1 酒后駕車控制器酒精探頭無線傳輸技術(shù)信息碼檢測(cè)儀設(shè)計(jì)方案 究背景 交通事故已成為對(duì)人類生命安全威協(xié)最大的“第一公害”。全球每年有 50萬人因車禍喪生。引起交通事故的基本因素有人、車、路、環(huán)境與管理等 ,其中駕駛員本身因素占 70%。而酒后駕車是駕駛員駕駛事故重要因素之一。世界各國統(tǒng)計(jì) ,30% 50%的交通事故由飲酒后駕車所至。我國交通部門報(bào)道 ,酒后駕車的交通事故率比平常人高出至少 5 6 倍。在 1989 1990 年中 ,因酒后駕車引起的交通事故平均每年高達(dá) 3 萬余起。我國交通法規(guī)定：禁止酒后駕車。在我們的調(diào)查中 ,駕駛員承認(rèn)有酒后駕車者達(dá) 且有 駕駛員經(jīng)常酒后駕車。酒后駕車與車禍的關(guān)系是無可辯駁的。美國近 46%的交通事故與酒精有關(guān) ,且酒后駕車是美國車禍的三種主要危險(xiǎn)因之一。聯(lián)邦德國有 70%的交通事故與酒后開車有關(guān)。美、日等國的研究表明，血液中酒精濃度為 ,駕駛能力分別可下 10%、 25%、 30%。飲酒可致駕駛員視覺功能、觸覺敏感度、判斷能力、注意力等下降 ,從而致交通事故的發(fā)生。 目前，我國對(duì)于酒后駕車行為的監(jiān)控主要采取出動(dòng)警力，不定期抽查的方式。但由于人員有限等原 因，管理仍存在一定的難度，交管部門對(duì)此也非常苦惱。由于酒后駕車的危害，交管部門 加大處罰力度。 車輛駕駛?cè)藛T血液中的酒精含量大于或者等于 2000于 8000駕駛為。屬于飲酒駕車，車輛駕駛?cè)藛T血液中的酒精含量大于或者等于 8000駕駛行為屬于醉酒駕車。由公安機(jī)關(guān)交通管理部門約束至酒醒， 15 日以下拘留和暫扣 3 個(gè)月以上 6 個(gè)月以下機(jī)動(dòng)車駕駛證?，F(xiàn)行道路交通安全法還規(guī)定，一年內(nèi)醉駕被處罰兩次以上的，吊銷機(jī)動(dòng)車駕駛證， 5 年內(nèi)不得駕駛營運(yùn)機(jī)動(dòng)車。 在英國，酒后駕車等于失去工作 ,因?yàn)樗麄兩?班的主要的交通工具就是汽車。 2 酒后駕車造成的交通事故對(duì)國家、他人、自己產(chǎn)生了難以估計(jì)的后果。為了減少這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，世界各國都在想辦法來解決這個(gè)問題。 內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 氣酒精測(cè)試 目前全世界幾乎所有國家都采用呼氣酒精測(cè)試儀對(duì)駕駛?cè)藛T進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，以確定被測(cè)量者是否是酒后駕駛。主要有燃料電池型呼氣酒精測(cè)試儀和半導(dǎo)體型呼氣酒精測(cè)試儀?？梢詫?duì)氣體中酒精含量進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備有五種基本類型，即：燃料電池型（電化學(xué)）、半導(dǎo)體型、紅外線型、氣體色譜分析型、比色型。但由于價(jià)格和使用方便的原因，目前常用的只有 燃料電池型（電化學(xué)型）和半導(dǎo)體型兩種。這兩種能夠制造成便攜型呼氣酒精測(cè)試器，適合于現(xiàn)場(chǎng)使用半導(dǎo)體型采用氧化錫半導(dǎo)體作為傳感器，這類半導(dǎo)體器件具有氣敏特性，當(dāng)接觸的氣體中其敏感的氣體濃度增加，對(duì)外呈現(xiàn)的電阻值就降低。這種半導(dǎo)體在不同工作溫度時(shí)，對(duì)不同的氣體敏感程度是不同的，因此半導(dǎo)體型呼氣酒精測(cè)試儀中都采用加熱元件，把傳感器加熱到一定的溫度，該傳感器對(duì)酒精具有最高的敏感度。燃料電池型呼氣酒精測(cè)試儀采用燃料電池酒精傳感器作為氣敏元件，它屬于電化學(xué)類型，因此又稱為電化學(xué)型。燃料電池是當(dāng)前全世界都在廣泛研究的環(huán)保型 能源，它可以直接把可燃?xì)怏w轉(zhuǎn)變成電能，而不產(chǎn)生污染，酒精傳感器只是燃料電池的一個(gè)分支。燃料電池酒精傳感器采用貴金屬白金作為電極，在燃燒室內(nèi)充滿特種催化劑，使進(jìn)入燃燒室內(nèi)的酒精充分燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，也就是在兩個(gè)電極上產(chǎn)生電壓，電能消耗在外接負(fù)載上，此電壓與進(jìn)入燃燒室內(nèi)氣體的酒精濃度成正比。與半導(dǎo)體型相比，燃料電池型呼氣酒精測(cè)試儀具有穩(wěn)定性好，精度高，抗干擾性好的優(yōu)點(diǎn)。但是由于燃料電池酒精傳感器的結(jié)構(gòu)要求非常精密，制造難度相當(dāng)大，目前只有美國、英國、德國等少數(shù)幾個(gè)國家能夠生產(chǎn)，加上材料成本高，因此價(jià)格相當(dāng)昂貴，是 半導(dǎo)體酒精傳感器的幾十倍。半導(dǎo)體型酒精測(cè)試儀的最大優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，只有燃料電池型的幾分之一，但性能遠(yuǎn)比燃料電池差，所以通常用在自我檢測(cè)或一般性測(cè)試。