1、現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)與制作小組課題論文論文（設(shè)計(jì)）題目：基于單片機(jī)的防止酒后駕車控制系統(tǒng) 學(xué) 院：職業(yè)技術(shù)師學(xué)院 專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)29 / 29目 錄摘要3Abstract .錯(cuò)誤！未定義書簽。第一章 前言51.1課題研究的目的與意義21.2研究容3第二章 總體方案設(shè)計(jì)42.1 設(shè)計(jì)思路52.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)62.2.1選用的酒精傳感器的類型72.2.2選用的單片機(jī)的類型82.2.3選用的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的類型9第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)103.1 酒精傳感器測(cè)試電路的設(shè)計(jì)113.2 信號(hào)采集放大電路設(shè)計(jì)123.3 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)133.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)143.4.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)153.4.2

2、復(fù)位電路設(shè)計(jì)163.5 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)173.6 報(bào)警電路設(shè)計(jì)183.7 繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)19第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)204.1 軟件整體設(shè)計(jì)思路214.2 主程序模塊的設(shè)計(jì)224.3 控制子程序234.4數(shù)據(jù)采集與處理模塊244.5繼電器驅(qū)動(dòng)子程序設(shè)計(jì)與流程圖25第五章 結(jié)論26致 27參考文獻(xiàn)28附件 硬件電路原理圖29基于單片機(jī)的防止酒后駕車控制系統(tǒng)摘要 隨著交通行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，以與汽車保有量的增加，汽車給人類帶來舒適和便捷的同時(shí)，也給人類帶來了交通事故頻發(fā)等交通安全隱患，如酒后駕駛、無照駕駛、違規(guī)駕駛等，嚴(yán)重威脅著人類生命和財(cái)產(chǎn)安全。隨著我國(guó)公路運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，同其他國(guó)家相比，我國(guó)的道

3、路交通安全更為嚴(yán)峻，特別是由酒后駕駛導(dǎo)致的交通事故率比較高。針對(duì)酒后駕車導(dǎo)致交通事故頻繁發(fā)生的現(xiàn)象,設(shè)計(jì)了一種能夠防止酒后駕駛的自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由酒精傳感器、數(shù)據(jù)采集與信號(hào)放大、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器、AT89S52單片機(jī)控制器、語音報(bào)警、LED顯示、繼電器以與電機(jī)等構(gòu)成。主要研究了對(duì)不同的區(qū)間濃度和電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系做線性化處理。將采集到的模擬電壓信號(hào)經(jīng)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)，通過單片機(jī)進(jìn)行判斷計(jì)算輸出控制信號(hào)；當(dāng)司機(jī)體酒精濃度超標(biāo)時(shí)，該系統(tǒng)能夠自動(dòng)切斷汽車的啟動(dòng)系統(tǒng)電源，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，并通過數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示酒精濃度，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制功能。該系統(tǒng)需要駕駛者在汽車點(diǎn)火前先進(jìn)

4、行吹氣測(cè)試，如果測(cè)試結(jié)果超過安全水平，在駕駛員用鑰匙發(fā)動(dòng)時(shí)，繼電器將動(dòng)作，汽車將不能開啟，該裝置可以用來防止有酒后駕車的人再次犯錯(cuò)。關(guān)鍵詞： 酒后駕駛；AT89S52單片機(jī)；自動(dòng)控制系統(tǒng)；氣體傳感器 Micro controller-based control system to prevent drunk driving Abstract With the development of the transport industry and technology, as well as increased car ownership , car to bring comfort and con

5、venience of mankind,It also brought to mankind frequent traffic accidents and other traffic safety problems, such as drunk driving, driving without a license , driving violations , serious threat to human life and property safety. With the development of the road transport industry , compared with o

6、ther countries , China's road traffic safety is more severe , especially in traffic accidents caused by drinking and driving rates higher . Against drunk driving accident resulting in the phenomenon of frequent occurrence , is designed to prevent drinking and driving an automatic control system.

