，具體如下</p><p>　　語言簡潔，緊湊，使用方便，靈活。</p><p>　　運算符豐富。C語言的運算符包含的范圍很廣泛，共有34種運算符</p><p>　　數(shù)據(jù)類型豐富，具有現(xiàn)代語言的各種數(shù)據(jù)結(jié)構。C語言提供的數(shù)據(jù)類型有：整型，浮點型，字符型，數(shù)組型，指

67、針類型，結(jié)構體類型，共用體類型等，能用來實現(xiàn)各種復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構的運算。尤其是指針類型數(shù)據(jù)，使用十分靈活和多樣化。</p><p>　　具有結(jié)構化的控制語句（像if...else語句，while語句，for語句等）。用函數(shù)作為程序的模塊單位，便于實現(xiàn)程序的模塊化。</p><p>　　語法限制不太嚴格，程序設計自由度大。</p><p>　　C語言允許直接訪問物理地址

68、，能進行位操作，能實現(xiàn)匯編語言的大部分功能，可以直接對硬件進行操作。</p><p>　　生成目標代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。C語言一般只比匯編程序生成的目標代碼效率低百分之十到百分之二十。</p><p>　　用C語言編寫的程序可移植性好?；旧喜蛔鲂薷木湍苡糜诟鞣N型號的計算機和各種系統(tǒng)操作。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)程序設計</p>&l

69、t;p>　　3.2.1 系統(tǒng)程序設計步驟</p><p>　　C語言程序設計一般包括三個基本步驟：</p><p>　?。?）分析問題：這一步必須做到：</p><p>　　作為解決問題的一種方法, 確定要產(chǎn)生的數(shù)據(jù)(輸出)。 作為這一子步的一部分, 你應定義表示輸出的變量。</p><p>　　b.確定需產(chǎn)生輸出的數(shù)據(jù)(稱為輸入),

70、 作為這一子步的一部分, 你應定義表示輸入的變量。</p><p>　　c.研制一種算法, 從有限步的輸入中獲取輸出。 這種算法定義為結(jié)構化的順序操作, 以便在有限步內(nèi)解決問題。就數(shù)字問題而言, 這種算法包括獲取輸出的計算, 但對非數(shù)字問題來說, 這種算法包括許多文本和圖象處理操作。</p><p>　　畫出程序的基本輪廓：</p><p>　　這一步需要一些句子

71、來畫出程序的基本輪廓。每個句子對應一個簡單的程序操作。若是個簡單的程序，列出程序順序執(zhí)行的動作就可以直接生成偽代碼；然而復雜點的則需要將整個過程進行有條理的組織。</p><p><b>　　實現(xiàn)程序：</b></p><p>　　編寫程序 2.測試和調(diào)試程序 3.提供數(shù)據(jù)打印結(jié)果</p><p>　　對于源程序應該包含文字注釋的文件編制，

72、以說明程序各個部分實現(xiàn)何種工作。另外還應該包含調(diào)試程序段，來測試程序的運行情況，并允許查找編程錯誤。若程序運行正常，可以刪去調(diào)試程序段，但文件編制卻要保留，便于維護和修改。</p><p>　　流程圖如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 程序流程圖</p><p>　　3.3 程序源代碼</p><p><b>　　

73、詳情請見附錄二。</b></p><p><b>　　4 心得體會</b></p><p>　　通過這次的畢業(yè)設計，讓我再一次的學習了大學四年以來所學到的相關知識。首先，對于以前學習過的有關單片機方面的知識，在設計電路過程中又有了新的認識，對于各種概念的理解也有了提高。</p><p>　　其次是在做電路板焊接的過程中，由于以前

74、接觸的比較少，所以電路板做的不是非常的精致，也讓我體會到了要做好一件事兒，一定要打好基本功，然后踏踏實實做好每一個步驟。</p><p>　　電路的檢測是很重要的一部分，在上電后，若是不能正常工作按原理圖分模塊進行電路檢測，是否有虛焊或漏焊現(xiàn)象；如焊接正常，在按信號傳遞的方向逐級檢測，找出出問題的一級，并向該級的上級進行檢測，直到將故障排除。</p><p>　　硬件調(diào)試是一個相對比較繁瑣

75、的過程，要特別注意以下幾點。其一，通電之后看STG89C52晶振是否起振，晶振起振后是標準的正弦波，示波器測得其頻率為11.0592MHz；其二，硬件電路的設計既要追求實際功能的實現(xiàn)，也要考慮元器件的購買方便。</p><p>　　其次就是軟件的調(diào)試。在軟件編程過程中，我首先列出了程序的方框圖，然后寫出每個單元模塊的程序，在單元模塊上進行測試，這樣做讓我在編寫程序的時候思路更清晰不會混亂。軟件的調(diào)試過程中，聯(lián)機調(diào)

