基于單片機的酒精濃度檢測報警器酒駕測試儀結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要酒后駕車對人身安全構(gòu)成了巨大的威脅，自我檢查駕駛狀態(tài)是否滿足的需求日益增加。本課題是設(shè)計一種基于STC89C51單片機的酒精濃度檢測裝置，通過氣體傳感器MQ-3采集外界酒精濃度，通過一個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將這個信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將其傳輸?shù)絾纹瑱C，并設(shè)定閾值進(jìn)行比較，最后由液晶顯示器顯示酒精濃度。該設(shè)計不僅可以實現(xiàn)不同濃度酒精的檢測和顯示，而且體積小、攜帶方便，非常適合人們自我檢測和交通警察作業(yè)，方便、安全。關(guān)鍵詞：酒精濃度傳感器（MQ3）STC89C51單片機A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器目錄TOC\o"1-3"\h\u141491緒論 緒論1.1酒精濃度測試儀的開發(fā)背景喝酒可以讓人平靜，讓人輕松,讓人有點小小的興奮，這是很多人喜歡喝酒的主要原因。但是，酒精會導(dǎo)致人抵制力明顯降低,使人自我控制能力削弱、神經(jīng)反應(yīng)遲鈍、動作不協(xié)調(diào)等等,從而導(dǎo)致創(chuàng)造力的出現(xiàn),有時會導(dǎo)致實際的非理性行為。司機酒后駕車一般會出現(xiàn)這些情況:行駛速度不穩(wěn)定，變速快，車輛行駛不正常，不安交通燈指示行駛；變更車道時不開轉(zhuǎn)向燈，隨性而為，甚至強行超車或在車輛之間穿行；不遵守各種交通信號燈指示，胡亂踩剎車，對色彩辨別能力下降、視力收到嚴(yán)重影響，對道路情況的變化不能很好地看清。無論你喝多少酒之后，人的神經(jīng)系統(tǒng)或多或少都會受到影響，使人隨機應(yīng)變能力減弱，知覺和感覺判斷能力下降，意識混亂，注意力不能正常的集中。酒后駕車不僅會給人們的生命帶來威脅,而且給社會安定和諧帶來了更多阻礙，也給國家的整體經(jīng)濟帶來了巨大的財產(chǎn)損失，酒后駕駛行為是對自己、對他人、對國家的不負(fù)責(zé)任。為了防止這類事故的再次發(fā)生，一個檢測設(shè)備必不可少，本設(shè)計就是這類設(shè)備酒精濃度檢測儀。目前，現(xiàn)在大多數(shù)的交通警察檢查酒后駕車都是通過檢測司機呼出的氣體從而檢測司機是否過度飲酒，從而對酒后駕駛行為進(jìn)行遏制，這個設(shè)計就非常符合交警工作要求，同時這種便攜的酒精濃度檢測儀可隨身攜帶，有利于司機對自己是否適合開車有很好的判斷，同時也便于交警的工作。酒精濃度檢測儀的設(shè)計具有一定的現(xiàn)實意義，此設(shè)計有利于司機對自己是否適合開車有很好的判斷，同時也便于交警的工作。1.2酒精濃度檢測儀的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢在當(dāng)今世界，新型能源一直是最火熱的話題，而半導(dǎo)體電池就是其中之一，它不僅能產(chǎn)高能，而且環(huán)保，可以說對環(huán)境幾乎沒有污染，最近兩年出現(xiàn)了一種新型的半導(dǎo)體型酒精濃度檢測儀CA2000，它不僅結(jié)構(gòu)相對簡單、使用起來簡單、制作成本低，而且精確度高、抗干擾性能力強、可靠性也好，這次設(shè)計使用的就是類似的半導(dǎo)體型的酒精濃度檢測儀?，F(xiàn)如今，酒精濃度檢測儀的顯示方式一般有發(fā)光管顯示和數(shù)字顯示，主要顯示分為三部分：未飲酒、飲酒、酗酒三區(qū)?，F(xiàn)在國內(nèi)外酒精濃度檢測技術(shù)主要趨勢就是：第一，手指按壓檢測技術(shù)。在駕駛員啟動車之前，通過指紋或者電子鑰匙啟動，同時車自帶同步檢測系統(tǒng)，要是司機體內(nèi)酒精濃度超標(biāo)則無法啟動車子，有鑰匙也不行，這樣會很好的避免酒駕和醉駕，但是有個問題有待解決，在車子啟動后不能無時無刻對駕駛員呼出氣體進(jìn)行檢測，這個問題是今后必須解決的，這樣才能更好的防止酒駕。比如SABB公司的一種內(nèi)嵌在汽車鑰匙酒精呼氣檢測器。第二，不接觸的氣體檢測技術(shù)。在機動車內(nèi)部各個組件內(nèi)均加個檢測酒精濃度的儀器，如方向盤、儀表盤、座椅頭枕和換擋桿，全方位全面的檢測，能夠無時無刻的對駕駛員體內(nèi)酒精濃度進(jìn)行檢測,如豐田公司就推出了類似的一種防止酒駕的裝置，在車子的方向盤上安裝汗液傳感器和皮膚傳感器，在司機駕駛時可以對其的體內(nèi)酒精濃度隨時進(jìn)行檢測而且隨時更新，通過司機皮膚和汗液來得出司機的體內(nèi)酒精濃度，這種技術(shù)將來很有可能被廣泛使用。1.3酒精濃度檢測儀設(shè)計內(nèi)容及論文介紹這個設(shè)計是在STC89C51單片機的控制、指導(dǎo)下，通過氣體傳感器MQ-3對外界的酒精濃度進(jìn)行檢測，然后傳感器產(chǎn)生電阻變化，形成電壓信號即模擬信號，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器將此信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并且將其轉(zhuǎn)存起來，最后由LCD顯示酒精密度。本設(shè)計的設(shè)計內(nèi)容主要是三個部分：硬件部分：(1)主要元件的介紹：STC89C51單片機、傳感器MQ3、ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器、LCD液晶顯示器；(2)單片機系統(tǒng)的復(fù)位電路及晶振電路、按鍵電路設(shè)計、酒精傳感器電路設(shè)計、液晶顯示設(shè)計、A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計、外圍擴充存儲器電路設(shè)計、時鐘芯片電路設(shè)計、報警電路設(shè)計。軟件部分：（1）軟件及編程語言的簡介；（2）主程序流程圖介紹、按鍵輸入模塊流程圖介紹、液晶顯示輸出模塊流程圖、模數(shù)轉(zhuǎn)換器流程圖、時鐘模塊流程圖；（3）報警設(shè)置，當(dāng)達(dá)到一定濃度值，會出現(xiàn)報警聲音。