7、 The system consists of alcohol sensor , data acquisition and signal amplification , ADC0809 ADC , AT89S52 MCU controllers, voice alarm , LED displays , relays and motors , and the like . The main concentration of the different intervals and voltage conversion relationship do linearization . The col

8、lected analog voltage signal by A / D analog- converted into digital signals into the micro-controller, to judge by the micro-controller to calculate the output control signal ; When the driver alcohol concentration exceeded, the system can automatically cut off the car's starting system power ,

9、 while audible alarm , and through real-time digital display alcohol concentration to achieve automatic control function. The system requires motorists to carry out first before blowing the car ignition test , if the test result exceeds safe levels , with the key in the driver's launch , relay a

10、ction, the car will not turn on , the device can be used to prevent drunk driving people make mistakes againKeywords: drink-driving; AT89S52 micro-controller; automatic control system; gas sensors 第一章 緒論1.1課題研究的目的與意義近年來隨著經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人們的生活水平日益提高，私家車也越來越多，各種應(yīng)酬隨之而來，“酒”這東西貼近了我們的生活。而酒后駕車也頻頻發(fā)生，給人們的生活和生命安全帶來了巨大

11、的傷害。據(jù)德國(guó)一家調(diào)研機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，全球汽車（包括個(gè)人用車和商用車）保有量最遲到 2010 年將突破 10 億量。隨著汽車保有量的增加，交通事故也在不斷的增加，全世界每年約有 120 萬人死于道路交通事故，受傷者多達(dá) 5000 萬人，同時(shí)全球道路交通事故每年造成的直接經(jīng)濟(jì)損失為 5180 億美元，可見道路交通安全問題已成為全球性的主題。隨著汽車使用量的增加和道路交通事業(yè)的發(fā)展，也給社會(huì)帶來了負(fù)面影響，其中道路交通事故就是其中之一。目前我國(guó)汽車保有量約占世界的 2%，但交通事故死亡人數(shù)卻占 15%左右 ，同發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的道路交通安全形式嚴(yán)峻。截至到 2008 年，雖然我國(guó)加強(qiáng)了預(yù)防交通事故的措

12、施，但是交通事故數(shù)量還是相當(dāng)驚人。據(jù)世界衛(wèi)生組織的事故調(diào)查顯示，大約50%-60%的交通事故與酒后駕駛有關(guān)。酒后駕駛已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織列為車禍致死的首要原因。在我國(guó)，母國(guó)勇分析了我國(guó)2000 年交通事故原因，明顯指出駕駛員是造成交通事故的主要原因。牟建霖指出我國(guó)機(jī)動(dòng)車駕駛員酒后駕車約占 20%，每年因酒后駕車發(fā)生交通事故死亡人數(shù)超過 5000 人。衛(wèi)興，高巖等人分析了 19942004 年酒后駕駛死亡人數(shù)占交通事故總死亡人數(shù)的比例，指出該比例從1994年的2%上升到2004年的4.4%，平均每年以7.3%的速度增長(zhǎng)，可見酒后駕車的危害觸目驚心，已經(jīng)成為引發(fā)交通事故的罪魁禍?zhǔn)住?為了能夠有效的防

13、止酒后駕駛造成的此類危害，研究一種酒后駕駛智能閉鎖系統(tǒng)是非常必要的，從而能夠強(qiáng)制性防止酒后駕車，降低交通事故的發(fā)生率。對(duì)于酒后駕車這種現(xiàn)象，瑋指出雖然各個(gè)國(guó)家都對(duì)酒后駕車執(zhí)行了嚴(yán)格的規(guī)定，但是還有很多人不能嚴(yán)格遵守這個(gè)規(guī)定，酒后駕車事件還是很頻繁，因此研究這種能夠自動(dòng)防止酒后駕車的裝置更為必要。本研究設(shè)計(jì)的智能閉鎖系統(tǒng)，能夠通過高敏度的呼氣式酒精傳感器，通過檢測(cè)司機(jī)呼出氣體的酒精含量當(dāng)檢測(cè)到司機(jī)呼出氣體酒精含量超標(biāo)時(shí)，能夠阻止駕駛員開啟汽車引擎，使汽車無法啟動(dòng)，同時(shí)語音報(bào)警，提醒駕駛員“注意安全，不要酒后駕車”，從而有效減少交通事故的發(fā)生，提高我國(guó)道路安全水平，更好地保障我們的交通秩序，保護(hù)人

