基于單片機的汽車醉酒禁駕系統(tǒng)設計說明

1、 PAGE37 / NUMPAGES50摘 要隨著科技的進步，智能產品在社會生產和人們生活等方面扮演著越來越重要的角色,在我們的日常生活中智能產品已經隨處可見。本文以STC89C52單片機和酒精傳感器MQ-3為核心部分，設計制造一種基于單片機的汽車醉酒禁駕系統(tǒng)。該系統(tǒng)在酒精濃度超標的環(huán)境下可以自動控制汽車禁止啟動，為減少酒后駕車造成的交通事故提供了幫助。同時該系統(tǒng)還具有聲光報警、LCD顯示的功能。并且該系統(tǒng)可以使用在不同的監(jiān)控環(huán)境下，可根據(jù)不同的環(huán)境設置不同的閾值，超過閾值即進行聲光報警，并自動禁止啟動汽車。該設計方案的優(yōu)點是硬件電路設計簡單，軟件功能采用C語言編程，方便靈活。而設計用的酒精傳

2、感器具有靈敏度高、工作性能好、低功耗、低成本等優(yōu)點。該系統(tǒng)不僅可以運用在交通檢測中，還可以使用在酒廠和食品工廠發(fā)酵監(jiān)控等場所。關鍵詞：醉酒禁駕；STC89C52單片機；酒精傳感器；閾值AbstractWith the progress of science and technology, intelligent products in social production and people life, playing an increasingly important role in our daily life, intelligent products has been everywhe

3、re. This paper takes the STC89C52 single chip and alcohol sensor MQ -3 as the core part, the design and manufacture of a drunken driving ban of car based on single chip system. The system in the alcohol concentrations exceed the standard environment can automatically control the motor start-up prohi

4、bited, as in reducing drunk driving traffic accidents caused by the offers of help. At the same time, the system also has a sound and light alarm, LCD display function.And the system can be used in different monitoring environment, according to different environmental settings of different threshold

5、s, exceeds a threshold that sound and light alarm, and automatically banned and start the car. The design scheme has the advantages of simple hardware circuit design, software function is the use of C language programming, convenient and flexible. Design and use of alcohol sensor has high sensitivit

6、y, good working performance, low power consumption, low cost and other advantages. The system not only can be used in traffic detection, may also use in the winery and food plant fermentation monitoring etc.Key words: A drunken driving ban; STC89C52 single-chip microcomputer;Alcohol sensors; Thresho

7、ld value目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc327781450第1章概述 PAGEREF _Toc327781450 h 1HYPERLINK l _Toc3277814511.1 選題的依據(jù)和課題的意義 PAGEREF _Toc327781451 h 1HYPERLINK l _Toc3277814521.2 選題的目的 PAGEREF _Toc327781452 h 1HYPERLINK l _Toc3277814531.3 國外研究概況 PAGEREF _Toc327781453 h 2HYPERLINK l _Toc3277814541.4

8、課題研究方法 PAGEREF _Toc327781454 h 3HYPERLINK l _Toc3277814551.5 設計構成與研究容 PAGEREF _Toc327781455 h 3HYPERLINK l _Toc327781456第2章系統(tǒng)的工作原理與結構 PAGEREF _Toc327781456 h 4HYPERLINK l _Toc3277814572.1 系統(tǒng)的工作原理 PAGEREF _Toc327781457 h 4HYPERLINK l _Toc3277814582.2 系統(tǒng)的結構框圖 PAGEREF _Toc327781458 h 4HYPERLINK l _Toc3

9、277814592.3 系統(tǒng)的整體結構特點 PAGEREF _Toc327781459 h 5HYPERLINK l _Toc3277814602.4 系統(tǒng)的設計容 PAGEREF _Toc327781460 h 6HYPERLINK l _Toc3277814612.5 本章小結 PAGEREF _Toc327781461 h 6HYPERLINK l _Toc327781462第3章汽車醉酒禁駕系統(tǒng)的硬件設計 PAGEREF _Toc327781462 h 7HYPERLINK l _Toc3277814633.1 單片機的選擇 PAGEREF _Toc327781463 h 7HYPER

10、LINK l _Toc3277814643.2 酒精濃度檢測的設計 PAGEREF _Toc327781464 h 12HYPERLINK l _Toc3277814653.3 按鍵設定閾值與閾值存儲電路的設計 PAGEREF _Toc327781465 h 16HYPERLINK l _Toc3277814663.4 液晶接口電路的設計 PAGEREF _Toc327781466 h 17HYPERLINK l _Toc3277814673.5 聲光報警電路的設計 PAGEREF _Toc327781467 h 18HYPERLINK l _Toc3277814683.6 單片機供電與程序下

11、載電路 PAGEREF _Toc327781468 h 19HYPERLINK l _Toc3277814693.7 晶振電路的設計 PAGEREF _Toc327781469 h 20HYPERLINK l _Toc3277814703.8 復位電路的設計 PAGEREF _Toc327781470 h 21HYPERLINK l _Toc3277814713.9 系統(tǒng)繼電器控制電路的設計 PAGEREF _Toc327781471 h 21HYPERLINK l _Toc3277814723.10 系統(tǒng)完整電路圖 PAGEREF _Toc327781472 h 22HYPERLINK l

12、_Toc3277814733.11 本章小結 PAGEREF _Toc327781473 h 23HYPERLINK l _Toc327781474第4章系統(tǒng)的軟件實現(xiàn) PAGEREF _Toc327781474 h 24HYPERLINK l _Toc3277814754.1 A/D轉換的軟件實現(xiàn) PAGEREF _Toc327781475 h 24HYPERLINK l _Toc3277814764.2 閾值設定與顯示的軟件控制 PAGEREF _Toc327781476 h 25HYPERLINK l _Toc3277814774.3 整體軟件控制流程 PAGEREF _Toc32778