調(diào)試部分：（1）硬件調(diào)試，對電路各個元件進(jìn)行反復(fù)核查，對電路連接進(jìn)行檢測（2）軟件調(diào)試：復(fù)位模塊、顯示模塊、存儲模塊、傳感器模塊本文主要分為6個章節(jié)，第一章主要介紹了酒精濃度檢測儀的開發(fā)背景，并且對其發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢；第二章主要是確認(rèn)設(shè)計總體方案并且對主要器件進(jìn)行選擇；第三章主要介紹了各個模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和主要原理，例如單片機，液晶顯示器，氣體傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，同時也介紹了各個模塊的電路并進(jìn)行了分析；第四章主要對各個模塊的程序框圖進(jìn)行介紹并進(jìn)行了分析；第五章主要是此次電路的調(diào)試部分，分為了軟件調(diào)試和硬件調(diào)試，最后對其進(jìn)行了誤差分析；最后一章是對此次設(shè)計做了一個總結(jié)。1.4本章小結(jié)本章主要介紹酒精濃度監(jiān)測儀的研究背景、現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，為酒精濃度檢測儀地出現(xiàn)提供了依據(jù)，讓我們對當(dāng)今的情況有所了解。本章讓我們知道了酒精濃度檢測儀具有有很大的現(xiàn)實意義，對人們生活健康都有一定的幫助。也為后面的設(shè)計提供了現(xiàn)實依據(jù)。同時，本也重點介紹了酒精濃度檢測儀的主要設(shè)計內(nèi)容，總設(shè)計方案的確定為后面的具體設(shè)計提供了很好地設(shè)計思路，也提供了一個比較完整的框架，后面具體剖析，對整個設(shè)計起到了鋪墊作用。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1設(shè)計總方案簡介酒精濃度測試儀是非常具有實用價值的酒精濃度監(jiān)測設(shè)備，既可以用于交警監(jiān)測酒駕，也可以用于人們自我檢測以便于進(jìn)行自我判斷。MQ3型酒精傳感器將外界氣體酒精濃度轉(zhuǎn)變成電阻的變化，即電壓變化的信號，然后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器的處理，接著單片機對來自模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號進(jìn)行采集，然后單片機對信號進(jìn)行整理，并將得出的結(jié)果得轉(zhuǎn)存起來，同時將得到的結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行對比，對超出設(shè)定值進(jìn)行報警，并將結(jié)果顯示到LCD液晶顯示器上。此設(shè)計酒精濃度測試儀還可以設(shè)定濃度最大值，用戶可以根據(jù)自己的需要對濃度最大值進(jìn)行設(shè)定，并進(jìn)行保存。初步設(shè)計出一個總體設(shè)計方案，如下圖2.1：圖2.1總設(shè)計方案2.2元器件的確認(rèn)2.2.1單片機由于STC89C51有低功耗,性價比較高，可靠性高，集成度高，體積小，控制功能強等優(yōu)點，而且STC公司的芯片比AT公司的芯片功能更好用（比如flash），程序燒錄也更加簡單方便，此芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的很多功能，系統(tǒng)應(yīng)用控制更加靈活．再者就是考慮到一些現(xiàn)實情況和本設(shè)計內(nèi)容的需要，我們選擇STC89C51單片機。2.2.2傳感器選擇傳感器必須考慮其受環(huán)境影響程度、準(zhǔn)確度、選擇性、工作壽命等，MQ3酒精傳感器是氣敏傳感器，其具有很高的準(zhǔn)確度，良好的選擇性，有效工作時間比較長而且性能比較穩(wěn)定，最重要的是其電路結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、使用方便、所需費用低，因此，本設(shè)計選擇MQ3型酒精傳感器。2.2.3模數(shù)轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換電路的傳感器輸出要求在0～5伏，系統(tǒng)需要采用A/D轉(zhuǎn)換器將電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入單片機進(jìn)行處理．考慮本設(shè)計的需求及現(xiàn)實情況，并且ADC0832轉(zhuǎn)換器有體積小，穩(wěn)定性能好，兼容性好，性價比高等優(yōu)點，相當(dāng)適合本系統(tǒng)的應(yīng)用，所以本系統(tǒng)采用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809．該芯片是一個8位A/D轉(zhuǎn)換器，具有8路模擬信號輸入端口，但每個瞬間只能轉(zhuǎn)換一路，各路之間的切換由軟件改變A、B、C引腳上的代碼來實現(xiàn)。2.2.4液晶顯示器LCD1602是一種工業(yè)字符型液晶屏，專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊，能夠同時顯示兩行，每行16共32個字符液晶模塊，滿足本系統(tǒng)的顯示要求LCD1602字符型液晶顯示器機身薄又輕、節(jié)約空間、省電、不產(chǎn)生高溫、低輻射、畫面肉柔和不傷眼且高清，最重要是這種液晶顯示器價格低，采購容易，方便控制。出于這些考慮，本設(shè)計選用LCD1602字符型液晶顯示器。3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1單片機模塊3.1.1單片機簡介STC89C51有低功耗,性價比較高，可靠性高，集成度高，體積小，控制功能強等優(yōu)點，而且STC公司的芯片比AT公司的芯片功能更好用（比如flash），程序燒錄也更加簡單方便，本設(shè)計中我選擇了以STC89C51單片機為整個系統(tǒng)的核心。主要STC89C51的組成部分：（1）一個8位微處理器（CPU）；