14、們的出行安全，構(gòu)建和諧的交通環(huán)境。1.2研究容本課題主要研究一種能自動(dòng)防止司機(jī)酒后駕駛的智能閉鎖系統(tǒng)，本研究主要采用中檔芯片作為該智能閉鎖系統(tǒng)的核心，通過呼氣式酒精傳感器測(cè)試司機(jī)呼出氣體的酒精含量，并且能夠通過液晶顯示器顯示該酒精含量值，當(dāng)司機(jī)體血液酒精含量超過安全駕駛標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，能夠報(bào)警，并通過繼電器切斷汽車引擎的電源，使汽車無法啟動(dòng)。 本研究主要包括以下幾個(gè)方面的容： （1）設(shè)計(jì)智能閉鎖系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)組成以與控制系統(tǒng)中的功能模塊； （2）認(rèn)真學(xué)習(xí) AT89C52芯片的特性和功能，設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件電路。以AT89C52為核心，功能模塊劃分為酒精傳感器酒精濃度信號(hào)采集放大電路、AT89C5

15、2 微控制器接口電路、報(bào)警電路、酒精濃度顯示電路、繼電器接口電路等 ；（3）軟件編程。按照軟件實(shí)現(xiàn)的功能，分為酒精傳感器模擬輸出電壓線性化處理、氣體濃度顯示、報(bào)警、繼電器驅(qū)動(dòng)子程序等； （4）硬軟件結(jié)合調(diào)試。 第二章 總體方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)思路本研究設(shè)計(jì)的酒后駕駛智能閉鎖系統(tǒng)，采用燃料電池型酒精傳感器，通過該酒精傳感器檢測(cè)駕駛員呼出氣體的酒精含量，判斷是否超過安全駕駛標(biāo)準(zhǔn)，而且要求通過硬件系統(tǒng)處理，能夠顯示該酒精濃度，使駕駛員能夠清楚的看到已經(jīng)飲酒過度，所以需要選擇一種顯示儀器來顯示駕駛員呼出氣體酒精濃度值，基于這種要求，本次設(shè)計(jì)選用LED顯示模塊。為了能夠警示駕駛員不要酒后駕駛，本系統(tǒng)中需

16、要設(shè)計(jì)一種報(bào)警系統(tǒng)，能夠在駕駛員欲酒后駕駛時(shí)，發(fā)出警告提示。該智能閉鎖系統(tǒng)的最主要功能是為了當(dāng)檢測(cè)到司機(jī)呼出氣體酒精濃度超標(biāo)時(shí)，能夠自動(dòng)切斷汽車引擎電源，所以需要一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠自動(dòng)的切斷汽車引擎電源，本次設(shè)計(jì)選用繼電器來達(dá)到這個(gè)目的，通過繼電器的動(dòng)作來控制汽車引擎電源是否開啟。通過選用本方案中的元件，該智能閉鎖系統(tǒng)能夠通過快速檢測(cè)駕駛員呼出氣體的酒精濃度是否超標(biāo)，通過單片機(jī)的放大、采集處理檢測(cè)駕駛員呼出氣體酒精含量是否超標(biāo)，當(dāng)檢測(cè)到駕駛員飲酒過度時(shí)，能夠顯示酒精濃度值和報(bào)警提示不要酒后駕車，并快速切斷汽車引擎電源，停止啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。2.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)基于以上的構(gòu)思，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的酒后駕駛

17、智能閉鎖系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖，如下圖所示：AT89C52單片機(jī)LED顯示酒精傳感器ADC0809放大器警告提示 數(shù)字量控制轉(zhuǎn)換電源供電汽車引擎電源驅(qū)動(dòng)繼電器下面對(duì)該系統(tǒng)做下簡(jiǎn)單的介紹：本系統(tǒng)主要由電源模塊、酒精傳感器、AT89系列單片機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、LED顯示模塊、報(bào)警模塊、繼電器驅(qū)動(dòng)模塊等組成，其主要任務(wù)是采集酒精傳感器的輸出電壓信號(hào)，放大后經(jīng)過ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換和AT89C52單片機(jī)處理，當(dāng)檢測(cè)到酒精濃度超過標(biāo)定值時(shí)，能夠通過LED顯示傳感器的輸出電壓值，并通過報(bào)警模塊和驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，切斷汽車引擎電源。本系統(tǒng)軟件整體設(shè)計(jì)思路采用模塊化設(shè)計(jì)，軟件有主模塊、聲光報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模

