【正文】 化。加熱電壓 Uh 為 5V。 車載酒精探測控制儀的設(shè)計 13 圖 MQ3 型傳感器結(jié)構(gòu)和外形 圖 MQ3 型傳感器標準回路 圖 傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度的關(guān)系 調(diào)理放大、濾波以及 A/D 轉(zhuǎn)換電路 信號調(diào)理放大電路是將酒精傳感器傳來的模擬 信號進行放大整形，便于轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。這種方法不斷的措施并彌補了輸入失調(diào)，消除漂移時間、溫度和 1 / f 噪聲的影響。3V～ 177。其工作電壓范圍為 ～ ，是便攜式消費設(shè)備的理想選擇。 MSP430F149 的高度集成不但大大降低了故障率，而且在成本、體積、穩(wěn)定性方面都有明顯優(yōu)勢。 它由匯編寫成、短小精干、占用系統(tǒng)資源少、運行穩(wěn)定可靠 。 ? 快速的喚醒時間，從休眠方式喚醒只需要 6μs。 車載酒精探測控制儀的設(shè)計 16 ? 片內(nèi)提供模擬信號比較器。 ? 串口通信模塊： USART0 和 USART1，兩個串口都可以通過軟件選擇設(shè)置成USAR 方式或者 SPI 方式，由于這一系列單片機提供了兩個串口，可為用戶進行多機通信設(shè)計提供方便。 ? 具有 JTAG 仿真調(diào)試接口，這樣非常便于軟件的調(diào)試。 圖 MSP430F149 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 （ 1） CPU MSP430F149 的內(nèi)核 CPU結(jié)構(gòu)是按照精簡指令和高透明的宗旨來設(shè)計，它采用的是“馮 諾依曼 ”結(jié)構(gòu)， ROM 和 RAM 在同一地址空間，使用同一組地址數(shù)據(jù)總線。 15~9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 保留 V SCG1 SCG0 OscOff CPUOff GIE N Z C 圖 狀態(tài)寄存器的結(jié)構(gòu) ? C：進位標志位。 ? N：負標志位。該位需要用戶在寫程序的時候 根據(jù)自己的需要進行設(shè)置。 ? OscOff：晶體控制位。如表 所示。如果運算結(jié)果超出范圍，則 CPU 將該位設(shè)置為 1，如果沒有超出范圍，則該位的內(nèi)容為 0。 （ 3） 基礎(chǔ)時鐘 時鐘模塊是 MSP430F149 單片機不可缺少的模塊，時鐘主要有高速晶體、低速晶體和數(shù)字控制振蕩器（ DCO）等器件構(gòu)成，高速晶體、低速晶體和數(shù)字控制振蕩器（ DCO）等器件通過時鐘模塊產(chǎn)生 3 個不同的時鐘提供不同的模塊使用，產(chǎn)生的時鐘為：輔助時鐘（ ACLK）、主系統(tǒng)時鐘（ MACLK）和子系統(tǒng)時鐘（ SMCLK），時鐘模塊產(chǎn)生 3 個不同的時鐘信號，這樣可以采用不同的時鐘從 而達到低功耗的目的。 a) TACTL寄存器 TACTL寄存器是一個 16 位的寄存器。 表 定時器 A的時鐘源的選擇 SSEL1 SSEL0 定時器 A的時鐘源 0 0 TACLK（使用外部管腳信號為輸入） 0 1 ACLK 1 0 MCLK 1 1 INCLK（外部輸入時鐘） 由表 可知：通過設(shè)置 SSEL SSEL0 的值可以完成對定時器 A 的時鐘源選擇。 MC MC0 與工作方式選擇的關(guān)系如表 所示。當(dāng)該位為 1 時，允許 Timer_A 的中斷 ，當(dāng)該位為 0時，不允許 Timer_A 的中斷。 CCR1 的 CCIFG 中斷標志、 CCR2的 CCIFG 中斷標志和 TAIFG 中斷標志使用一個中斷向量表， TAIV 寄存器是用來判斷是哪一個中斷標志請求。 P1 和 P2 口具有中斷功能，它們的每個管腳都可以單獨設(shè)置成中斷，并且設(shè)置成上升沿或者下降沿觸發(fā)中斷。 ? 有獨特的輸入輸出寄存器。 ? 比較器的輸出可以作為定時 A 的捕獲輸入。 ? 比較器和參考電壓產(chǎn)生可以關(guān)閉。 （ 9） ADC 模塊 在單片機內(nèi)有 ADC 模塊，它應(yīng)用了 12 位的 SAR 核、采樣選擇控制、參考產(chǎn)生和16 位的轉(zhuǎn)換控制緩沖區(qū)， ADC12 模塊主要有以下特點： ? 采樣速度快。 ? 每個信道可以單獨選擇正極性或者負極性的參考源。 ? 具有中斷矢量寄存器，這樣可以快速解碼 ADC 的各個不同中斷。其中轉(zhuǎn)換控 制類的寄存器有： ADC12CTL0 和 ADC12CTL1；中斷控制類的寄存器有：ADC12IFG、 ADC12IE 和 ADC12IV；存儲控制類的寄存器有 ADC12MCTL0～ADC12MCTL15；存儲器類寄存器有 ADCMEM0～ ADCMEN15。 