13、1477 h 26HYPERLINK l _Toc3277814784.4 本章小結 PAGEREF _Toc327781478 h 28HYPERLINK l _Toc327781479第5章系統(tǒng)的調試和實物圖 PAGEREF _Toc327781479 h 29HYPERLINK l _Toc3277814805.1 單片機安裝的程序調試 PAGEREF _Toc327781480 h 29HYPERLINK l _Toc3277814815.2 按鍵修改酒精閾值程序 PAGEREF _Toc327781481 h 29HYPERLINK l _Toc3277814825.3 酒精傳感器T

14、TL輸出測試程序 PAGEREF _Toc327781482 h 30HYPERLINK l _Toc3277814835.4 整體功能調試程序 PAGEREF _Toc327781483 h 31HYPERLINK l _Toc3277814845.5 系統(tǒng)的硬件調試過程 PAGEREF _Toc327781484 h 32HYPERLINK l _Toc3277814855.6 系統(tǒng)的實物圖 PAGEREF _Toc327781485 h 33HYPERLINK l _Toc3277814865.7 本章小結 PAGEREF _Toc327781486 h 33HYPERLINK l _T

15、oc327781487結論 PAGEREF _Toc327781487 h 34HYPERLINK l _Toc327781488參考文獻 PAGEREF _Toc327781488 h 35HYPERLINK l _Toc327781489致 PAGEREF _Toc327781489 h 36HYPERLINK l _Toc327781490附錄 PAGEREF _Toc327781490 h 37第1章 概述1.1 選題的依據(jù)和課題的意義根據(jù)WTO數(shù)據(jù)，2003年全世界人均純酒精消費量為6.2L，其中歐洲地區(qū)人均純酒精消費量達11.9L，美洲地區(qū)人均消費量為8.7L。俄羅斯與其周邊的東歐

16、國家酒精消費量最高，其次為歐洲其他國家。在人均國民生產總值低于7000美元的低收入國家，酒精消費量與人均國民生產總值有關，人均國民生產總值越高這個國家或者地區(qū)的酒精消費量也就越高。隨著我國近些年來高速發(fā)展的經濟水平和居民生活水平，私家車的占有率直線上升，幾乎做到每家都有一臺或者幾臺私家車了。但是，隨著私家車的普與，帶來了交通事故的頻頻發(fā)生，特別是因為酒后駕車所引發(fā)的交通事故，給自己和他人的生命財產帶來嚴重的威脅，同時也給國家和社會帶來了巨大的經濟損失。因此，對于每輛汽車安裝智能的醉酒禁駕系統(tǒng)是很重要的，在每次駕駛之前自行檢測酒精濃度再決定駕駛員是否可以安全駕駛，這不僅是對自己賦有責任感的表現(xiàn)，

17、也是對國家，對社會賦有責任感的表現(xiàn)。酒后駕車上路的危害一是觸覺能力下降。科學研究發(fā)現(xiàn)，駕駛員在沒有飲酒的情況下行車，發(fā)現(xiàn)前方有危險情況，從視覺感知到踩制動器的動作中間的反應時間為0.75秒，飲酒后尚能駕車的情況下反應時間要減慢2至3倍，同速行駛下的制動距離也要相應延長，這大大增加了出事的可能性。飲酒后駕車，因酒精麻醉作用，人的手、腳觸覺較平時降低，往往無?？刂朴烷T、剎車與方向盤。二是判斷能力和操作能力降低。飲酒后，人對光、聲刺激的反應時間延長，從而無確判斷距離和速度。三是視覺障礙。飲酒后會使視力暫時受損，視像不穩(wěn)，辨色力下降，因此不能發(fā)現(xiàn)和正確領會交通信號、標志和標線。飲酒后視野還會大大減小，

18、視像模糊，眼睛只盯著前方目標，對處于視野邊緣的危險隱患難以發(fā)現(xiàn)。1.2 選題的目的汽車的普與，雖然給人們帶來了很大的出行方便，但隨之而來也有很大的傷害，據(jù)統(tǒng)計，全球每年死于道路交通事故的人數(shù)已超過120萬 ，其中95%的事故死亡是由于酒后駕車引起的。為了減少酒后駕車帶來的危險，我取了嚴厲的法律制裁那些酒后駕車的人，可是還是有很多人以身試法造成難以挽救的災難。為了減少因酒后駕車引發(fā)的交通事故，全世界都在研究有效、靈敏的檢查酒精濃度儀器。為了檢查酒駕，警察常常使用一種便攜式的酒精呼吸檢測儀。通過檢測駕駛員呼出的氣體判斷駕駛者是否飲酒，而目前使用的酒精呼吸檢測儀只能初步顯示駕駛員是否飲酒，具體酒精濃

19、度含量還得通過血液檢測才能測得。從理論上說，要判斷是否是酒后駕駛，最簡單可行的方法是現(xiàn)場檢測駕駛人員呼氣中的酒精含量。大量的統(tǒng)計研究結果表明，如果被測者深吸氣后以中等力度呼氣達三秒鐘以上，這時呼出的氣就是從肺部深處出來的氣體，呼氣中的酒精含量與血液中的酒精含量。根據(jù)國家質量監(jiān)督檢驗檢疫局發(fā)布的車輛駕駛人員血液、呼氣酒精含量閾值與檢驗(GB195222004)中規(guī)定，該規(guī)定指出，飲酒駕車是指車輛駕駛人員血液中的酒精含量大于或者等于20mg/100ml，小于80mg/100ml的駕駛行為。醉酒駕車是指車輛駕駛人員血液中的酒精含量大于或者等于80mg/100ml的駕駛行為。為了能精確的測量出駕駛員是