對(duì)于作為執(zhí)法或者處罰依據(jù)的人體酒精含量檢測(cè)，就應(yīng)該使用燃料電池型酒精測(cè)試儀。 3 高智能汽車 據(jù)報(bào)道，英國最近發(fā)明了一種高智能汽車，可以自動(dòng)拒絕司機(jī)酒后駕駛。這款嶄新設(shè)計(jì)的高智能坐騎，裝有一套名為 “ 個(gè)人警察 ” 的監(jiān)察系統(tǒng)，由紅外線攝像機(jī)、感應(yīng)器和帶有電腦分析功能的 “ 小黑箱 ” 組成。 “ 小黑箱 ” 會(huì)把攝像機(jī)錄制的司機(jī)眼球活動(dòng)情況以及感應(yīng)器偵察到的方向盤扭轉(zhuǎn)動(dòng)作集 中起來進(jìn)行分析。若司機(jī)是在頭腦清醒的情況下駕車，通常在扭動(dòng)方向盤之前，會(huì)先審視一下行車方向。司機(jī)喝得愈醉，審視的時(shí)間愈短。 “ 個(gè)人警察 ” 系統(tǒng)將根據(jù)司機(jī)審視時(shí)間的長短，來判定司機(jī)的醉酒程度，決定是否響起警鈴，或使汽車無法啟動(dòng)。 駕駛員酒后開車控制器 市面上存在很多這種儀器。 主要通過吹氣，酒精檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)酒精含量，若含量超標(biāo)切斷汽車點(diǎn)火器，使其無法開動(dòng)，以達(dá)到控制作用。但是其中總存在一些弊端。如可靠性、實(shí)用性、成本等因素而沒有得到推廣。 究意義 目前市場(chǎng)上有多種警用酒精測(cè)試儀，隨著技術(shù)的發(fā) 展功能越來越多、靈敏度越來越高，它能協(xié)助交警定點(diǎn)抽查駕駛員是否飲酒 ,但實(shí)施面太窄 ,為給交通管理部門提供科學(xué)的管理手段 ,提出了酒后駕車控制器。 基本要求： (1) 安裝在汽車上，不用交警和其他人員就能判斷司機(jī)是否酒后駕車，以確保了司機(jī)的安全，又減少了交警等人員的工作量。 (2) 酒精傳感器靈敏度高，控制器體積小、功耗低、具有電壓比較功能。 (3) 能夠檢測(cè)到酒精含量是否超標(biāo)，超標(biāo)則切斷點(diǎn)火器，使汽車無法開動(dòng)，以達(dá)到控制酒后駕車。 (4) 這種設(shè)備成本要比 呼氣酒精測(cè)試儀低。 (5) 實(shí)現(xiàn)和使用方法簡單、 可靠性強(qiáng)、易推廣等特點(diǎn)。 4 第一章 基礎(chǔ)技術(shù) 件介紹 51 是美國 司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。 51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊 湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹 51 開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 件界面如圖 1 所示： 圖 1 件界面 司在 80 年代末推出的 件。 應(yīng)用于 000/作系統(tǒng)下的 計(jì)軟件，采用設(shè)計(jì)庫管理模式， 5 可以網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及 3D 模擬功能，是一個(gè) 32 位的設(shè)計(jì)軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作，可 以設(shè)計(jì) 32 個(gè)信號(hào)層， 16 個(gè)電源 6 個(gè)機(jī)加工層。 件的特點(diǎn)： (1)可生成 30 多種格式的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表； (2)強(qiáng)大的全局編輯功能； (3)在原理圖中選擇一級(jí)器件， 同樣的器件也將被選中； (4)同時(shí)運(yùn)行原理圖和 打開的原理圖和 間允許雙向交叉查找元器件、引腳、網(wǎng)絡(luò) (5)既可以進(jìn)行正向注釋元器件標(biāo)號(hào)（由原理圖到 也可以進(jìn)行反向注釋（由 原理圖），以保持電氣原理圖和 設(shè)計(jì)上的一致性； (6)滿足國際化設(shè)計(jì)要求（包括國標(biāo)標(biāo)題欄輸出 ， 標(biāo)庫）； * 方便易用的數(shù)模混合仿真（兼容 (7)支持用 言和原理圖設(shè)計(jì) 成標(biāo)準(zhǔn)的 載文件； * 設(shè)計(jì) 32 個(gè)信號(hào)層， 16 個(gè)電源 6 個(gè)機(jī)加工層； (8)強(qiáng)大的“規(guī)則驅(qū)動(dòng)”設(shè)計(jì)環(huán)境，符合在線的和批處理的設(shè)計(jì)規(guī)則檢查； (9)智能覆銅功能，覆鈾可以自動(dòng)重鋪； (10)提供大量的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)電路板做為設(shè)計(jì)模版； 工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的 面，如圖所示，包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀 態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。 