【正文】 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。 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。 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，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。 液晶顯示電路 液晶顯示電路用來顯示測定得到的酒精的濃度。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。 （ 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。 TAIV 是一個(gè) 16 位的寄存器，該寄存器的位分配如圖 所示。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。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)。 CPU 結(jié)構(gòu)式 16 位，它采用了精簡的、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。 ? 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。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)。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。該標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)呼氣酒精測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)都直接影響檢測精度。單片機(jī)將測得的酒精濃度顯示在液晶顯示屏上。 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。 89C51系列單片機(jī)的作用，根據(jù)給定量與測量量比較，得出酒精濃度是否超標(biāo)，控制語音報(bào)警器。本文的具體研究工作主要有以下幾個(gè)方面： 1) 酒精探測控制儀系統(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。交通警察對(duì)酒駕者的限制往往也力不從心。此案的一審結(jié)果遭到了眾多的社會(huì)輿論壓力，認(rèn)為量刑太輕，使公眾缺乏安全感。被告人孫偉銘因無證、醉酒駕 車造成 4 人死亡、一人重傷，其行為已構(gòu)成以危險(xiǎn)方法危害公共安全罪，且情節(jié)特別惡劣、后果特別嚴(yán)重，被依法判處死刑、并剝奪政治權(quán)利終生。這是因?yàn)樵谒能嚿涎b上個(gè)了車載酒精測試儀。 ? 報(bào)警、繼電器模塊 利用蜂鳴器進(jìn)行聲光報(bào)警，電磁式繼電器切斷汽車點(diǎn)火裝置。酒精傳感器加熱后，探測控制儀對(duì)酒精傳感器探測的氣體信號(hào)進(jìn)行檢測。 方案二有如下的特點(diǎn)： 1. 在完成所要求的任務(wù)的基礎(chǔ)之上還有著結(jié)構(gòu)簡單、明了的特點(diǎn)，很容易實(shí)現(xiàn)，而且在一定的程度上節(jié)約成本。人飲酒后，酒精通過消化系統(tǒng)被人體吸收，經(jīng)過血液循環(huán)，約有 90％的酒精通過肺部呼氣排出 ，因此測量呼氣中的酒精含量，就可判斷其醉酒程度 [3]。0． 025 mg／ L(量程： 0． 200 mg／ L) ，重復(fù)性是反映儀器測量值穩(wěn)定性的指標(biāo)。 MQ3型氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)和外形如圖 所示，標(biāo)準(zhǔn)回路如圖 所示，傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度的關(guān)系圖如圖 所示 。 主控電路設(shè)計(jì) 主控電路組成及原理 在車載酒精控制探測儀的主控電路中采用了由美國德州儀器公司推出的 16 位超低功耗、高性能 MSP430 單片機(jī)系列中的 MSP430F149。 ? 16 位的定時(shí)器 Timer_A 帶有 3 個(gè)捕獲 /比較存儲(chǔ)器。 ? Z：零標(biāo)志位。如表 所示。 ID ID0 位與輸入時(shí)鐘的分頻系數(shù)選擇的關(guān)系如表 所示。 ? 輸入輸出可以任意結(jié)合使用。 ? 轉(zhuǎn)換開始可以由軟件、定時(shí)器 A 和定時(shí)器 B 實(shí)現(xiàn)。 ADC12IFG15～ 0 圖 ADC12IFG寄存器 由圖 可以看出 ADC12IFG 寄存器共有 16 個(gè)中斷標(biāo)志位。 