車載酒精測試儀的設(shè)計摘要近年來，我國汽車保有量在不斷增長，與此同時，車輛運行帶來的交通事故發(fā)生率也在不斷攀升。在諸多交通事故之中，有很多人為的因素夠成了交通安全的隱患。其中，酒后駕車所造成的人員傷亡及財產(chǎn)損失最為嚴(yán)重。但是現(xiàn)階段，為了減少或杜絕酒后駕車的行為，交管部門通常只是采用呼氣式酒精測試儀對駕駛?cè)藛T進(jìn)行現(xiàn)場測試，以確定駕駛?cè)藛T是否飲酒及其酒精含量,由于這種方法沒有安裝在汽車內(nèi)部，只能由交通監(jiān)管人員設(shè)卡實施，使許多酒后駕駛行為逃避了監(jiān)控。因此，并不能從根本上杜絕酒后駕駛行為，酒后駕駛行為仍時有發(fā)生。本次設(shè)計提出一種基于單片機(jī)的車載酒精檢測和控制電路的設(shè)計方案，通過在汽車內(nèi)安裝由酒類氣敏傳感器等元件構(gòu)成的酒精檢測電路，來檢測駕駛?cè)藛T的酒精含量，并控制汽車的啟動與否，傳感器檢測到酒精含量，通過PCF8591芯片電路將模擬變量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，由單片機(jī)控制報警電路，軟件實現(xiàn)酒駕的判斷。與傳統(tǒng)的酒精檢測方式比，本設(shè)計有著更多的優(yōu)點和更好的應(yīng)用前景，為最終消滅酒后駕駛現(xiàn)象創(chuàng)造條件。關(guān)鍵詞酒精測試，單片機(jī)，酒精傳感器DESIGNOFVEHICLEALCOHOLTESTINGEQUIPMENTABSTRACTINRECENTYEARS,THENUMBEROFVEHICLESINCHINAISGROWING,ATTHESAMETIME,THEINCIDENCEOFTRAFFICACCIDENTSAREALSOINCREASINGAMONGSOMANYTRAFFICACCIDENTS,THEREAREALOTOFHUMANFACTORSHASBECOMETHEHIDDENTROUBLEOFTRAFFICSAFETYENOUGHDRIVINGISONEOFTHEMOSTSERIOUSCASUALTIESANDPROPERTYLOSSESBUTATTHISSTAGE,INORDERTOREDUCEORTOELIMINATEDRUNKDRIVINGBEHAVIOR,TRAFFICADMINISTRATIONUSUALLYJUSTADOPTTHEBREATHALCOHOLTESTERTOFIELDTESTOFDRIVERSTODETERMINEWHETHERTHEDRIVERHASDRUNKANDALCOHOLCONTENT,SINCETHEEQUIPMENTISNOTINSTALLINSIDETHEVEHICLEITISONLYTOSETUPCHECKEDPOSTSBYTRANSPORTATIONREGULATORS,SOMANYDRUNKDRIVINGBEHAVIORESCAPETHEMONITORTHISDESIGNPUTFORWARDAKINDOFBASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTERONBOARDALCOHOLDETECTIONANDCONTROLCIRCUITDESIGN,BYINSTALLEDINTHECARTHEALCOHOLDETECTIONCIRCUITCOMPOSEDOFELEMENTSSUCHASGASSENSORS,TODETECTTHEALCOHOLCONTENTOFDRIVERS,ANDCONTROLSTHEMOTORSTARTORNOTSENSORDETECTSTHATTHEALCOHOLCONTENT,THROUGHPCF8591CONVERTSANALOGVARIABLETODIGITALQUANTITY,THANSINGLECHIPMICROCOMPUTERCONTROLALARMCIRCUIT,ANDSOFTWAREREALIZESTHEJUDGEMENTOFTHEDRUNKDRIVINGTHANWITHTRADITIONALALCOHOLDETECTIONMETHOD,THISDESIGNHASMOREADVANTAGESANDBETTERAPPLICATIONPROSPECT,TOCREATECONDITIONSFOREVENTUALLYREALIZINGELIMINATEDRUNKDRIVINGKEYWORDSALCOHOLTEST,MCU,ALCOHOLSENSOR目錄摘要IABSTRACTII1緒論111課題研究意義112國內(nèi)外發(fā)展情況113研究內(nèi)容22系統(tǒng)設(shè)計321系統(tǒng)總體介紹322系統(tǒng)功能介紹323設(shè)計方案的比較與論證33系統(tǒng)硬件設(shè)計531微處理器5311AT89C51單片機(jī)介紹5312單片機(jī)復(fù)位電路9313單片機(jī)晶振電路10314電源電路1132A/D轉(zhuǎn)化11