6 圖 2 件界面 程序框圖 主程序的設(shè)計(jì)主要是綜合考慮本設(shè)計(jì)要達(dá)到的功能要求，要進(jìn)行數(shù)據(jù)、定時(shí)器、 A/D 轉(zhuǎn)換等的初始化，實(shí)時(shí)采集 精傳感器模塊輸出的數(shù)據(jù)信息，并采集閥值存儲(chǔ)模塊的數(shù)據(jù)，進(jìn)行的相應(yīng)的處理，實(shí)現(xiàn) 1602 實(shí)時(shí)顯示被測(cè)氣體中的酒精濃度和報(bào)警閥值，濃度超過閥值會(huì)發(fā)光報(bào)警提示。主程序流程圖如下圖 3所示： 7 數(shù) 據(jù) 初 始 化A / D 轉(zhuǎn) 換 初 始 化定 時(shí) 器 初 始 化顯 示 初 始 化進(jìn) 入 后 臺(tái) w h i l e 循 環(huán)觸 發(fā) A / D 轉(zhuǎn) 換換 算 酒 精 濃 度酒 精 濃 度 顯 示超 過 閾 值 嗎 ？有 鍵 按 下 嗎 ？ 按 鍵 處 理酒 精 濃 度 顯 示報(bào) 警是是否否圖 3 主程序框圖 晶顯示程序框圖 主程序?qū)崿F(xiàn)的功能：與硬件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)酒精濃度檢測(cè)系統(tǒng)的各個(gè)功能。主要是檢測(cè)與顯示，門限調(diào)整與顯示，檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示功能子函數(shù)的調(diào)用。顯示流程圖如圖 4 所示。 8 圖 4 序流程圖 忙？ 初始化 顯數(shù)據(jù) 開始 是 否 9 第二章 總體設(shè)計(jì)方案 精濃度檢測(cè)儀設(shè)計(jì)要求分析 設(shè)計(jì)的酒精濃度測(cè)試儀應(yīng)具有如下特點(diǎn)： （ 1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，外圍電路帶有 需要其他 計(jì)算機(jī)，用戶就可以與之進(jìn)行交互工作，完成數(shù)據(jù)的采集 、存儲(chǔ) 、 計(jì)算 、 分析等過程 。 （ 2）系統(tǒng)具有低功耗 、 小型化 、 高性價(jià)比等特點(diǎn) 。 （ 3）從便攜式的角度出發(fā)，系統(tǒng)成功使用了數(shù)碼管顯示器以及小鍵盤 。 由單片機(jī)系統(tǒng)控制鍵盤和 面友好 。 （ 4）軟件設(shè)計(jì)簡單易懂。 精濃度檢測(cè)儀設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)時(shí)，考慮酒精濃度是由傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量，傳感器輸出的是 0部干擾小等。因此，可以直接把傳感器輸出電壓值經(jīng) 單片機(jī) A/行處理。此外，還需接 入液晶 顯示，鍵盤 設(shè)定， 報(bào)警電路等。其總體框圖如圖 5所示 ， 與設(shè)定的醉酒閾值進(jìn)行比較，并顯示或報(bào)警。 M Q - 3 氣 體 傳 感 器信 號(hào) 調(diào) 理 電 路M Q - 3 傳 感 器 模 塊模 / 數(shù) 轉(zhuǎn) 換電 壓 / 酒 精 濃 度轉(zhuǎn) 換閾 值 比 較 外 部 E E P R O 閾 值模 擬 電 壓 信 號(hào)酒 精 濃 度 顯 示 過 閾 報(bào) 警S T C 1 2 C 5 A 1 6 A D 單 片 機(jī) 10 圖 5 基本工作原理圖 第三章 酒精測(cè)試儀硬件設(shè)計(jì) 感器的選擇 本系統(tǒng)直接測(cè)量的是呼氣中的酒精濃度，再轉(zhuǎn)換為血液中的酒精含量濃度，故采用氣敏傳感器?？紤]到周圍空氣中的氣體成分可能影響傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確性，所以傳感器只能對(duì)酒精氣體敏感，對(duì)其他氣體不敏感，故選用 氣敏傳感器。 圖 6 構(gòu)和外形 其有很高的靈敏度、良好的選擇性、長 期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。 瓷管和 感層、測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件。傳感器的標(biāo)準(zhǔn)回路有兩部分組成。其一為加熱回路，其二為信號(hào)輸出回路，它可以準(zhǔn)確反映傳感器表面電阻值的變化。傳感器的表面電阻 變化，是通過與其串聯(lián)的負(fù)載電阻 的有效電壓信號(hào) 出面獲得的。負(fù)載電阻 調(diào)為 0 5熱電壓 5v。