18、塊、算法模塊、存儲(chǔ)模塊等組成。數(shù)據(jù)采集程序主要將接收到的數(shù)據(jù)送到A/D轉(zhuǎn)換器中處理，進(jìn)而將數(shù)字信號(hào)輸入到單片機(jī)中；然后，一部分送到LED顯示，另一部分與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)其超過標(biāo)定值時(shí)，語音報(bào)警器提示駕駛員開車危險(xiǎn)，使其提高警惕性，同時(shí)控制繼電器的動(dòng)作，使汽車引擎不能啟動(dòng)。其模塊框圖如下圖所示：2.2.1選用的酒精傳感器的類型目前普遍使用的酒精傳感器為半導(dǎo)體型和燃料電池型，這兩種酒精傳感器易于制造成便捷型呼氣式酒精測(cè)試器，適用于現(xiàn)場(chǎng)使用。國(guó)普遍使用半導(dǎo)體型酒精測(cè)試儀，因?yàn)樗闹饕獌?yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，只是燃料電池型的幾分之一，但是它的性能遠(yuǎn)比燃料電池的要差，所以它通常用在要求不高的場(chǎng)合，如自我檢測(cè)或

19、一般性定性檢測(cè)。但是對(duì)于應(yīng)用在汽車領(lǐng)域，主要用來精確測(cè)量人體呼出氣體酒精含量的檢測(cè)，應(yīng)該需要完全符合GA307-2001標(biāo)準(zhǔn)的燃料電池型酒精傳感器，確保對(duì)人體呼出酒精氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)、精確定量檢測(cè)?；诒敬卧O(shè)計(jì)要求和使用環(huán)境、成本等方面的考慮，本次課題選用燃料電池型酒精傳感器。 燃料電池型酒精傳感器的消耗電流小，并且通電初期的穩(wěn)定時(shí)間短，其電路部分僅需要電池就可以滿足供電需要，比半導(dǎo)體傳感器的精度高、靈敏度高、性能穩(wěn)定、抗干擾性強(qiáng)，適宜用在檢驗(yàn)人體呼出氣體的酒精含量中。2.2.2選用的單片機(jī)的類型目前最常用的是 AVR、MCS-51、PIC 系列單片機(jī)。51系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一是它從部的硬件到軟件

20、有一套完整的按位操作的系統(tǒng)，稱作位處理器，能夠進(jìn)行的位傳送、置位、清零、測(cè)試、邏輯運(yùn)算等，功能完備。51系列的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是乘法和除法指令，給編程帶來方便。Intel公司51系列的典型產(chǎn)品是8051，片有4K字節(jié)的一次性程序存儲(chǔ)器（OTP）。At mel公司就將其改為電可改寫的閃速存儲(chǔ)器（Flash），容許改寫1000次以上，這給編程和調(diào)試帶來極大的便利，其產(chǎn)品AT89C51、AT89C52等成為了當(dāng)今最流行的八位單片機(jī)。PIC 系列單片機(jī)采用 Harvard 雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快，指令流水線結(jié)構(gòu)，程序存儲(chǔ)器的訪問和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問并行處理。但編程時(shí)分頁(yè)比較麻煩，擴(kuò)展能力比較弱。AVR是集合

21、了PIC和51的優(yōu)勢(shì)的，指令周期比PIC還要快，性價(jià)比比PIC要高，F(xiàn)LASH在線編程比PIC方便，學(xué)AVR會(huì)感到它的結(jié)構(gòu)跟PIC差不多，很多相似的，就是用C語言開發(fā)置位麻煩一點(diǎn)，位操作不如PIC和51方便，工業(yè)級(jí)也用的不廣，多用于儀器、通信上。基于本設(shè)計(jì)要求的性價(jià)比以與所實(shí)現(xiàn)功能，選用Atmel公司的AT89C52單片機(jī)。2.2.3選用的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的類型AD轉(zhuǎn)換就是模數(shù)轉(zhuǎn)換，顧名思義，就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。基于本次設(shè)計(jì)的要求，選用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。0809是一款8通道復(fù)用的8位AD轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)獲取的關(guān)鍵部分是它的8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。這個(gè)部分主要是由3部分組成：256R的階梯