321PCF8591的介紹11322A/D轉(zhuǎn)換電路圖1333酒精測試13331呼氣酒精濃度與人體血液濃度關(guān)系13332酒精傳感器14333濾波放大電路1634LCD顯示電路17341LCD液晶屏簡介17342LCD1602顯示電路2135繼電器控制和報警電路21351報警電路21352繼電器控制電路224軟件設(shè)計2441PROTUES軟件2442系統(tǒng)軟件設(shè)計25421采集模塊軟件設(shè)計25422顯示模塊25423報警模塊26424主處理模塊265總結(jié)28致謝29參考文獻(xiàn)30附錄總體電路圖32附錄程序331緒論11課題研究意義隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車工業(yè)也發(fā)展迅猛，車輛保有數(shù)目逐年攀升。在帶給人們便利的同時，汽車也不可避免帶來很多安全事故隱患，而酒后駕車，和醉酒駕車所引發(fā)的交通事故日益增多，嚴(yán)重威脅著人們的生命和財產(chǎn)安全。因此，檢測司機(jī)是否酒駕或者醉駕，并采取適當(dāng)措施減少交通事故的發(fā)生，是一項非常有實際意義的研究課題。交管部門通常是采用呼氣式酒精探測儀對駕駛?cè)藛T經(jīng)行現(xiàn)場檢測，以確定駕駛?cè)藛T是否飲酒。目前市場上警用酒精探測儀品類繁多，功能強(qiáng)大，靈敏度高。但由于它沒有安裝在汽車內(nèi)部，只能由交警人員進(jìn)行實施，因此，并不能從根本上杜絕酒后駕車，酒駕或者醉駕事件仍時有發(fā)生?；趩纹瑱C(jī)的車載超低功耗酒精測試控制儀，可以安裝在汽車內(nèi)部，當(dāng)駕駛員進(jìn)入駕駛室后，可以自動對酒精濃度進(jìn)行探測，以確保行車的安全，系統(tǒng)根據(jù)檢測到的酒精含量是否超標(biāo)來控制汽車打火裝置打開或關(guān)閉，如果超標(biāo)，則駕駛?cè)藛T無法啟動汽車。12國內(nèi)外發(fā)展情況2007年，薩博在其新款的95系列車型上，率先使用了ALOKEY酒精鑰匙技術(shù)，這是一種在車鑰匙中集合迷你型酒精檢測裝置的新技術(shù)，其體積比一般的手機(jī)還要小，要是上設(shè)置吹氣口，想要啟動發(fā)動機(jī)必須向里面吹氣，如果檢測出酒精含量不超標(biāo)，即可啟動發(fā)動機(jī)；而酒精含量超標(biāo)，發(fā)動機(jī)則會自動鎖住而不能啟動車輛。以此來監(jiān)測駕駛者的酒精含量。與此同時，日產(chǎn)汽車研發(fā)的新的酒精探測儀，它沒有與鑰匙結(jié)合，而是獨立連接在汽車的電腦上。同年，日產(chǎn)在其一款概念車全面應(yīng)用防止酒后駕車的各項技術(shù)。該車安裝了傳感器在司機(jī)座位上和擋桿上，通過感知身體發(fā)出的氣體檢測酒精含量。如果酒精含量超標(biāo)，汽車的警報系統(tǒng)會發(fā)出鳴響警報，并自動鎖住變速器，使汽車無法行使。并裝有攝像機(jī)在該車的儀表板內(nèi)，結(jié)合感應(yīng)行駛狀況駕駛?cè)藛T的閉目時間，判斷飲酒或打盹情況，從而警示和停車。目前國內(nèi)外酒精檢測儀主要采用電化學(xué)式的酒精測試儀。我國自主研發(fā)的酒精測試儀是具有世界先進(jìn)水平的防醉駕酒精鎖，采用高性能的電化式傳感器，使用獨特的整機(jī)線路系統(tǒng)設(shè)計，使本系統(tǒng)完全滿足車載設(shè)備的要求，并通過歐洲EMARK認(rèn)證，榮獲2007年度“香港電子業(yè)商會創(chuàng)新科技產(chǎn)品獎”，是電子業(yè)商會推薦使用的防醉駕酒精測試儀，本產(chǎn)品完全兼容歐洲、美國、日本等國家標(biāo)準(zhǔn)。另外，我國近兩年來也在積極研發(fā)指紋式酒精監(jiān)測技術(shù)，這種技術(shù)檢測酒精含量是通過手指分泌的汗液中的酒精，同時，還可以識別駕駛?cè)藛T的指紋和脈搏。在很短時間內(nèi)分析出駕駛?cè)藛T的汗液中酒精含量是否超標(biāo)。不過這項技術(shù)還未成熟。13研究內(nèi)容本文提出了一種基于單片機(jī)的超低功耗酒精測試控制儀，該儀器安裝在汽車，當(dāng)駕駛員進(jìn)入駕駛室后，可以自動對酒精濃度進(jìn)行探測，以確保行車的安全，系統(tǒng)根據(jù)檢測到的酒精含量是否超標(biāo)來控制汽車打火裝置打開或關(guān)閉，如果超標(biāo)，則駕駛?cè)藛T無法啟動汽車。酒精檢測電路酒精檢測電路結(jié)合酒精傳感器MQ3和I/V轉(zhuǎn)換器ISOA4P10等電路器件，將酒精濃度信號轉(zhuǎn)化為05V的電壓，以供單片機(jī)采集判斷。MQ3是一種二氧化錫半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器，對酒精具有高靈敏度和快速的響應(yīng)性。