上述這些參數(shù)使得傳感器輸出電壓為 0 11 3M Q - 3 4 4G N D+ 5 構(gòu)圖 感器模塊具有的特點(diǎn)： 擬量輸出及 平輸出） 壓，濃度越高電壓越高 性能參數(shù) 1） 準(zhǔn)工作條件表 表 1 準(zhǔn)工作條件表 符號(hào) 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 路電壓 15V AC C 熱電壓 C C 載電阻 可調(diào) 熱電 阻 31 3 室溫 熱功耗 9002） 敏度特性表 表 2 敏度特性表 12 符號(hào) 參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù) 備注 感體電阻 1 8(200)適用范圍： 10 1000（ 200/100）（ 200/100）濃度斜率 準(zhǔn)工作條件 溫度： 20 2 對(duì)濕度： 65% 5% 預(yù)熱時(shí)間 不少于 24 小時(shí) 氣敏元件對(duì)不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值，在不同溫濕度的條件下，變化如圖 8，因此在使用此類型氣敏元件時(shí)，靈敏度的調(diào)整是很重要的。 圖 8 氣敏元件的溫濕度特性圖 20， 33%件下， 200乙醇蒸汽中元件電阻。 不同溫度，濕度下， 200乙醇蒸汽中元件電阻。 為了使測(cè)量的精度達(dá)到最高，誤差最小，需要找到合適的溫度，一般在測(cè)量前需將傳感器預(yù)熱 5 分鐘。 醇?xì)怏w傳感器可以應(yīng) 用用于機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T及其他嚴(yán)禁酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，也用于其他場(chǎng)所乙醇蒸汽的檢測(cè)。 主要技術(shù)指標(biāo)： 10 20 30 40 50 60H 13 圖 9 主要技術(shù)指標(biāo) 壓比較電路 紹 要特點(diǎn)如下： （ 1）工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源： 2 36V，雙電源 : 1 18V； （ 2）消耗電流小， （ 3）輸入失調(diào)電壓小， 2 （ 4）共模輸入電壓范圍寬， （ 5）輸出與 兼容； （ 6）輸出可以用開路 集電極連接“或”門； 采用雙列直插 8 腳塑料封裝（ 微形的雙列 8 腳塑料封裝（ 14 圖 10 腳圖 高增益 ,寬頻帶器件 ,象大多數(shù)比較器一樣 ,如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合 ,則 很容易產(chǎn)生振蕩 象僅僅出現(xiàn)在當(dāng)比較器改變狀態(tài)時(shí) ,輸出電壓過渡的間隙 標(biāo)準(zhǔn) 的設(shè)計(jì)對(duì)減小輸入 輸出寄生電容耦合是有助的 0K 將減小反饋信號(hào) ,而且增加甚至很小的正反饋量 (滯回 0導(dǎo)致快速轉(zhuǎn)換 ,使得不可能產(chǎn)生由于寄生電容引起的振蕩 否則直接插入 在引腳上加上電阻將引起輸入 輸出在很短的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)振蕩 ,如果輸入信號(hào)是脈沖波形 ,并且上升和下降時(shí)間相當(dāng)快 ,則滯回將不需要。 比較器的所有沒有用的引腳必須接地 . 置網(wǎng)絡(luò)確立了其 靜態(tài)電流與電源電壓范圍 0V 無關(guān)。 通常電源不需要加旁路電容，差分輸入電壓可以大于 不損壞器件 輸出部分是集電極開路 ,發(fā)射極接地的 出晶體管 ,可以用多集電極輸出提供或 OR 能。輸出負(fù)載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上 ,不受 電壓值的限制。此輸出能作為一個(gè)簡單的對(duì)地 路 (當(dāng)不用負(fù)載電阻沒被運(yùn)用 ),輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動(dòng)和器件的值所限制 16 ,輸出晶體管將 退出而且輸出電壓將很快上升。輸出飽和電壓被輸出晶體管大約 60 制。當(dāng)負(fù)載電流很小時(shí) ,輸出晶體管的低失調(diào)電壓 (約 許 輸出箝位在零電平。 線圖 壓比較圖如圖 11： 15 A O U 3M Q - 3. 1 67V C 393R T 110 D+ 5V+ 51 壓比較圖 片機(jī)系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)選用宏晶公司高性能單片機(jī) 管腳如圖 12 所示。 圖 12 片機(jī)管腳圖 宏晶科技生產(chǎn)的新一代單片機(jī)，包含中央處理器（ 程序存儲(chǔ)器 （ 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ 定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 口 2、 I/O 接口、高速 A/D 轉(zhuǎn)換、 口、 門狗及片內(nèi) R/C 16 振蕩器和外部晶振振蕩等模塊，幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊。 片機(jī)相比傳統(tǒng) 能更加強(qiáng)大，有些特殊功能寄存器被擴(kuò)展為專用的特殊寄存器。 