（2）4KB程序存儲器（ROM），可擴展到64KB；

（3）128B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，可擴展到64KB；

（4）4個8位輸入/輸出端口（P0口、P1口、P2口、P3口）；

（5）一個全雙工異步串行口；

（6）2個16位定時/計數(shù)器；

（7）一個比較完整的中斷系統(tǒng)；

（8）時鐘電路（振蕩電路和時序電路）STC89C51的結(jié)構(gòu)圖如下圖3.1：圖3.1單片機結(jié)構(gòu)STC89C51的各個引腳介紹及功能（如下圖3.2）：圖3.251引腳圖各個引腳的含義如下表3.1：表3.1VCC供電電壓GND接電引腳RST使能引腳EA/VPP存取外部程序代碼PORT0（P0.0～P0.7）低8位地址線和8位數(shù)據(jù)總線/I/O端口PORT1（P1.0～P1.7）低八位地址、I/O端口PORT2（P2.0～P2.7）高8位地址總線及做通用I/O端口使用PORT3（P3.0～P3.7）雙向I/O口及第二功能ALE/PROG地址鎖存允許信號端PSEN外部程序存儲器的選通信號XTAL1反向振蕩放大器及內(nèi)部時鐘的輸入XTAL2來自反向振蕩器的輸出3.1.2單片機最小系統(tǒng)電路在本次設(shè)計中是用STC89C51來設(shè)計的，圖3.3是其最小系統(tǒng)電路圖：圖3.3最小系統(tǒng)電路圖上圖中主要包括復(fù)位電路和晶振電路：（1）復(fù)位電路：在單片機受外部因素的影響出現(xiàn)程序不能正常執(zhí)行程序時，只需按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)就會被初始化，系統(tǒng)程序?qū)念^開始往下進(jìn)行。（2）晶振電路：晶振電路的作用非常大，它能產(chǎn)生產(chǎn)生時鐘頻率，通常一個單片機系統(tǒng)全部都用一個晶振電路，以便于保持分不分統(tǒng)一。3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器3.2.1模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡介A/D轉(zhuǎn)換的實質(zhì)就是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在如今這個數(shù)字化時代，數(shù)字信號是存在于各個領(lǐng)域，而一般出現(xiàn)的都是模擬信號，因而模數(shù)轉(zhuǎn)換器被應(yīng)用于各個領(lǐng)域，模數(shù)轉(zhuǎn)換器也越來越重要。由于逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器相對而言轉(zhuǎn)換速度更快，分辨率更高，制作成本更低等，本設(shè)計采用逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。逐次逼近型數(shù)模轉(zhuǎn)換器主要由一個比較器，一個逐次逼近寄存器（SAR），一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，一個邏輯控制單元組成。ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器主要具有以下這些特點:（1）與TTL/CMOS之間是相互兼容的（2）輸入電壓在0～5V之間（電源供電電壓5V）（3）工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32μS（4）功耗一般為15mW左右（5）商用芯片正常工作時的溫度范圍0到+70度，工用芯片溫度范圍在零下40到+80度之間芯片接口說明如下表3.2：表3.2CS片選使能端，低電平有效CH0/CH1兩路模擬信號輸入端GND電源地DI兩路模擬信號輸入選擇端D0模擬轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端，即8位數(shù)字量輸出引腳，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果CLK串行時鐘輸入端VCC正電源端及基準(zhǔn)電壓端3.2.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊電路ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器一般在電路連接的時候主要有四個接口：CS、CLK、DO、DI，在本設(shè)計中具體與單片機連接如下圖3.4：圖3.4數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路圖DC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理：VCC接電源，GND接地，CLK接P3.4引腳，使能端CS接P3.5,當(dāng)CS端口被設(shè)置為高電平時，ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片在系統(tǒng)中形同虛設(shè)，即此時轉(zhuǎn)換器在整個電路中無任何作用；當(dāng)CS顯示低電平時，ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片在系統(tǒng)中能正常起到作用，即ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器開始執(zhí)行轉(zhuǎn)換功能，并且此時，DO/DI端根據(jù)ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器會向單片機傳送CLK時鐘脈沖來實現(xiàn)負(fù)責(zé)對通道功能的選擇，DO、D1共同接在單片機的P3.3引腳，其中DI端必須在第一個脈沖結(jié)束前一直保持高電平，后面兩個脈沖就實行通道功能選擇，有一點必須指出：從開始到轉(zhuǎn)換完成CS端必須一直保持低電平。3.3液晶顯示器3.3.1液晶顯示器簡介液晶顯示器的物理特性是：不通電時，阻止光線通過；當(dāng)通電時導(dǎo)通，排列變得很有秩序，使光線容易通過。利用這一特性，通過改變液晶顯示器內(nèi)部的通電情況，可以控制哪些區(qū)域通電，有電就顯示黑色，這樣就可以達(dá)到顯示多個漢字、數(shù)字、字母等。液晶顯示器的顯示面積大，畫質(zhì)也是高清的，給人的視覺效果特別好，而且其自身又薄又輕，比CRT起碼輕幾倍，厚度也薄很多，因此便于轉(zhuǎn)移；液晶顯示器的輻射很小，幾乎可以忽略，對人體傷害幾乎沒有；最實用的的一點是液晶顯示器節(jié)能效果好，相對CRT而言強很多。