I/V轉(zhuǎn)化器ISOA4P1是一種將電流信號轉(zhuǎn)換成按比例輸出的電壓信號的混合集成電路。該IC內(nèi)部具有一組高隔離的DC電源和電流信號高效率耦合隔離變換電路等，可以將直流電流小信號進(jìn)行隔離放大，直接轉(zhuǎn)換成直流電壓信號輸出。具有很小的輸出電阻，較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，能實現(xiàn)小信號遠(yuǎn)程無失真?zhèn)鬏?，全量程?nèi)有很高的線性度。單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)主要有AT89C51、PCF8591、數(shù)碼管、繼電器等部分組成。通過酒精檢測電路轉(zhuǎn)換而來的05V電壓，輸入到PCF8591輸入端，經(jīng)過PCF8591轉(zhuǎn)換，輸出8位二進(jìn)制數(shù)到單片機(jī)端口，然后轉(zhuǎn)換成3位十進(jìn)制數(shù)，顯示在數(shù)碼管上，同時判斷當(dāng)前數(shù)是否大于預(yù)制數(shù)。大于預(yù)制數(shù)，單片機(jī)P35輸出0，繼電器得電，其常閉點斷開，汽車起動機(jī)不能正常啟動；小于預(yù)制數(shù)，單片機(jī)P35端口輸出1，繼電器失電，其常閉點閉合，汽車正常啟動。軟件系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)的的主程序用于設(shè)定中斷系統(tǒng)和定時器的初值，然后一直等待定時中斷的產(chǎn)生。定時中斷程序是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的核心部分，進(jìn)入定時中斷程序，PCF8591進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和二進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換以及根據(jù)當(dāng)前值與預(yù)置值進(jìn)行比較，從而控制其汽車能否正常啟動，最后，重裝定時器初值，返回主程序，等待下一次定時中斷。2系統(tǒng)設(shè)計21系統(tǒng)總體介紹本次設(shè)計采用AT89C51單片機(jī)為主控芯片，用酒精傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過PCF8591的模數(shù)轉(zhuǎn)換，由單片機(jī)進(jìn)行內(nèi)部處理，再將得到的數(shù)據(jù)儲存，送入顯示模塊LCD1602，顯示酒精濃度，通過單片機(jī)和程序控制繼電器，使汽車斷電，無法行駛。系統(tǒng)總體的框圖如下圖21汽車供電系統(tǒng)酒精傳感器調(diào)理電路A/D轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)報警點火裝置顯示圖21系統(tǒng)總體框圖22系統(tǒng)功能介紹本系統(tǒng)利用酒精傳感器采集酒精濃度信息，由單片機(jī)來進(jìn)行內(nèi)部處理，與酒駕時的酒精濃度比較，若超出則判斷酒駕，LCD顯示酒精濃度，汽車無法啟動。主要功能為A測試酒精濃度；B顯示酒精濃度；C蜂鳴器進(jìn)行報警；D汽車斷電；23設(shè)計方案的比較與論證方案一1硬件組成由酒精傳感器、89C51系列單片機(jī)控制器、PCF8591轉(zhuǎn)換器、LCD顯示器、語音報警、繼電器等組成。2工作原理在系統(tǒng)中，由酒精傳感器做成測量工具，對酒精含量這一化學(xué)變量進(jìn)行檢測，并輸送到A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出到89C51系列單片機(jī)。通過單片機(jī)控制，根據(jù)給定量與測量量比較，得出酒精濃度是否超標(biāo)，控制語音報警器。LED顯示器用于實時的顯示測量的酒精濃度。方案二1硬件組成由ARM、LCD液晶顯示器、聲光報警器、燃料酒精傳感器、氣泵裝置等組成。2工作原理在系統(tǒng)中，當(dāng)人體呼出氣體從這里流出，檢測氣流壓力，達(dá)到預(yù)先規(guī)定的數(shù)值時，打開氣泵裝置抽氣，酒精氣體在燃燒室內(nèi)反應(yīng)后在電池兩級產(chǎn)生微弱的電壓輸出，電壓模擬信號被送入A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號輸入到指定函數(shù)，計算結(jié)果最終顯示到LCD液晶顯示屏上。3系統(tǒng)原理框圖酒精傳感器調(diào)理電路微控制器液晶顯示加熱回路報警圖22方案二系統(tǒng)框圖經(jīng)上分析，方案一用89C51單片機(jī)作為控制器，在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和LCD顯示時較為方便，可實現(xiàn)性高。