22、網(wǎng)絡(luò)，連續(xù)逼近的電阻，和比較器。連續(xù)逼近電阻（SAR）通過8次迭代去大約逼近輸入電壓，只要輸出是幾位，那么就需要幾次迭代。SAR通過8組開關(guān)組和比較器完成獲取輸入電壓對(duì)應(yīng)參考電壓的數(shù)字信號(hào)。AD轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1）分辯率(Resolution) 指數(shù)字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬信號(hào)的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辯率又稱精度，通常以數(shù)字信號(hào)的位數(shù)來表示。 2） 轉(zhuǎn)換速率(Conversion Rate)是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的AD轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)。積分型AD的轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級(jí)屬低速AD，逐次比 較型AD是微秒級(jí)屬中速AD，全并行/串并行型AD可達(dá)到納秒級(jí)。采樣時(shí)間則是另外一個(gè)概

23、念，是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率 (Sample Rate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。因此有人習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是ksps和Msps，表 示每秒采樣千/百萬次（kilo / Million Samples per Second）。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)硬件是整個(gè)系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，本系統(tǒng)硬件電路主要由酒精傳感器測(cè)試電路、信號(hào)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、控制電路、顯示電路、語音報(bào)警電路與光電報(bào)警電路組成，各部分設(shè)計(jì)如下。3.1 酒精傳感器測(cè)試電路的設(shè)計(jì)MR513型氣敏元件通過氣體吸附在金屬氧化物半導(dǎo)體表面而產(chǎn)生熱傳導(dǎo)

24、變化與電傳導(dǎo)變化的原理，由白金線圈電阻值變化測(cè)定氣體濃度。MR513由檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件配對(duì)組成電橋的兩個(gè)臂，遇可燃?xì)怏w時(shí)檢測(cè)元件電阻減小，橋路輸出電壓變化，該電壓變化隨氣體濃度增大而成比例增大，補(bǔ)償元件起參比與溫度補(bǔ)償作用。由于這種變化是可逆的，所以能重復(fù)使用。當(dāng)氣敏傳感器的敏感體電阻阻值發(fā)生變化時(shí)，對(duì)應(yīng)的電位器的分壓值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，即一個(gè)電壓值對(duì)應(yīng)著一個(gè)被測(cè)酒精氣體濃度。對(duì)酒精氣體濃度的采樣就可以轉(zhuǎn)化為電位器分壓的采樣。MR酒精傳感器對(duì)乙醇蒸氣有很高的靈敏度和良好的選擇性，具有快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，具有長(zhǎng)期的壽命和可靠的穩(wěn)定性，具有簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)回路等特點(diǎn)。在采樣硬件電路中實(shí)際要考慮到MR

25、的實(shí)際參數(shù)，應(yīng)為實(shí)驗(yàn)所用的MR在預(yù)熱5到10分鐘后。傳感器測(cè)試電路如下圖：3.2 信號(hào)采集放大電路設(shè)計(jì)本次選用的酒精傳感器為燃料電池型酒精傳感器，該燃料電池型酒精傳感器基于電化學(xué)原理制備而成，電路僅需要電池就可以滿足其工作。傳感器輸出為模擬電壓信號(hào)，首先通過儀表放大器LM339放大，最后把已放大的模擬電壓信號(hào)傳輸至ADC0809的輸入端進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)。儀表放大器選用的是LM339,LM339集成塊部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是：1：失調(diào)電壓小，典型值為2mV；2：電源電壓圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為±1V-±18V；3：對(duì)比較信號(hào)源的阻限

26、制較寬；4：共模圍很大，為0（Ucc-1.5V）Vo；5：差動(dòng)輸入電壓圍較大，大到可以等于電源電壓；6：輸出端電位可靈活方便地選用。 LM339類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mV就能確保