20、否屬于酒后駕車，同時為了減少酒后駕車引起的交通事故我設計了本系統(tǒng)。1.3國外研究概況受20世紀信息技術快速發(fā)展的影響，傳感技術逐漸走向成熟，在生活生產中得到了廣泛的應用。由于傳感器在各個領域都有著舉足輕重的作用，因此，高精度、高可靠性、微型化、低功耗和智能數(shù)字化成了其發(fā)展方向。為了檢查酒駕，警察常常使用一種便攜式的酒精呼吸檢測儀。通過檢測駕駛員呼出的氣體判斷駕駛者是否飲酒，而目前使用的酒精呼吸檢測儀只能初步顯示駕駛員是否飲酒，具體酒精濃度含量還得通過血液檢測才能測得。后來英國推出一種超級酒精呼吸檢測儀，能夠根據(jù)體溫、呼吸頻率等情況，當場判斷出駕駛員體的酒精含量。由此可見，高精度、高可靠性、微型

21、化以與低功耗是酒精濃度檢測儀今后發(fā)展的主流方向。迄今為止，對氣體中酒精含量進行檢測的設備有燃料電池型、半導體型、紅外線型、氣體色譜分析型和比色型五種類型，但由于其他檢測方法復雜且可操作性低，燃料電池型和半導體型受到大家的廣泛關注。燃料電池是當前世界都在廣泛研究的環(huán)保型能源，它可以直接把可燃氣體轉變成電能，而不產生污染。酒精傳感器只是燃料電池的一個分支。燃料電池酒精傳感器采用貴金屬白金作為電極，在燃燒室充滿特種催化劑，是進入燃燒室的酒精充分燃燒轉變?yōu)殡娔?，也就是在兩個電極上產生電壓，電能消耗在外接負載上，此電壓與進入燃燒室氣體的酒精濃度成正比。與半導體型相比，燃料電池型呼氣酒精測試儀具有穩(wěn)定性好

22、，精度高，抗干擾性好的優(yōu)點，但是由于燃料電池酒精傳感器的結構要求非常精密，制造難度相當大，目前僅在美國、英國、德國等少數(shù)幾個國家能夠生產，加上材料成本高，價格昂貴，通常是半導體傳感器的幾十倍。1.4 課題研究方法（1）文獻索引法：利用學校圖書館資料和文獻與通過網絡查詢相關資料對本課題有足夠深的了解，為本設計的具體模塊電路做好理論準備。（2）調查法：與身邊的同學和朋友進行交流，充分考慮本設計實現(xiàn)的功能，盡可能完善該設計的功能。 （3）對比分析法：與目前市場上相關產品進行比較，發(fā)現(xiàn)該醉酒禁駕系統(tǒng)存在的不足以與可以優(yōu)化的部分，加以改進。1.5 設計構成與研究容該控制系統(tǒng)以52核單片機和氣敏酒精傳感器

23、為核心，具有聲光報警和LCD顯示功能。為了滿足不同環(huán)境下的檢測，可以根據(jù)不同的環(huán)境設置不同的閾值，超過閾值即進行聲光報警，提示危害。軟件編程采用的是C語言。設計主要包括以下容：第1章：概述了國外對醉酒駕駛的關注，介紹了選題的背景、意義、目的以與選題的研究方法。第 2 章：介紹基于單片機的汽車醉酒禁駕系統(tǒng)的工作原理和結構。第3章：基于單片機的汽車醉酒禁駕系統(tǒng)的硬件設計，給出系統(tǒng)的完整電路圖，并介紹該系統(tǒng)應用到的各種器件工作原理和接線圖。第 4 章：主要講述了系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)部分和系統(tǒng)流程圖。第 5 章：介紹系統(tǒng)的軟、硬件調試過程，并且給出完整的實物圖。第2章 系統(tǒng)的工作原理與結構2.1 系統(tǒng)的工作

24、原理汽車醉酒禁駕系統(tǒng)是檢測駕駛員所處環(huán)境中的酒精濃度，在LCD顯示器上顯示出檢測的結果數(shù)值并且當檢測值超過設定閾值時，禁止汽車啟動。同時本設計所做的控制系統(tǒng)除具有這個基本功能外，還可通過手動隨意設置酒精濃度的閾值，以劃定不同環(huán)境條件下酒精的安全界限，同時具有聲光報警功能。它主要由酒精傳感器、模數(shù)轉換器、單片機、LCD顯示、鍵盤模塊、繼電器部分以與聲光報警部分組成。汽車醉酒禁駕系統(tǒng)以單片機為核心部件，單片機選擇STC89C52型號，該芯片為52核8位單片機，部集成了數(shù)據(jù)傳輸與轉換模塊，適用于常用檢測電路。該系統(tǒng)還需外接額外的A/D轉換器。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集由酒精傳感器MQ-32完成，酒精傳感器將檢

25、測的酒精濃度轉換為電信號，然后將電信號傳遞給單片機，（由于單片機部具有自己的模數(shù)轉換器，所以不需要外接單獨的模數(shù)轉化器）經過ADC0804模數(shù)轉換器轉換成數(shù)字信號，同時單片機對所得到的數(shù)字信號進行分析處理，最后將分析處理的結果通過LCD顯示器顯示出來。同時與根據(jù)鍵盤設定的酒精濃度閾值進行比對，如果檢測到所處環(huán)境中的酒精濃度超過設定的閾值界限，那么單片機將會控制蜂鳴器發(fā)出聲音報警并且點亮發(fā)光二極管以提示危害，同時單片機通過控制繼電器的導通來控制汽車的啟動與否。2.2 系統(tǒng)的結構框圖硬件系統(tǒng)結構框圖如下圖2-1所示：LCD顯示獨立按鍵單片機酒精傳感器A/D轉換聲光報警繼電器工作圖2-1 系統(tǒng)結構框