在結(jié)構(gòu)上簡單明了，相對編寫程序思路較為簡單。方案二用由ARM、LCD液晶顯示器、聲光報警器、燃料酒精傳感器、氣泵裝置等組成，采用了氣泵裝置，加大了元器件的成本，同時也增大了控制儀的體積，雖然較為準(zhǔn)確，但實現(xiàn)起來相對復(fù)雜，不便于實現(xiàn)。因此，我選擇方案一的設(shè)計。3系統(tǒng)硬件設(shè)計本系統(tǒng)主要由微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、報警模塊、繼電器模塊等組成。下面介紹各部分原理及電路圖。31微處理器311AT89C51單片機(jī)介紹AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFALSHPROGRAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，簡稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。當(dāng)前市場上的單片機(jī)有51系列，AVR系列、STC系列等單片機(jī)，考慮到設(shè)計需要數(shù)據(jù)存儲功能，又要確保其高速、抗干擾能力強(qiáng)的特點，在考慮功能需求及成本的基礎(chǔ)上，選擇了ATMEL公司研發(fā)的AT89C518位單片機(jī)作為本系統(tǒng)的控制器，有40個引腳，如圖31所示XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P00/AD039P01/AD138P02/AD237P03/AD336P04/AD435P05/AD534P06/AD63P07/AD732P101P112P123P134P145P156P167P178P30/RXD10P31/TXD1P32/INT012P33/INT113P34/T014P37/RD17P36/WR16P35/T115P27/A1528P20/A821P21/A92P22/A1023P23/A124P24/A1225P25/A1326P26/A1427U2AT89C51圖31AT89C51引腳1它具有以下特性與MCS51兼容；4K字節(jié)可編程閃爍存儲器；壽命1000寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時間10年；全靜態(tài)工作0HZ24HZ；三級程序存儲器鎖定；1288位內(nèi)部RAM，片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；32可編程I/O線，低功耗的閑置和掉電模式；兩個16位定時器/計數(shù)器；5個中斷源，可編程串行通道。2管腳說明VCC供電電壓；GND接地；P0口P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每一位可驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載。當(dāng)P0口作為普通輸入接口時，應(yīng)先向口鎖存器寫“1”。需要輸出高電平時，要接上拉電阻；P1口P1口是一個內(nèi)部自帶上拉電阻的8位雙向I/O口，每一位可驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。當(dāng)P1作為輸入接口時，應(yīng)先向口鎖存器寫“1”。P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收；P2口P2口為一個內(nèi)部自帶上拉電阻的8位雙向I/O口，每一位可驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載，當(dāng)P2口作為輸入接口時，應(yīng)先向口鎖存器寫“1”。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號；P3口P3口管腳是8位自帶上拉電阻的雙向I/O口，每一位可驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流，這是由于上拉的緣故。P3口也可作AT89C51的一些特殊功能口，如圖31所示。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收控制信號；RST復(fù)位輸入，高電平有效。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，保持RST腳兩個機(jī)器周期以上的高電平時間；ALE/PROG地址鎖存使能信號輸出端。存取片外存儲器時，用于鎖存低8位地址。即使不訪問片外存儲器端仍以時鐘振蕩頻率1/6的固定頻率向外輸出脈沖信號，因此，它可用作對外輸出的時鐘。