【正文】 尤其是處理緊急 情況的能力下降。顯而易見，飲酒與開車是多么可怕的致命結(jié)合，正是由于酒后開車這個(gè) “罪魁禍?zhǔn)?”使得一幕幕本不該發(fā)生的慘劇接連上演，造成一個(gè)個(gè)幸福美滿的家庭支離破碎。交通警察對(duì)酒駕者的限制往往也力不從心。車主只得下車，打電話求助于交警，讓交警幫自己開走車。 同時(shí)，為了防止飲酒者找人代替自己 “吹氣 ”，蒙混過關(guān)，酒精自動(dòng)測(cè)試儀會(huì)在電腦的指令下，在你駕駛過程中，不定時(shí)地 “抽查 ”，讓你再 “吹吹氣 ”，看看你是否真的沒有醉酒。在以后，為了能更好的的杜絕酒后駕車，全世界的汽車生產(chǎn)廠家都應(yīng)該在汽車中安裝車載酒精測(cè)試儀。本文的具體研究工作主要有以下幾個(gè)方面： 1) 酒精探測(cè)控制儀系統(tǒng)方 案的研究 本文分析和討論了不同的設(shè)計(jì)方案，通過性價(jià)比、節(jié)能、環(huán)境保護(hù)等方面的比較，最終確定了具體的實(shí)現(xiàn)方案。 ? 酒精采集模塊 利用酒精傳感器、放大電路、濾波電路以及單片機(jī)內(nèi)部 12 位 ADC 電路組設(shè)計(jì)酒精采集模塊電路，實(shí)現(xiàn)酒精信號(hào)的采集。 ? 復(fù)位模塊 利用自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。本章詳細(xì)列舉，說明了三種不同的酒精探測(cè)控制儀的方案，并分別畫出了其原理方框圖，對(duì)三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比，選出了最佳控制方案。 89C51系列單片機(jī)的作用，根據(jù)給定量與測(cè)量量比較，得出酒精濃度是否超標(biāo)，控制語音報(bào)警器。該系統(tǒng)可放置在汽車儀表盤位置，當(dāng)司機(jī)發(fā)動(dòng)汽車時(shí)，探測(cè)控制儀啟動(dòng)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處于被鎖狀態(tài)，汽車無法啟動(dòng)。汽車啟動(dòng)后，控制儀隨即進(jìn)入低功耗狀態(tài)，只有酒精濃度探測(cè)電路一直工作，一旦駕駛?cè)藛T駕駛過程中飲酒，控制儀立即恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。而方案二和方案三則能夠很好的解決上述問題。 4. 方案三采用燃料作為傳感器能量供應(yīng)，而方案一和二采用電能。 綜上所述：方案二是無論是從經(jīng)濟(jì)方面、科學(xué)性還是從實(shí)現(xiàn)的容易程度、環(huán)境保護(hù)上都優(yōu)于其它兩個(gè)方案，不失為最佳的選擇。 3. MSP430 系列單片機(jī)具有低功耗、自帶 12 位 ADC 轉(zhuǎn)換器以及高抗干擾能力等特點(diǎn)，不僅節(jié)約成本，同時(shí)能起到很好的控制效果。 工作原理 本設(shè)計(jì)是車載酒精探測(cè)控制儀的設(shè)計(jì)，它是 一種超低功耗的酒精探測(cè)控制儀，該儀器安裝在汽車內(nèi)，當(dāng)駕駛?cè)藛T進(jìn)入駕駛室后，可以自動(dòng)對(duì)酒精濃度進(jìn)行探測(cè)，以確保行車的安全。單片機(jī)將測(cè)得的酒精濃度顯示在液晶顯示屏上。 呼氣酒精濃度與人體血液濃度關(guān)系 機(jī)動(dòng)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(cái)產(chǎn)安全。在違章處理或者公路交通例行檢查中，要在現(xiàn)場(chǎng)抽取血液往往是不現(xiàn)實(shí)的，而送到醫(yī)院再抽取血液則會(huì)因?yàn)槁飞匣ㄈサ臅r(shí)間使血液中的酒精濃度與在現(xiàn)場(chǎng)時(shí)有所不同。呼氣中的酒精含量與血液中的酒精含量有如下關(guān)系： BAC(in mg／ L)=BrAC(in mg／ L)x 2 200 上式中， BAC 是血液酒精濃度的英文縮寫，則是呼氣酒精濃度的縮寫，括號(hào)中的 inmg／ L 表示以每升中多少毫克為單位。該標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)呼氣酒精測(cè)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(cè)精度。0． 040 mg／ L(量程： 0． 