27、輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。 本設(shè)計(jì)中采用電位器模擬經(jīng)酒精傳感器轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)再經(jīng)過放大器的輸入信號(hào)。3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以與微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器

28、，可以和單片機(jī)直接接口。 （1）ADC0809的部邏輯結(jié)構(gòu)由下圖可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。ADC0809的部邏輯結(jié)構(gòu)該八位轉(zhuǎn)換芯片，是把基準(zhǔn)電壓量化成256等份，然后通過逐次逼近法，對(duì)外部的模擬信號(hào)進(jìn)行取樣比較，確定其所在的等級(jí)，即所對(duì)應(yīng)的8位二進(jìn)制數(shù)的大小。由此可知，8位轉(zhuǎn)換芯片的精確度為基準(zhǔn)電壓除以256的值，如接5V基準(zhǔn)電壓時(shí)，精確度

29、約為0.020V。 （2）ADC0809引腳結(jié)構(gòu)ADC0809各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。（以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一

30、般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓圍是05V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)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。地址輸入和控制線：4條數(shù)字量輸出與控制線：11條 ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。通道選擇表 ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始

31、進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出線。CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因ADC0809的部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。ADC0809 是一個(gè)典型的8 位8 通道逐次逼近式數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，可實(shí)現(xiàn)8 路模擬信號(hào)的分時(shí)采集，外接時(shí)鐘頻率一般不高于640 K Hz，一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間大約為

32、100 s。ADC0809數(shù)據(jù)采集方式有3 種：延時(shí)，查詢，中斷。它們?cè)陔娐愤B接和程序編寫中都有所不同。A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)如下圖：ADC0809轉(zhuǎn)換電路3.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)它含有256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，置8KB的電可擦除FLASH ROM,可重復(fù)編程，主要由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成。3.4.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 對(duì)于時(shí)鐘電路：AT89C52單片機(jī)中有一個(gè)用于構(gòu)成部振蕩器的高增益反相放大器，引腳19對(duì)應(yīng)的XTAL1和18對(duì)應(yīng)的XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或瓷諧振器一起構(gòu)成自己振蕩器。如下圖3-3所示，石英晶體與電容C1和C2接在放

33、大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。石英晶體的兩端分別接到引腳XTAL1和引腳XTAL2，同時(shí)石英晶體的兩端分別接一個(gè)電容C1和C2,電容的另一端接地。對(duì)于外接電容C1和C2的大小雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小還是會(huì)對(duì)振動(dòng)頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度和溫度穩(wěn)定性帶來一定的影響。根據(jù)技術(shù)資料的推薦，使用石英晶體推薦電容容量為30pF±10pF，使用瓷諧振器推薦電容容量為40pF±10pF。因?yàn)殡娐分薪拥氖鞘⒕w，所以設(shè)計(jì)中接的兩個(gè)電容C1和C2的容量都為33pF。時(shí)鐘電路3.4.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)對(duì)于復(fù)位電路部分，AT89C52技術(shù)資料給出，當(dāng)振蕩器工

34、作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或是操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為了擺脫困境，可以按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)，所以復(fù)位電路的設(shè)計(jì)很有必要，復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種方式，本設(shè)計(jì)選用按鍵電平復(fù)位方式。如下圖所示，100uF的電容C3與100歐姆的電阻并聯(lián)后再與一個(gè)10千歐姆的電阻串聯(lián)，電容的正極端接到電源的正極，電容的另一端接到引腳RST。設(shè)計(jì)中選用的石英晶體大小為11.0952MHz，但復(fù)位鍵按下后，電容和電阻選用的參數(shù)值能夠保證給復(fù)位端RST提供大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平復(fù)位信號(hào)。復(fù)位電路3.5 數(shù)碼