然而要注意的是每當(dāng)訪問片外存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效；ERROR外部程序存儲器的選通信號。低電平有效，在由片外程序儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次ERROR有效。但在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的ERROR信號將不出現(xiàn)；ERROR/VPP片外程序存儲器屏蔽控制端，低電平有效。當(dāng)ERROR保持低電平時，將屏蔽片內(nèi)的程序存儲器，只訪問片外程序存儲器。當(dāng)ERROR端保持高電平時，將訪問片內(nèi)程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1，反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2，來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性，XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。芯片擦除，整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10MS來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。3I/O引腳配置I/O口引腳為32個通用I/O口，其中P1/P2/P3是準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O）P0是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展時，可以不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。此外，P10和P11還可以作為定時器/計數(shù)器2的外部技術(shù)輸入（P10/T2）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P11/T2EX）。P3口除作為一般I/O口外，還有其他一些復(fù)用功能，見表31表31P3口引腳復(fù)用功能引腳號復(fù)用功能P30RXD（串行輸入口）P31TXD（串行輸出口）P32（外部中斷0）INTP33（外部中斷1）P34T0（定時器0的外部輸入）P35T1（定時器1的外部輸入）P36（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）WRP37（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RD1定時/計數(shù)器0和1AT89C51單片機(jī)有三個定時/計數(shù)器。其中定時/計數(shù)器0和1的控制和實現(xiàn)由兩個特殊功能寄存器完成。TMOD用于設(shè)置定時/計數(shù)器工作方式，TCON用于控制定時/計數(shù)器啟動和中斷申請。TMOD寄存器的各位信息見表32。表32寄存器TMOD描述位D7D6D5D4D3D2D1D0TMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0GATE門控位。GATE0時，當(dāng)軟件使TCON中的TR0或TR1設(shè)置為“1”，則啟動定時/計數(shù)器工作；GATE1時，軟件使TCON中的TR0或TR1設(shè)置為“1”，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時/計數(shù)器工作。即此時定時器的啟動條件，加上了或引腳為高電平這一條件。C/定時/計數(shù)模式選擇位。C/0為定時模式；C/1為計數(shù)模式。TTTM1M0工作方式設(shè)置位。定時計數(shù)器有四種操作模式，由M1M0進(jìn)行設(shè)置，見表33表33定時/計數(shù)器工作方式設(shè)置表M1M0工作方式功能說明00方式013位定時器/計數(shù)器，兼容8048定時器模式，TL1只用低5位參與分頻，TH1整個8位全用01方式116位定時器/計數(shù)器，TL1、TH1全用10方式28位自動重裝載定時器，當(dāng)溢出時將TH1存放的值自動重裝入TL111方式3T0分成兩個獨立的8位定時計數(shù)器；T1此方式停止計數(shù)控制寄存器TCON的第四位用于控制外部中斷，高四位用于控制定時/計數(shù)器的啟動和中斷申請。其格式見表34表34寄存器TCON描述位D7D6D5D4D3D2D1D0TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF1定時器/計數(shù)器1溢出標(biāo)志位。