功能特性 具體功能特性如下： （ 1） 高速： 1 個(gè)時(shí)鐘 /機(jī)器周期，增強(qiáng)型 8051 內(nèi)核，速度比普通 8051 快 8 12倍。 （ 2） 寬 電壓： （ 3） 增加外部掉電檢測(cè)電路，可在掉電時(shí)及時(shí)將數(shù)據(jù)保存進(jìn) 常工作時(shí)無需操作 （ 4） 增加第二復(fù)位功能腳，（高可靠復(fù)位，可調(diào)復(fù)位門檻電壓，頻率小于 12需此功能）。 （ 5） 低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式（可由任意一個(gè)中斷喚醒）；掉電模式（可由外部中斷喚醒），可支持下降沿 /上升沿和遠(yuǎn)程喚醒。 （ 6） 工作頻率： 0 35當(dāng)于普通 8051:0 4205 （ 7） 時(shí)鐘：外部晶體或內(nèi)部 蕩器可選，在 載編程用戶程序時(shí)設(shè)置。 （ 8） 8/16/20/32/40/48/52/56/60/62K 字節(jié)片內(nèi) 序存儲(chǔ)器，擦寫次數(shù) 10萬次以上。 （ 9） 1280 字節(jié)片內(nèi) 據(jù)存儲(chǔ)器。 （ 10） 芯片內(nèi) 能，擦寫次數(shù) 10 萬次以上。 （ 11） 系統(tǒng)可編程 /在在應(yīng)用可編程，無需編程器 /仿真器。 （ 12） 8 通道， 10 位高速 速可達(dá) 25 萬次 /秒， 2 位 可當(dāng) 2 路 D/ （ 13） 2 通道捕獲 /比較單元（ ,也可用來再實(shí)現(xiàn) 2 個(gè)定時(shí)器或2 個(gè)外部中斷（支持上升沿 /下降沿中斷）。 （ 14） 4 個(gè) 16 位定時(shí)器，兼容 8051 的定時(shí)器 0， 2 路 現(xiàn) 2 個(gè)定時(shí)器。 （ 15） 可編程時(shí)鐘輸出功能， 出時(shí)鐘， 出時(shí)鐘， 出時(shí)鐘。 （ 16） 硬件看門口（ （ 17） 高速 行通信端口。 （ 18） 全雙異步串行口（ 兼容普通 8051 串口。 （ 19） 先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通 8051 指令集，有硬件乘法 /除法指令。 （ 20） 通用 I/O 口（ 37/40/44 個(gè)），復(fù)位后為準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 I/O 17 口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱 上拉，推挽 /強(qiáng)上拉，僅為輸入 /高阻，開漏每個(gè) I/O 口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到 20整個(gè)芯片最大不超過 100 引腳說明 單片機(jī)采用 40 引腳的雙列直插封裝方式。 40 條引腳說明如下： 1）主電源引腳 ）外接晶振引腳 3）控制或與其它電源復(fù)用引腳 ）輸入 /輸出引腳 1） （ 一個(gè)漏極開路型準(zhǔn)雙向 I/O 口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址 (低 8 位 )和數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。 （ 2） （ 帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在 程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低 8 位地址。 （ 3） （ 一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在訪問 外部存儲(chǔ)器時(shí)，它送出高 8 位地址。在對(duì) 程和程序驗(yàn)證期間，它接收高8 位地址。 （ 4） （ 一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它送出高 8 位地址。在對(duì) 程和程序驗(yàn)證期間，它接收高8 位地址。 晶顯示電路 一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 16 32 個(gè)字符。（ 16列 2 行）。在日常生活中，我們對(duì)液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn) 品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號(hào)和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、 碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和 硬件都比較簡單。 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 18 （ 1）由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（ 樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。 （ 2）液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便 。 （ 3）液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 （ 4）相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng) ，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 引腳說明： 第 1 腳： 地電源。 第 2 腳： 5V 正電源。 第 3 腳： 液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度。 第 4 腳： 寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄 存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng) R/W 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) 低電平 R/W 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) 高電平 R/W 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7 14 腳： 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15 腳：背光源正極。 第 16 腳：背光源負(fù)極。 液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平 ，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。 1602 內(nèi)部顯示地址如圖 14 所示： 19 圖 14 1602 內(nèi)部顯示地址 本設(shè)計(jì)的灰度調(diào)節(jié)是采用 10k 電阻和 1k 電阻分壓的形式，灰度適中。液晶顯示電路如圖 15 所示： 1 2 3 4 5 6 7 8 910 11 12 13 14 15 16160216P I N+5G N 5G N D+5 5 液晶顯示電路 盤電路 本設(shè)計(jì)采用按鍵接低的方式來讀取按鍵，單片機(jī)初始時(shí)，因?yàn)闉楦唠娖剑?dāng)按鍵按下的時(shí)候，會(huì)給單片機(jī)一個(gè)低電平，單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理 單片機(jī)鍵盤有獨(dú)立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種：獨(dú)立鍵盤每一個(gè) I/O 口上只接 一個(gè)按鍵，按鍵的另一端接電源或接地（一般接地），這種接法程序比較簡單且系統(tǒng)更加穩(wěn)定；而矩陣式鍵盤式接法程序比較復(fù)雜，但是占用的 I/O 少。根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要這里選用了獨(dú)立式鍵盤接法。 獨(dú)立式鍵盤的實(shí)現(xiàn)方法是利用單片機(jī) I/常開按鍵的一端接地，另一端接一個(gè) I/O 口，程序開始時(shí)將此 I/O 口置于高電平，平時(shí)無鍵按下時(shí) I/O 口保護(hù)高電平。當(dāng)有鍵按下時(shí)，此 I/O 口與地短路迫使 I/O 口為低電平。按鍵釋放后，單片機(jī)內(nèi)部的上拉電阻使 I/O 口仍然保持高電平。我們所要做的就是在 程序中查尋此 I/O 口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動(dòng)作了。 在用單片機(jī)對(duì)鍵盤處理的時(shí)候涉及到了一個(gè)重要的過程，那就是鍵盤的去抖動(dòng)。這里說的抖動(dòng)是機(jī)械的抖動(dòng)，是當(dāng)鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正?，F(xiàn)象，并不是我們?cè)诎存I時(shí)通過注意可以避免的。這種抖動(dòng)一般 10200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動(dòng)時(shí)間對(duì)于人來說太快了，而對(duì)于時(shí)鐘是微秒的單片機(jī)而言則是慢長的。硬件去抖動(dòng)就是用部分電路對(duì)抖動(dòng)部分加之處理，軟件去抖動(dòng)不是去掉抖動(dòng)，而是避抖動(dòng)部分的時(shí)間，等鍵盤穩(wěn)定了再對(duì)其處理。所以這里選擇了軟件去抖 動(dòng)，實(shí)現(xiàn)法是先查尋按鍵當(dāng)有低電平出現(xiàn)時(shí)立即延時(shí)10200 毫秒以避開抖動(dòng)（經(jīng)典值為 20 毫秒），延時(shí)結(jié)束后再讀一次 I/O 口的值， 20 這一次的值如果為 1 表示低電平的時(shí)間不到 10200 毫秒，視為干擾信號(hào)。當(dāng)讀出的值是 0 時(shí)則表示有按鍵按下，調(diào)用相應(yīng)的處理程序。