26、圖系統(tǒng)主要由酒精傳感器模塊，模數(shù)轉換器模塊，鍵盤模塊，LCD顯示模塊，聲光報警模塊，繼電器模塊組成，通過單片機把這些模塊有序的組合在一起，實現(xiàn)該系統(tǒng)的自動控制過程。本設計使用STC89C52單片機為核心元件，該單片機部無A/D轉換器，還需外接單獨的A/D轉換器。傳感器選擇最新型酒精傳感器MQ-3，該傳感器對乙醇蒸汽有很高的靈敏度和良好的選擇性，具有快速的響應和恢復特性，長期的壽命和可靠的穩(wěn)定性，以與簡單的驅動電路。 液晶顯示器選擇為LCD1602，LCD1602可顯示兩行英文字符，且?guī)SCII字符庫。獨立按鍵，用于存儲酒精閾值濃度。該存儲器實現(xiàn)修改酒精閾值濃度的過程，可以使本設計應用在不同環(huán)

27、境下。本設計具有聲光報警功能，如果傳感器檢測到的酒精濃度比酒精閾值濃度高，本設計會出現(xiàn)聲光報警。本設計控制汽車禁止啟動部分選擇普通小車進行模擬，當傳感器檢測到的酒精濃度高于酒精閾值濃度時，本設計通過繼電器控制小車開關回路自動斷開來實現(xiàn)禁駕功能。2.3 系統(tǒng)的整體結構特點本文設計的汽車醉酒禁駕系統(tǒng)具有如下特點：（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以單片機為控制核心，外圍電路帶有LCD顯示、鍵盤響應電路和繼電器電路，無需其他計算機，用戶就可與之進行交互工作，完成數(shù)據(jù)的采集、存儲、計算、分析等過程。（2）系統(tǒng)具有低功耗、小型化、高性價比、靈敏度高等特點。（3）從便攜式的角度出發(fā)，系統(tǒng)通過鍵盤設置酒精濃度的閾值，結合單

28、片機的控制，實現(xiàn)了人機交互操作、界面友好。（4）軟件系統(tǒng)采用C語言進行編寫，在兼顧實時性處理的同時，也方便了對數(shù)據(jù)的處理。2.4 系統(tǒng)的設計容（1）主控芯片的選擇：在此設計中選擇了C51系列單片機，熟悉C51系列1芯片怎樣控制外圍硬件電路。（2）酒精濃度檢測模塊的設計：酒精濃度常用酒精傳感器來檢測3，了解該傳感器的工作原理，制作數(shù)據(jù)采集模塊完成數(shù)據(jù)的采集。（3）鍵盤模塊的設計：要通過鍵盤完成設定不同環(huán)境中酒精濃度的閾值。（4）聲光報警模塊的設計：超過設定的閾值直觀地給予警示。（5）液晶顯示模塊的設計：準確顯示出檢測到的數(shù)據(jù)。（6）繼電器控制啟動模塊的設計：根據(jù)檢測到的酒精濃度來實時的控制汽車的

29、啟動。（7）各個硬件模塊電路銜接。（8）PCB的布板、元件焊接與功能調試。2.5 本章小結本章說明了基于單片機的汽車醉酒禁駕系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)的結構。當系統(tǒng)所處的環(huán)境中酒精濃度超過設定閾值濃度時，單片機通過控制繼電器的導通，實現(xiàn)對汽車禁止啟動的控制。并且系統(tǒng)還具有聲光報警和LCD顯示的功能。第3章 汽車醉酒禁駕系統(tǒng)的硬件設計3.1 單片機的選擇3.1.1 單片機概述MCS-51單片機是美國Intel公司于1980年推出的一款相當成功的產品，該系列或其兼容的單片機仍是應用的主流產品之一，該系列單片機是在一塊芯片中集成了CPU，RAM，ROM，定時器/計時器和多種功能的I/O線等一臺計算機所需要

30、的基本功能部件。該系列單片機主要包括8031，8051，8751和80C51等通用產品。MCS-51單片機中，64K字節(jié)程序存儲器的地址空間是統(tǒng)一的。對于部ROM的單片機，在正常運行時，應把EA非引腳接高電平,使程序從部ROM開始執(zhí)行。當PC值超出部ROM的容量時，會自動轉向外部程序存儲器空間。因此外部程序存儲器地址空間為1000HFFFFH。對這類單片機，若把接低電平，可用于調試程序，即把藥調試的程序放在與部ROM空間重疊的外部程序存儲器，進行調試和修改。8031單片機無部程序存儲器，地址從0000HFFFFH都是外部程序存儲器空間。因此應始終接低電平，使系統(tǒng)只從外部程序存儲器中取址。本次設

31、計選用的是STC89C52單片機4，STC89C52單片機是低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有4K系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用宏晶高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)上可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，使得STC89C52單片機為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活，超有效的解決方案。STC89C52單片機具有以下標準功能：8字節(jié)的Flash，256字節(jié)的RAM，32位的I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，2個16位定時器/計數(shù)器，1個6向量2級中斷結構，全雙

32、工串行口，片晶振與時鐘電路。除此，STC89C52單片機無AD轉換功能?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，容被保存，振蕩器被凍結。3.1.2 STC89C52單片機功能介紹在自動化控制領域，單片機(微控制器)是一種重要的控制設備。單片機也被稱為微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上52。MCS-51單片機如圖2-1所示。如果按功能劃分，它由如下部件組成。中央處理器CPU：8位，運算和控制功能。部