35、管顯示電路設(shè)計(jì) （1）八段數(shù)碼管八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多路一位小數(shù)點(diǎn)，實(shí)際是8個(gè)LED擺放排列而成。當(dāng)特定的某幾個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮?xí)r，就顯示了特定的數(shù)字形狀。有共陽極和共陰極之分，共陽極是指8個(gè)輸入端a、b、c、d、e、f、g要輸入低電平才會(huì)是相應(yīng)LED點(diǎn)亮，共陰極則須輸入高電平。本次設(shè)計(jì)用的是共陽極的數(shù)碼管。下圖是其結(jié)構(gòu)原理圖。 八段數(shù)碼管共陰、共陽、管腳圖（2）74LS74雙D觸發(fā)器74LS74是個(gè)雙D觸發(fā)器，把其中的一個(gè)D觸發(fā)器的Q非輸出端接到D輸入端，時(shí)鐘信號(hào)輸入端CLOCK接時(shí)鐘輸入信號(hào)，這樣每來一次CLOCK脈沖，D觸發(fā)器的狀態(tài)就會(huì)翻轉(zhuǎn)一次，每?jī)纱蜟LOCK脈沖就會(huì)使D觸發(fā)器輸出一個(gè)完整

36、的正方波，這就實(shí)現(xiàn)了2分頻。把同一片74LS74上的兩路D觸發(fā)器串聯(lián)起來，其中一個(gè)D觸發(fā)器的輸出作為另一個(gè)D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)，還可以實(shí)現(xiàn)4分頻。74LS74雙D觸發(fā)器部結(jié)構(gòu)、引腳圖、管腳圖3.6 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 酒后駕駛智能閉鎖系統(tǒng)當(dāng)由AT89C52單片機(jī)的P2.4口檢測(cè)到人體血液酒精濃度超過0.2g/L，即呼出氣體中酒精含量為47.43ppm時(shí)，將控制報(bào)警器發(fā)出提醒安全指示。報(bào)警電路設(shè)計(jì)3.7 繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)當(dāng)檢測(cè)到人體血液濃度超過標(biāo)定值時(shí)，如果駕駛員有意向開啟汽車鑰匙（電路里面用按鈕表示），那么酒后駕駛智能閉鎖系統(tǒng)將驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作（電路設(shè)計(jì)中由單片機(jī)的P2.5口控制繼電器），切斷汽車引擎

37、電源，從而使汽車無法啟動(dòng)，從而有效的防止駕駛員酒后駕車。繼電器驅(qū)動(dòng)電路原理圖如下圖，繼電器為雙刀雙擲HRS2H-S-DC5V小功率電磁繼電器，額定電壓3V24V,額定電力消耗200mW360mW。繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件采用匯編語言，在Windows XP環(huán)境下采用Keilc51進(jìn)行編寫，對(duì)STC89C51進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。在整個(gè)軟件的設(shè)計(jì)過程中，使用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想使得程序具有靈活可變的特點(diǎn)并且具有較強(qiáng)的可移植性，為系統(tǒng)的二次開發(fā)與類似系統(tǒng)的開發(fā)提供了極大的便利。4.1 軟件整體設(shè)計(jì)思路本次設(shè)計(jì)涉與到的程序量非常大，所以采用模塊式的程序編寫思路會(huì)使整個(gè)程序

38、脈絡(luò)清晰，易于理解分析。軟件總體設(shè)計(jì)思路：主程序主要包括傳感器輸入、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、聲光報(bào)警、驅(qū)動(dòng)等子程序。其中，單片機(jī)控制器主要功能是驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作從而控制電機(jī)的啟動(dòng)；數(shù)據(jù)采集程序主要將接受到的數(shù)據(jù)送到A/D轉(zhuǎn)換器中處理，進(jìn)而將數(shù)字信號(hào)輸入到單片機(jī)中；然后，一部分送去LED顯示，另外一部分與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)其超過標(biāo)定值時(shí)，語音報(bào)警器提示駕駛員開車危險(xiǎn)，使其提高警惕，同時(shí)控制繼電器的動(dòng)作，使汽車引擎不能啟動(dòng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用匯編語言編程。4.2 主程序模塊的設(shè)計(jì)系統(tǒng)電源線接通或是系統(tǒng)復(fù)位后，程序從主程序入口進(jìn)入運(yùn)行。然后初始化，初始化程序從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址20H單元開始，到80H單元全部清零