200 mg／ L～ 0： 400mg／ L)177。按照 Gopel 等的說法是： “傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件 ”，而 “傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理 (模擬或數(shù)字 )能力的傳感器 ”。 旁熱型半導(dǎo)體式酒精氣敏元件 MQ3 具有很高的靈敏度、良好的選擇性、長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。傳感器的表面電阻 RS 的變化，是通過與其串聯(lián)的負(fù)載電阻 RL上的有效電壓信號(hào) VRL輸出面獲得的。上述這些參數(shù)使得傳感器輸出電壓為 05V。信號(hào)調(diào)理放大電路的前級(jí)采用美信公司生產(chǎn)的高精密運(yùn)放 MAX4238 來實(shí)現(xiàn)，它具有 1pA 的偏置電流， 2μV的偏置電壓，超低溫漂，良好的性能。其引腳分布為 1 腳為關(guān)斷輸入， 2 腳為反向輸入端（ IN）， 3 腳為正向輸入端（ IN+），4 腳為地（ GND）， 5 和 8 腳為沒有連接（ NC） ， 6 腳為輸出（ OUT）， 7 腳為正電源（ +Vcc）它 能在較低電壓下工作，工作電壓范圍為： ～ 。18V. 濾波電路則采用美信公司生產(chǎn)的開關(guān)電容型引腳可編程集成濾波器 MAX266 來實(shí)現(xiàn)，具有比普通 RC 濾波電 路更優(yōu)異的性能，且能很好的阻止其余頻帶內(nèi)的電信號(hào)。 A/D 轉(zhuǎn)換（ A/D 轉(zhuǎn)換器具體介紹見 MSP430F149 單片機(jī)內(nèi)部介紹）采用 MSP430F149自帶的 12 位、最大速 率為 200KSPS 的 ADC，它的電壓基準(zhǔn)可以選擇為內(nèi)部基準(zhǔn)或者外部基準(zhǔn)，節(jié)省了外部 ADC 芯片，大大簡(jiǎn)化了硬件的設(shè)計(jì)，同時(shí)可以滿足精度的要求，因此非常適合于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 在本模塊設(shè)計(jì)中， MSP430F149 單片機(jī)采用兩個(gè)時(shí)鐘輸入，一個(gè) 32KHz的時(shí)鐘脈沖，一個(gè) 8MHz的時(shí)鐘信號(hào)；同時(shí)在電源的管腳增加一個(gè) ，以減小輸入端受到的干擾。 MSP430F149 單片機(jī)的特點(diǎn)： ? 具有很低的供電電壓，單片機(jī)的供電電壓最低可低到 ，其供電電壓范圍為～ 。 ? 快速的指令執(zhí)行時(shí)間，它采用的 16位 RISC結(jié)構(gòu)，指令的執(zhí)行時(shí)間只需要 150ns。 ? 16 位的定時(shí)器 Timer_B 帶有 7 個(gè)捕獲 /比較存儲(chǔ)器。 ? 片內(nèi)提供較多的存儲(chǔ)器；在 MSP430F149 中提供的片內(nèi)的 FLSAH 為 60KB，同時(shí)片內(nèi)還提供較多的 RAM 以便進(jìn)行計(jì)算處理。 ? 代碼保護(hù)功能，單片機(jī)的安全熔絲能對(duì)對(duì)程序代碼進(jìn)行保護(hù)，從而可以對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)進(jìn) 行保護(hù)。 CPU 結(jié)構(gòu)式 16 位，它采用了精簡(jiǎn)的、高透明的、高效率的正交設(shè)計(jì)，它包括一個(gè) 16 位的算術(shù)邏輯單元（ ALU）、 16 個(gè)寄存器和一個(gè)指令單元。當(dāng)運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生進(jìn)位的時(shí)候 CPU 將該位設(shè)置為 1，否則該位的內(nèi)容為 0。當(dāng)運(yùn)算結(jié)果為負(fù)的時(shí)候 CPU 將該位設(shè)置為 1，否則該位的內(nèi)容車載酒精探測(cè)控制儀的設(shè)計(jì) 20 為 0。 ? CPUOff： CPU控制位。如果該位設(shè)置為 1 的話，晶體振蕩器處于停止?fàn)顟B(tài)；如果該位設(shè)置為 0 的話，則晶體處于工作狀態(tài)。 ? SCG1：該位與 SCG0 結(jié)合使用， 來控制系統(tǒng)時(shí)鐘的 4 種狀態(tài)。 