【正文】 膚對(duì)紅外線的吸收量是和人體內(nèi)酒精濃度密切相關(guān)的。這種檢測(cè)儀就是利用此原理制成的。但是這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用不方便， 未得到廣泛使用。 ? 氣體色譜分析型、比色型。 這兩種儀器價(jià)格昂貴， 實(shí)際應(yīng)用很不方便 。 ? 半導(dǎo)體型 采用只對(duì)特定氣體敏感的半導(dǎo)體器件用作傳感器。當(dāng)某種 N 型半導(dǎo)體氧化物暴露在大氣當(dāng)中時(shí)，它就會(huì)吸附氧氣分子，其內(nèi)部載流電子的數(shù)量就會(huì)變少，其電阻就會(huì)變大。若空氣中存在某種特定氣體，它與吸附的氧氣發(fā)生恢復(fù)性反應(yīng)，使半導(dǎo)體內(nèi)部的載流電子數(shù)量恢復(fù)上漲，其電阻就會(huì)減小。半導(dǎo)體 氧化物傳感器便是通過此現(xiàn)象測(cè)量某種特定氣體的濃度。此半導(dǎo)體器件的電阻值和其敏感氣體濃度有直接關(guān)系。被測(cè)氣體中該種特定敏感氣體濃度越高，其電阻值就 會(huì)越低。有可恢復(fù)性好、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。 由于有成本和實(shí)際應(yīng)用方便等因素要考慮，現(xiàn)在使用最廣泛的還是燃料電池型（電化學(xué)）。電化學(xué)型有測(cè)量精度高，穩(wěn)定性優(yōu)良，抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)。但是其缺點(diǎn)也很明顯 。 由于其結(jié)構(gòu)要求非常精密，制作難度非常高，目前世界上只有歐美等少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國家掌握其生產(chǎn)技術(shù)。其材料成本也很高，造成其價(jià)格昂貴，一般只是在交警執(zhí)法檢查酒駕時(shí)使用，難以大規(guī)模在社會(huì)上推廣使用。 便于民用推廣的應(yīng)該是微變氧化物半導(dǎo)體型酒精檢測(cè)儀。半導(dǎo)體型具備敏捷的響應(yīng)恢復(fù)特性和良好的靈敏度，并且只對(duì)酒精蒸汽敏感，不受煙氣、霧 霾顆粒等非酒精蒸汽的干擾，耗能很低、壽命長(zhǎng)久。制作結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。 為此， 本文設(shè)計(jì) 了 一款以半導(dǎo)體型酒精傳感器和微控制器為核心的簡(jiǎn)易酒精檢測(cè)儀。 1． 3 章節(jié)安排 本系統(tǒng)主要工作包括單片機(jī)及酒精傳感器的選型、各模塊硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件編程、上位機(jī)的編程、印刷電路板的設(shè)計(jì)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 3 頁 共 39 頁 第一章 為引言。 第二章說明了本裝置的功能及整體設(shè)計(jì)方案，介紹了系統(tǒng)功能和整體框架圖，還介紹了整個(gè)設(shè)計(jì)過程中使用的工具平臺(tái)。 第三章說明了整個(gè)系統(tǒng)中的硬件電路設(shè)計(jì)。 第四章說明了整個(gè)系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)軟件和上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。 第五章說明了 印刷電路板設(shè)計(jì)。 第六章描述了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 4 頁 共 39 頁 2 系統(tǒng)的功能及整體設(shè)計(jì)方案 2． 1 整體設(shè)計(jì)方案 一般地 ， 一個(gè)酒精檢測(cè) 裝置 應(yīng)具有以下功能： （ 1）選用合適的微控制器實(shí)現(xiàn)酒精檢測(cè)功能； （ 2）采用液晶屏顯示酒精濃度和報(bào)警閾值； （ 3）選用報(bào)警裝置實(shí)現(xiàn)濃度超過閾值時(shí)的報(bào)警。 （ 4）實(shí)現(xiàn)按鍵調(diào)整閾值的功能； （ 5）實(shí)現(xiàn)報(bào)警閾值斷電保存功能； （ 6）選用無線通訊模塊實(shí)現(xiàn)濃度數(shù)據(jù)的無線收發(fā)； （ 7）實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控酒精濃度的功能。 首先，外界合適的酒精氣敏傳感器將外界 的含酒精被測(cè)氣體檢測(cè)后，輸出對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào)。