LCD1602字符型液晶顯示器機身薄又輕、節(jié)約空間、省電、不產(chǎn)生高溫、低輻射、畫面肉柔和不傷眼且高清，最重要是這種液晶顯示器價格低，采購容易，方便控制。出于這些考慮，本設(shè)計選用LCD1602字符型液晶顯示器。LCD1602液晶顯示屏的主要技術(shù)參數(shù)如表3.3和引腳功能（如3.4）及其控制指令表如下表3.3所示：表3.3主要技術(shù)參數(shù)顯示容量16×2個字符芯片工作電壓4.5～5.5V工作電流2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓5.0V字符尺寸2.95×4.35(mm)表3.4控制指令指令功能清屏清DDRAM和AC值歸位AC=0，光標(biāo)、畫面回HOME位輸入方式設(shè)置設(shè)置光標(biāo)、畫面移動方式顯示開關(guān)控制設(shè)置顯示、光標(biāo)及閃爍開、關(guān)光標(biāo)、畫面位移光標(biāo)、畫面移動，不影響DDRAM功能設(shè)置工作方式設(shè)置CGRAM地址設(shè)置設(shè)置CGRAM地址。A5～A0=0～3FHDDRAM地址設(shè)置DDRAM地址設(shè)置讀BF和AC值讀忙標(biāo)志BF和和地址計數(shù)器AC值寫數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)寫入DDRAM或CGRAM讀數(shù)據(jù)從DDRAM或CGRAM數(shù)據(jù)讀出表3.5引腳功能引腳號引腳名電平輸入/輸出引腳說明1VSS電源地2VDD電源正極(+5V)3VL液晶顯示偏壓信號4RS0/1輸入0：輸入指令，1：輸入數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入0向LCD寫入指令或數(shù)據(jù)，1從LCD讀取信息6E1→0輸入1時讀取信息，1→0(下降沿)執(zhí)行指令7D00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線(最低位)8D10/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線9D20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線10D30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線11D40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線12D50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線13D60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線14D70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線(最高位)15BLA+VCCLCD背光電源正極16BLK接地LCD背光電源負(fù)極3.3.2液晶顯示器模塊電路LCD1602液晶顯示模塊與計算機的接口電路有兩種方式：直接訪問方式和間接控制方式。本系統(tǒng)采用間接控制方式，即將液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)線與單片機的P0口連接作為數(shù)據(jù)總線，另外三根時序控制信號線通常利用單片機的P2口中未被使用的I／O口來控制。具體電路連接如下圖3.5：圖3.5液晶顯示器模塊電路連接圖1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳(無背光)或16腳(帶背光)接口，各引腳接口說明如表3.5所示:表3.5引腳功能引腳號引腳名電平輸入/輸出引腳說明1VSS電源地2VDD電源正極(+5V)3VL液晶顯示偏壓信號4RS0/1輸入0：輸入指令，1：輸入數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入0向LCD寫入指令或數(shù)據(jù)，1從LCD讀取信息6E1→0輸入1時讀取信息，1→0(下降沿)執(zhí)行指令7D00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線(最低位)8D10/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線9D20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線10D30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線11D40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線12D50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線13D60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線14D70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線(最高位)15BLA+VCCLCD背光電源正極16BLK接地LCD背光電源負(fù)極3.4傳感器3.4.1氣體傳感器簡介氣體傳感器是氣體檢測系統(tǒng)的核心，考慮到穩(wěn)定性、靈敏度、選擇性和抗腐蝕，系統(tǒng)采用MQ－3型氣體傳感器．MQ－3氣體傳感器對酒精的靈敏度高，當(dāng)所處環(huán)境中存在酒精時，MQ-3氣體傳感器對其所處環(huán)境中酒精濃度進(jìn)行響應(yīng)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中酒精氣體濃度的增加而增大，從而導(dǎo)致其內(nèi)阻發(fā)生變化，再通過外部電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，且濃度越高電壓越高，從而便于ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器的處理和轉(zhuǎn)換。MQ-3酒精傳感器有以下這些突出特點：（1）有效工作時間比較長而且性能比較穩(wěn)定；（2）響應(yīng)時間短并且恢復(fù)時間短；（3）對乙醇有較高的靈敏度和很強的選擇性；（4）驅(qū)動電路簡單；（5）恢復(fù)時間：30s（70%