圖 LCD1602 引腳圖 表 LCD1602 引腳功能表 管腳號(hào) 符號(hào) 功能 1 GND 電源地 2 Vcc 電源電壓（ +5V） 3 V0 LCD 驅(qū)動(dòng)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(hào)； RS=0,當(dāng) MPU 進(jìn)行寫模塊操作，指向指令寄存器；當(dāng) MPU 進(jìn)行讀模塊操作，指向指地址計(jì)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(jì) 29 5 R/W 讀寫控制號(hào)輸入端，輸入 MPU 選擇讀 /寫模塊操作信號(hào) ； R/W=0 讀操作； R/W=1 寫操作 6 E 使能信號(hào)輸入端，輸入 MPU選擇讀 /寫模塊使能信號(hào)；讀操作時(shí)，高電平有效；寫操作時(shí)，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 LCDA 背光的正端 +5V 16 LCDK 背光的負(fù)端 0V 繼電器控制和報(bào)警電路 當(dāng)酒精濃度超標(biāo)時(shí)，報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警，同時(shí)繼電器切斷汽車點(diǎn)火裝置。 特點(diǎn)：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。 ③ 接口的物理結(jié)構(gòu) RS232C接口連接器一般使用型號(hào)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(jī)連接的 RS232C接口 ,因?yàn)椴皇褂脤?duì)方的傳送控制信號(hào) ,只需三條接口線 ,即 “發(fā)送數(shù)據(jù) ”、 “接收數(shù)據(jù) ”和 “信號(hào)地 ”。系統(tǒng)軟件主要包括采集模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊和主處理模塊，實(shí)現(xiàn)酒精含量檢測、酒精含量是否超標(biāo)判別、酒精含量顯示、聲光報(bào)警等功能。每車載酒精探測控制儀的設(shè)計(jì) 33 一個(gè)發(fā)送器將 TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成 TIA/EIA232F電平。 RS232C 接口（又稱 EIA RS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。當(dāng)酒精濃度超標(biāo)時(shí)，繼電器自動(dòng)切斷電源，駕駛員不能點(diǎn)火發(fā)動(dòng)汽車。 0 0 ADC12IV4～ 0 0 圖 ADC12IV寄存器 由圖 可以看出 ADC12IV 寄存器有 5 個(gè)有效的控制位，該 5 個(gè)控制位確定了ADC12 模塊種的中斷向量表，如表 所示。 ? 具有中斷矢量寄存器，這樣可以快速解碼 ADC 的各個(gè)不同中斷。 ? 比較器的輸出可以作為定時(shí) A 的捕獲輸入。當(dāng)該位為 1 時(shí)，允許 Timer_A 的中斷 ，當(dāng)該位為 0時(shí)，不允許 Timer_A 的中斷。 （ 3） 基礎(chǔ)時(shí)鐘 時(shí)鐘模塊是 MSP430F149 單片機(jī)不可缺少的模塊，時(shí)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(shí)鐘模塊產(chǎn)生 3 個(gè)不同的時(shí)鐘提供不同的模塊使用，產(chǎn)生的時(shí)鐘為：輔助時(shí)鐘（ ACLK）、主系統(tǒng)時(shí)鐘（ MACLK）和子系統(tǒng)時(shí)鐘（ SMCLK），時(shí)鐘模塊產(chǎn)生 3 個(gè)不同的時(shí)鐘信號(hào)，這樣可以采用不同的時(shí)鐘從 而達(dá)到低功耗的目的。該位需要用戶在寫程序的時(shí)候 根據(jù)自己的需要進(jìn)行設(shè)置。 ? 具有 JTAG 仿真調(diào)試接口，這樣非常便于軟件的調(diào)試。 它由匯編寫成、短小精干、占用系統(tǒng)資源少、運(yùn)行穩(wěn)定可靠 。這種方法不斷的措施并彌補(bǔ)了輸入失調(diào)，消除漂移時(shí)間、溫度和 1 / f 噪聲的影響。在本設(shè)計(jì)中采用 旁熱型半導(dǎo)體式酒精氣敏元件 MQ3，它對(duì)乙醇蒸汽具有很高的靈敏度和良好的選擇性，快速的響應(yīng)恢復(fù)，長期的壽命和可靠的穩(wěn)定性，探測范圍為 10～ 1000ppm，尤其適用于酒后駕駛?cè)藛T的檢測。大量的統(tǒng)計(jì)研究結(jié)果表明，如果被測者深吸氣后以中等力度呼達(dá)三秒鐘以上，這時(shí)呼出的氣就是從肺部深處出來的氣體。硬件的每一個(gè)壞節(jié)都是深思熟慮而成，各自完成相應(yīng)的功能并組成一個(gè)統(tǒng)一的整體。 3) 系統(tǒng)原理框圖： 圖 方案三系統(tǒng)原理框圖 論證分析 1. 每個(gè)方案都采用了不同的處理器，方案一用 89C51 單片機(jī)作為控制器，在進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換和 LED 顯示時(shí)出現(xiàn)許多難題，如引腳不夠用，數(shù)據(jù)并行輸出困 難、及內(nèi)部編程復(fù)雜等諸多不便。