76、試非常重要，在硬件電路都正常的情況下，聯(lián)機調(diào)試就成了設計能否成功的關鍵。</p><p><b>　　5 總結(jié)</b></p><p>　　這次的設計是對大學四年所學的一個很好的應用和總結(jié)，其中涉及到許多方面的專業(yè)知識。首先根據(jù)設計的要求我選定了STC89C52單片機來作為此次設計的主體，而后在通過對總體的構思，添加了LCD1602液晶顯示模塊，ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)

77、換模塊，蜂鳴器報警電路，繼電器電路來實現(xiàn)基于單片機的車載酒測試控制的設計。也是經(jīng)過這次的設計，讓我學到很多新的知識，比如對LCD1602液晶顯示的引腳功能和市場情況都有一定的了解，掌握了A/D轉(zhuǎn)換的原理，繼電器的工作的原理等等。最后大概重述下我的設計內(nèi)容，基于單片機的車載酒精測試控制儀的設計，要求是當汽車駕駛員飲酒后，血液中酒精含量超過20%以上，汽車將報警，并且汽車發(fā)動機將無法啟動。我的構思是通過酒精傳感器根據(jù)對車內(nèi)酒精濃度的測試得到

78、的電壓信號，然后再通過ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)化器把模擬信號電壓轉(zhuǎn)換成單片機可讀的數(shù)字信號，最后在根據(jù)判斷是否超過設定值，蜂鳴器報警并讓繼電器得電，從而使汽車發(fā)動機無法啟動。程序上對應著電路模塊功能相應編程，最后完成了我的畢業(yè)設計，設計中我也了解到基于單片機的酒精測試控制儀的應用，它能從根本上解決因為酒駕引發(fā)的交通事故問題。</p><p><b>　　參考文獻</b></p>&

79、lt;p>　　[1] 張毅剛,彭喜元，彭宇.單片機原理及應用[M].北京：高等教育出版社，2010</p><p>　　[2] 薛弘曄,劉原,馬永.計算機控制技術[M].西安：電子科技大學出版社，2008</p><p>　　[3] 華成英,童詩白.模擬電子技術基礎 [M].北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　[4] 史久貴.基于Altium

80、Designer的原理圖與PCB設計[M].北京：機械工業(yè)出版社</p><p>　　[5] 譚浩強.C程序設計[M].北京：清華大學出版社</p><p>　　[6] 先鋒工作室編著.單片機程序設計實例[M].北京：清華大學出版社，2003</p><p>　　[7] 張毅剛等編著.新編MCS-51單片機應用設計[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2004&l

81、t;/p><p>　　[8] 李維提，郭強．液晶顯示應用技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[9] 彭軍．傳感器與檢測技術[M]．西安電子科技大學出版社，2003．</p><p>　　[10] 樓然苗，李光飛．51系列單片機設計實例[M]．北京航空航天大學出版社，2003</p><p>　　[11] 胡乾斌，李光斌

82、，李玲．單片微型計算機原理與應用[M]．華中科技大學出版社，2002</p><p>　　[12] 郁有文．傳感器原理及工程應用[M]．西安：西安電子科技大學出版社，2003</p><p>　　[13] 張培仁．基于匯編語言編程MCS-51單片機原理與應用[M]．北京：清華大學出版社，2003</p><p>　　[14] T．Someya，J．Small，P．

83、Kim，C．Nuckolls，J．T．Yardley．Alcohol vapor sensors</p><p>　　based on single-walled carbon nanotube field effect transistors[M]．Nano Letters，2003．</p><p><b>　　附錄</b></p><p>

84、;　　附錄一 </p><p>　　附錄二 </p><p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#include <intrins.h></p><p>　　#define uint

85、unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define LCD_data P0 //數(shù)據(jù)口</p><p>　　#define delayNOP(); {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();};</p><p>　　sb

86、it lcdrs=P2^7;</p><p>　　sbit lcdrw=P2^6;</p><p>　　sbit lcden=P2^5;</p><p>　　sbit rd=P3^1;</p><p>　　sbit wr=P3^0;</p><p><b>　　bit flag;</b></

87、p><p>　　sbit relay=P3^7;</p><p>　　uchar code str1[] = {"Alcohol density"};</p><p>　　uchar code str2[] = {"00.0 %"};</p><p>　　double vol,rs,cp;</p

88、><p>　　uint t0,dianya;</p><p>　　uchar temp;</p><p>　　void delay_ms(uint z)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint x,y;</b></p><