車載酒精探測控制儀的設(shè)計 26 ADC12IFG 寄存器位 ADC12 模塊的中斷標準寄存器，該寄存器為 16 位的寄存器。 ADC12IE 寄存器為 ADC12 模塊的中斷允許寄存器，該寄存器為 16 位的寄存器。 0 0 ADC12IV4～ 0 0 圖 ADC12IV寄存器 由圖 可以看出 ADC12IV 寄存器有 5 個有效的控制位，該 5 個控制位確定了ADC12 模塊種的中斷向量表，如表 所示。 D1紅D2綠D3黃R 1 51KR 1 61KR 1 71KP 1 .4P 1 .5P 1 .6P 3 .0P 3 .1P 3 .2P 4 .0P 4 .1P 4 .2P 4 .3P 4 .4P 4 .5P 4 .6P 4 .75VG N D1V c c2V03RS4R / W5E6D B 07D B 18D B 29D B 310D B 411D B 512D B 613D B 714L E D A15L C D K16LCD1602U6L C D 16 02V C CV C CR 1 46 圖 顯示和指示燈電路圖 指示燈電路 指示燈電路采用紅綠黃三個指示燈，紅燈是電源指示燈，工作時亮，不工作時滅；綠燈是檢測提示燈，因為酒精探頭需要一定時間加熱，才能達到理想的靈敏度，加熱時車載酒精探測控制儀的設(shè)計 28 間到，綠燈亮，表示可以進行濃度探測；黃燈為報警指示燈 ,黃燈不亮，表示可以行車；當(dāng)黃燈亮?xí)r，表示酒精濃度超標，不可以駕駛，同時黃燈閃爍的頻率越高，酒精濃度越高。在本設(shè)計中， MSP430F149單片機的 ～ 端口分別接 LCD1602 的 RS、 R/W以及 E 端， ～ 端口分別接 LCD1602 的 DB0～ DB7 端。 KR E L A Y S P S TE11 μ FR 1 81KG A I N1I N 2I N +3G N D4O U T5V c c6G A I N8B Y P A S S7U7L M 3 8 6R 1 91 0 0R I N GC 1 00 .1 μ FE21 μ FS P 13 . 3 VR 2 61KD1D I O D EV C C5V汽車點火裝置 圖 報警 、繼電器 電路 圖 車載酒精探測控制儀的設(shè)計 30 報警電路 報警電路是利用蜂鳴器作為報警器，當(dāng)酒精含量超標時，發(fā)出禁止行車警告音；不超標時，發(fā)出允許行車提示音，由 （ Ring）驅(qū) 動蜂鳴器來實現(xiàn)。當(dāng)酒精濃度超標時，繼電器自動切斷電源，駕駛員不能點火發(fā)動汽車。這樣吸合、 釋放 ，從而達到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。整個繼電器由塑料或有機玻璃防塵罩保護著，有的還是全密封的，以防觸電氧化。 本系統(tǒng)軟件編寫的程序可直接通過 PC機的串行口，再經(jīng)過 MAX232電平轉(zhuǎn)換下載到單片機中，從而去執(zhí)行相應(yīng)的功能。 RS232C 接口（又稱 EIA RS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。 RS232C 最常用的 9 條引線的信號。噪聲容限為 2V。 ④ 傳輸電纜長度 由 RS232C 標準規(guī)定在碼元畸變小于 4%的情況下，傳輸電纜長度應(yīng)為 50 英尺，其實這個 4%的碼元畸變是很保守的，在實際應(yīng)用中，約有 99%的用戶是按碼元畸變 10~20%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過 50 英尺。每車載酒精探測控制儀的設(shè)計 33 一個發(fā)送器將 TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成 TIA/EIA232F電平。為了使輸出電源的紋波小，在輸出部分用了一個 和 的電容，另外在芯片的輸入端也放置一個 的濾波電容，減小輸入端受到的干擾。 通過以上設(shè)計，系統(tǒng)前端就可以把酒精傳感器檢測到的酒精含量信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換再由單片機判斷后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號以控制汽車點火電路，從而實現(xiàn)對酒后駕車的有效控制。 采集模塊 采集模塊主要是獲得酒精傳感器采用旁熱型半導(dǎo)體式酒精氣敏元件 MQ3 以及通過信號調(diào)理放大電 路、濾波電路處理過的數(shù)據(jù)，該部分主要通過 MSP430F149 片內(nèi)的 A/D轉(zhuǎn)換來完成數(shù)據(jù)的采集任務(wù)，采集的模擬參考電壓采用片內(nèi)的參考電壓，數(shù)據(jù)采集的間隔時間通過定時器 A 來完成，就是在每次定時器 A 中斷到來是讀取 A/D 轉(zhuǎn)換采集得到的數(shù)據(jù)，在讀數(shù)據(jù)之前先停止 A/D 轉(zhuǎn)換，在讀取數(shù)據(jù)完畢后啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，如果得到數(shù)據(jù)，則設(shè)置一個標志位通知主程序，告訴主程序已經(jīng)得到新的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)軟件主要包括采集模塊、顯示模塊、報警模塊和主處理模塊，實現(xiàn)酒精含量檢測、酒精含量是否超標判別、酒精含量顯示、聲光報警等功能。 