當(dāng)T1被允許計數(shù)后，T1從初值開始加1計數(shù)，最高位產(chǎn)生溢出時，置“1”TF1，并向CPU請求中斷，當(dāng)CPU響應(yīng)時，由硬件清“0”TF1，TF1也可以由程序查詢或清“0”。TR1定時器T1的運行控制位。該位由軟件置位和清零。當(dāng)GATE（TMOD7）0，TR11時就允許T1開始計數(shù)，TR10時禁止T1計數(shù)。當(dāng)GATE（TMOD7）1，TR11且INT1輸入高電平時，才允許T1計數(shù)。TF0定時器/計數(shù)器0溢出標(biāo)志位。其功能與TF1類同。TR0定時器T1的運行控制位。其功能與TF1類同。IE1外部中斷1中斷請求標(biāo)志位。當(dāng)主機(jī)響應(yīng)中斷轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時，由內(nèi)部硬件自動將IE1位清0。IT1外部中斷1觸發(fā)方式控制位。IT10時，外部中斷1為低電平觸發(fā)方式，當(dāng)（P33）輸入低電平時，置位IE1。采用低電平觸發(fā)方式時，外部中斷源（輸入1INT到）必須保持低電平有效，直到該中斷被CPU響應(yīng)，同時在該中斷服務(wù)程序執(zhí)行完之前，外部中斷源必須被清除（P33要變高），否則將產(chǎn)生另一次中斷。當(dāng)IT11時，則外部中斷1端口由“1”“0”下降沿跳變，激活中斷請求標(biāo)志位IE1，INT向主機(jī)請求中斷處理。IE0外部中斷0中斷請求標(biāo)志位，其功能與IE1類同。IT0外部中斷0觸發(fā)方式控制位，其功能與IT1類同。312單片機(jī)復(fù)位電路AT89C51有以下幾種復(fù)位方式上電復(fù)位；看門狗復(fù)位；掉電復(fù)位；外部復(fù)位（僅在外部復(fù)位引腳處于使能狀態(tài)）。上述任一種復(fù)位發(fā)生時，所有的系統(tǒng)寄存器恢復(fù)默認(rèn)狀態(tài)，程序停止運行，同時程序計數(shù)器PC清零。復(fù)位結(jié)束后，系統(tǒng)從向量0000H處重新開始運行。任何一種復(fù)位情況都需要一定的響應(yīng)時間，系統(tǒng)提供完善的復(fù)位流程以保證復(fù)位動作的順利進(jìn)行。對于不同類型的振蕩器，完成復(fù)位所需要的時間也不同。因此，VDD的上升速度和不同晶振的起振時間都不固定。RC振蕩器的起振時間最短，晶體振蕩器的起振時間則較長。在使用的過程中，應(yīng)注意考慮主機(jī)對上電復(fù)位時間的要求。在這里所用的復(fù)位為外部復(fù)位。外部復(fù)位引腳為施密特觸發(fā)結(jié)構(gòu)，高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期即二個機(jī)器周期以上。復(fù)位引腳處于低電平時，系統(tǒng)正常運行。當(dāng)復(fù)位引腳輸入高電平信號時，系統(tǒng)復(fù)位。外部復(fù)位操作在上電和正常工作模式時有效。需要注意的是，在系統(tǒng)上電完成后，外部復(fù)位引腳必須輸入低電平，否則系統(tǒng)將一直保持在復(fù)位狀態(tài)。外部復(fù)位的時序如下1外部復(fù)位系統(tǒng)檢測復(fù)位引腳的狀態(tài)，如果復(fù)位引腳不為低電平，則系統(tǒng)會一直保持在復(fù)位狀態(tài)，直到外部復(fù)位結(jié)束；2系統(tǒng)初振蕩器開始工作始化初始化所有的系統(tǒng)寄存器；3振蕩器開始提供系統(tǒng)時鐘；4執(zhí)行程序上電結(jié)束，程序開始運行。5外部復(fù)位可以在上電過程中使系統(tǒng)復(fù)位。良好的外部復(fù)位電路可以保護(hù)系統(tǒng)以免進(jìn)入未知的工作狀態(tài)。產(chǎn)生復(fù)位信號的電路邏輯如圖32所示圖32復(fù)位信號的電路邏輯圖整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號RST送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機(jī)器周期的S5P2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位電路如圖33所示XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P00/AD039P01/AD138P02/AD237P03/AD336P04/AD435P05/AD534P06/AD63P07/AD732P101P112P123P134P145P156P167P178P30/RXD10P31/TXD1P32/INT012P33/INT113P34/T014P37/RD17P36/WR16P35/T115P27/A1528P20/A821P21/A92P22/A1023P23/A124P24/A1225P25/A1326P26/A1427U1AT89C51C310UFR410K圖33復(fù)位電路復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的，它在系統(tǒng)上電的過程中能夠為復(fù)位引腳提供一個緩慢上升的復(fù)位信號。