表 系統(tǒng)時(shí)鐘的狀態(tài) SCG0 SCG1 系統(tǒng)時(shí)鐘的狀態(tài) 0 0 SMCLK, ACLK 1 0 SMCLK, ACLK 0 1 ACLK 1 1 ACLK 由表 可以看出，適當(dāng)設(shè)置 SCG SCG0 兩個(gè)位可以控制系統(tǒng)時(shí)鐘的狀態(tài)。 （ 4） 定時(shí)器 定時(shí)器主要有看門狗、定時(shí)器 A（ Timer_A）和定時(shí)器 B（ Timer_B）。通過設(shè)置該寄存器完成對(duì) Timer_A 作為定時(shí)器使用控制，它包含了 Timer_A 作為定時(shí)器使用的所有控制位，圖 給出了 TACTL寄存器的各個(gè)位。 ID ID0：這兩個(gè)位來選擇輸入時(shí)鐘的分頻系數(shù)。 表 定時(shí)器 A的的工作方式選擇 MC1 MC0 定時(shí)器 A的工作方式 0 0 停止模式 0 1 增模式 1 0 連續(xù)模式 1 1 增減模式 CLR： Timer_A 的清除控制。 TAIFG： Timer_A 的中斷標(biāo)志。 TAIV 是一個(gè) 16 位的寄存器，該寄存器的位分配如圖 所示。 MSP430F149 單片機(jī)有 I/O 口的主要特征： ? 每個(gè) I/O 口可以獨(dú)立編程設(shè)置。 （ 6） 比較器 A 比較器 A 支持 A/D 轉(zhuǎn)換、電壓監(jiān)控和外部模擬信號(hào)的監(jiān)控，用戶對(duì)比較器 A 的所有操作都是通過操作該模塊的寄存器來完成，它的寄存器主要有 CACTL CACTL2 和CAPD。 ? 端口輸入緩沖由軟件控制。 （ 7） FLASH 模塊 FLASH 模塊可以按位、字節(jié)和字訪問，并且可以進(jìn)行編程和擦除，它有一個(gè)集成控制器用來控制編程和擦除操作，該集成控制器有 3 個(gè)寄存器，用來產(chǎn)生編程和擦除的車載酒精探測(cè)控制儀的設(shè)計(jì) 25 時(shí)序，也可來提供編程和擦除的電壓。 ? 在采樣周期可以編程的情況下，采用保持的時(shí)間可由軟件或者定時(shí)器控制。 ? 可以選擇轉(zhuǎn)換時(shí)鐘源。 ? 16 位的轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)寄存器。本設(shè)計(jì)采樣了中斷類的寄存器，下面具體介紹 ADC 模塊的中斷控制類寄存器。圖 為該寄存器的位分配。該寄存器與 ADC12IFG 寄存器一樣對(duì)應(yīng)于 16 個(gè)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)寄存器 ADC12MEMx。 表 ADC12模塊種的中斷向量表 ADC12IV的值 中斷源 中斷標(biāo)志 優(yōu)先級(jí) 02H ADC12MEMx溢出 — 最高 04H 轉(zhuǎn)換時(shí)間 溢出 — 06H ADC12MEM0 中斷 ADC12IFG0 08H ADC12MEM1 中斷 ADC12IFG1 0AH ADC12MEM2 中斷 ADC12IFG2 0CH ADC12MEM3 中斷 ADC12IFG3 0EH ADC12MEM4 中斷 ADC12IFG4 10H ADC12MEM5 中斷 ADC12IFG5 12H ADC12MEM6 中斷 ADC12IFG6 14H ADC12MEM7 中斷 ADC12IFG7 車載酒精探測(cè)控制儀的設(shè)計(jì) 27 16H ADC12MEM8 中斷 ADC12IFG8 18H ADC12MEM9 中斷 ADC12IFG9 1AH ADC12MEM10 中斷 ADC12IFG10 1CH ADC12MEM11 中斷 ADC12IFG11 1EH ADC12MEM12 中斷 ADC12IFG12 20H ADC12MEM13 中斷 ADC12IFG13 22H ADC12MEM14 中斷 ADC12IFG14 24H ADC12MEM15 中斷 ADC12IFG15 最低 由表 可以看出，只要根據(jù) ADC12IV 寄存器的值就可以解析出中斷，從而進(jìn)行相應(yīng)的處 理。 液晶顯示電路 液晶顯示電路用來顯示測(cè)定得到的酒精的濃度。 LCD1602 引腳圖如圖 所示，引腳功能表如表 所示。由于蜂鳴器是由MSP430F149 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)，則要在電路中加一個(gè)放大電路。 本設(shè)計(jì)中的繼電器采用 電磁繼電器 ，電磁式繼電器一般由鐵芯、 線圈 、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。 