89、p>　　for(x=z;x>0;x--)</p><p>　　for(y=123;y>0;y--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Check_Busy()</p><p><b>　　{ </b></p><p>

90、<b>　　lcdrs=0;</b></p><p><b>　　lcdrw=1;</b></p><p><b>　　lcden=1;</b></p><p><b>　　P0=0xff;</b></p><p>　　while((P0&0x80

91、)==0x80);//忙則等待</p><p><b>　　lcden=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void write_com(uchar cmd) //寫命令</p><p>　　{ </p&

92、gt;<p>　　Check_Busy();</p><p>　　lcdrs = 0;</p><p>　　lcdrw = 0;</p><p>　　LCD_data = cmd;</p><p>　　lcden = 1;</p><p>　　delayNOP();</p><p>

93、;　　lcden = 0; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　void write_date(uchar dat) //寫數(shù)據(jù)</p><p>　　{ </p><p>　　Check_Busy();</p><p>

94、;　　lcdrs = 1;</p><p>　　lcdrw = 0;</p><p>　　LCD_data = dat;</p><p>　　lcden = 1;</p><p>　　delayNOP();</p><p>　　lcden = 0; </p><p><b>　　}&l

95、t;/b></p><p>　　void write_str(uchar *p)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　while(*p)</b></p><p>　　write_date(*p++);</p><p><b>　

96、　}</b></p><p>　　void diyihang(uint z)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　z--;</b></p><p>　　write_com(0x80+z);</p><p><b>　　}&

97、lt;/b></p><p>　　void dierhang(uint z)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　z--;</b></p><p>　　write_com(0x80+0x40+z);</p><p><b>　　

98、}</b></p><p>　　void lcd_init()//液晶初始化</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　delay_ms(40);</p><p>　　write_com(0x38); //基本指令操作</p><p>　　delay_m

99、s(5);</p><p>　　write_com(0x38); //基本指令操作</p><p>　　delay_ms(1);</p><p>　　write_com(0x0c); //顯示開，關光標</p><p>　　delay_ms(5);</p><p>　　write_com(0x01)

100、; //清除LCD的顯示內(nèi)容</p><p>　　delay_ms(5);</p><p>　　write_com(0x06); //游標自動右移，整體畫面不移動</p><p>　　diyihang(1);</p><p>　　write_str(str1);</p><p>　　dierhang(5)

101、;</p><p>　　write_str(str2);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void t0_init()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD=0x01;</p><p><

102、;b>　　TH0=0xdc;</b></p><p><b>　　TL0=0x00;</b></p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　TR0=1;</b>

103、;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void display()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　vol=(100.0/255)*temp*10;</p><p>　　dianya=(int)vol;</p>

104、<p>　　dierhang(5);</p><p>　　write_date(0x30+dianya/100);</p><p>　　write_date(0x30+dianya%100/10);</p><p>　　write_date('.');</p><p>　　write_date(0x30+dian

105、ya%10);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void alcohol_test()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(dianya>=200)</p><p><b>　　{</b>&

106、lt;/p><p>　　//relay=0;</p><p><b>　　flag=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else </b></p><p><b>　　{</b></p

107、><p>　　if(flag==0)</p><p><b>　　relay=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()</p><p>&

108、lt;b>　　{</b></p><p>　　lcd_init();</p><p>　　t0_init();</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　display();</p

109、><p>　　if(flag==1)</p><p><b>　　relay=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void timer0() interrupt 1 </p&

110、gt;<p><b>　　{</b></p><p><b>　　TH0=0xdc;</b></p><p><b>　　TL0=0x00;</b></p><p><b>　　t0++;</b></p><p>　　if(t0==50)&l

111、t;/p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　t0=0;</b></p><p>　　wr=1;_nop_();</p><p>　　wr=0;_nop_();</p><p><b>　　wr=1;</b></p>&

112、lt;p>　　delay_ms(5);</p><p><b>　　P1=0xff;</b></p><p>　　rd=1;_nop_();</p><p>　　rd=0;_nop_();</p><p>　　temp=P1; //傳送電壓</p><p><b>　　rd=

113、1;</b></p><p>　　alcohol_test();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　基于STG89C52單片機

114、車載酒精測試控制器的設計與實現(xiàn)論文已經(jīng)完成。本論文從選題，實驗，到論文的寫作，整個過程得到***老師的精心指導和細心幫助，在此表示衷心的感謝。</p><p>　　大學四年學習生涯即將告以段落，在此要感謝四年以來一直對教學和指導工作認真負責，孜孜不倦的所有江西農(nóng)業(yè)大學工學院的老師們，同時還要感謝跟我一同學習的同學，他們給了我?guī)椭⒅С趾蛣恿?，讓我度過了一個美好的大學生活。</p><p>