33、RAM：共256個RAM單元，用戶使用前128個單元，用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，后128個單元被專用寄存器占用。部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格。定時/計數(shù)器：兩個16位的定時/計數(shù)器，實現(xiàn)定時或計數(shù)功能。并行I/O口：4個8位的I/O口P0、P1、P2、P3。串行口：一個全雙工串行口。中斷控制系統(tǒng)：5個中斷源（外中斷2個，定時/計數(shù)中斷2 個，串行中斷1個）。時鐘電路：可產生時鐘脈沖序列，允許晶振頻率6MHZ和12MHZ。振蕩器與時序8052CPU串行口定時計數(shù)器擴展控制器I/O口RAMROM中斷外部計數(shù)器外時鐘源控制串行通信并行口 圖3-1 80C52單片機功能結構框圖單

34、片機有一個8位的CPU，與通用的CPU基本一樣，同樣包括了運算器和控制器兩大部分，只是增加了面向對象的處理能力，不僅可以處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可以進行位變量的處理。例如：位處理、查表、狀態(tài)檢測、中斷處理等。數(shù)據(jù)處理器，片128B（52子系列的為256B），片外最多可擴展64KB。數(shù)據(jù)處理器用來存儲單片機運行期間的工作變量、運算的中間結果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標志位等。程序存儲器（ROM、EPROM）用來存儲程序，片程序存儲器容量不夠可進行片外擴展。單片機中斷系統(tǒng)具有五個中斷源，兩級中斷優(yōu)先權，片有兩個16位定時器計數(shù)器，一個全雙工串行口，都具有有4種工作方式。四個準雙向I/O口有P0、P1、P2、P3和

35、特殊功能寄存器SFR6。掌握單片機，首先要了解單片機的引腳。80C51單片機一般采用雙列直插DIP封裝，共40個引腳。40個引腳按功能大致可分為4類：電源、時鐘、控制和I/O引腳4。P2 口：P2 口是一個具有部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口送出高八位地址。在這種應用中，P2 口使用很強的部上拉發(fā)送1。在使用8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸

36、出P2鎖存器的容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 口：P3 口是一個具有部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅動4 個TTL邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3 口亦作為STC12C5A32AD特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3 口也接收一些控制信號。如下表為P3口第二功能：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash 編程時，此引腳（）也用作編程

37、輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時有效。否則ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。表3-1P3口第二功能引腳號第二功能P3.0RXD（串行輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.2INT0（非）（外部中斷0）P3.3INT1（非）（外部中斷1）P3.4T0（定時器0外部輸入）

38、P3.5T1（定時器1外部輸入）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）3.1.3 單片機引腳接口STC89C52單片機作為控制核心，通過P0口來實現(xiàn)液晶顯示的功能。單片機的I/O口控制圖5如下圖3-2所示：圖3-2 STC89C52的接口控制圖P3.3、P3.4和P3.5用于控制ADC0804的工作，P1口用于連接外部存儲芯片ADC0804，P3.6，P3.7口為外部中斷控制口，由它來控制酒精閾值的設定，P1口的輸出為酒精傳感器的數(shù)字電壓信號，可以根據(jù)乙醇氣體濃度直接輸出報警信號，P1口為酒精傳感器的檢測電壓信號，經ADC0804將電壓信號轉換為對應的數(shù)字量傳給單片機

39、，P3.0口為蜂鳴器的控制端，P3.0口為高于設定閾值時的燈光報警。3.2 酒精濃度檢測的設計酒精濃度的準確檢測是決定該設計成功與否的關鍵因素，而酒精的檢測依靠酒精傳感器來實現(xiàn)信號的采集。在本設計中選用靈敏度高、穩(wěn)定性好的MQ-3氣敏傳感器，該傳感器對乙醇蒸汽有很高的靈敏度和良好的選擇性，快速的響應和恢復特性，長期的壽命和可靠的穩(wěn)定性，以與簡單的驅動電路。它的工作原理是在確定的環(huán)境條件下，環(huán)境中的酒精濃度變化將會引起電阻值的變化，且這兩種變化存在著線性關系。3.2.1 MQ-3氣敏傳感器的外形機構圖MQ-3氣敏元件的外形如圖3-3所示：圖3-3 MQ-3氣敏元件結構外形圖在上圖中，由微型AL2

40、O3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管，加熱器為敏感元件提供必要的工作條件10。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中2只用于信號提取，4只用于提供加熱電流。3.2.2 MQ-3靈敏度特性曲線圖 3-4 MQ-3氣敏元件的靈敏度特性曲線在圖3-4中給出了MQ-3氣敏元件的靈敏度曲線，其中：溫度20；相對濕度：65%；氧氣濃度：21%； RL：200K；Rs：氣敏元件在不同氣體、不同濃度時的電阻值；R0：氣敏元件在潔凈空氣中的電阻值。3.2.3 MQ-3標準工作條件和環(huán)境條件為了更好地使用酒精傳感器MQ-3，現(xiàn)將MQ-3的標準工作條件和環(huán)境條件9進行介

41、紹，分別如表3-4和表3-5所示：表3-2 工作條件符號參數(shù)名稱技術條件備注VC回路電壓15VAC or DCVH加熱電壓5.0V0.2VAC or DCRL負載電阻可調RH加熱電阻313室溫PH加熱功耗900mW表3-3 環(huán)境條件符號參數(shù)名稱技術條件備注Tao使用溫度-1050Tas儲存溫度-2070RH相對濕度95%RHO2氧氣濃度21%（標準條件）氧氣濃度會影響靈敏度特性最小值大于2%3.2.4 酒精濃度信號的采集詳細的酒精濃度采集電路見下圖3-5所示：圖3-5 酒精濃度采集電路在上圖中傳感器將環(huán)境中的酒精濃度轉化電壓信號，輸出引腳直接輸出電壓信號模擬量，該模擬量將送到模數(shù)轉換，通過單片