這個復(fù)位信號的上升速度低于VDD的上電速度，為系統(tǒng)提供合理的復(fù)位時序，當(dāng)復(fù)位引腳檢測到高電平時，系統(tǒng)復(fù)位結(jié)束，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。圖34可同時滿足上電自動復(fù)位和手動復(fù)位兩種需要。313單片機(jī)晶振電路對于本芯片來說，主要有兩種晶振來源外部石英/陶瓷振蕩器和內(nèi)部高速RC振蕩器。1外部石英/陶瓷振蕩器圖34，XTAL1/XTAL2/VSS引腳與石英/陶瓷振蕩器以及電容C之間的距離越近越好。片內(nèi)RAM施密特觸發(fā)器復(fù)位電路RST/VPDVOCVSSXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P00/AD039P01/AD138P02/AD237P03/AD336P04/AD435P05/AD534P06/AD63P07/AD732P101P112P123P134P145P156P167P178P30/RXD10P31/TXD1P32/INT012P33/INT113P34/T014P37/RD17P36/WR16P35/T115P27/A1528P20/A821P21/A92P22/A1023P23/A124P24/A1225P25/A1326P26/A1427U1AT89C51X1CRYSTALC23PFC13PF圖34外部石英/陶瓷振蕩器2內(nèi)部RC振蕩器常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為52MHZ68MHZ。精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，應(yīng)認(rèn)為是4MHZ8MHZ。314電源電路MCU所需電壓在34V55V范圍內(nèi)，在此選取典型電壓50V；其余模塊諸如LCD1206、ADC0832的采用5V電壓，故整個電路采用50V電壓源。而汽車中的電子控制電壓則是12V，因此，這里需要用到電源穩(wěn)壓芯片7805，將12V電壓轉(zhuǎn)換成5V電壓。電路圖如圖35所示，其中C1、C2、C3、C4增強(qiáng)電源抗干擾能力。VI1VO3GND2U17805C350UFC450UFC150UFC250UF圖35電源電路32A/D轉(zhuǎn)化321PCF8591的介紹本設(shè)計A/D轉(zhuǎn)化采用PCF8591芯片。PCF8591是具有I2C總線接口的8位A/D及D/A轉(zhuǎn)換器。有4路A/D轉(zhuǎn)換輸入，1路D/A模擬輸出，這就是說，它既可以作A/D轉(zhuǎn)換也可以作D/A轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換為逐次比較型。引腳圖如圖36所示，結(jié)構(gòu)圖如圖36所示。電源電壓典型值為5V。AIN0AIN3模擬信號輸入端A0A3引腳地址端VDD，VSS電源端（256V）SDAI2C總線的數(shù)據(jù)線SCLI2C總線的時鐘線OSC外部時鐘輸入端，內(nèi)部時鐘輸出端。EXT內(nèi)部、外部始終選擇線，使用內(nèi)部時鐘時EXT接地AGND模擬信號地AOUTD/A轉(zhuǎn)換輸出端UREF基準(zhǔn)電源線圖36PCF8591的引腳圖PCF8591采用典型的I2C總線接口器件尋址方法，即總線地址由器件地址、引腳地址和方向位組成。飛利浦公司規(guī)定A/D器件地址為1001引腳地址為A2A1A0，其值由用戶選擇，因此I2C系統(tǒng)最多可接238個具有I2C總線接口的A/D器件。地址的最后一位為方向為R/W，當(dāng)主控器對A/D器件進(jìn)行讀操作時為1，進(jìn)行寫操作時為0總線操作時，由器件地址、引腳的地址和方向位組成的從地址為主控器發(fā)送的第一個字節(jié)?？刂谱止?jié)用于實現(xiàn)器件的各種功能，如模擬信號由哪幾個通道輸入等?？刂谱止?jié)存放在控制寄存器中?？偩€操作時為主控器發(fā)送的第二個字節(jié)。其格式如下所示MSBLSB0XXXXXXD7D6D5D4D3D2D1其中D1、D0兩位是A/D通道編號00通道0,01通道1,10通道2,11通道3。D2自動增益選擇（有效位為1）。D5、D4模擬量輸入選擇00為四路單輸入、01為三路查分輸入、10為單端與差分配合輸入、11為模擬輸出允許有效。當(dāng)系統(tǒng)為A/D轉(zhuǎn)換時，模擬輸出允許為0。