Response)；（6）探測范圍：10-1000*10-6；（7）加熱電阻：31?±3?；（8）特征氣體：100*10-6；（9）敏感體電阻：400-4000k?（空氣中）；（10）靈敏度：air/RIN

typical

gas5；（11）響應(yīng)時間：10s（70%

Response)；（12）使用氣體：酒精（乙醇）；（13）加熱電流：180mA；（14）加熱電壓：5V±0.2V；（15）加熱功率：900mW；（16）環(huán)境條件要求如下表3.6：表3.6符號參數(shù)名稱技術(shù)參數(shù)TAO使用溫度-10度到50度TAS儲存溫度-20度到70度RH相對濕度小于90%RHO2氧氣濃度標(biāo)準(zhǔn)條件21%（最小值大于2%）氧氣濃度會影響敏感性下圖3.6是傳感器的外形圖，在本設(shè)計中使用時，VCC引腳需要接5V對的電壓，DOUT引腳作為TTL電平輸出端，AOUT引腳作為電壓輸出端，GND引腳接地，要特別注意的是電位器只針對TTL輸出靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)，順時針調(diào)節(jié)靈敏度高逆時針調(diào)節(jié)靈敏度低。圖3.6傳感器模塊外形圖這個傳感器模塊具有如下特點，方便與單片機系統(tǒng)接口組成檢測儀器。

（1）具有信號輸出指示。

（2）雙路信號輸出（模擬量輸出及TTL電平輸出）

（3）TTL輸出有效信號為低電平。

(當(dāng)輸出低電平時信號燈亮，可直接接單片機)