42、機控制最終得出環(huán)境中酒精的含量，同時可以通過對電位器的調節(jié)來改變輸出的靈敏度。3.2.5 酒精檢測的原理當具有N型導電性的氧化物暴露在大氣中時，會由于氧氣的吸附而減少其部的電子數(shù)量而使其電阻增大。其后如果大氣中存在某種特定的還原性氣體，它將與吸附的氧氣反應,從而使氧化物的電子數(shù)增加，導致氧化物電阻減小。半導體-氧化物傳感器就是通過該阻值的變化來分析氣體濃度。3.2.6 酒精傳感器的外接電路酒精傳感器MQ-3的外接電路10如圖3-6所示：圖3-6 傳感器的接口電路酒精傳感器MQ-3的1、2、3引腳接電源高電平，5引腳接地，4、6引腳接ADC0804的6引腳，ADC0804的數(shù)據(jù)引腳接單片機的P1

43、口相連接。酒精傳感器檢測到的酒精濃度由6引腳輸入到單片機，在ADC0804部完成A/D轉換后，經單片機進行數(shù)據(jù)處理在LCD顯示器中顯示出酒精濃度。3.3 按鍵設定閾值與閾值存儲電路的設計3.3.1 獨立按鍵按鍵電路為了適應對不同環(huán)境中酒精濃度的檢測和監(jiān)控，必須調整該儀器的酒精濃度閾值以符合既定的工作要求。同時為了節(jié)省硬件資源的消耗，于是在此通過外部中斷的按鍵操作來改變酒精濃度的不同閾值，獨立按鍵電路見下圖3-7所示：圖3-7 外部中斷按鍵電路當按下開關S2鍵時進入報警限設置狀態(tài)，按下開關S3酒精濃度閾值加1，按下開關S4酒精濃度閾值減1，按下S5鍵確定報警限設置，這樣的設計可以滿足該系統(tǒng)在不同

44、檢測環(huán)境中的應用條件，也可按增加了可用本系統(tǒng)檢測酒精濃度使用的環(huán)境，在未來的社會生活中更具有競爭力。3.3.2 A/D轉換電路模數(shù)轉換電路的功能是將連續(xù)變化的模擬量轉換為離散的數(shù)字量，是架起模擬系統(tǒng)跟數(shù)字系統(tǒng)之間連接的橋梁。對于本系統(tǒng)而言，就是用于快速、高精度地對輸入的酒精濃度信號進行采樣編碼，將其轉換成單片機所能夠處理的數(shù)字量。模數(shù)轉換電路是本系統(tǒng)的關鍵部分，其性能的好壞直接影響整個系統(tǒng)的質量。模數(shù)轉換采用ADC0804,對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓圍是05V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。ADC080

45、4有20個引腳，其中11-18管腳為數(shù)字信號輸出端，與單片機P1口相連；cs為片選端，接單片機P3.5口，當cs接低電平時ADC0804開始工作，WR接P3.6口，當WR變?yōu)榈碗娖皆偬優(yōu)楦唠娖胶髥覣/D轉換，RD接單片機P3.7口，當RD由低電平跳變?yōu)榈碗娖綍r，單片機讀走A/D轉換完的數(shù)字信號。CLK為時鐘輸入信號線, 因ADC0804的部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。INTR為中斷控制信號，接單片機外部中斷端口，當A/D轉換完后向單片機發(fā)出中斷信號，等待讀走數(shù)字信號，INTR也空可置不接，因為當啟動A/D后

46、一段時間后模數(shù)轉換完后，等待一段時間后單片機也可以讀走數(shù)字量。圖3-8 ADC0804存儲電路3.4 液晶接口電路的設計LCD技術是把液晶灌入兩個列有細槽的平面之間。這兩個平面上的槽互相垂直(相交成90度)。也就是說，若一個平面上的分子南北向排列，則另一平面上的分子東西向排列，而位于兩個平面之間的分子被強迫進入一種90度扭轉的狀態(tài)。由于光線順著分子的排列方向傳播，所以光線經過液晶時也被扭轉90度。但當液晶上加一個電壓時，分子便會重新垂直排列，使光線能直射出去，而不發(fā)生任何扭轉。LCD正是由這樣兩個相互垂直的極化濾光器構成，所以在正常情況下應該阻斷所有試圖穿透的光線。但是，由于兩個濾光器之間充滿

47、了扭曲液晶，所以在光線穿出第一個濾光器后，會被液晶分子扭轉90度，最后從第二個濾光器中穿出。另一方面，若為液晶加一個電壓，分子又會重新排列并完全平行，使光線不再扭轉，所以正好被第二個濾光器擋住?？傊?，加電將光線阻斷，不加電則使光線射出。然而，可以改變LCD中的液晶排列，使光線在加電時射出，而不加電時被阻斷。但由于計算機屏幕幾乎總是亮著的，所以只有“加電將光線阻斷”的方案才能達到最省電的目的。酒精濃度的顯示采用1602液晶6，LCD1602可顯示兩行英文字符，且?guī)SCII字符庫。LCD1602模塊部可完成顯示掃描，單片機只要向LCD1602發(fā)送命令和顯示容的ASCII碼。具體的接口電路見圖3-

48、9所示：圖3-9 液晶接口電路圖控制信號RS、R/W和E分別由單片機P3.1、GND、P3.2口實現(xiàn)，要顯示的信息通過P0口實現(xiàn)。3.5 聲光報警電路的設計當酒精濃度超過所設定標準時，通過控制單片機的P3.0口的電平來實現(xiàn)聲音警報功能，通過控制單片機P3.0口的電平來實現(xiàn)發(fā)光報警。其蜂鳴器驅動電路7見圖3-10所示：圖3-10 聲音報警電路如上圖所示，酒精濃度超過設定的閾值時，給單片機的P3.0口低電平，則三極管導通，同時蜂鳴器工作，發(fā)出聲音報警。否則，單片機的P3.0口維持在高電平，三極管截止，蜂鳴器不工作。如上圖所示，當酒精濃度超過設定的閾值時，單片機使P3.0口變?yōu)榈碗娖?，L2 warn