硬件電路如圖 16 所示： H H +G N D 圖 16 按鍵電路 警電路 a r n 11w a r n 2+ 5 1 2L S 1S P E A K E 1S W S P S T+ 5 光報(bào)警電路 21 光提示電路 文單詞的縮寫，主要含義： 光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可 見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光；它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場(chǎng)發(fā)光。據(jù)分析， 特點(diǎn)非常明顯，壽命長、光效高、輻射低與功耗低。作為目前全球最受矚目的新一代光源， 其高亮度、低熱量、長壽命、無毒、可回收再利用等優(yōu)點(diǎn)，被稱為是 21 世紀(jì)最有發(fā)展前景的綠色照明光源。我國的 0 世紀(jì) 70 年代，經(jīng)過近 40 年的發(fā)展，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于景觀照明和普通照明領(lǐng)域，我國已成為世界第一大照明電器生產(chǎn)國和第二大照明電器出口國。近幾年來，隨著人們對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光材料研究的不 斷深入， 造工藝的不斷進(jìn)步和新材料（氮化物晶體和熒光粉）的開發(fā)和應(yīng)用，各種顏色的超高亮度得了突破性進(jìn)展，其發(fā)光效率提高了近 1000 倍，色度方面已實(shí)現(xiàn)了可見光波段的所有顏色，其中最重要的是超高亮度白光 出現(xiàn)，使 用領(lǐng)域跨越至高效率照明光源市場(chǎng)成為可能。曾經(jīng)有人指出，高亮度 是人類繼愛迪生發(fā)明白熾燈泡后，最偉大的發(fā)明之一。 本設(shè)計(jì)利用 示酒精是否超標(biāo)。 音報(bào)警電路 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、 報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。 ；蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“ H”或“ 舊標(biāo)準(zhǔn)用“ “ “ ）表示。 1壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。 多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（ 5V 直流工作電壓） ,多諧振蕩器起振 ,輸出 音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。 壓電蜂鳴 片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。 電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互纏繞。 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路一般都包含以下幾個(gè)部分：一個(gè)三極管、一個(gè)蜂鳴器、一個(gè)限流電阻。蜂鳴器為發(fā)聲元件，在其兩端施加直流電壓（有源蜂鳴器）或者方波 22 （無源蜂鳴器）就可以發(fā)聲，其主要參數(shù)是外形尺寸、發(fā)聲方向、工 作電壓、工作頻率、工作電流、驅(qū)動(dòng)方式（直流 /方波）等。這些都可以根據(jù)需要來選擇。本設(shè)計(jì)采用有源蜂鳴器。 三極管 開關(guān)作用，其基極的低電平使三極管飽和導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲；而基極高電平則使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。 值存儲(chǔ)模塊 (1) 工作電壓： (2) 輸入 /輸出引腳兼容 5V； (3) 應(yīng)用在內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 128 8(1K),256 8(2K),512 8(4K),1024 8(8K),20488(16K)； (4) 二線串行接口； (5) 輸入引腳經(jīng)施密特觸發(fā)器濾波抑制噪聲； (6) 雙向數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議； (7) 兼容 400 (8) 支持硬件寫保護(hù)； (9) 高可靠性； (10) 讀寫次數(shù)： 1,000,000 次； (11) 數(shù)據(jù)保存： 100 年。 一個(gè) 2K 位串行 內(nèi)部含有 256 個(gè) 8 位字節(jié)，司的先進(jìn) 術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗。 一個(gè)16 字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過 線接口進(jìn)行操作，有一個(gè)專門的寫保護(hù)功能。 