將該模擬電壓信號(hào)通過 AD 轉(zhuǎn)換功能轉(zhuǎn)換為能被微控制器處理的數(shù)字信號(hào)，再讓微控制器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析處理，然后將計(jì)算得到的酒精濃度顯示在液晶顯示屏上，同時(shí)并決定是否驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路。最后將當(dāng)前濃度值和報(bào)警閾值通過無線模塊發(fā)送到上位機(jī)。上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)后繪制測(cè)得的濃度的曲線圖，來實(shí)時(shí)監(jiān)控當(dāng)前的濃度值。系統(tǒng)總體框架如圖 所示。 圖 整體框架圖 2． 2 工具平臺(tái)的選擇 Keil Uvision4 集成開發(fā)環(huán)境。 Keil Uvision4 可以說是最好的 51 單片機(jī)集成開發(fā)系統(tǒng)，能同時(shí)兼容 C 語言和匯編語言的單片機(jī)開發(fā)。 Keil 是由美國 Keil 軟件公司出品的，提供了包括 C 編譯器、宏匯編器、鏈接器、庫管理和調(diào)試仿真器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案。 Keil 對(duì)操作系統(tǒng)、AD轉(zhuǎn)換 液晶顯示屏 微控制器 聲光報(bào)警 按鍵輸入 無線發(fā)送 酒精傳感器 被測(cè)氣體 上位機(jī)監(jiān)控 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 5 頁 共 39 頁 計(jì)算機(jī)要求很低，適宜在各種計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。利用 C 語言對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程， Keil差不多就是工程師的不貳之選。采用 C 語言編寫軟件系統(tǒng)，直觀易理解，便于移植調(diào)試分析。本系統(tǒng)選用 Keil Uvision4 和 C 語言完成單片機(jī)軟件的設(shè)計(jì)制作。 Protel99se 集成開發(fā)環(huán)境 Protel99se 是一款得到廣泛使用的、用于印刷電路板（ PCB）設(shè)計(jì)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ EDA）軟件。 Protel99se 選用設(shè)計(jì)庫管理方式，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理能力，可以設(shè)計(jì)電路原理圖、印刷電路板與可編程邏輯器件。制作的印刷電路板最高可以達(dá)到32 層信號(hào)層， 16 層電源 地層和 16 層機(jī)加工層。本系統(tǒng)選用 Protel99se 設(shè)計(jì)電路原理圖和印刷電路板（ PCB）。 Microsoft Visual C++ 集成開發(fā)環(huán)境 Microsoft Visual C++ 簡(jiǎn)稱 VC，又被稱作 ，是美國 Microsoft 公司出品的一款 C++編譯器。 Visual C++ 是一個(gè)用途非常廣泛的可視化軟件開發(fā)環(huán)境，自誕生以來受到了廣泛應(yīng)用，專業(yè)程序員無人不知。 Visual C++ 不光是一個(gè) C++語言編譯器，還是一個(gè) Windows 系統(tǒng)下的可視化軟件集成開發(fā)環(huán)境。 Visual C++主要由以下三個(gè)部分組成： Developer Studio、 MFC（微軟基礎(chǔ)類庫）和 Platform SDK。其中 MFC 已經(jīng)成為被廣泛采用的上位機(jī)編程工具。 MFC 是由微軟出品的，用于使 用 C++語言編寫軟件時(shí)的一個(gè)引擎和框架，是微軟封裝后的 windows 接口函數(shù)。用 MFC 進(jìn)行上位機(jī)編程，工作量小，過程簡(jiǎn)單易于上手。本裝置選用 Microsoft Visual C++ 實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 6 頁 共 39 頁 3 硬件設(shè)計(jì) 3． 1 主控模塊的選型與設(shè)計(jì) 用作本裝置的微控制器應(yīng)盡量有如下特點(diǎn)：運(yùn)行速度快、集成 AD 轉(zhuǎn)換功能、 AD轉(zhuǎn)換速度快、集成 EEPROM（電可擦除可編程存儲(chǔ)器）、引腳數(shù)量豐富、內(nèi)部集成上拉電阻（引腳狀態(tài)可編程）價(jià)格便宜、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、適應(yīng)于各種應(yīng)用。