49、1發(fā)光二極管導通，進行發(fā)光報警。否則，單片機的P3.0維持高電平，發(fā)光二極管不導通。3.6 單片機供電與程序下載電路當程序在uVision環(huán)境下編寫完成，并編譯生成.hex文件后，就可以下載并進行調試了。打開USB驅動文件夾下的PL2303_Prolific_DriverInstaller_v130.exe安裝文件，按提示安裝USB轉串口驅動程序。安裝完成后，插入USB下載線后，在開始-控制面板-打印機和其他硬件-設備管理器，在“端口”分支下有（Prolific USB-to-Serial Comm Port(COMX)。X表示串口號，如果沒有說明USB轉串口驅動沒有安裝，須重新安裝。記住括號

50、里的COM口號。打開STC單片機下載軟件文件夾，點擊運行STC_ISP_V481.exe程序，正確選擇MCU 類型，COM口（與剛才安裝的COM號一致），最高波特率和最低波特率都選2400bps或者1200bps （下載線PL2303芯片所限，沒辦法?。?，并打開正確的.hex數(shù)據(jù)文件。按下電路板上的電源按紐，保證其有個失電至上電的過程，則窗口顯示開始燒錄芯片。本設計采用USB接口供電，電源電壓5V。同時，USB接口通過含PL2303芯片的轉換電路對單片機進行程序編寫。其電路原理如圖3-11所示：圖3-11 供電與程序下載電路本設計的供電方式簡單方便。USB線有四個引腳，其中紅線接高電平，黑線接

51、地，綠線接單片機的P3.0口，白線接單片機的P3.1口。當線路接好后，閉合電路板開關按鈕，發(fā)光二極管L1發(fā)光。說明電路板正常接通電流。3.7 晶振電路的設計3.7.1 晶振介紹部晶振一般不夠準確，所以有的時候接外部晶振。如果單片機有部晶振，外部晶振就可以不接了。部晶振，外部晶振作用都一樣，給系統(tǒng)提供時鐘。不是特別精確的場合部晶振足夠了。這樣成本還低。因為外部晶振穩(wěn)定，受溫度，濕度等環(huán)境因素影響比部振蕩器小，精度比較高。而且當設計需要降低功耗時，比如說便攜式儀表等，就需要外設晶振，因為部振蕩器不能根據(jù)需要停止，而外部晶振可以適時停止，從而進入休眠狀態(tài)，降低功耗。3.7.2 晶振電路本系統(tǒng)采用的是

52、11.0592MHZ的晶振，其電路圖16如圖3-12所示：圖3-12 晶振電路圖XTAL：振蕩器反相放大器和部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器和部時鐘電路的輸出端。晶振為11.0592MHz，比12MHz的晶振穩(wěn)定。定時器時鐘1105920/12=921600，每毫秒922個脈沖。3.8 復位電路的設計單片機的復位電路5如圖3-13示：圖3-13 復位電路圖如圖所示，本設計的復位電路選擇上電自動復位，無需外接開關按鈕。當系統(tǒng)上電時，單片機會自動復位一次，消除上次燒錄程序時出現(xiàn)的錯誤，系統(tǒng)從頭開始執(zhí)行本次燒錄的程序。3.9 系統(tǒng)繼電器控制電路的設計3.9.1 繼電器說明單穩(wěn)態(tài)繼

53、電器：只有一個穩(wěn)定狀態(tài)的一種繼電器。當它有規(guī)定的輸入量(激勵量)時改變了其狀態(tài)，但去除輸入量時又恢復到原來狀態(tài)。在靜態(tài)是繼電器處于穩(wěn)定狀態(tài)，當繼電器線圈輸入超過額定電壓的70%時，繼電器觸點翻轉，當輸入量降低到10%時繼電器觸點返回到穩(wěn)定狀態(tài)。雙穩(wěn)態(tài)繼電器：有兩個穩(wěn)定狀態(tài)的一種繼電器。它有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，在沒有外來觸發(fā)信號的作用下。繼電器始終處于原來的穩(wěn)定狀態(tài)。由于它具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，故稱為雙穩(wěn)態(tài)繼電器。在外加輸入觸發(fā)信號作用下，雙穩(wěn)態(tài)繼電器從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。 3.9.2 繼電器電路圖本設計的小車啟動控制部分由繼電器完成，繼電器控制電路14如圖3-14所示：圖3-14 繼電器控

54、制電路圖本設計選擇的繼電器為Omnon公司的G5V-2-H1繼電器8，該繼電器有16引腳，當酒精濃度檢測值超過設定閾值時，單片機使P2.0引腳變?yōu)榈碗娖?5，三極管導通，使繼電器原來導通的引腳斷開，從而控制小車禁止啟動。3.10 系統(tǒng)完整電路圖本文設計的汽車醉酒禁駕系統(tǒng)采用的傳感器是氣敏傳感器，屬于半導體型，該傳感器實質是個可變電阻，在它兩端加以固定的電壓，隨著所處環(huán)境酒精濃度的變化阻值將進行線性變化，從而將酒精濃度的變化轉化為電壓的變化。當所處環(huán)境酒精濃度高于舍得閾值酒精濃度時，系統(tǒng)可以自動控制汽車禁止啟動，同時系統(tǒng)還具有聲光報警、LCD顯示和閾值調節(jié)功能。本系統(tǒng)選擇STC12C5A32AD