圖 電磁繼電器 的原理圖 繼電器就是電子機(jī)械開關(guān)，它是用漆包銅線在一個(gè)圓鐵芯上繞幾百圈至幾千圈，當(dāng)線圈中流過電流時(shí)，圓鐵芯產(chǎn)生了磁場(chǎng)，把圓鐵芯上邊的帶有接觸片的鐵板吸住，使之?dāng)嚅_第一個(gè)觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）而接通第二個(gè)開關(guān)觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)），這一過程稱為電磁車載酒精探測(cè)控制儀的設(shè)計(jì) 31 繼電器的啟動(dòng)，繼電器啟動(dòng)的結(jié)果是把常閉觸點(diǎn)所接的外電路斷開和把常開觸點(diǎn)所接的外電路接通。 圖 所示，當(dāng)控制電路中的開關(guān)閉合時(shí)，電磁鐵便具有磁性，將銜鐵吸下，使繼電器觸點(diǎn)接觸，與觸點(diǎn)相連接的電源電路便接通；當(dāng)控制開關(guān)斷開時(shí)，電磁鐵的磁性被撤消，繼電器觸點(diǎn)彈開，電源電路亦隨之?dāng)嚅_。如圖 ： 162738495U9V C CC 1 21μ FC 1 11μ FC 1 51μ FC 1 31μ F C 1 41μ FC 1 +1V s +2C 1 3C 2 +4C 2 5V 8 6T 2 out7R 2 i n8R 2 out9T 2 i n10T 1 i n11R 1 out12R 1 i n13T 1 out14G N D15V c c16J?M A X 2 32P 3 .7P 3 .6 圖 串行口下載電路 車載酒精探測(cè)控制儀的設(shè)計(jì) 32 接口電路 計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù) 傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。它是在 1970 年由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（ EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo) 準(zhǔn)。 ② 接口的電氣特性 在 RS232C 中任何一條信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即 要求接收器能識(shí)別低至 +3V的信號(hào)作為邏輯 “0”，高到 3V的信號(hào) 作為邏輯 “1” 。 芯片的原理及主要參數(shù) 1） MAX中文說明 MAX232產(chǎn)品是由德州儀器公司（ TI）推出的一款兼容 RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。滿足或超過 TIA/EIA232F 規(guī)范要求，符合 電池供電系統(tǒng) 單 5V電源供電和 4個(gè) 計(jì)算機(jī)外設(shè)包含 2個(gè)驅(qū)動(dòng)器和 2個(gè)接收器 Modems低工作電流 —典型值為 8mA手持設(shè)備 2021V ESD保護(hù)計(jì)算機(jī)有工業(yè)級(jí)和商業(yè)級(jí)的型號(hào)選擇。 在單片機(jī)系統(tǒng)里，單片機(jī)需要復(fù)位監(jiān)控電路，監(jiān)控復(fù)位電路用于保證單片機(jī)處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，防止受到干擾導(dǎo)致程序跑飛，比內(nèi)部看門狗電路更可靠，復(fù)位電路可以采用 RC 復(fù)位電路，也可以采用復(fù)位芯片來實(shí)現(xiàn)復(fù)位， RC 復(fù)位電路具有 經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但可靠性不高，用復(fù)位電路具有很高的可靠性，因此為了保證復(fù)位電路的 可靠性該系統(tǒng)采用復(fù)位芯片來實(shí)現(xiàn)的復(fù)位電路，其電路圖如圖 所示。 車載酒精探測(cè)控制儀的設(shè)計(jì) 36 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 軟 件部分根據(jù)系統(tǒng)功能進(jìn)行模塊化編程。整個(gè)模塊采用的中斷服務(wù)程序的結(jié)構(gòu)完成，圖 為該模塊