模擬量輸入選擇位取值由輸入方式?jīng)Q定，四路單輸入時取00，三路差分輸入時取01，單端與差分輸入時取10，二路差分輸入時取11。最低兩位時通道編號位，當(dāng)對0通道的模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時去00，當(dāng)對1通道的模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時取01，當(dāng)對2通道的模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時取10，當(dāng)對3通道的模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時取11。在進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時，首先是主控器發(fā)出起始信號，然后發(fā)出讀尋址字節(jié)，被控器做出應(yīng)答后，主控器從被控器讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出應(yīng)答后，主控器從被控器讀出第二個數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出應(yīng)答一直到主控器從被控器讀出第N個數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出非應(yīng)答信號，最后主控器發(fā)出停止信號。322A/D轉(zhuǎn)換電路圖在電路連接方面，采用2通道連接,由2通道進(jìn)行信號輸入并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,如圖37所示。圖37A/D轉(zhuǎn)換電路圖33酒精測試酒精檢測電路由高精度酒精傳感器、信號調(diào)理放大電路、濾波電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等組成。主要功能是檢測駕駛員呼出的酒精含量，將化學(xué)信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，并通過信號調(diào)理放大電路對模擬信號進(jìn)行放大處理以及通過濾波電路濾波，再將進(jìn)行處理后的信號送到PCF8591，將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，從而使單片機(jī)判斷檢測到的酒精濃度是否超標(biāo)。測試電路信號調(diào)理放大電路是將酒精傳感器傳來的模擬信號進(jìn)行放大整形，便于轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。331呼氣酒精濃度與人體血液濃度關(guān)系機(jī)動車駕駛?cè)藛T“酒后駕車”及“醉酒駕車”極易發(fā)生道路交通事故，嚴(yán)重危害了道路交通安全和人民生命財產(chǎn)安全。人飲酒后，酒精通過消化系統(tǒng)被人體吸收，經(jīng)過血液循環(huán)，約有90的酒精通過肺部呼氣排出，因此測量呼氣中的酒精含量，就可判斷其醉酒程度。從理論上說，要判斷是否是酒后駕駛，最準(zhǔn)確的方法應(yīng)該是檢查駕駛?cè)藛T血液中的酒精含量。血液中的酒精含量可以通過檢查血液、呼氣、唾液和小便得到。在違章處理或者公路交通例行檢查中，要在現(xiàn)場抽取血液往往是不現(xiàn)實的，而送到醫(yī)院再抽取血液則會因為路上花去的時間使血液中的酒精濃度與在現(xiàn)場時有所不同。最簡單可行的方法是現(xiàn)場檢測駕駛?cè)藛T呼氣中的酒精含量。為了規(guī)范警用呼氣酒精測試儀的性能，2001年我國公安部制定了國家公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“呼出氣體酒精含量探測器GA3072001”。該標(biāo)準(zhǔn)中對呼氣酒精測試儀的各方面性能作了定量規(guī)定，其中一些重要性能如示值誤差、重復(fù)性、抗干擾能力、吹氣壓力和吹氣連續(xù)性監(jiān)視等指標(biāo)都直接影響檢測精度。該文就此略加分析如下示值誤差和重復(fù)性是直接影響檢測精度的指標(biāo)，其中示值誤差要求在整個工作范圍溫度從0至40，相對濕度從20RH90RH都要滿足如下要求10量程0400MGL1000MG/L0040MGL量程0200MGL0400MGL0025MGL量程/文件頭INCLUDEDEFINEPCF85910X90/PCF8591地址DEFINEUCHARUNSIGNEDCHAR/1602引腳定義SBITRSP26/復(fù)位端SBITRWP25/寫數(shù)據(jù)端SBITENP27/使能端SBITBEEPP15SBITDIANP14/此部分為I2C總線的驅(qū)動程/DEFINE_NOP_NOP