55、型號單片機作為核心元件，該單片機部包含10位A/D轉換功能，所以無需另外接A/D轉換器。系統(tǒng)的電路圖是用Protell 99se4 軟件繪制，該軟件是轉業(yè)的繪制電路圖軟件。該電路如圖3-15所示：圖3-15 系統(tǒng)完整電路圖3.11 本章小結本章介紹了醉酒禁駕系統(tǒng)的硬件設計，清晰的給出了任意元件的外圍電路同時介紹了各個器件的工作條件，重點介紹了酒精傳感器MQ-3的工作原理、靈敏度曲線和標準工作條件和環(huán)境條件。而且給出了系統(tǒng)完整的電路圖。第4章 系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)程序設計就是用計算機所能接受的語言把所需解決問題的步驟逐一描述出來，也就是編制計算機的程序，在設計應用系統(tǒng)時，軟件的編制是重要環(huán)節(jié)。軟件的質

56、量直接影響整個系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。應用程序的設計因系統(tǒng)而異，但程序設計總是有共同特點與其規(guī)律的。在編寫程序時，采取如下幾個步驟：（1）分析問題，明確所要解決問題的要求，將軟件分成若干個相對獨立的部分。根據(jù)功能關系和時序關系，設計出合理的軟件總體結構。（2）定程序框圖，即根據(jù)所選擇的計算方法制定框圖。（3）合理分配系統(tǒng)資源，包括定時器/計數(shù)器、中斷、堆棧等。（4）根據(jù)程序的流程圖和指令系統(tǒng)編寫出程序。注意在程序的有關位置處寫上功能注釋，提高程序的可讀性。（5）程序調試。通過編輯軟件編輯出的源程序，必須用編譯程序匯編后生成目標代碼。如果源程序有語法錯誤，需修改源文件后繼續(xù)編譯，直到無語法錯誤為止，然后

57、利用目標代碼通過仿真器進行程序調試，排除設計和編程中的錯誤直到成功。（6）程序優(yōu)化。使各功能程序模塊化，子程序化，縮短程序的長度，加快運算速度和節(jié)省數(shù)據(jù)存儲空間，減少程序執(zhí)行的時間。4.1 A/D轉換的軟件實現(xiàn)A/D轉換器，即模數(shù)轉換器，或簡稱ADC，通常是指一個將模擬信號轉變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件。A/D轉換器是將一個輸入電壓信號轉換為一個輸出的數(shù)字信號。A/D轉換器最重要的參數(shù)是轉換的精度，通常用輸出的數(shù)字信號的位數(shù)的多少表示。A/D轉換器能夠準確輸出的數(shù)字信號的位數(shù)越多，表示轉換器能夠分辨輸入信號的能力越強，轉換器的性能也就越好。A/D轉換一般要經過采樣、保持、量化與編碼4個過程。A/D轉

58、換的軟件控制流程如圖4-1所示：準備延時轉換結束？酒精濃度調用數(shù)據(jù)處理程序數(shù)字量輸出結束YN圖4-1 A/D轉換流程控制A/D轉換17的啟動必須依靠下降沿觸發(fā)，在START置低后延時一段時間(約10ms)后才正式開始轉換，過程中的所需輸入時鐘允許圍為10KHZ1280KHZ,在本次設計中選用500KHZ，通過定時器產生,轉換完成后得到的數(shù)字量即為由酒精傳感器檢測到環(huán)境中的酒精含量而產生的電壓值18，調用數(shù)據(jù)處理程序從而可得到酒精濃度的真實值。4.2 閾值設定與顯示的軟件控制本設計通過獨立按鍵設置酒精閾值濃度，這樣方便檢測到的酒精濃度與設定的閾值濃度進行實時的比較，并且可以通過外部中斷來實時的調

59、整酒精閾值濃度。酒精閾值設定與顯示的具體軟件控制流程如圖4-2所示：準備是否有按鍵按下設酒精濃度閾值確定酒精濃度閥值LCD顯示結束YN圖4-2 酒精濃度的閾值設定與LCD顯示的軟件控制流程當系統(tǒng)進行完初始化后，該系統(tǒng)在將檢測到的酒精濃度進行A/D轉換的同時，還在時刻檢測有無外部中斷的響應，一旦有按鍵按下，將會根據(jù)按鍵按下的次數(shù)選擇酒精濃度表中的酒精濃度值，以便與監(jiān)測到的環(huán)境中的酒精濃度進行比較，完成接下來的聲光報警功能。4.3 整體軟件控制流程該系統(tǒng)軟件程序主要使用C語言編寫，采用了模塊化結構程序設計方法，包括主程序、中斷程序等。系統(tǒng)在開機或者復位后，首先進行初始化、自檢，然后進入中斷等待，如

60、果有外部中斷存在，改變設定閾值，如果不存在外部中斷，LCD顯示出預先設定出的閾值濃度（酒精濃度閾值設定為80mg/l）。A/D轉換，液晶顯示三個狀態(tài)，最終根據(jù)所得結果判斷是否執(zhí)行聲光報警。本設計的醉酒禁駕系統(tǒng)的軟件流程圖12見圖4-3所示：開始系統(tǒng)初始化A/D轉換調用數(shù)據(jù)處理函數(shù)LCD顯示得出酒精濃度值有無按鍵按下啟動設定閾值大于設定閾值？聲光報警、繼電器工作結束YYNN圖4-3 軟件方案總體流程圖當系統(tǒng)上電開始時，首先檢查有無外部中斷，如果有外部中斷存在，酒精濃度閾值改變并顯示在LCD1602液晶屏上，酒精傳感器檢測周圍環(huán)境中的酒精濃度，并實時的把檢測到的濃度顯示在LCD1602液晶屏上，同