39、，即每次的初始化將上次存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)全部清除，用于存放當(dāng)前要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測(cè)到酒精氣味時(shí)，氣體傳感器MQ_3兩個(gè)電極段A-B間的電阻將變小，對(duì)應(yīng)于氣體傳感器負(fù)載電阻的分壓將變大。因?yàn)锳DC0809的模擬輸入端INO與負(fù)載電阻的一端用導(dǎo)線連在了一起。所以單片機(jī)再啟動(dòng)測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片之前要選擇通道0，寫入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，并將用作查詢的單片機(jī)引腳P1.5置位，然后啟動(dòng)對(duì)通道INO端輸入的采集電壓信號(hào)作模數(shù)轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束。利用查詢方式來檢測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，當(dāng)單片機(jī)引腳P1.5為0時(shí)轉(zhuǎn)換為結(jié)束等待，當(dāng)查詢到P1.5為1時(shí)表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，可以開始讀取數(shù)據(jù)了。單片機(jī)通過I/O口與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸出口相連

40、讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)和標(biāo)定值進(jìn)行比較，若小于標(biāo)定值，執(zhí)行繼電器的動(dòng)作，即驅(qū)動(dòng)繼電器、啟動(dòng)電機(jī)，然后繼續(xù)對(duì)酒精傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；若大于標(biāo)定值，不執(zhí)行繼電器動(dòng)作，繼續(xù)對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行采集，同時(shí)，語音、光電報(bào)警器提示駕駛員。讀取后的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元中，經(jīng)過單片機(jī)動(dòng)作相應(yīng)的處理，即要將該電壓值轉(zhuǎn)換成酒精濃度值，然后處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三位十進(jìn)制BCD碼用數(shù)碼管顯示。開始程序初始化調(diào)節(jié)電位器儀表放大器放大處理A/D轉(zhuǎn)換線性化處理是否超過報(bào)警限度 Y報(bào)警處理驅(qū)動(dòng)繼電器 N電壓值顯示斷開啟動(dòng)機(jī)電源主程序流程圖4.3 控制子程序本系統(tǒng)采用的是繼電器直接與單片機(jī)的P2.5相接，正常情況下

41、只要置位P2.5繼電器就會(huì)正常工作。因?yàn)闄C(jī)械開關(guān)時(shí)有抖動(dòng)，所以需要在程序中加一個(gè)軟件去抖動(dòng)，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到酒精濃度值不大于標(biāo)定值時(shí)繼電器閉合汽車可以正常啟動(dòng)然后立即執(zhí)行一個(gè)10毫秒的延時(shí)程序。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到的酒精濃度值大于標(biāo)定值時(shí)不能正常點(diǎn)火延時(shí)10秒程序返回。控制程序流程圖如下：控制子程序流程圖4.4數(shù)據(jù)采集與處理模塊對(duì)模擬電壓信號(hào)的數(shù)字轉(zhuǎn)換由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809加單片機(jī)AT89C52控制來完成。模擬電壓的輸入端接在模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的IN0通道，再根據(jù)單片機(jī)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的連接，單片機(jī)在選擇寫地址時(shí)應(yīng)該為7FF8H。然后進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，將10次采樣的數(shù)據(jù)存放在50H到5AH單元中，采樣子程序

42、結(jié)束后對(duì)所采樣的10個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了中值平均濾波的方法，中值平均濾波的方法是把一組數(shù)據(jù)從大到小排列，然后把最小值和最大值去掉，其它的數(shù)值取算術(shù)平均值即為濾波后的結(jié)果。這種方法即能濾除脈沖干擾，又能平滑濾波，對(duì)快、慢干擾均有效果，而且還可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性能力。采樣子程序流圖與ADC0809選擇通道的真值表如下圖所示：數(shù)據(jù)采集與處理子程序4.5繼電器驅(qū)動(dòng)子程序設(shè)計(jì)與流程圖 當(dāng)人體呼出氣體中酒精濃度超標(biāo)時(shí)，如果駕駛員用鑰匙開啟汽車，與汽車引擎相連的繼電器將斷開汽車引擎電源，使汽車無法啟動(dòng)；如果人體呼出的酒精氣體濃度不超標(biāo)，汽車引擎正常啟動(dòng)，不影響駕駛員駕駛汽車。首先單片機(jī)檢測(cè)處理酒精傳感器輸出