當(dāng)然每一種方案都有其各自的優(yōu)點(diǎn)。 呼吸式防醉駕鎖車系統(tǒng) FiT228 產(chǎn)品特點(diǎn)： 1. 傳感器：燃料電池電化學(xué)技術(shù)傳感器； 2. 顯示屏： 4 色 96X64 點(diǎn)陣 OLED 顯示器，多用戶語言可選； 3. 輸入： 5 維操作鍵； 4. 電源：手機(jī)內(nèi)置可充電電池（可選），控制盒 DC1236V輸入自動(dòng)切換； 5. 操作溫度 ： 20 度 70 度； 6. 儲(chǔ)存溫度： 40 度 85 度； 7. 事件記錄：超過 7000 條事件記錄，包括汽車狀態(tài) /測試結(jié)果 /時(shí)間日期等信息； 8. 數(shù)據(jù)庫管理軟件（可選）：所有事件記錄可上載到電腦，可分機(jī)號(hào) /日期 /使用者管理； 9. 萬年歷時(shí)鐘功能，時(shí)鐘電池使用壽命超過 3 年； 10. 分級(jí)權(quán)限管理：高級(jí)用戶可配置所有參數(shù)（包括鎖車酒精濃度水平及臨時(shí)鎖車時(shí)限等）； 11. 簡單實(shí)用的防欺騙功能； 12. 免測試功能：滿足您緊急用車需求； 13. 手持機(jī)可獨(dú)立使用，吹嘴可更換； 14. 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品，可個(gè)性化定制； 15. 通過中國國家標(biāo)準(zhǔn)： GB212542021； 而在本設(shè) 計(jì)中也包含了呼吸式防醉駕鎖車系統(tǒng) FiT228 的部分特點(diǎn)。車載酒精探測控制儀的設(shè)計(jì) 2 盡管有大多數(shù)人認(rèn)為酒后駕車釀成的交通事故永遠(yuǎn)不可能發(fā)生在自己身上，但專家的統(tǒng)計(jì)結(jié)果證明：在每個(gè)人的一生中卷入與喝酒有關(guān)的交通事故的可能性為 30%。車載酒精探測控制儀的設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒 論 酒后駕車容易發(fā)生交通事故，為了減少或杜絕這種現(xiàn)象，通常是采用呼氣式酒精測試儀對(duì)駕駛?cè)藛T進(jìn)行現(xiàn)場檢測，以確定駕駛?cè)藛T是否飲酒。 某國際組織一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：每 33 分鐘就會(huì)有一人死于與飲酒有關(guān)的交通事故。 目前我國自主研發(fā)的車載酒精測試儀 FiT228，是具體有世界領(lǐng)先技術(shù)的防醉駕酒車載酒精探測控制儀的設(shè)計(jì) 3 精鎖，采用高性能的電化學(xué)傳感 器，使用獨(dú)特的整機(jī)線路設(shè)計(jì)，使得本系統(tǒng)完全滿足車載設(shè)備要求，并通過歐洲 eMark 認(rèn)證（認(rèn)證編號(hào)： e13 03 6101） ,榮獲 2021 年度 “香港電子業(yè)商會(huì)創(chuàng)新科技產(chǎn)品獎(jiǎng) ”，是電子業(yè)商會(huì)推薦使用的呼吸式防醉駕鎖車系統(tǒng)，本產(chǎn)品可完全兼容歐洲、美國、日本等國家國際標(biāo)準(zhǔn)。 車載酒精探測控制儀的設(shè)計(jì) 5 第 2 章 設(shè)計(jì)思想與方案論證 實(shí)現(xiàn)酒精測試的方法有多種，可以用 MSP430 系列單片機(jī)做主控系統(tǒng)，采用高精度酒精傳感器感應(yīng)酒精濃度；也可以用 ARM 做主控系統(tǒng)，采用燃料電池酒精傳感器感應(yīng)駕駛員呼出氣體中酒精含量。 2) 工作原理： 在系統(tǒng)中，當(dāng)人體呼出氣體從這里流出，檢測氣流壓力，達(dá)到預(yù)先規(guī)定的數(shù)值時(shí)，打開氣泵裝置抽氣，酒精氣體在燃燒室內(nèi)反應(yīng)后在電池兩級(jí)產(chǎn)生微弱的電壓輸出，電壓模擬信號(hào)被送入 A/D 轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號(hào)輸入到指定函數(shù)，計(jì)算結(jié)果最終顯示到 LCD 液晶顯示屏上。本章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，并對(duì)硬件每一個(gè)部分進(jìn)行了分析。 在美國國家公路交通安全管理局與國家安全委員會(huì)聯(lián)合編制的名為 “SETRlNG LIMITS， SAVING LIVES”的宣傳冊(cè)中明確指出，呼氣酒精濃度測試是法律執(zhí)機(jī)構(gòu)采用的主要方法。 酒精傳感器屬于化學(xué)傳感器中氣體傳感器，酒精傳感器的種類有很多，如采用旁熱型半導(dǎo)體式酒精氣敏元件 MQ 兩電極電化學(xué)式酒精氣體傳感器 ME3AC2H5OH、HS3C 型酒精傳感器、自加熱型半導(dǎo)體式酒精氣體 敏感元件 MQ213 等類型，每一種酒精傳感器都有其獨(dú)特的特點(diǎn)。 MAX4238 是低