S1S W P BG N D1R E S E T2V c c3U 1 2M A X 8 0 9 S T RR E S E T 03 . 3 VC 2 10 .1 μ FC 2 01 μ F 圖 復(fù)位電路 復(fù)位電路不僅可以自動復(fù)位，同時也可通過按鍵來手動復(fù)位。 2） MAX232 引腳圖 圖 MAX232 引腳圖 3) MAX232 應(yīng)用電路 圖 MAX232 應(yīng)用電路 電源及復(fù)位電路 電源轉(zhuǎn)換電路用于將車上的供電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為單片機以及系統(tǒng)所用的到的芯片所需的電壓，整個系統(tǒng)采用 5V供電，電路圖 如圖 所示。該器件包含 2驅(qū)動器、 2接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供 TIA/EIA232F電平。 ③ 接口的物理結(jié)構(gòu) RS232C接口連接器一般使用型號為 DB25的 25芯插頭座 ,通常插頭在 DCE端 ,插座在 DTE端 . 一些設(shè)備與 PC機連接的 RS232C接口 ,因為不使用對方的傳送控制信號 ,只需三條接口線 ,即 “發(fā)送數(shù)據(jù) ”、 “接收數(shù)據(jù) ”和 “信號地 ”。即：邏輯。它的全名是 “數(shù)據(jù)終端設(shè)備（ DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（ DCE）之間 串行 二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標準 ”該標準規(guī)定采用一個 25 個腳的 DB25 連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信 號的電平加以規(guī)定 。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 特點：簡單，維修容易，成本低，多型式和多規(guī)格，也可以做成直流、交流或交直流供電。當(dāng)線圈斷電時，鐵芯失去磁性，由于接觸銅片的彈性作用，使鐵板離開鐵芯，恢復(fù)與第一個觸點（常閉觸點）的接通，這一過程稱為電磁繼電器的復(fù)位。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（ 常開觸點 ）吸合。為了減少電源輸出紋波對放大電路的影響，在電源的管腳增加一個 ，以減小輸入端受到的干擾。 圖 LCD1602 引腳圖 表 LCD1602 引腳功能表 管腳號 符號 功能 1 GND 電源地 2 Vcc 電源電壓（ +5V） 3 V0 LCD 驅(qū)動電壓（可調(diào)） 4 RS 寄存器選擇輸入端，輸入 MPU選擇模塊內(nèi)部寄存器類型信號； RS=0,當(dāng) MPU 進行寫模塊操作，指向指令寄存器；當(dāng) MPU 進行讀模塊操作，指向指地址計數(shù)器； RS=1，無論 MPU 讀操作還是寫操作，均指向數(shù)據(jù)寄存器 車載酒精探測控制儀的設(shè)計 29 5 R/W 讀寫控制號輸入端，輸入 MPU 選擇讀 /寫模塊操作信號 ； R/W=0 讀操作； R/W=1 寫操作 6 E 使能信號輸入端，輸入 MPU選擇讀 /寫模塊使能信號；讀操作時，高電平有效；寫操作時，下降沿有效 7 DB0 數(shù)據(jù)輸入 /輸出口， MPU 與模塊間的數(shù)據(jù)傳輸通道 8 DB1 數(shù)據(jù)輸入 /輸出口， MPU 與模塊間的數(shù)據(jù)傳輸通道 9 DB2 數(shù)據(jù)輸入 /輸出口， MPU 與模塊間的數(shù)據(jù)傳輸通道 10 DB3 數(shù)據(jù)輸入 /輸出口， MPU 與模塊間的數(shù)據(jù)傳輸通道 11 DB4 數(shù)據(jù)輸入 /輸出口， MPU 與模塊間的數(shù)據(jù)傳輸通道 12 DB5 數(shù)據(jù)輸入 /輸出口， MPU 與模塊間的數(shù) 據(jù)傳輸通道 13 DB6 數(shù)據(jù)輸入 /輸出口， MPU 與模塊間的數(shù)據(jù)傳輸通道 14 DB7 數(shù)據(jù)輸入 /輸出口， MPU 與模塊間的數(shù)據(jù)傳輸通道 15