持 線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議 線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器。任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時(shí)鐘和所有起始停止信號(hào)的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接收）的模式，通過器件地址輸入端 以實(shí)現(xiàn)將最多 8 個(gè) 件連接到總線上。 23 R 1 01 0 k+ 5 s c C 0 1 0 2 _ S C 0 2 _ S D 7 值存儲(chǔ)模塊 第四章 測(cè)試與結(jié)論 試與調(diào)試 件調(diào)試 調(diào)試過程中首先要檢測(cè)的就是硬件電路的設(shè)計(jì)原理 是否正確、能否達(dá)到預(yù)期效果以及實(shí)現(xiàn)方法是否簡便等等；其次在焊接好難有線電路之后，認(rèn)真檢查電路的焊接情況。這次采用的是分塊調(diào)試的方法，酒精探測(cè)電路，控制電路以及單片機(jī)控制電路進(jìn)行調(diào)試。在對(duì)每個(gè)模塊的進(jìn)行調(diào)試過程中又采用了由局部到整體，由簡單到復(fù)雜的調(diào)試方法，最后再將各個(gè)模塊總和成一個(gè)整體。 在調(diào)試過程中遇到的問題有： (1)由于在焊電路之前沒有認(rèn)真的查看單片機(jī)的管腳，使得管腳的順序全部焊錯(cuò)了，最后只好重新買器件重焊； (2)酒精值一直顯示很高，經(jīng)過查閱資料和換元件測(cè)試發(fā)現(xiàn)，酒精傳感器初次使用得通電幾小時(shí)以上才可以正常使用，要做老化試驗(yàn)。 (3)在解碼程序的編寫過程中，隨著理解的深入也作了相應(yīng)的修改。 件調(diào)試 當(dāng)程序在 境下編寫完成，并編譯生成 件后，就可以下載并進(jìn)行調(diào)試了。 1、 串口驅(qū)動(dòng)安裝 打開 動(dòng)文件夾下的 裝文件，按提示安裝 串口驅(qū)動(dòng)程序。安裝完成后，插入 載線后，在 開 24 始 -控制面板 -打印機(jī)和其他硬件 -設(shè)備管理器 ，在“端口”分支下有（ X 表示串口號(hào)，如果沒有說明 串口驅(qū)動(dòng)沒有安裝，須重新安裝。記住括號(hào)里的 號(hào)。 2、下載程序 打開 片機(jī)下載軟件文件夾，點(diǎn)擊運(yùn)行 序，出現(xiàn)如下界面。 圖 18 下載軟件 正確選擇 型， （與剛才安裝的 一致），最高波特率和最低波特率都選 2400者 1200下載線內(nèi) 片所限，沒辦法?。?，并打開正確的 據(jù)文件。 點(diǎn)擊“ 載”按紐，窗口出現(xiàn)提示： 在嘗試與 片機(jī) 握手連接 . is n is or 接失敗，請(qǐng)嘗試以下操作： 25 下載按鈕，再給單片機(jī)上電 新選擇 口 , 接好電纜 接到地 換座引線過長而引起時(shí)鐘不振蕩，請(qǐng) 調(diào)整參數(shù) 件 能 片機(jī)內(nèi)無 統(tǒng)引導(dǎo)碼， 或需退回升級(jí)，或 損壞 口線下載，可能會(huì)遇到不兼容 的問題，可以讓我們幫助購買兼容的 串口線 仍在連接中 , 請(qǐng)給 電 . 按下電路板上的電源按紐，保證其有個(gè)失電至上電的過程，則窗口顯示開始燒錄芯片。 芯片燒錄成功后，程序開始運(yùn)行，酒精濃度測(cè)試儀正常工作。 論 首先這是一個(gè)基于單片機(jī)的課程設(shè)計(jì)，單片機(jī)是這學(xué)期學(xué)習(xí)的課程，雖然不陌生，但是用起來還發(fā) 現(xiàn)很多的問題。硬件方面還好解決，弄明白就可以了，但軟件方面就非常困難了，雖然以前還做過這方面的實(shí)驗(yàn)，但那都是是些簡單應(yīng)用。這次設(shè)計(jì)真的讓我長進(jìn)了很多，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于軟件算法的設(shè)計(jì)，需要有很巧妙的程序算法，有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學(xué)習(xí)理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。 其次，就是使用到的各種元器件。這次我使用的基本上都是已經(jīng)學(xué)過的元件，但真正用起來才發(fā)現(xiàn)自己還差的很多，所以我又重新對(duì)所用到的器件仔仔細(xì)細(xì)，認(rèn)認(rèn)真真的研究了一遍從引腳，到時(shí)序，再到最后的電路整體 構(gòu)成，下了非常大的功夫才最后弄出來。 26 第六章 總結(jié)與展望 通過這次創(chuàng)新環(huán)節(jié)讓我學(xué)到了很多，焊接技術(shù)提高了不少，以及對(duì)萬用表的的使用熟練了，使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。 在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這