（4）模擬量輸出0～5V電壓，濃度越高電壓越高。3.4.2氣體傳感器電路MQ-3乙醇?xì)怏w傳感器對其所處環(huán)境中酒精濃度進(jìn)行響應(yīng)，然后傳感器的電導(dǎo)率會隨著空氣中酒精氣體濃度的增加而增大，然后將電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換成氣體濃度相對應(yīng)的電壓信號，從而便于ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器的處理和轉(zhuǎn)換。傳感器的調(diào)理電路連接如下圖3.7：圖3.7傳感器模塊原理圖如3.7圖所知，當(dāng)外界氣體濃度變化時，傳感器內(nèi)阻就會發(fā)生更改變，導(dǎo)致電阻R2的上端電壓變化即電信號，從而通過集成運放及電容C1和LED對其電平輸出端DOUT進(jìn)行控制，同時R2上端的電壓信號也控制著其電壓輸出端AOUT,從而會發(fā)出電信號給模數(shù)轉(zhuǎn)換器。3.5按鍵設(shè)計最初狀態(tài)按鍵K1和K2兩開關(guān)一端接地，另一端接單片機，并且此端顯示高電平信號，當(dāng)按鍵被按下時，接單片機端變?yōu)轱@示低電平信號，即當(dāng)單片機正常工作時，I/O變?yōu)楦唠娖剑缓蟊３植蛔?，按下按鍵時，I/O就接地，從而變?yōu)榈碗娖剑砰_按鍵，I/O端就會恢復(fù)高電平。電路連接圖如下圖3.8：圖3.8按鍵設(shè)計電路連接圖3.6報警電路這個模塊主要是三極管和蜂鳴器共同作用來實現(xiàn)功能的，當(dāng)外界氣體濃度大于標(biāo)準(zhǔn)值時，三極管基級與發(fā)射極正向?qū)?、基級與集電極反向?qū)?，蜂鳴器就會發(fā)出聲音顯示超值了，當(dāng)濃度小于標(biāo)準(zhǔn)值時，蜂鳴器停止報警。電路圖如下圖3.9：圖3.9報警電路原理圖3.7系統(tǒng)硬件設(shè)計原理圖分析圖3.10系統(tǒng)硬件設(shè)計總原理圖圖3.10中的USB接口連接到一臺計算機，它連接到單個芯片的RXD0和TXD，并為單個芯片提供5V電源。當(dāng)K1鍵被按下時，電路就會開啟，指示燈亮著，表示有電。EEPROM存儲電路的SCL和SDA端口連接到P1.0和P1.1的單片機，用來存儲極大值。傳感器的兩個接口，AOUT和DOUT，連接到單芯片的P1.7和P1.4上，用于將模擬電壓傳輸?shù)絾纹瑱C。模擬變壓器轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓，并傳送到LCD顯示器。單片機由P2.7、P2.6、P2.5和45、6的液晶顯示器連接，以控制其工作。7-14針與單片機的P0.0-P0.7連接，該芯片用于傳輸數(shù)據(jù)。3.7本章小結(jié)本章介紹了此設(shè)計中主要的各個元器件的原理、各個模塊的外圍電路及與單片機的連接。通過對各個模塊的剖析，理解他們的工作原理，我們才可能設(shè)計出它的原理框圖，同時本章也對總原理圖進(jìn)行剖析，讓我們對本設(shè)計認(rèn)識更加深刻。本章也有利于程序的編寫，給編程提供依據(jù)，然后，將各個模塊的電路和STC89C51單片機的對應(yīng)引腳連接起來，再通過程序的控制實現(xiàn)功能，以完成本設(shè)計。4軟件設(shè)計4.1編譯語言在大學(xué)期間，我們學(xué)習(xí)的編程語言主要由匯編語言和C語言、C++語言等，而C語言是應(yīng)用最廣泛、使用最多一種語言，在本設(shè)計中使用的程序語言也是C語言。當(dāng)前，高級語言被使用的越來越多，其中最普遍的接觸最多的就是C語言。雖然匯編語言相對于C語言來說程序運行速率更高、可控性更強，但是匯編語言不適用于其他操作系統(tǒng)，程序通用性不好。C語言編寫的程序就是根據(jù)正常的邏輯關(guān)系來編寫的，很容易被廣大學(xué)者介紹，而且C編譯器編寫的程序模塊適用于各種操作系統(tǒng)，這樣對于編程用戶不是很熟悉的處理器也能很快了解并掌握，而且其模塊程序可移植性強、模塊性也強、易于閱讀。C語言最為突出的一個優(yōu)點就是它可以適用于多種操作系統(tǒng)，同時擁有結(jié)構(gòu)化程序，數(shù)據(jù)處理能力也極強，更加智能，可以分模塊的進(jìn)行程序編寫。通過對C語言和匯編語言的優(yōu)缺點的比較，給我們選擇編程語言提供了一些看法，本設(shè)計采用C語言編寫方法。4.2主程序模塊程序設(shè)計中首先要做的就是讓整個系統(tǒng)初始化，初始化內(nèi)容包括中斷初始化、AD初始化、液晶初始化，一般有兩種方式初始化：重新啟動電源和按下單片機復(fù)位按鍵。