鑒于以上要求，本裝置 選用宏晶科技出品的增強(qiáng)型 8051 內(nèi)核 1T 單片機(jī) STC12C5A60S2，它能滿足裝置的所有要求。 STC12C5A60S2 具備以下主要特點(diǎn)。 （ 1） 增強(qiáng)型 8051 內(nèi)核，單機(jī)器周期 /時(shí)鐘，指令集兼容傳統(tǒng) 8051，工作電壓： 功耗低；工作溫度范圍寬： 40 +85℃ (工業(yè)級(jí) ) / 0 75℃ (商業(yè)級(jí) )； （ 2） 最高工作頻率可達(dá) 35MHz，等效于普通 8051 單片機(jī)的 420MHz； （ 3） 內(nèi)部集成容量為 1KB 的 EEPROM，讀寫可達(dá)十萬次； ? 內(nèi)部集成 8 路 10 位的高精度 ADC,速率可達(dá) 250K/S(每秒鐘 25 萬次）； ? Flash 存儲(chǔ)空間 64k，片上集成 1280B 高速內(nèi)存；具備在系統(tǒng)可編程和在應(yīng)用可編程功能，能通過串口（ ）直接高速下載用戶程序； ? 擁有 4 個(gè) 16 位計(jì)數(shù)器，包括兩個(gè)與傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)兼容的計(jì)數(shù)器和 16 位技術(shù)器T0、 T1；具有 7 路外部中斷輸入口 ,電平下降沿或低電平觸發(fā)；還增加 PCA 模塊，支持電平上升沿觸發(fā)中斷；還可由外部中斷退出掉電模式； STC12C5A60S2 的引腳圖如圖 所示。 圖 STC12C5A60S2 引腳圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 7 頁 共 39 頁 STC12C5A60S2 共有 4 組通用 I/O 口，可以作為基本的輸入輸出口來使用。每個(gè)I/O 口都可以被設(shè)定為四種模式，包括標(biāo)準(zhǔn) 8051 模式、開漏輸出模式、強(qiáng)推挽輸出、高阻四種狀態(tài)。每個(gè)引腳都能拉出或灌入 20mA 電流。除此之外，根據(jù)引腳說明，每個(gè)引腳還可以在軟件里設(shè)置為第二功能，包括 SPI 接口、 ADC 輸入、中斷輸入、串口等功能。除了通用 I/O 口，還有以下引腳。 ? VCC，供電電源， GND，接地； ? RST。復(fù)位輸入。 ALE / PROG：當(dāng)讀寫外存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用來鎖存地址的低位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此管腳用來輸 入編程脈沖。平時(shí) ALE 端以振蕩器頻率的 1/6 的頻率輸出正弦脈沖，可用于脈沖輸出或定時(shí)。 ? PSEN。外程序存儲(chǔ)器的使能信號(hào)。 EA/VPP： EA 為低電平，讀取外部 ROM；加密方式 1， EA 將內(nèi)部固定為 RESET；當(dāng) EA 為高電平時(shí)，讀取內(nèi)部 ROM。在 FLASH 編程時(shí)，此腳用來施加 12V 編程電源。 ? XTAL1：反向振蕩放大器及內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)工作電路的輸入。 XTAL2：反向振蕩器的輸出。 為使單片機(jī)工作起來，必須首先搭建單片機(jī)的最小系統(tǒng)。其最小系統(tǒng)包含復(fù)位電路和時(shí)鐘信號(hào)輸入電路。 時(shí)鐘電路。雖然 STC12C5A60S2 內(nèi)部集成可作為時(shí)鐘的 RC 振蕩器，但由于其速度低、精度低等缺點(diǎn)，不常被使用。這里選用外部高精度石英晶體振蕩器和電容構(gòu)成的并聯(lián)諧振回路作為時(shí)鐘信號(hào)電路。晶體采用最常用的 晶振，電路對(duì)電容值的要求不高，但它對(duì)振蕩頻率輸出的大小可靠性、起振速率有一定影響。這里采用 22pf 的電容。 復(fù)位電路。復(fù)位方式有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種。一般的上電復(fù)位是對(duì)外部復(fù)位電路中的電容充電，只要 VCC 的上升時(shí)間小于 1ms，就能實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位。這里設(shè)計(jì)的是外部按鍵復(fù)位電路， RST 引腳通過一個(gè)電 阻連接至高電平保持兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)間時(shí)，單片機(jī)復(fù)位。電源接 VC