傳感器是一種慢熱型的元件，在使用之前必須先對其進(jìn)行預(yù)熱，只有預(yù)熱好之后才能更準(zhǔn)確地對酒精濃度進(jìn)行檢測。所以在程序編寫過程中首先要做的就是對酒精傳感器進(jìn)行預(yù)熱，直到預(yù)熱完成后才進(jìn)入循環(huán)程序。循環(huán)程序主要有五步：第一步，設(shè)定一個標(biāo)準(zhǔn)值，對酒精濃度超標(biāo)進(jìn)行設(shè)定；第二步，傳感器模塊，傳感器在單片機的指導(dǎo)下對外界酒精濃度信號進(jìn)行響應(yīng)，將酒精濃度值轉(zhuǎn)換為模擬信號，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)值信號，并且將其轉(zhuǎn)化為一個數(shù)值存在單片機內(nèi)；第三步，報警系統(tǒng)，將單片機得出的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，如果超出標(biāo)準(zhǔn)值則蜂鳴器發(fā)出聲音表示超標(biāo)；第四步，顯示模塊，在前面步驟都正常的情況下，將酒精濃度值顯示在液晶顯示器上，液晶顯示界面上面顯示所測酒精濃度，下面顯示標(biāo)準(zhǔn)值；第五步，如果想對標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行設(shè)定，只需將設(shè)定按鍵按下，就可以對標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行調(diào)整。只有將主程序和硬件相互結(jié)合，再能很好的實現(xiàn)酒精濃度檢測儀的各個功能（時間調(diào)整、數(shù)據(jù)存儲、檢測、顯示等）。下圖4.1是主程序流程圖：圖4.1主程序流程圖4.3按鍵輸入模塊按鍵可以通過與單片機串行通信來實現(xiàn)對單片機傳送指令，當(dāng)按鍵被按下時，接單片機端變?yōu)轱@示低電平信號，即當(dāng)單片機正常工作時，I/O變?yōu)楦唠娖?，然后保持不變，按下按鍵時，I/O就接地，從而變?yōu)榈碗娖?，放開按鍵，I/O端就會恢復(fù)高電平。按鍵輸入模塊的流程圖見下圖4.2，按鍵原理圖見圖4.3：圖4.2按鍵流程圖圖4.3按鍵原理圖4.4A/D轉(zhuǎn)換模塊STM32F103xx增強型產(chǎn)品內(nèi)嵌2個12位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，每個ADC共用多達(dá)16個外部通道，可以實現(xiàn)單次或掃描轉(zhuǎn)換。在掃描模式下，自動進(jìn)行在選定的一組模擬輸入上的轉(zhuǎn)換。ADC接口上的其它邏輯功能包括：●同步的采樣和保持●交叉的采樣和保持●單次采樣ADC可以使用DMA操作。模擬看門狗功能允許非常精準(zhǔn)地監(jiān)視一路、多路或所有選中的通道，當(dāng)被監(jiān)視的信號超出預(yù)置的閥值時，將產(chǎn)生中斷。由標(biāo)準(zhǔn)定時器(TIMx)和高級控制定時器(TIM1)產(chǎn)生的事件，可以分別內(nèi)部級聯(lián)到ADC的開始觸發(fā)和注入觸發(fā)，應(yīng)用程序能使AD轉(zhuǎn)換與時鐘同步。首先系統(tǒng)將ADC0832轉(zhuǎn)換器初始化，然后通過對標(biāo)志位EOC的檢查來判斷轉(zhuǎn)換是否完成，如果完成就將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳給單片機，諾沒有就繼續(xù)對EOC進(jìn)行監(jiān)測。ADC0832轉(zhuǎn)換的流程圖見下圖4.3：圖4.3ADC0832轉(zhuǎn)換流程圖AD轉(zhuǎn)換子程序如下．4.5液晶顯示輸出模塊首先單片機對LCD初始化，接著讀取狀態(tài)字來檢測液晶顯示器是否處于忙碌狀態(tài),如果處于忙碌狀態(tài)，就將從ADC轉(zhuǎn)換后的結(jié)果輸出，來判斷其指令是寫指令還是讀指令,然后輸出，如果不忙碌狀態(tài)則繼續(xù)。液晶顯示的顯示流程圖見下圖4.4：圖4.4液晶顯示流程圖圖4.5液晶顯示原理圖LCD1602的讀寫工作時序圖如圖4.5和圖4.6所示：圖4.5讀操作時序圖圖4.6LCD1602寫操作時序4.6本章小結(jié)本章主要介紹了軟件設(shè)計的各個模塊程序框圖，程序流程圖給我們理清了編程的思路，讓我們對編程有了很好的總體把握，也能讓我們更好更準(zhǔn)確地編寫出程序，本章知識為我們更好的編程做好了準(zhǔn)備，只有我們充分理解了各個流程圖以后，才能編寫出更好的、更適合本設(shè)計的程序，有合適的程序才能更好的與硬件結(jié)合實現(xiàn)功能。5系統(tǒng)調(diào)試5.1系統(tǒng)硬件調(diào)試在電路連接前，首先需要對所選的元件進(jìn)行篩選及確認(rèn)，對各個小器件的數(shù)值進(jìn)行再三確認(rèn)，所選取的器件數(shù)值一定要與理論值差不多，以免出現(xiàn)差錯，并且各個芯片的規(guī)格、型號必須和本設(shè)計中需要的元器件一致。在制作實物時，有時會出現(xiàn)連接線虛焊、忘記焊接、連接出錯等情況，這些問題經(jīng)過對元器件及對線路連接的多次確認(rèn)后均得到了很好的解決，最后還是能很好的實現(xiàn)功能了。完成電路連接之后，需對每個元器件的連接進(jìn)行檢查，檢查各個引腳是否連接出錯、是否有引腳沒有焊接徹底等問題。待燒錄程序之后再進(jìn)行確認(rèn)，直到正確的實現(xiàn)功能。調(diào)試主要有下面五個步驟：第一步：焊接好后先檢查電源和地。用萬用表對各個部分的電源和接地端進(jìn)行檢測，數(shù)值如果正常則進(jìn)行下一步，反之對其進(jìn)行修改，同時也需要檢查電路中是否有短路和短路的情況，有則改之。第二步：LCD1602液晶的調(diào)試方法。在單片機正常時，首先拔掉液晶，查看液晶的三角電阻，三角與電源的電阻一般10K，三角與地之間電阻一般0.5K到1.5K，特別注意查看三角是否接反；然后，檢查液晶與單片機的連接，比如萬用表兩端連接液晶14與單片機的P0.7來查看其是否短路等等，依此對液晶的數(shù)據(jù)腳4到14是否短路和斷路；最后對其排阻進(jìn)行檢查，排阻很容易接反，因此需要特別注意，排阻上標(biāo)有1的連接單片機40端，然后依次連接，但是本設(shè)計也可以不用排阻也可以實現(xiàn)功能。第三步：按鍵調(diào)試，本設(shè)計用的是矩陣按鍵，用萬用表兩端分別接按鍵兩端，當(dāng)按鍵按下時會顯示短路，則連接正確。第四步：傳感器調(diào)試，檢查傳感器的引腳是否一邊三個腳全部連接在一起另一便則中間一腳獨立另外兩腳連接到一起。第五步：模數(shù)轉(zhuǎn)換器調(diào)試，檢查連接是否是VCC接電源，GND接地，CLK接P3.4引腳，使能端CS接P3.5。5.2系統(tǒng)軟件調(diào)試此次設(shè)計過程中主要用到兩大軟件KEIL和Protel99SE。KEIL是我在大學(xué)中接觸得最多的51單片機開發(fā)軟件，也是非常好用的一個編程軟件，編程語言都是用C語言。下面介紹一下KEIL的使用步驟：首先點擊project，然后點擊Newproject，創(chuàng)建一個工程，同時在建立工程過程中需要選擇芯片；然后，點擊File，新建一個文檔用來存放程序，在text窗口編寫程序，然后保存添加到工程里面去；接下來檢查程序有無問題，如果沒有問題，我們就可以進(jìn)行仿真調(diào)試等，如果程序有問題，我們可以根據(jù)軟件的錯誤提示去進(jìn)行修改。然后在介紹一下Protel99SE的使用步驟：新建工程，點擊file-->new-->，然后點擊OK，接著點擊document，再然后在document里面右鍵>new,最后點擊第六個schematicDocument-->OK，最后雙擊的得到一個界面。系統(tǒng)軟件調(diào)試時，為了更好的進(jìn)行調(diào)試，對各個模塊分別進(jìn)行調(diào)試是比較實用的一個方法，下面進(jìn)行具體介紹：第一，檢查復(fù)位按鍵。按下按鍵顯示器上顯示最初值即為調(diào)試成功，反之不成功。第二，調(diào)試傳感器模塊，當(dāng)對系統(tǒng)輸入一個酒精濃度值，如果顯示屏上能顯示正確的電壓，則調(diào)試成功。第三，調(diào)試存儲模塊。比如一定酒精濃度的氣體作用在傳感器MQ3上，如果顯示器正常顯示數(shù)據(jù)，并進(jìn)行多次反復(fù)測試，結(jié)果相差不大，則說明調(diào)試成功。第四，調(diào)試報警系統(tǒng)，首先設(shè)置一個定值，此值會顯示在顯示器上，如果所測外界酒精濃度超過這個值時，蜂鳴器會發(fā)出聲響提示，則調(diào)試成功，反之不成功。圖5.1為實物圖：圖5.1實物圖6結(jié)論現(xiàn)如今，中國各方面實力都越來越強，特別是經(jīng)濟實力，全國大多數(shù)人民基本上不需要再為溫飽而發(fā)愁了，人們對生活的態(tài)度和生活方式變得不同,不僅私家車成為了人們最普遍的交通工具，大多數(shù)人都有自己的私家車,而且很多人對酒精的消耗量也越來越大，越來越多人在和朋友聚會及工作聚餐或者與客戶吃飯等的情況下，或多或少都會喝酒，甚至有些人喜歡開著車去酒吧等娛樂場所，這些就導(dǎo)致酒后駕車行為越來越普遍，酒后駕車意外越